Mikro

Questão	Responda
1.) Die Entwicklungsgeschichte der Computer kann bis in die heutige Zeit in vier Generationen eingeteilt werden. Geben Sie die jeweilige Technologie und den ungefähren Zeitraum für die vier Generationen an.	1.Generation: Vakuum-Röhren (1945-1955) 2.Generation: Transistoren (1955-1965) 3.Generation: Integrierte Schaltkreise (1965-1980) 4.Generation: Very Large Scale Untegration VLSI (1980-heute)
2.) 1971 wurde von der Firma INTEL der erste Ein-Chip-Mikroprozessor in Serie produziert. War dies ein 4- / 8- oder 16-Bit Mikroprozessor? Was gibt die Verarbeitungsbreite in Bits bei einem Mikroprozessor genau an?	Intel produzierte den ersten 4 Bit Prozessor in Serie mit einer Verarbeitungsbreite von 4 Bit pro Takt. Verabeitungsbreite gibt an, wie viele Bit vom Prozessor auf einmal verarbeitet werden können.
3.) Was unterscheidet einen Computer von einem digitalen Rechenwerk?	Ein digitales Rechenwerk bezeichnet einen Rechner, der nur mit Zahlen und Zahlenzeichen addiert. Ein Computer kann prinzipiell auch beispielsweise mit analogen Spannungen arbeiten.
4.) Welche „Verarbeitungsbreiten“ sind bei heutigen Mikroprozessoren (z.B. im PC-Bereich) gängig?	32Bit/64Bit
5.) Wie viele Transistorfunktionen wurden bei dem von INTEL entwickelten C4004 Mikroprozessor verwendet? Wie viele Transistorfunktionen sind bei heutigen Mikroprozessoren anzufinden?	Der C4004 besitzt ca. 2300 Transistoren, heute werden mehr als eine Milliarden Transistoren gefertigt.
6.) Um welchen Faktor ist der Integrationsgrad von Elementarschaltungen (Gatter-Funktionen) in den letzten 40 Jahren bei Mikroprozessoren gestiegen?	Faktor 10.000
7.) Die ersten Mikroprozessoren wurden mit Systemtakten von < 1 MHz betrieben. Welche Steigerung der Taktfrequenzen konnte bei Mikroprozessoren in den letzten 40 Jahren erreicht werden?	Faktor 4.000
8.) Im Zusammenhang mit Computern wird auch gerne das „Mooresche Gesetz“ (Moore's Law) erwähnt. Was besagt bzw. prophezeit es?	Gemäß dem Mooreschen Gesetz steigt die Anzahl der Transistoren, die auf einen Chip gepackt werden können, alle 18 Monate um 50%.
9.) Ein heutiger Mikroprozessor verfüge über 5 Millionen Transistorfunktionen. Mit wieviel Transistorfunktionen – nach Moore's Law – ist in ca. 18 Monaten zu rechnen?	Die Zahl steigt auf ca. 8.000.000 Transistorfunktionen(1,5*5Millionen=7,5Millionen).
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11.) Was sind die Unterschiede zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller ? Erörtern Sie ausführlich.	Ein Mikrocontroller besteht aus einem Mikroprozessor und weiteren wichtigen Bausteinen, wie z.B. der RAM, ROM und Taktgeber. Beim Mikroprozessor handelt es sich nur um den Prozessor, der ohne die oben genannten Bauelemente nicht arbeiten kann.
12.) Mit welcher Marktausrichtung werden Mikroprozessoren entwickelt? Nennen Sie Geräte, in den ein Mikroprozessor verwendet wird und begründen Sie Ihre Antwort.	Mikroprozessoren werden in Bereichen eingesetzt, in denen es auf eine hohe Flexibilität ankommt, also viele unterschiedliche Aufgaben zu erledigen sind. Weiterhing steht meist die Performance vor Energiegesichtspunkten im Vordergrund Verbaut sind sie z.B. in Kaffeemaschinen, Waschmaschinen und Spielekonsolen.
13.) Mit welcher Marktausrichtung werden Mikrocontroller entwickelt? Nennen Sie einige Geräte, in denen ein Mikrocontroller verwendet wird und begründen Sie Ihre Antwort.	- geringe Größe - geringe Kosten - geringe Stromaufnahme
14.) Nennen Sie Geräte (mind. 10), in denen Mikrocontroller zum Einsatz kommen. Warum verwendet man in diesen Geräten Mikrocontroller und keine Mikroprozessoren?	- Drucker - Waschmaschine - Kaffeemaschine - Automobilelektronik - Navigationsgeräte - Spielzeug - Mikrowelle - Backofen - Digitaluhr - Laufband
15.) Was war Ihr erstes Gerät, in dem sich (wahrscheinlich) ein Mikrocontroller befunden hat ? Begründen Sie Ihre Antwort / Vermutung ausführlich.	-Musikwiedergebende Geburtstagskarte - Fernseherfernbedienung. Diese enthielt wahrscheinlich einen Micro Controller, da sie kompakt und wenig Energie verbraucht.
16.) In der Industrie werden zum Steuern von kleinen und mittleren Anlagen gerne Mikrocontroller-Module verwendet. Wie wurden diese Anlagen gesteuert, als Mikrocontroller noch nicht so gängig wie heute waren?	Hauptsächlich über Verbindungsprogrammierbare Steuerungen(VPS) mithilfe von Schützen bzw. Relais oder kleineren Transistorschaltungen.
17.) Welche typischen Funktionseinheiten vereint ein Mikrocontroller? Erklären Sie Funktion und Aufgabe der einzelnen Einheiten. EVA(Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe)	CPU: Zentrale Einheit mit Rechenwerk (ALU) und Registern ROM: Nur-lese-Speicher; meist zur Ablage des Programms RAM: Speicher mit whalfreiem Zugriff, Dient zu Ablage der Danten (z.B. Variablen) die während des Programmablaufs benötigt werden. Digital I/O: Ein- und Ausgabe digitaler Signale Analog I/O: Ein- uns Ausgabe analoger Signale Timer: Digitale Zählwerke zur Realisierung von Verzögerungen
18.) Wofür steht die Abkürzung CPU? Welche Aufgabe hat eine CPU?	Central Processing Unit – Steuer und Rechenwerk
19.) Wofür steht die Abkürzung ROM? Erklären Sie die Eigenschaften von einem ROM.	Read Only Memory – Nur Lese-Speicher, kann nur einmal beschrieben werden und danach nur noch gelesen.
20.) Wofür steht die Abkürzung RAM? Erklären Sie die Eigenschaften von einem RAM.	RAM steht für Random Access Memory. Auf RAMs kann geschrieben und gelesen werden.
21.) Wofür können Timer/Counter bei einem Mikrocontroller verwendet werden? Geben Sie mindestens ein Beispiel an!	Timer bzw. Counter können verwendet werden um z.B. eine Verzögerung bei Programmabläufen zu erzeugen.
22.) Wozu dienen digitale I/O-Ports bei einem Mikrocontroller? Geben Sie ein Bei- spiel an!	Digitale I/O Ports dienen dazu Aktoren bzw. Sensoren anzusteuern oder einzulesen. Über den Eingang kann z.B. ein Schalter eingelesen werden und über einen Ausgang eine LED angesteuert werden.
23.) Sie möchten eine LED von einem I/O-Port Ihres Mikrocontrollers ansteuern. Der Port ist als Open-Drain realisiert. Was bedeutet der Begriff Open-Drain und wie würden Sie Ihre LED verschalten, damit sie sicher ein- und ausgeschaltet werden kann?	Richtig???? Open Drain oder auch Open-Collector-Ausgang (OC) steht für offener Kollektor und ist ein Ausgang einer integrierten Schaltung mit einem Bipolarentransistor. Er dient dazu den Anschluss an eine höhere Spannung zu erlauben. Open Drain ist standartmäßig aktiviert. Wird eine logische 0 in das Port Data Register geschrieben wird der Port auf Masse gelegt. Bei einer logischen 1 wird der Port hochohmig gegen Masse.
24.) Manche Mikrocontroller bieten die Möglichkeit, auch analoge Signale ein- bzw. auszugeben. – Nennen Sie beispielhaft eine Anwendung, bei der analoge Ein- /Ausgabe benötigt werden!	Analoge Ein und Ausgänge werden z.B. benötigt um analoge Messwerte ein und auszulesen.
25.) Die Auswahl des richtigen Mikrocontrollers für eine Anwendung kann komplex sein. Hierbei sind sowohl technische wie auch wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen. Nennen und erörtern Sie die wichtigsten technischen und wirtschaftlichen Auswahlkriterien für einen Mikrocontroller!	Technische Punkte: Aufbau (Neumann; Harvard), Adressbereich, Architektur(CISC; RISC), Rechenleistung, Peripherie, Betriebsbedingungen Wirtschaftlich Punkt: -Preis vom uC, Stückzahlen, Verfügbarkeit, Kompatibilität, Verfügbare Entwicklungswerkzeuge, Assambler, Compiler, Bibliotheken, Emulation, Simulation, Evaluation Boards, Literatur, Vorhandenes Wissen
26.) Wieso kann die Leistungsaufnahme eines Mikrocontrollers ein ganz entscheidendes Auswahlkriterium sein? Beschreiben Sie eine Anwendung!	Bei Mobilen Endgeräten ist z.B. eine geringe Leistungsaufnahme erforderlich, um eine lange Akkulaufzeit zu garantieren.
27.) Viele moderne Mikrocontroller bietet heute „Stromspar“-Betriebsarten an. Wie kann eine Stromeinsparung technisch erreicht werden? Wann können Sie aus Sicht der Anwendung den Stromsparmodus aktivieren? Nennen Sie ein Gerät mit Stromsparfunktion und erörtern Sie Ihre Antwort!	Viele Mikrocontroller können ihre Leistung selber herunterfahren, indem sie z.B. die Taktfrequenz senken. Der Controller fängt dann erst richtig zu arbeiten, wenn er ein Wake Up Signal bekommt. Eine Anwendung hierfür kann z.B. der Energiesparmodus für Laptops sein.
28.) Eine seit über 30 Jahren bestehende Mikrocontroller-Familie ist die von INTEL entwickelte 8051-Reihe (MCS-51). Was kann ein Entwickler heute erwarten, wenn er einen Mikrocontroller mit 8051-Kern verwendet?	Ausreichendes Wissen über den Controller, ausreichende Verfügbarkeit, stetige Weiterentwicklung, Kommunikation per USB
29.) Welche Funktionseinheiten besitzt der original INTEL 8051?	Der Original 8051 besitz einen internen Speicher und ist mit UV-Licht löschbar. CPU, Externe Speicherkontrolle, 4KB Programmspeicher, 128 byts RAM, Oszillator, Serieller In-/Output, 4 I/O Ports, Timer 0/1
30.) Wieso benötigt ein Mikrocontroller einen Systemtakt?	Der Takt wird vom Quarz erzeugt und gibt an mit welcher Geschwindigkeit die CPU Daten verarbeiten kann.
31.) Die ersten drei Mikrocontroller der MCS-51 Familie, hatten die Bezeichnungen 8031, 8051 und 8751. Beschreiben Sie kurz die Unterschiede zwischen den drei Typen und geben Sie an, für welche Aufgabe welcher Mikrocontroller-Typ verwendet wurde.	- 8031 benötigt einen externen Programmspeicher, verarbeitet größere Datenmengen(bei Speicherwechsel mehrmals prog). - 8051 besitzt einen internen Programmspeicher, kleinere Datenmengen(einmalig prog.) - 8751 besitzt eunen internen Programmspeicher, der mit UV-Licht löschbar ist. (häufig neu prog)
32.) Die Firma Silicon Labs entwickelte auf Basis der MCS-51 die modernere CIP- 51 Familie. Nennen die den Hauptvorteil der neueren CIP-51 Reihe.	Durch Einfügen einer Pipeline werden die meisten Befehle in 1 bis 2 Systemtakten abgearbeitet ->höhere Geschwindigkeit Während bei dem original MCS-51 Kern die Befehle 12 bis 24 Takte benötigen, erlaubt der CIP-51 Kern die Ausführung von 70% der Befehle in nur 1 bis 2 Takten.
33.) Wofür steht die Abkürzung MIPS? Wozu wird „MIPS“ verwendet?	MIPS steht für „Million Instructions Per Second“ und beschreibt die Anzahl an Maschinenbefehlen, die ein Prozess pro Sekunde ausführen kann.
34.) Würde ein Programm, welches ursprünglich für die MCS-51 Familie geschrieben wurde, ohne weitere Bearbeitung auch auf einem Controller der CIP-51 Reihe funktionieren? Was müsste ggf. beachten bzw. angepasst werden?	Prinzipiell würde es funktionieren beding durch die höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit müssten allerdings u.u. Die Timer/counter angepasst werden.
35.) Durch welche technische Maßnahme konnte Silicon Labs die Ausführungsgeschwindigkeit bei ihren Mikrocontrollern der CIP-51 Familie gegenüber der MCS-51 Struktur steigern?	Durch eine zusätzliche Pipeline können der ALU Operanden optimiert zugeführt werden.
36.) Die 8051-Controller unterstützen 16-Bit Adressen. Wieviel Speicher (in kBytes) lässt sich damit adressieren? Wie berechnet sich die Speichergröße, wenn die Anzahl der Adressleitungen gegeben ist? Geben Sie ein Beispiel für den Fall, ein Mikrocontroller habe 14 Adressleitungen.	2^[adressleitungen] 16Bit => 2^16Bit Speicher, 64kByte. Um die Speichergröße anhand der Leitungen zu berechnen, wird folgende Formel genutzt: 2
37.) Wie viele Adressleitungen werden benötigt, um 1 MByte Speicher zu adressieren?	2^20 = 1MByte Richtig?
38.) Wie bezeichnet man Mikrocontroller-Architekturen, die zwischen Programm- und Datenspeicher strikt trennen? Welchen Vorteil bieten diese Architekturen?	Eine solche Struktur wird als Harvard Architektur bezeichnet. Diese ist im Gegensatz zur Neumann Architektur schneller. Havard. Befehle und Daten können gleichzeitig geschrieben bzw. Geladen werden.
39.) Der C8051F020/21 besitzt 64 kBytes internen Flash-Speicher. Wozu wird der Flash-Speicher verwendet?	Der Flash Speicher ist der Programm Speicher. Er wird zur Ablage des Programms sowie für große Arrays und LUTs verwendet.
40.) Der C8051F020/21 besitzt zwei 12-Bit DACs. – Wofür steht die Abkürzung DAC und wofür können Sie den DAC verwenden?	DAC steht für „Digital Analog Converter“. Wandelt ein digitales Signal in ein analoges um. Er kann beispielsweise verwendet werden, um den Öffnungsgrad eines Ventiles einzustellen.
41.) Der C8051F020/21 besitzt zwei verschiedene ADCs. – Was bedeutet die Abkürzung ADC und in welchen Eigenschaften unterschieden sich die beiden ADCs bei dem C8051F020/21?	ADC steht für „Analog Digital Converter“.
42.) Benötigen Sie in jedem Fall einen externen Speicher, um den C8051F020 Mikrocontroller zu betreiben? Begründen Sie Ihre Antwort!	Nein. Der uC verfügt über einen internen Speicher, der zur Ablage der Daten sowie des Programms verwendet werden kann. Für große Datenmengen empfiehlt sich dennoch der Einsatz eines externen Speichers.
43.) Was ist ein EPROM? Erklären Sie die Besonderheit von einem EPROM!	EPROM steht für Erasable Programmable Read Only Memory sind löschbar und programmierbar. Ein Speicher, der el. Programmierbar und mittels UV- Licht löschbar ist.
44.) Sie möchten, dass Ihr Autoradio die Sendereinstellungen auch bei abgeklemmter Batterie nicht „vergisst“. Welche Art von Speicher sollten Sie verwenden?	Flash Memory Es sollte ein ROM verwendet werden, da dieser die Daten auch nach spannungsausfall hält.
45.) Welche „Werkzeuge“ (Hard- und Software) benötigen Sie, um Programme für Mikrocontroller zu entwickeln?	Es werden eine Entwicklungsumgebung, ein C-Compiler, ein Linker (meist im Compiler enthalten) und ein Programmieradapter benötigt. Für die Fehlersuche sollte ein Debugger zur Verfügung gestellt werden.
46.) Was ist eine IDE? Was sollte eine IDE an Funktionen enthalten?	DIE steht für integrierte Entwicklungsumgebung. Es enthält eine Sammlung von Anwendungsprogrammen, mit denen Aufgaben der Softwareentwicklung bearbeitet werden können.
47.) Was ist ein Debugger? Welche Funktionen bietet der Debugger der ToolStick- Entwicklungsumgebung von Silicon Labs an?	Ein Debugger ist ein Werkzeug zum Auffinden von Fehlern. Dabei wird zwischen Software- und Hardware Debugger unterschieden. Die Toolstickumgebung bietet: -auslesen und ändern von Registern, Ports und variablen, -auswahl und Beeinflussung der SFRs -setzen von breakpoints -anzeige des aktuellen Maschinen Befehls im Disassamblerfenster
48.) Was versteht man unter „Syntax-Highlighting“?	Syntaxhervorhebung bezeichnet die Möglichkeit bestimmte Wörter, Zeichenkombinationen oder zusammenhängender Text durch z.B. unterschiedliche Farben, Schriftarten und Stile hervorzuheben bzw. kenntlich zu machen.
49.) Was ist ein Break-Point? Wozu werden Break-Points verwendet?	Ein Break Point wird verwendet um ein Programm an einer bestimmten Stelle zu unterbrechen.
50.) Was wird innerhalb der ToolStick-Umgebung im „Disassembler-Fenster“ angezeigt?	Im Disassembler wird der aktuelle Befehl im Assembler angezeigt.

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