マイクロコントローラーとは

これらの集積回路（IC）には、プロセッサー・コア（またはコア）、ランダム・アクセス・メモリー（RAM）、Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory（EEPROM）が搭載されており、ユニットが電源から切断されていても、マイクロコントローラー上で実行されるカスタム・プログラムを保存できます。

汎用マイクロプロセッサーとは異なり、マイクロコントローラーは、タイマー、カウンター、アナログ・デジタル変換器（ADC）などの処理、メモリー、入出力（I/O）周辺機器を、効率的かつコスト効率に優れた1つのスタンドアロン・ユニットに統合します。マイクロコントローラーは、複数のコンポーネントを単一のシステムに組み合わせることで、モーターやサーボの制御、さまざまな種類のセンサーや通信とのインターフェースなど、リアルタイムの信号処理を必要とする用途に最適です。

以下は、マイクロコントローラの主要コンポーネントです。

• 中央処理装置（CPU）：コンピューターの「頭脳」とも呼ばれるCPUは、命令の実行と操作の制御を担うコア・コンポーネントとして機能します。

• メモリー：マイクロコントローラには、プログラム・メモリーとは異なり、システムの電源が失われた場合に失われる可能性のある一時データを保存する揮発性メモリ（RAM）と、マイクロコントローラのプログラミング命令セット（ファームウェア）を保存するための不揮発性フラッシュ・メモリーの両方が含まれています。
  
  
• 周辺機器：対象となるアプリケーションによっては、マイクロコントローラには、タイマー、カウンター、アナログ-デジタル（ADC）およびデジタル-アナログ（DAC）信号コンバーター（ADC）などの入出力（I/O）インタフェースや、通信プロトコル（UART、SPI、I2C）などのさまざまな補助コンポーネントが含まれている場合があります。補助的には、LCDスクリーン、イーサネット接続ポート、このようなタイプのモジュール用インターフェースなどのコンポーネントが含まれる場合もあります。

マイクロコントローラーは、軽量・小型であり、消費電力が比較的小さいため、スマートフォン、スマートウォッチ、その他のウェアラブルなどのバッテリーを使用した家電製品に最適です。

オープンソースの愛好家の間で人気がある低価格のマイクロコントローラーやマイクロコントローラー開発ボード（ArduinoやAdafruitが開発したものなど）は、C、C++、Pythonなどの一般的なプログラミング言語を使って統合開発環境（IDE）内で簡単に構成できます。マイクロコントローラは、初心者の開発者でも簡単に利用できるだけでなく、プロトタイピング、ロボット工学、自動車システム、産業オートメーション、モノのインターネット（IoT）など、幅広い専門的な用途でシステムを制御するためにもよく使用されています。

マイクロコントローラーとマイクロプロセッサーには多くの類似点があります。どちらもコンピューティング・ロジックを実行できるシングル・チップ・プロセッサーであり、一般的なコンピューティング・テクノロジーの開発と普及において非常に価値があります。ただし、この2つのコンポーネントは、ハードウェア・アーキテクチャーと用途が異なります。

マイクロコントローラーの特徴は、必要なすべてのコンピューティング要素を1つのチップに組み合わせていることです。マイクロコントローラーは、動作するために追加の外部回路を必要としません。一方のマイクロプロセッサーは、CPUとメモリー、シリアル・インターフェース、I/O、その他の必要な機能を提供する複数のサポート・チップで構成されています。

マイクロプロセッサーとCPUという用語は同じ意味で使用されることがありますが、マイクロプロセッサー半導体は、CPUを搭載し、入出力デバイスなどの他の外部補助機器に接続できる単一の統合回路と説明する方が正確です。

これら2つのタイプのマイクロチップの主な違いは、マイクロコントローラーは自己完結型であるのに対して、マイクロプロセッサーは外部補助リソースとのインターフェースとして設計されていることです。

その結果、高い処理能力を持つ特殊なハードウェアを必要とする要求の厳しいタスクには、マイクロプロセッサーが適しています。センサーやモーター制御などの組み込みシステム内の特定のタスクは、適切なマイクロコントローラーの用途の良い例です。

マイクロコントローラーとマイクロプロセッサーを比較するにあたって、次の4つの主要な機能を考慮すると分かりやすいでしょう。

1. 統合：
   • マイクロコントローラーは、CPU、メモリ、I/O補助回路を1つのチップに集積しています。
   • マイクロプロセッサーは、外部メモリーと追加の補助装置を必要とします。
2. 用途：
   • マイクロコントローラーは、家電製品やIoT機器など、組み込みシステム内の特定の低消費電力または超低消費電力用途に適しています。
   • マイクロプロセッサーは、パーソナル・コンピューターやデータセンターのサーバーなど、より多くの処理能力を必要とする汎用および高性能用途に適しています。
3. パフォーマンス：
   • マイクロコントローラーは、効率とリアルタイム処理のために最適化されており、最大200MHzの低クロックで動作します。
   • マイクロプロセッサーは、より負荷の大きい複雑な計算のために設計されており、1GHz以上のクロック速度で動作することができます。
4. 運用コスト：
   • マイクロコントローラーのハードウェアは安価で、専門的なプログラミングの知識も不要であるため、プロジェクト全体の予算はほとんど増えません。
   • マイクロプロセッサーはより高価で複雑です。高度なマイクロプロセッサー・ベースのシステムを構成するには、専門的なスキルが必要になる場合があります。

初期のタイプのマイクロコントローラーは、研究者がCPU、メモリー、周辺機器をシングル・チップに統合する技術を開発するなかで、マイクロプロセッサー製造の進歩から生まれました。

Texas InstrumentsのエンジニアであったGary Boone氏とMichael Cochran氏は、1971年に最初のマイクロコントローラーを開発したことで知られています。Intelなどのメーカーやさまざまな日本の電子機器ベンダーがすぐに追随しました。

現在、Intel、NXP、Armなどの数十の異なるマイクロコントローラー・メーカーが、愛好家やアマチュア向けの汎用オプションから、プロフェッショナルの技術者やさまざまな業界向けの高度に専門化されたソリューションまで、何百種類ものソリューションを提供しています。

以下に、マイクロコントローラの一般的なタイプをいくつか示します。