Under flera decennier av utveckling har mikroprocessorn kommit långt från ett användningsobjekt i högt specialiserade områden till en produkt med bred exploatering. Idag, i en eller annan form, används dessa enheter tillsammans med kontroller inom nästan alla produktionsområden. I vid bemärkelse tillhandahåller mikroprocessorteknik styr- och automationsprocesser, men inom denna riktning formas och godkänns nya områden för utveckling av högteknologiska enheter, fram till uppkomsten av tecken på artificiell intelligens.
Allmän förståelse för mikroprocessorer
Hantera eller kontrollera vissa processer kräver lämplig mjukvarusupport på en verklig teknisk grund. I denna egenskap verkar en eller en uppsättning chips på grundläggande matriskristaller. För praktiska behov används kretsuppsättningsmoduler nästan alltid, det vill säga kretsuppsättningar som är anslutna till ett gemensamt kraftsystem,signaler, informationsbehandlingsformat och så vidare. I den vetenskapliga tolkningen, som noterats i de teoretiska grunderna för mikroprocessorteknik, är sådana enheter en plats (huvudminne) för att lagra operander och kommandon i en kodad form. Direkt styrning implementeras på en högre nivå, men också genom integrerade mikroprocessorkretsar. Styrenheter används för detta.
Man kan bara tala om styrenheter i förhållande till mikrodatorer eller mikrodatorer som består av mikroprocessorer. Egentligen är detta en arbetsteknik, i princip kapabel att utföra vissa operationer eller kommandon inom ramen för en given algoritm. Som noterats i läroboken om mikroprocessorteknik av S. N. Liventsov, bör en mikrokontroller förstås som en dator fokuserad på att utföra logiska operationer som en del av utrustningskontroll. Den är baserad på samma system, men med en begränsad datorresurs. Mikrokontrollerns uppgift är i större utsträckning att implementera ansvarsfulla, men enkla procedurer utan komplexa kretsar. Sådana enheter kan dock inte heller kallas tekniskt primitiva, eftersom mikrokontroller i moderna industrier samtidigt kan styra hundratals och till och med tusentals operationer samtidigt, med hänsyn till de indirekta parametrarna för deras utförande. I allmänhet är mikrokontrollerns logiska struktur utformad med kraft, mångsidighet och tillförlitlighet i åtanke.
Arkitektur
Utvecklare av mikroprocessorenheter har att göra med en uppsättningfunktionella komponenter, som så småningom bildar ett enda arbetskomplex. Även en enkel mikrodatormodell ger möjlighet att använda ett antal element som säkerställer att de uppgifter som tilldelats maskinen utförs. Sättet för interaktion mellan dessa komponenter, såväl som kommunikationsmedlen med in- och utsignaler, bestämmer till stor del mikroprocessorns arkitektur. När det gäller själva begreppet arkitektur så uttrycks det i olika definitioner. Detta kan vara en uppsättning tekniska, fysiska och operationella parametrar, inklusive antalet minnesregister, bitdjup, hastighet och så vidare. Men, i enlighet med de teoretiska grunderna för mikroprocessorteknik, bör arkitektur i detta fall förstås som den logiska organisationen av funktioner som implementeras i processen för sammankopplad drift av hård- och mjukvarufyllning. Mer specifikt återspeglar mikroprocessorarkitekturen följande:
- uppsättningen fysiska element som bildar en mikroprocessor, såväl som kopplingarna mellan dess funktionella block.
- Format och sätt att tillhandahålla information.
- Kanaler för åtkomst till strukturmoduler tillgängliga för användning med parametrar för vidare användning.
- Operationer som en viss mikroprocessor kan utföra.
- Kännetecken för kontrollkommandon som enheten genererar eller tar emot.
- Reaktioner på signaler utifrån.
Externa gränssnitt
Mikroprocessorn ses sällan som ett isolerat system förexekvera ettordskommandon i ett statiskt format. Det finns enheter som behandlar en signal enligt ett givet schema, men oftast fungerar mikroprocessorteknik med ett stort antal kommunikationslänkar från källor som i sig inte är linjära när det gäller bearbetade kommandon. För att organisera interaktion med tredjepartsutrustning och datakällor tillhandahålls speciella anslutningsformat - gränssnitt. Men först måste du bestämma exakt vad som kommuniceras med. Som regel fungerar kontrollerade enheter i denna egenskap, det vill säga ett kommando skickas till dem från mikroprocessorn, och i återkopplingsläget kan data om det verkställande organets status tas emot.
När det gäller externa gränssnitt tjänar de inte bara för möjligheten till interaktion mellan en viss exekutiv mekanism, utan också för dess integration i kontrollkomplexets struktur. När det gäller komplex dator- och mikroprocessorteknik kan detta vara en hel uppsättning hård- och mjukvaruverktyg som är nära relaterade till styrenheten. Dessutom kombinerar mikrokontroller ofta funktionerna att bearbeta och utfärda kommandon med uppgifterna att tillhandahålla kommunikation mellan mikroprocessorer och externa enheter.
Mikroprocessorspecifikationer
De huvudsakliga egenskaperna hos mikroprocessorenheter inkluderar följande:
- Klockfrekvens. Tidsperiod under vilken datorkomponenter byts.
- Bredd. Antalet högsta möjliga för samtidig bearbetning av binärsiffror.
- Arkitektur. Placeringskonfiguration och sätt att interagera mellan mikroprocessorns arbetselement.
Den operativa processens karaktär kan också bedömas utifrån kriterierna för regelbundenhet med de viktigaste. I det första fallet talar vi om hur vi implementerar principen om regelbunden repeterbarhet i en viss enhet av datormikroprocessorteknik. Med andra ord, vad är den villkorade andelen länkar och arbetsobjekt som duplicerar varandra. Regelbundenhet kan tillämpas generellt på strukturen av schemaorganisationen inom samma databehandlingssystem.
Backbone indikerar metoden för datautbyte mellan de interna modulerna i systemet, vilket också påverkar arten av ordningsföljden av länkar. Genom att kombinera principerna om ryggrad och regelbundenhet är det möjligt att utveckla en strategi för att skapa mikroprocessorer förenade till en viss standard. Detta tillvägagångssätt har fördelen av att underlätta kommunikationsorganisation på olika nivåer när det gäller interaktion genom gränssnitt. Å andra sidan tillåter standardisering inte att utöka systemets kapacitet och öka dess motståndskraft mot externa belastningar.
Minne i mikroprocessorteknik
Lagring av information organiseras med hjälp av speciella lagringsenheter gjorda av halvledare. Detta gäller internminne, men externa optiska och magnetiska medier kan också användas. Även datalagringselement baserade på halvledarmaterial kan representeras som integrerade kretsar, vilketingår i mikroprocessorn. Sådana minnesceller används inte bara för att lagra program, utan också för att betjäna centralprocessorns minne med styrenheter.
Om vi tar en djupare titt på den strukturella grunden för lagringsenheter, kommer kretsar gjorda av metall, dielektrisk och kiselhalvledare att komma i förgrunden. Metall-, oxid- och halvledarkomponenter används som dielektrikum. Nivån på integrationen av lagringsenheten bestäms av målen och egenskaperna hos hårdvaran. I digital mikroprocessorteknik med tillhandahållande av en videominnesfunktion läggs också brusimmunitet, stabilitet, hastighet och så vidare till de universella kraven för tillförlitlig integration och överensstämmelse med elektriska parametrar. Bipolära digitala mikrokretsar är den optimala lösningen när det gäller prestandakriterier och integrationsmångsidighet, som, beroende på aktuella uppgifter, även kan användas som trigger, processor eller inverter.
Funktioner
Utbudet av funktioner är till stor del baserat på de uppgifter som mikroprocessorn kommer att lösa inom en viss process. Den universella uppsättningen funktioner i en generaliserad version kan representeras enligt följande:
- Läser data.
- Databehandling.
- Utbyte av information med internminne, moduler eller externa anslutna enheter.
- Record data.
- Datainmatning och -utdata.
Betydningen av vart och ett av ovanståendeoperationer bestäms av sammanhanget för det övergripande systemet där enheten används. Till exempel, inom ramen för aritmetisk-logiska operationer, kan elektronisk och mikroprocessorteknik, som ett resultat av bearbetning av ingångsinformation, presentera ny information, som i sin tur kommer att bli orsaken till en eller annan kommandosignal. Det är också värt att notera den interna funktionaliteten, på grund av vilken driftsparametrarna för själva processorn, styrenheten, strömförsörjningen, ställdonen och andra moduler som arbetar inom styrsystemet regleras.
Enhetstillverkare
Ursprunget till skapandet av mikroprocessorenheter var Intels ingenjörer som släppte en hel rad 8-bitars mikrokontroller baserade på MCS-51-plattformen, som fortfarande används i vissa områden idag. Många andra tillverkare använde också x51-familjen för sina egna projekt som en del av utvecklingen av nya generationer av elektronik och mikroprocessorteknologi, bland representanterna för dessa är inhemska utvecklingar som enkelchipsdatorn K1816BE51.
Efter att ha gått in i segmentet mer komplexa processorer, gav Intel plats för mikrokontroller till andra företag, inklusive Analog Device och Atmel. Zilog, Microchip, NEC och andra erbjuder ett fundament alt nytt utseende på mikroprocessorarkitektur. I dag, i samband med utvecklingen av mikroprocessorteknologi, kan x51-, AVR- och PIC-linjerna anses vara de mest framgångsrika. Om vi pratar om utvecklingstrender, så är den första i dessa dagarplatsen ersätts av krav på att utöka utbudet av interna kontrolluppgifter, kompaktitet och låg strömförbrukning. Med andra ord, mikrokontroller blir mindre och smartare när det gäller underhåll, men ökar samtidigt deras kraftpotential.
Underhåll av mikroprocessorbaserad utrustning
I enlighet med föreskrifter servas mikroprocessorsystem av team av arbetare som leds av en elektriker. De huvudsakliga underhållsuppgifterna inom detta område inkluderar följande:
- Åtgärda fel i systemets drift och deras analys för att fastställa orsakerna till överträdelsen.
- Förhindra enhets- och komponentfel genom tilldelat schemalagt underhåll.
- Reparera enhetsfel genom att reparera skadade delar eller ersätta dem med liknande delar som kan repareras.
- Tillverkning av snabb reparation av systemkomponenter.
Direkt underhåll av mikroprocessorteknik kan vara komplext eller mindre. I det första fallet kombineras en lista över tekniska operationer, oavsett deras arbetsintensitet och komplexitetsnivå. Med ett småskaligt tillvägagångssätt ligger tonvikten på individualiseringen av varje operation, det vill säga individuella reparations- eller underhållsåtgärder utförs i ett isolerat format från organisationens synvinkel i enlighet med den tekniska kartan. Nackdelarna med denna metod är förknippade med höga arbetsflödeskostnader, vilket kanske inte är ekonomiskt motiverat i ett storskaligt system. Å andra sidan småskalig serviceförbättrar kvaliteten på teknisk support för utrustning, vilket minimerar risken för ytterligare fel tillsammans med enskilda komponenter.
Användning av mikroprocessorteknik
Innan det omfattande introduktionen av mikroprocessorer inom olika industriområden, inhemska och nationella ekonomin finns det färre och färre hinder. Detta beror återigen på optimeringen av dessa enheter, deras kostnadsminskning och det växande behovet av automationselement. Några av de vanligaste användningsområdena för dessa enheter inkluderar:
- Industri. Mikroprocessorer används i arbetsledning, maskinkoordinering, styrsystem och insamling av produktionsprestanda.
- Handel. På detta område är driften av mikroprocessorteknik inte bara förknippad med beräkningsoperationer, utan också med underhållet av logistikmodeller för hantering av varor, lager och informationsflöden.
- Säkerhetssystem. Elektronik i moderna säkerhets- och larmkomplex ställer höga krav på automatisering och intelligent styrning, vilket gör att vi kan tillhandahålla mikroprocessorer av nya generationer.
- Kommunikation. Naturligtvis kan kommunikationsteknik inte klara sig utan programmerbara styrenheter som betjänar multiplexorer, fjärrterminaler och omkopplingskretsar.
Några ord som avslutning
En bred publik av konsumenter kan inte helt föreställa sig dagensmikroprocessorteknikens kapacitet, men tillverkarna står inte stilla och överväger redan lovande riktningar för utvecklingen av dessa produkter. Till exempel är datorindustriregeln fortfarande väl underhållen, enligt vilken antalet transistorer i processorkretsar kommer att minska vartannat år. Men moderna mikroprocessorer kan skryta inte bara med strukturell optimering. Experter förutspår också många innovationer när det gäller organisationen av nya kretsar, vilket kommer att underlätta det tekniska tillvägagångssättet för utveckling av processorer och minska deras baskostnad.
