I løpet av flere tiår med utvikling har mikroprosessoren kommet langt fra et bruksobjekt i høyt spesialiserte områder til et produkt med bred utnyttelse. I dag, i en eller annen form, brukes disse enhetene, sammen med kontrollere, i nesten alle produksjonsfelt. I vid forstand gir mikroprosessorteknologi kontroll- og automatiseringsprosesser, men innenfor denne retningen dannes og godkjennes nye områder for utvikling av høyteknologiske enheter, frem til tegn på kunstig intelligens.
Generell forståelse av mikroprosessorer
Administrasjon eller kontroll av visse prosesser krever passende programvarestøtte på en reell teknisk basis. I denne egenskapen virker en eller et sett med brikker på grunnleggende matrisekrystaller. For praktiske behov brukes nesten alltid brikkesettmoduler, det vil si brikkesett som er koblet sammen med et felles strømsystem,signaler, informasjonsbehandlingsformater og så videre. I den vitenskapelige tolkningen, som nevnt i det teoretiske grunnlaget for mikroprosessorteknologi, er slike enheter et sted (hovedminne) for lagring av operander og kommandoer i en kodet form. Direkte styring implementeres på et høyere nivå, men også gjennom integrerte mikroprosessorkretser. Kontrollere brukes til dette.
Man kan bare snakke om kontrollere i forhold til mikrodatamaskiner eller mikrodatamaskiner som består av mikroprosessorer. Egentlig er dette en arbeidsteknikk, i prinsippet i stand til å utføre visse operasjoner eller kommandoer innenfor rammen av en gitt algoritme. Som nevnt i læreboken om mikroprosessorteknologi av S. N. Liventsov, skal en mikrokontroller forstås som en datamaskin fokusert på å utføre logiske operasjoner som en del av utstyrskontroll. Den er basert på de samme ordningene, men med en begrenset dataressurs. Mikrokontrollerens oppgave er i større grad å implementere ansvarlige, men enkle prosedyrer uten komplekse kretsløp. Imidlertid kan slike enheter heller ikke kalles teknologisk primitive, siden i moderne bransjer kan mikrokontrollere samtidig kontrollere hundrevis og til og med tusenvis av operasjoner på samme tid, under hensyntagen til de indirekte parametrene for deres utførelse. Generelt er den logiske strukturen til mikrokontrolleren designet med tanke på kraft, allsidighet og pålitelighet.
Arkitektur
Utviklere av mikroprosessorenheter har å gjøre med et settfunksjonelle komponenter, som til slutt danner et enkelt arbeidskompleks. Selv en enkel mikrodatamaskinmodell sørger for bruk av en rekke elementer som sikrer oppfyllelsen av oppgavene som er tildelt maskinen. Måten for interaksjon mellom disse komponentene, så vel som kommunikasjonsmidlene med inngangs- og utgangssignaler, bestemmer i stor grad arkitekturen til mikroprosessoren. Når det gjelder selve begrepet arkitektur, kommer det til uttrykk i ulike definisjoner. Dette kan være et sett med tekniske, fysiske og operasjonelle parametere, inkludert antall minneregistre, bitdybde, hastighet og så videre. Men i samsvar med det teoretiske grunnlaget for mikroprosessorteknologi, bør arkitektur i dette tilfellet forstås som den logiske organiseringen av funksjoner implementert i prosessen med sammenkoblet drift av maskinvare- og programvarefylling. Mer spesifikt gjenspeiler mikroprosessorarkitekturen følgende:
- Settet med fysiske elementer som danner en mikroprosessor, samt forbindelsene mellom funksjonsblokkene.
- Formater og måter å gi informasjon på.
- Kanaler for tilgang til strukturmoduler tilgjengelig for bruk med parametere for videre bruk.
- Operasjoner som en bestemt mikroprosessor kan utføre.
- Kjennetegn ved kontrollkommandoer som enheten genererer eller mottar.
- Reaksjoner på signaler utenfra.
Eksterne grensesnitt
Mikroprosessoren blir sjelden sett på som et isolert system forutføre ettordskommandoer i et statisk format. Det er enheter som behandler ett signal i henhold til et gitt skjema, men oftest fungerer mikroprosessorteknologi med et stort antall kommunikasjonskoblinger fra kilder som i seg selv ikke er lineære når det gjelder behandlede kommandoer. For å organisere interaksjon med tredjepartsutstyr og datakilder, er det gitt spesielle tilkoblingsformater - grensesnitt. Men først må du finne ut hva som blir kommunisert med. Som regel virker kontrollerte enheter i denne egenskapen, det vil si at en kommando sendes til dem fra mikroprosessoren, og i tilbakemeldingsmodus kan data om statusen til det utøvende organet mottas.
Når det gjelder eksterne grensesnitt, tjener de ikke bare for muligheten for samhandling av en bestemt utøvende mekanisme, men også for dens integrering i strukturen til kontrollkomplekset. Med hensyn til kompleks datamaskin- og mikroprosessorteknologi kan dette være et helt sett med maskinvare- og programvareverktøy som er nært knyttet til kontrolleren. Dessuten kombinerer mikrokontrollere ofte funksjonene til å behandle og utstede kommandoer med oppgavene med å gi kommunikasjon mellom mikroprosessorer og eksterne enheter.
Mikroprosessorspesifikasjoner
Hovedegenskapene til mikroprosessorenheter inkluderer følgende:
- Klokkefrekvens. Tidsperiode for bytte av datamaskinkomponenter.
- Bredde. Antallet maksim alt mulig for samtidig behandling av binærsifre.
- Arkitektur. Plasseringskonfigurasjon og måter for samhandling mellom arbeidselementer i mikroprosessoren.
Arten av den operasjonelle prosessen kan også bedømmes ut fra kriteriene om regularitet med hoved. I det første tilfellet snakker vi om hvordan vi implementerer prinsippet om vanlig repeterbarhet i en bestemt enhet av datamaskinmikroprosessorteknologi. Med andre ord, hva er den betingede prosentandelen av lenker og arbeidselementer som dupliserer hverandre. Regelmessighet kan brukes generelt på strukturen til skjemaorganisasjonen innenfor samme databehandlingssystem.
Backbone indikerer metoden for datautveksling mellom de interne modulene i systemet, og påvirker også arten av rekkefølgen av lenker. Ved å kombinere prinsippene om ryggrad og regularitet, er det mulig å utvikle en strategi for å lage mikroprosessorer samlet til en viss standard. Denne tilnærmingen har fordelen av å lette kommunikasjonsorganisering på ulike nivåer når det gjelder interaksjon gjennom grensesnitt. På den annen side tillater ikke standardisering å utvide systemets evner og øke motstanden mot eksterne belastninger.
Minne i mikroprosessorteknologi
Lagring av informasjon er organisert ved hjelp av spesielle lagringsenheter laget av halvledere. Dette gjelder internminne, men eksterne optiske og magnetiske medier kan også brukes. Også datalagringselementer basert på halvledermaterialer kan representeres som integrerte kretser, sominkludert i mikroprosessoren. Slike minneceller brukes ikke bare til lagring av programmer, men også til å betjene minnet til sentralprosessoren med kontrollere.
Hvis vi ser dypere på det strukturelle grunnlaget for lagringsenheter, vil kretser laget av metall, dielektrisk og silisiumhalvleder komme i forgrunnen. Metall-, oksid- og halvlederkomponenter brukes som dielektrikum. Integrasjonsnivået til lagringsenheten bestemmes av målene og egenskapene til maskinvaren. I digital mikroprosessorteknologi med tilveiebringelse av en videominnefunksjon, er støyimmunitet, stabilitet, hastighet og så videre også lagt til de universelle kravene for pålitelig integrasjon og samsvar med elektriske parametere. Bipolare digitale mikrokretser er den optimale løsningen når det gjelder ytelseskriterier og integrasjonsallsidighet, som, avhengig av aktuelle oppgaver, også kan brukes som trigger, prosessor eller inverter.
Functions
Utvalget av funksjoner er i stor grad basert på oppgavene som mikroprosessoren skal løse innenfor en bestemt prosess. Det universelle settet med funksjoner i en generalisert versjon kan representeres som følger:
- Lesedata.
- Databehandling.
- Utveksling av informasjon med internminne, moduler eller eksterne tilkoblede enheter.
- Record data.
- Datainndata og -utdata.
Betydningen av hvert av de ovennevnteoperasjoner bestemmes av konteksten til det generelle systemet som enheten brukes i. For eksempel, innenfor rammen av aritmetisk-logiske operasjoner, kan elektronisk og mikroprosessorteknologi, som et resultat av behandling av inngangsinformasjon, presentere ny informasjon, som igjen vil bli årsaken til et eller annet kommandosignal. Det er også verdt å merke seg den interne funksjonaliteten, på grunn av hvilken driftsparametrene til selve prosessoren, kontrolleren, strømforsyningen, aktuatorene og andre moduler som opererer i kontrollsystemet er regulert.
Enhetsprodusenter
Opprinnelsen til opprettelsen av mikroprosessorenheter var Intel-ingeniører som ga ut en hel serie med 8-bits mikrokontrollere basert på MCS-51-plattformen, som fortsatt brukes i enkelte områder i dag. Mange andre produsenter brukte også x51-familien til sine egne prosjekter som en del av utviklingen av nye generasjoner av elektronikk og mikroprosessorteknologi, blant representantene for disse er innenlandske utviklinger som enkeltbrikkedatamaskinen K1816BE51.
Etter å ha kommet inn i segmentet med mer komplekse prosessorer, ga Intel plass for mikrokontrollere til andre selskaper, inkludert Analog Device og Atmel. Zilog, Microchip, NEC og andre tilbyr et fundament alt nytt blikk på mikroprosessorarkitektur. I dag, i sammenheng med utviklingen av mikroprosessorteknologi, kan x51-, AVR- og PIC-linjene betraktes som de mest vellykkede. Hvis vi snakker om utviklingstrender, så i disse dager den førstestedet erstattes av krav om utvidelse av spekteret av internkontrolloppgaver, kompakthet og lavt strømforbruk. Mikrokontrollere blir med andre ord mindre og smartere når det gjelder vedlikehold, men øker samtidig kraftpotensialet.
Vedlikehold av mikroprosessorbasert utstyr
I samsvar med forskrifter blir mikroprosessorsystemer betjent av team med arbeidere ledet av en elektriker. De viktigste vedlikeholdsoppgavene i dette området inkluderer følgende:
- Fiksing av feil i prosessen med systemdrift og deres analyse for å finne årsakene til bruddet.
- Forhindre enhets- og komponentfeil gjennom tildelt planlagt vedlikehold.
- Reparer enhetsfeil ved å reparere skadede deler eller erstatte dem med lignende deler som kan repareres.
- Produksjon av rettidig reparasjon av systemkomponenter.
Direkte vedlikehold av mikroprosessorteknologi kan være komplekst eller mindre. I det første tilfellet kombineres en liste over tekniske operasjoner, uavhengig av deres arbeidsintensitet og kompleksitetsnivå. Med en småskala tilnærming er det lagt vekt på individualisering av hver operasjon, det vil si at individuelle reparasjons- eller vedlikeholdshandlinger utføres i et isolert format fra organisasjonens synspunkt i samsvar med det teknologiske kartet. Ulempene med denne metoden er forbundet med høye arbeidsflytkostnader, som kanskje ikke er økonomisk forsvarlig i et storskala system. På den annen side småskala serviceforbedrer kvaliteten på teknisk støtte for utstyr, og minimerer risikoen for ytterligere feil sammen med individuelle komponenter.
Bruk av mikroprosessorteknologi
Før den utbredte introduksjonen av mikroprosessorer i ulike områder av industri, innenlandsk og nasjonal økonomi, er det stadig færre barrierer. Dette er igjen på grunn av optimaliseringen av disse enhetene, deres kostnadsreduksjon og det økende behovet for automatiseringselementer. Noen av de vanligste bruksområdene for disse enhetene inkluderer:
- Industri. Mikroprosessorer brukes i arbeidsledelse, maskinkoordinering, kontrollsystemer og innsamling av produksjonsytelse.
- Handel. På dette området er driften av mikroprosessorteknologi ikke bare assosiert med beregningsoperasjoner, men også med vedlikehold av logistikkmodeller i styringen av varer, lagre og informasjonsstrømmer.
- Sikkerhetssystemer. Elektronikk i moderne sikkerhets- og alarmkomplekser stiller høye krav til automatisering og intelligent styring, noe som gjør at vi kan levere mikroprosessorer av nye generasjoner.
- Kommunikasjon. Selvfølgelig kan kommunikasjonsteknologier ikke klare seg uten programmerbare kontrollere som betjener multipleksere, eksterne terminaler og svitsjekretser.
Noen få ord til avslutning
Et bredt publikum av forbrukere kan ikke helt forestille seg dagensegenskapene til mikroprosessorteknologi, men produsentene står ikke stille og vurderer allerede lovende retninger for utviklingen av disse produktene. For eksempel er dataindustriregelen fortsatt godt vedlikeholdt, ifølge hvilken antall transistorer i prosessorkretser vil reduseres hvert annet år. Men moderne mikroprosessorer kan skryte av ikke bare strukturell optimalisering. Eksperter spår også mange innovasjoner når det gjelder organisering av nye kretser, som vil lette den teknologiske tilnærmingen til utvikling av prosessorer og redusere grunnkostnadene deres.
