Von DerSchneider<\/strong><\/p>\n\n\n\n Einleitung: Die Suche nach den Urspr\u00fcngen<\/strong><\/p>\n\n\n\n Jede unsichtbare Welt hat ihre Gr\u00fcndungsmythen, ihre Pioniere und ihre entscheidenden Wendepunkte. Die Welt der eingebetteten Systeme bildet da keine Ausnahme. Doch w\u00e4hrend die Geschichte der Universalrechner gut dokumentiert ist \u2013 von Konrad Zuses Z3 \u00fcber den ENIAC bis zum ersten IBM-PC \u2013, spielt sich die Arch\u00e4ologie der Embedded Systems im Verborgenen ab. Ihre Meilensteine sind keine gl\u00e4nzenden Computer in gl\u00e4sernen Geh\u00e4usen, sondern unscheinbare schwarze Chips, die in irgendeinem Ger\u00e4t steckten, das l\u00e4ngst vergessen ist.<\/p>\n\n\n\n Dieser Artikel unternimmt eine Spurensuche. Wir graben uns durch f\u00fcnf Jahrzehnte Technikgeschichte, vom Wettlauf ins All bis zur vernetzten Gegenwart, und fragen: Wo liegen die Wurzeln der unsichtbaren Intelligenz, die heute unseren Alltag durchdringt? Wer waren die Pioniere? Und wie wurde aus dem raumf\u00fcllenden Gro\u00dfrechner der winzige Mikrocontroller, der in jeder Kaffeemaschine steckt?<\/p>\n\n\n\n Hauptteil<\/strong><\/p>\n\n\n\n 1. Der Urvater: Der Apollo Guidance Computer (1960er Jahre)<\/strong><\/p>\n\n\n\n Wenn es einen Gr\u00fcndungsmoment der Embedded World gibt, dann ist es der Wettlauf zum Mond. Die NASA stand vor einem scheinbar unl\u00f6sbaren Problem: Das Apollo-Raumschiff musste navigiert werden, und zwar in Echtzeit, mit extrem begrenztem Platz und Gewicht an Bord. Ein Gro\u00dfrechner, der ganze R\u00e4ume f\u00fcllte, kam nicht in Frage. Also musste etwas v\u00f6llig Neues her: ein Computer, der klein, leicht, stromsparend und dennoch leistungsf\u00e4hig genug war, um Menschen zum Mond und wieder zur\u00fcck zu bringen.<\/p>\n\n\n\n Die L\u00f6sung war der Apollo Guidance Computer (AGC), entwickelt am MIT Instrumentation Laboratory unter der Leitung von Charles Stark Draper. Der AGC war seiner Zeit um Jahrzehnte voraus. Er war der erste Computer, der auf integrierte Schaltkreise setzte \u2013 eine damals revolution\u00e4re und hochriskante Entscheidung. W\u00e4hrend der Rest der Welt noch mit diskreten Transistoren hantierte, flogen im AGC bereits 2.800 Silizium-Chips, jeder mit nur zwei einfachen Logikgattern.<\/p>\n\n\n\n Der AGC hatte 36 Kilobyte Festwertspeicher (in Form von Seilen, durch die Dr\u00e4hte gef\u00e4delt wurden \u2013 die ber\u00fchmten „Core Rope Memories“) und 2 Kilobyte Arbeitsspeicher. Das reichte aus, um die Mondlandung zu steuern. Seine Benutzerschnittstelle war eine kofferartige Einheit mit Zifferntasten und einfachen Displays \u2013 die Astronauten gaben Codeziffern ein, um Programme zu starten.<\/p>\n\n\n\n Was den AGC zum ersten echten Embedded System machte, war nicht nur seine kompakte Bauweise, sondern seine Integration in ein gr\u00f6\u00dferes technisches System. Er war kein Universalrechner f\u00fcr beliebige Zwecke, sondern ein spezialisiertes Ger\u00e4t, das fest in die Apollo-Raumkapsel eingebaut war und dort eine genau definierte Aufgabe erf\u00fcllte: Navigation und Steuerung. Er war der Urvater aller Embedded Systems.<\/p>\n\n\n\n 2. Der Chip, der alles ver\u00e4nderte: Der Intel 4004 (1971)<\/strong><\/p>\n\n\n\n Der AGC war eine Einzelanfertigung f\u00fcr ein Jahrhundertprojekt. F\u00fcr die Massenverbreitung von Embedded Systems fehlte noch ein entscheidendes Element: ein standardisierter, kosteng\u00fcnstiger Baustein, der sich in beliebige Ger\u00e4te einbauen lie\u00df.<\/p>\n\n\n\n Dieser Baustein kam 1971 von der noch jungen Firma Intel. Der Intel 4004 war der erste in Serie gefertigte Mikroprozessor \u2013 ein komplettes Rechenwerk auf einem einzigen Chip. Entwickelt wurde er eigentlich f\u00fcr einen japanischen Rechnerhersteller (Busicom), der damit einen programmierbaren Tischrechner bauen wollte. Doch Intel erkannte schnell das viel gr\u00f6\u00dfere Potenzial.<\/p>\n\n\n\n Der 4004 war eine Sensation: 2.300 Transistoren auf einem Chip, der nicht gr\u00f6\u00dfer war als ein Fingernagel, getaktet mit 740 Kilohertz \u2013 und in der Lage, 60.000 Operationen pro Sekunde auszuf\u00fchren. Das klingt heute l\u00e4cherlich wenig, war aber damals ein Quantensprung. Pl\u00f6tzlich war es m\u00f6glich, f\u00fcr wenig Geld einen programmierbaren Chip in ein Ger\u00e4t einzubauen, der je nach Software unterschiedliche Aufgaben \u00fcbernehmen konnte.<\/p>\n\n\n\n Der 4004 war noch kein Mikrocontroller im heutigen Sinne \u2013 er brauchte externe Chips f\u00fcr Speicher und Ein-\/Ausgabe. Aber er legte das Fundament f\u00fcr alles, was folgte. Aus seiner Architektur entwickelte Intel sp\u00e4ter den 8008, den 8080 und schlie\u00dflich die x86-Serie, die bis heute in PCs steckt. Doch der 4004 selbst fand seinen Weg in ganz andere Ger\u00e4te: Verkehrsampeln, Tankstellenpumpen, medizinische Ger\u00e4te \u2013 die ersten Embedded Systems f\u00fcr den Massenmarkt waren geboren.<\/p>\n\n\n\n 3. Der erste wahre Mikrocontroller: Der TMS 1000 (1974)<\/strong><\/p>\n\n\n\n Der n\u00e4chste Schritt war die Integration. Wenn man schon einen Prozessor auf einem Chip hatte, warum nicht gleich den ganzen Computer darauf packen? Diese Idee setzte Texas Instruments 1974 mit dem TMS 1000 in die Tat um \u2013 dem ersten Mikrocontroller der Geschichte.<\/p>\n\n\n\n Der TMS 1000 vereinte auf einem einzigen Chip alles, was ein kleines System brauchte: einen 4-Bit-Prozessorkern, einen Festwertspeicher (ROM) f\u00fcr das Programm, einen Arbeitsspeicher (RAM) f\u00fcr Laufzeitdaten und Ein-\/Ausgabe-Pins, um mit der Au\u00dfenwelt zu kommunizieren. Das war die Geburtsstunde des „Computers auf einem Chip“.<\/p>\n\n\n\n Der TMS 1000 war kein Hochleistungsrechner \u2013 daf\u00fcr war er nicht gedacht. Er war f\u00fcr einfache, sich wiederholende Aufgaben konzipiert, bei denen es auf Kosten und Stromverbrauch ankam. Und er wurde ein durchschlagender Erfolg. Millionen von TMS 1000 fanden ihren Weg in Taschenrechner, Mikrowellenherde, Spielzeuge und Automaten. Zum ersten Mal war es wirtschaftlich sinnvoll, einen Chip zu programmieren, der dann in Massenproduktion ging und in Alltagsgegenst\u00e4nden landete.<\/p>\n\n\n\n Der TMS 1000 definierte das grundlegende Architekturprinzip, das bis heute f\u00fcr die meisten Mikrocontroller gilt: Prozessorkern, Speicher und Peripherie auf einem Chip, optimiert f\u00fcr eine bestimmte Klasse von Anwendungen, nicht f\u00fcr universelle Vielseitigkeit.<\/p>\n\n\n\n 4. Die stille Explosion: Die 1980er und 1990er Jahre<\/strong><\/p>\n\n\n\n Mit den 1980er Jahren begann die eigentliche Massenverbreitung der Embedded Systems. Neue Hersteller dr\u00e4ngten auf den Markt, allen voran Motorola (mit der 6800er-Serie) und sp\u00e4ter Microchip (mit der PIC-Serie). Die Architekturen wurden ausgefeilter, die Leistung stieg, der Stromverbrauch sank.<\/p>\n\n\n\n Ein Meilenstein dieser \u00c4ra war der Intel 8051, der 1980 vorgestellt wurde. Er wurde zum meistverkauften Mikrocontroller aller Zeiten und ist in unz\u00e4hligen Varianten bis heute in Produktion. Seine Architektur war so ausgewogen, dass sie Jahrzehnte \u00fcberdauerte. Wer heute einen Mikrocontroller programmiert, arbeitet oft noch mit Konzepten, die im 8051 angelegt waren.<\/p>\n\n\n\n Parallel dazu entwickelte sich das Automobil zum zweiten gro\u00dfen Treiber der Embedded-Revolution. 1978 brachte General Motors den ersten Motorsteuerungscomputer auf den Markt. In den 1980er Jahren kamen ABS, Airbag-Steuerger\u00e4te und elektronische Getriebesteuerungen hinzu. Ein Auto verwandelte sich von einer rein mechanischen Maschine in ein Netzwerk aus Dutzenden von eingebetteten Systemen.<\/p>\n\n\n\n Die 1990er Jahre brachten die Vernetzung. Controller Area Network (CAN), entwickelt von Bosch, wurde zum Standard f\u00fcr die Kommunikation zwischen Steuerger\u00e4ten im Auto. In der Industrie etablierten sich Feldbusse wie Profibus. Embedded Systems begannen, nicht mehr nur isoliert ihre Aufgabe zu erf\u00fcllen, sondern miteinander zu sprechen.<\/p>\n\n\n\n 5. Die Gegenwart: Allgegenwart und Vernetzung<\/strong><\/p>\n\n\n\n Heute, in den 2020er Jahren, sind wir am vorl\u00e4ufigen Endpunkt dieser Entwicklung angelangt. Embedded Systems sind buchst\u00e4blich \u00fcberall. Sch\u00e4tzungen gehen von weit \u00fcber 100 Milliarden Mikrocontrollern aus, die weltweit j\u00e4hrlich produziert werden \u2013 mehr als zehnmal so viele wie Menschen auf der Erde.<\/p>\n\n\n\n Die aktuellen Trends sind:<\/p>\n\n\n\n 6. Eine kleine Typologie: Die Arten der Embedded Systems<\/strong><\/p>\n\n\n\n Auf unserer arch\u00e4ologischen Reise haben wir viele verschiedene Spezies getroffen. Versuchen wir eine kleine Ordnung:<\/p>\n\n\n\n Fazit und Ausblick<\/strong><\/p>\n\n\n\n Unsere arch\u00e4ologische Reise hat die Wurzeln der Embedded World freigelegt. Vom Apollo Guidance Computer, der mit seinen 36 Kilobyte Speicher Menschen zum Mond brachte, \u00fcber den ersten Mikroprozessor und den ersten Mikrocontroller bis zur heutigen Allgegenwart vernetzter Systeme \u2013 es ist eine Geschichte der stillen, aber tiefgreifenden Revolution.<\/p>\n\n\n\n Was einst in raumf\u00fcllenden Gro\u00dfrechnern residierte, passt heute in ein Staubkorn. Was einst f\u00fcr Mondmissionen entwickelt wurde, steckt heute in Ihrer Zahnb\u00fcrste. Und diese Entwicklung ist noch lange nicht am Ende.<\/p>\n\n\n\n Doch nachdem wir nun wissen, woher diese unsichtbaren Gehirne kommen, m\u00fcssen wir verstehen, wie sie eigentlich aufgebaut sind. Was genau steckt in einem Mikrocontroller? Wie sind Prozessorkern, Speicher und Peripherie miteinander verzahnt? Und wie arbeitet ein System, das keine Tastatur, keinen Bildschirm und oft nicht einmal ein Betriebssystem hat?<\/p>\n\n\n\n Mit diesen Fragen besch\u00e4ftigen wir uns im n\u00e4chsten Artikel.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Eine kurze Arch\u00e4ologie der eingebetteten Intelligenz \u2013 Vom Apollo-Computer zum IoT Von DerSchneider Einleitung: Die Suche nach den Urspr\u00fcngen Jede unsichtbare Welt hat ihre Gr\u00fcndungsmythen, ihre Pioniere und ihre entscheidenden Wendepunkte. Die Welt der eingebetteten Systeme bildet da keine Ausnahme. 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