De-a lungul mai multor decenii de dezvoltare, microprocesorul a parcurs un drum lung de la un obiect de aplicare în domenii foarte specializate la un produs de exploatare largă. Astăzi, sub o formă sau alta, aceste dispozitive, împreună cu controlerele, sunt folosite în aproape orice domeniu de producție. În sens larg, tehnologia cu microprocesor asigură procese de control și automatizare, dar în această direcție se formează și se aprobă noi domenii de dezvoltare a dispozitivelor de în altă tehnologie, până la apariția semnelor inteligenței artificiale.
Înțelegerea generală a microprocesoarelor
Gestionarea sau controlul anumitor procese necesită asistență software adecvată pe o bază tehnică reală. În această calitate, acționează unul sau un set de cipuri pe cristale de matrice de bază. Pentru nevoi practice, aproape întotdeauna se folosesc module de chip-set, adică chipset-uri care sunt conectate printr-un sistem de alimentare comun,semnale, formate de procesare a informațiilor și așa mai departe. În interpretarea științifică, așa cum este menționat în bazele teoretice ale tehnologiei microprocesoarelor, astfel de dispozitive sunt un loc (memoria principală) pentru stocarea operanzilor și comenzilor într-o formă codificată. Controlul direct este implementat la un nivel superior, dar și prin circuite integrate cu microprocesor. Pentru aceasta se folosesc controlere.
Se poate vorbi doar de controlere în raport cu microcalculatoare sau microcalculatoare formate din microprocesoare. De fapt, aceasta este o tehnică de lucru, în principiu capabilă să efectueze anumite operații sau comenzi în cadrul unui anumit algoritm. După cum s-a menționat în manualul despre tehnologia microprocesoarelor de S. N. Liventsov, un microcontroler ar trebui înțeles ca un computer concentrat pe efectuarea de operațiuni logice ca parte a controlului echipamentului. Se bazează pe aceleași scheme, dar cu o resursă de calcul limitată. Sarcina microcontrolerului într-o măsură mai mare este să implementeze proceduri responsabile, dar simple, fără circuite complexe. Cu toate acestea, astfel de dispozitive nu pot fi numite nici primitive din punct de vedere tehnologic, deoarece în industriile moderne microcontrolerele pot controla simultan sute și chiar mii de operațiuni în același timp, ținând cont de parametrii indirecti ai executării lor. În general, structura logică a microcontrolerului este concepută având în vedere puterea, versatilitatea și fiabilitatea.
Arhitectură
Dezvoltatorii de dispozitive cu microprocesor au de-a face cu un setcomponente funcționale, care în cele din urmă formează un singur complex de lucru. Chiar și un simplu model de microcalculator prevede utilizarea unui număr de elemente care asigură îndeplinirea sarcinilor atribuite mașinii. Modul de interacțiune dintre aceste componente, precum și mijloacele de comunicare cu semnalele de intrare și de ieșire, determină în mare măsură arhitectura microprocesorului. În ceea ce privește însuși conceptul de arhitectură, acesta este exprimat în diferite definiții. Acesta poate fi un set de parametri tehnici, fizici și operaționali, inclusiv numărul de registre de memorie, adâncimea de biți, viteza și așa mai departe. Dar, în conformitate cu bazele teoretice ale tehnologiei microprocesoarelor, arhitectura în acest caz ar trebui înțeleasă ca organizarea logică a funcțiilor implementate în procesul de funcționare interconectată a umpluturii hardware și software. Mai precis, arhitectura microprocesorului reflectă următoarele:
- Setul de elemente fizice care formează un microprocesor, precum și conexiunile dintre blocurile sale funcționale.
- Formate și modalități de furnizare a informațiilor.
- Canale pentru accesarea modulelor de structură disponibile pentru utilizare cu parametrii pentru utilizarea ulterioară.
- Operații pe care le poate efectua un anumit microprocesor.
- Caracteristicile comenzilor de control pe care dispozitivul le generează sau le primește.
- Reacții la semnalele din exterior.
Interfețe externe
Microprocesorul este rareori văzut ca un sistem izolat pentruexecutând comenzi dintr-un cuvânt într-un format static. Există dispozitive care procesează un semnal conform unei anumite scheme, dar cel mai adesea tehnologia cu microprocesor funcționează cu un număr mare de legături de comunicație din surse care nu sunt ele însele liniare în ceea ce privește comenzile procesate. Pentru a organiza interacțiunea cu echipamentele terțe și sursele de date, sunt furnizate formate speciale de conectare - interfețe. Dar mai întâi trebuie să determinați cu ce anume se comunică. De regulă, dispozitivele controlate acționează în această calitate, adică le este trimisă o comandă de la microprocesor, iar în modul de feedback pot fi primite date despre starea organului executiv.
În ceea ce privește interfețele externe, acestea servesc nu numai pentru posibilitatea de interacțiune a unui anumit mecanism executiv, ci și pentru integrarea acestuia în structura complexului de control. În ceea ce privește tehnologia complexă de computer și microprocesor, acesta poate fi un întreg set de instrumente hardware și software strâns legate de controler. Mai mult decât atât, microcontrolerele combină adesea funcțiile de procesare și emitere a comenzilor cu sarcinile de comunicare între microprocesoare și dispozitive externe.
Specificații microprocesor
Principalele caracteristici ale dispozitivelor cu microprocesor includ următoarele:
- Frecvența ceasului. Perioada de timp în care componentele computerului sunt schimbate.
- Lățime. Numărul maxim posibil pentru procesarea simultană a binaruluicifre.
- Arhitectură. Configurația de plasare și modalitățile de interacțiune a elementelor de lucru ale microprocesorului.
Natura procesului operațional poate fi judecată și după criteriile de regularitate cu principalul. În primul caz, vorbim despre modul în care implementăm principiul repetabilității obișnuite într-o anumită unitate de tehnologie a microprocesoarelor de computer. Cu alte cuvinte, care este procentul condiționat de link-uri și elemente de lucru care se dublează reciproc. Regularitatea poate fi aplicată în general structurii organizării schemei în cadrul aceluiași sistem de procesare a datelor.
Backbone indică metoda de schimb de date între modulele interne ale sistemului, afectând și natura ordonării legăturilor. Combinând principiile coloana vertebrală și regularitatea, este posibilă dezvoltarea unei strategii de creare a microprocesoarelor unificate la un anumit standard. Această abordare are avantajul de a facilita organizarea comunicării la diferite niveluri în ceea ce privește interacțiunea prin interfețe. Pe de altă parte, standardizarea nu permite extinderea capacităților sistemului și creșterea rezistenței acestuia la sarcini externe.
Memorie în tehnologia cu microprocesor
Depozitarea informațiilor este organizată cu ajutorul unor dispozitive speciale de stocare din semiconductori. Acest lucru se aplică memoriei interne, dar pot fi utilizate și medii optice și magnetice externe. De asemenea, elementele de stocare a datelor pe bază de materiale semiconductoare pot fi reprezentate ca circuite integrate, careincluse în microprocesor. Astfel de celule de memorie sunt folosite nu numai pentru stocarea programelor, ci și pentru întreținerea memoriei procesorului central cu controlere.
Dacă aruncăm o privire mai profundă asupra bazei structurale a dispozitivelor de stocare, atunci vor trece în prim-plan circuitele din metal, dielectric și semiconductor de siliciu. Componentele metalice, oxidice și semiconductoare sunt utilizate ca dielectrici. Nivelul de integrare a dispozitivului de stocare este determinat de obiectivele și caracteristicile hardware-ului. În tehnologia cu microprocesor digital, cu furnizarea unei funcții de memorie video, la cerințele universale se adaugă imunitatea la zgomot, stabilitatea, viteza și așa mai departe pentru integrarea fiabilă și conformitatea cu parametrii electrici. Microcircuitele digitale bipolare sunt soluția optimă în ceea ce privește criteriile de performanță și versatilitatea de integrare, care, în funcție de sarcinile curente, pot fi folosite și ca declanșator, procesor sau invertor.
Funcții
Gama de funcții se bazează în mare parte pe sarcinile pe care microprocesorul le va rezolva în cadrul unui anumit proces. Setul universal de funcții într-o versiune generalizată poate fi reprezentat astfel:
- Citirea datelor.
- Procesarea datelor.
- Schimb de informații cu memoria internă, module sau dispozitive externe conectate.
- Înregistrați date.
- Intrare și ieșire de date.
Semnificația fiecăruia dintre cele de mai susoperațiunile este determinată de contextul sistemului general în care este utilizat dispozitivul. De exemplu, în cadrul operațiilor aritmetico-logice, tehnologia electronică și a microprocesorului, ca urmare a prelucrării informațiilor de intrare, poate prezenta informații noi, care, la rândul lor, vor deveni motivul unuia sau altul semnal de comandă. De asemenea, este de remarcat și funcționalitatea internă, datorită căreia sunt reglementați parametrii de funcționare ai procesorului însuși, controlerului, sursei de alimentare, actuatoarelor și altor module care funcționează în cadrul sistemului de control.
Producători de dispozitive
Originile creării dispozitivelor cu microprocesor au fost inginerii Intel care au lansat o întreagă linie de microcontrolere pe 8 biți bazate pe platforma MCS-51, care sunt încă folosite în unele zone astăzi. De asemenea, mulți alți producători au folosit familia x51 pentru propriile proiecte, ca parte a dezvoltării noilor generații de electronice și tehnologie de microprocesoare, printre reprezentanții cărora se numără dezvoltări interne precum computerul cu un singur cip K1816BE51.
După ce a intrat în segmentul procesoarelor mai complexe, Intel a lăsat loc microcontrolerelor altor companii, inclusiv Analog Device și Atmel. Zilog, Microchip, NEC și altele oferă o privire fundamental nouă asupra arhitecturii microprocesoarelor. Astăzi, în contextul dezvoltării tehnologiei microprocesoarelor, liniile x51, AVR și PIC pot fi considerate cele mai de succes. Dacă vorbim despre tendințele de dezvoltare, atunci în aceste zile este primullocul este înlocuit cu cerințe pentru extinderea gamei sarcinilor de control intern, compactitate și consum redus de energie. Cu alte cuvinte, microcontrolerele devin din ce în ce mai mici și mai inteligente în ceea ce privește întreținerea, dar în același timp își măresc potențialul de putere.
Întreținerea echipamentelor bazate pe microprocesor
În conformitate cu reglementările, sistemele cu microprocesoare sunt deservite de echipe de muncitori conduse de un electrician. Principalele sarcini de întreținere din această zonă includ următoarele:
- Remedierea defecțiunilor în procesul de funcționare a sistemului și analiza acestora pentru a determina cauzele încălcării.
- Preveniți defecțiunile dispozitivului și ale componentelor prin întreținerea programată alocată.
- Reparați defecțiunile dispozitivului prin repararea pieselor deteriorate sau înlocuirea lor cu piese similare care pot fi reparate.
- Producerea de reparații la timp a componentelor sistemului.
Întreținerea directă a tehnologiei microprocesorului poate fi complexă sau minoră. În primul caz, se combină o listă de operațiuni tehnice, indiferent de intensitatea muncii și nivelul de complexitate al acestora. Cu o abordare la scară mică, se pune accent pe individualizarea fiecărei operațiuni, adică acțiunile individuale de reparații sau întreținere sunt efectuate într-un format izolat din punct de vedere al organizației în conformitate cu harta tehnologică. Dezavantajele acestei metode sunt asociate cu costuri ridicate ale fluxului de lucru, care pot să nu fie justificate economic într-un sistem la scară largă. Pe de altă parte, serviciul la scară micăîmbunătățește calitatea suportului tehnic pentru echipamente, minimizând riscul defecțiunilor sale ulterioare, împreună cu componentele individuale.
Utilizarea tehnologiei cu microprocesor
Înainte de introducerea pe scară largă a microprocesoarelor în diverse domenii ale industriei, economiei interne și naționale, există din ce în ce mai puține bariere. Acest lucru se datorează din nou optimizării acestor dispozitive, reducerii costurilor acestora și nevoii tot mai mari de elemente de automatizare. Unele dintre cele mai frecvente utilizări pentru aceste dispozitive includ:
- Industrie. Microprocesoarele sunt utilizate în managementul muncii, coordonarea mașinilor, sistemele de control și colectarea performanței producției.
- Comerț. În acest domeniu, operarea tehnologiei cu microprocesor este asociată nu numai cu operațiunile de calcul, ci și cu menținerea modelelor logistice în gestionarea mărfurilor, stocurilor și fluxurilor de informații.
- Sisteme de securitate. Electronica din complexele moderne de securitate și alarmă stabilește cerințe ridicate pentru automatizare și control inteligent, ceea ce ne permite să oferim microprocesoare de noile generații.
- Comunicare. Desigur, tehnologiile de comunicație nu se pot descurca fără controlere programabile care deservesc multiplexoare, terminale la distanță și circuite de comutare.
Câteva cuvinte în concluzie
Un public larg de consumatori nu își poate imagina pe deplin nici măcar pe cel de astăzicapabilitățile tehnologiei microprocesoarelor, dar producătorii nu stau pe loc și au în vedere deja direcții promițătoare pentru dezvoltarea acestor produse. De exemplu, regula industriei calculatoarelor este încă bine menținută, conform căreia la fiecare doi ani numărul de tranzistori din circuitele procesorului va scădea. Dar microprocesoarele moderne se pot lăuda nu numai cu optimizarea structurală. Experții prevăd, de asemenea, multe inovații în ceea ce privește organizarea de noi circuite, care vor facilita abordarea tehnologică a dezvoltării procesoarelor și vor reduce costul de bază al acestora.
