Per kelis kūrimo dešimtmečius mikroprocesorius nuėjo ilgą kelią nuo pritaikymo objekto labai specializuotose srityse iki plataus naudojimo produkto. Šiandien vienokia ar kitokia forma šie įrenginiai kartu su valdikliais naudojami beveik bet kurioje gamybos srityje. Plačiąja prasme mikroprocesorių technologija užtikrina valdymo ir automatizavimo procesus, tačiau šia kryptimi formuojamos ir tvirtinamos naujos aukštųjų technologijų įrenginių kūrimo sritys iki dirbtinio intelekto požymių atsiradimo.
Bendras supratimas apie mikroprocesorius
Tam tikrų procesų valdymui ar kontrolei reikalingas atitinkamas programinės įrangos palaikymas realiu techniniu pagrindu. Šia funkcija veikia vienas arba lustų rinkinys ant pagrindinių matricos kristalų. Praktiniams poreikiams beveik visada naudojami lustų rinkiniai, tai yra mikroschemų rinkiniai, sujungti bendra maitinimo sistema,signalai, informacijos apdorojimo formatai ir pan. Moksliniu aiškinimu, kaip pažymima teoriniuose mikroprocesorinės technologijos pagrinduose, tokie įrenginiai yra vieta (pagrindinė atmintis), skirta operandų ir komandų saugojimui užkoduota forma. Tiesioginis valdymas įgyvendinamas aukštesniu lygiu, bet ir per mikroprocesorių integrinius grandynus. Tam naudojami valdikliai.
Apie valdiklius galima kalbėti tik apie mikrokompiuterius arba mikrokompiuterius, susidedančius iš mikroprocesorių. Tiesą sakant, tai yra darbo technika, iš esmės galinti atlikti tam tikras operacijas ar komandas pagal tam tikrą algoritmą. Kaip pažymėta S. N. Liventsovo mikroprocesorių technologijos vadovėlyje, mikrovaldiklis turėtų būti suprantamas kaip kompiuteris, orientuotas į loginių operacijų atlikimą kaip įrangos valdymo dalį. Jis pagrįstas tomis pačiomis schemomis, bet su ribotais skaičiavimo ištekliais. Mikrovaldiklio užduotis yra atlikti atsakingas, bet paprastas procedūras be sudėtingų grandinių. Tačiau tokių įrenginių negalima vadinti ir technologiškai primityviais, nes šiuolaikinėse pramonės šakose mikrovaldikliai vienu metu gali valdyti šimtus ir net tūkstančius operacijų, atsižvelgiant į netiesioginius jų vykdymo parametrus. Apskritai, loginė mikrovaldiklio struktūra sukurta atsižvelgiant į galią, universalumą ir patikimumą.
Architektūra
Mikroprocesorinių įrenginių kūrėjai susiduria su rinkiniufunkcinius komponentus, kurie ilgainiui sudaro vieną darbinį kompleksą. Net paprastame mikrokompiuterio modelyje numatyta naudoti daugybę elementų, užtikrinančių mašinai priskirtų užduočių įvykdymą. Šių komponentų sąveikos būdas, taip pat komunikacijos su įvesties ir išvesties signalais būdas daugiausia lemia mikroprocesoriaus architektūrą. Kalbant apie pačią architektūros sampratą, ji išreiškiama skirtingais apibrėžimais. Tai gali būti techninių, fizinių ir eksploatacinių parametrų rinkinys, įskaitant atminties registrų skaičių, bitų gylį, greitį ir pan. Tačiau, remiantis teoriniais mikroprocesorių technologijos pagrindais, architektūra šiuo atveju turėtų būti suprantama kaip logiškas funkcijų organizavimas, įgyvendinamas aparatinės ir programinės įrangos užpildymo tarpusavyje susijusio veikimo procese. Tiksliau, mikroprocesoriaus architektūra atspindi šiuos dalykus:
- Fizinių elementų, sudarančių mikroprocesorių, rinkinys, taip pat jungtys tarp jo funkcinių blokų.
- Informacijos teikimo formatai ir būdai.
- Kanalai, skirti pasiekti struktūros modulius, kuriuos galima naudoti su parametrais tolesniam jų naudojimui.
- Operacijos, kurias gali atlikti konkretus mikroprocesorius.
- Valdymo komandų, kurias įrenginys generuoja arba gauna, charakteristikos.
- Reakcija į signalus iš išorės.
Išorinės sąsajos
Mikroprocesorius retai vertinamas kaip izoliuota sistemavieno žodžio komandų vykdymas statiniu formatu. Yra įrenginių, kurie apdoroja vieną signalą pagal tam tikrą schemą, tačiau dažniausiai mikroprocesorių technologija veikia su daugybe ryšio nuorodų iš š altinių, kurie patys nėra tiesiniai apdorotų komandų atžvilgiu. Norint organizuoti sąveiką su trečiųjų šalių įranga ir duomenų š altiniais, numatyti specialūs ryšio formatai – sąsajos. Tačiau pirmiausia turite nustatyti, su kuo konkrečiai bendraujama. Paprastai valdomi įrenginiai veikia taip, tai yra, jiems iš mikroprocesoriaus siunčiama komanda, o grįžtamojo ryšio režimu galima gauti duomenis apie vykdomosios institucijos būseną.
Kalbant apie išorines sąsajas, jos tarnauja ne tik tam tikro vykdomojo mechanizmo sąveikos galimybei, bet ir jo integravimui į valdymo komplekso struktūrą. Kalbant apie sudėtingas kompiuterių ir mikroprocesorių technologijas, tai gali būti visas aparatinės ir programinės įrangos, glaudžiai susijusių su valdikliu, rinkinys. Be to, mikrovaldikliai dažnai derina apdorojimo ir komandų išdavimo funkcijas su ryšio tarp mikroprocesorių ir išorinių įrenginių užtikrinimo užduotimis.
Mikroprocesoriaus specifikacijos
Pagrindinės mikroprocesorinių įrenginių charakteristikos yra šios:
- Laikrodžio dažnis. Laikotarpis, per kurį perjungiami kompiuterio komponentai.
- Plotis. Didžiausias galimų vienu metu apdorotų dvejetainių duomenų skaičiusskaitmenys.
- Architektūra. Mikroprocesoriaus darbo elementų išdėstymo konfigūracija ir sąveikos būdai.
Veiklos proceso pobūdį taip pat galima spręsti pagal reguliarumo kriterijus su pagrindiniais. Pirmuoju atveju kalbame apie tai, kaip įgyvendiname reguliaraus pakartojamumo principą konkrečiame kompiuterio mikroprocesorių technologijos vienete. Kitaip tariant, koks yra sąlyginis procentas nuorodų ir darbo elementų, kurie dubliuoja vienas kitą. Taisyklingumas gali būti taikomas bendrai schemos organizavimo struktūrai toje pačioje duomenų apdorojimo sistemoje.
Backbone nurodo keitimosi duomenimis tarp vidinių sistemos modulių metodą, taip pat įtakojantį nuorodų išdėstymo pobūdį. Sujungus stuburo ir reguliarumo principus, galima sukurti mikroprocesorių, suvienodintų pagal tam tikrą standartą, kūrimo strategiją. Šis metodas turi pranašumą, nes palengvina komunikacijos organizavimą įvairiais lygiais sąveikos per sąsajas požiūriu. Kita vertus, standartizavimas neleidžia plėsti sistemos galimybių ir padidinti jos atsparumą išorinėms apkrovoms.
Atmintis mikroprocesorių technologijoje
Informacijos saugojimas organizuojamas specialių saugojimo įrenginių, pagamintų iš puslaidininkių, pagalba. Tai taikoma vidinei atminčiai, tačiau galima naudoti ir išorines optines bei magnetines laikmenas. Taip pat puslaidininkinių medžiagų pagrindu pagaminti duomenų saugojimo elementai gali būti pavaizduoti kaip integriniai grandynai, kurieįtraukta į mikroprocesorių. Tokios atminties ląstelės naudojamos ne tik programoms saugoti, bet ir centrinio procesoriaus atminčiai su valdikliais aptarnauti.
Jei pažvelgsime į saugojimo įrenginių struktūrinį pagrindą, išryškės grandinės, pagamintos iš metalo, dielektriko ir silicio puslaidininkių. Metaliniai, oksidiniai ir puslaidininkiniai komponentai naudojami kaip dielektrikai. Saugojimo įrenginio integracijos lygį lemia aparatinės įrangos tikslai ir charakteristikos. Skaitmeninių mikroprocesorių technologijose su vaizdo atminties funkcija, atsparumas triukšmui, stabilumas, greitis ir kt. taip pat pridedami prie universalių patikimos integracijos ir elektrinių parametrų laikymosi reikalavimų. Dvipolės skaitmeninės mikroschemos yra optimalus sprendimas pagal veikimo kriterijus ir integravimo universalumą, kuris, atsižvelgiant į esamas užduotis, taip pat gali būti naudojamas kaip paleidiklis, procesorius arba keitiklis.
Funkcijos
Funkcijų spektras daugiausia priklauso nuo užduočių, kurias mikroprocesorius išspręs tam tikrame procese. Universalus funkcijų rinkinys apibendrintame variante gali būti pavaizduotas taip:
- Duomenų skaitymas.
- Duomenų apdorojimas.
- Keistis informacija su vidine atmintimi, moduliais arba išoriniais prijungtais įrenginiais.
- Įrašyti duomenis.
- Duomenų įvestis ir išvestis.
Kiekvieno iš aukščiau paminėtų dalykų reikšmėoperacijas lemia visos sistemos, kurioje įrenginys naudojamas, kontekstas. Pavyzdžiui, aritmetinių-loginių operacijų metu elektroninė ir mikroprocesorinė technologija, apdorodama įvesties informaciją, gali pateikti naują informaciją, kuri savo ruožtu taps vieno ar kito komandos signalo priežastimi. Taip pat verta atkreipti dėmesį į vidinį funkcionalumą, dėl kurio reguliuojami paties procesoriaus, valdiklio, maitinimo š altinio, pavarų ir kitų valdymo sistemoje veikiančių modulių veikimo parametrai.
Įrenginių gamintojai
Mikroprocesorinių įrenginių kūrimo ištakos buvo „Intel“inžinieriai, išleidę visą eilę 8 bitų mikrovaldiklių, pagrįstų MCS-51 platforma, kurie kai kuriose srityse vis dar naudojami ir šiandien. Be to, daugelis kitų gamintojų naudojo x51 šeimą savo projektams, kurdami naujos kartos elektronikos ir mikroprocesorių technologijas, tarp kurių yra ir vietinių projektų, tokių kaip vieno lusto kompiuteris K1816BE51.
Įžengusi į sudėtingesnių procesorių segmentą, „Intel“užleido vietą mikrovaldikliams kitoms įmonėms, įskaitant „Analog Device“ir „Atmel“. Iš esmės naujai pažvelgti į mikroprocesorių architektūrą siūlo Zilog, Microchip, NEC ir kiti. Šiandien mikroprocesorių technologijos plėtros kontekste sėkmingiausiomis galima laikyti x51, AVR ir PIC linijas. Jei kalbėtume apie plėtros tendencijas, tai šiais laikais pirmiejivietą keičia reikalavimai išplėsti vidaus kontrolės užduočių spektrą, kompaktiškumą ir mažą energijos suvartojimą. Kitaip tariant, mikrovaldikliai tampa mažesni ir išmanesni techninės priežiūros požiūriu, tačiau kartu didėja jų galios potencialas.
Mikroprocesorinės įrangos priežiūra
Pagal taisykles, mikroprocesorines sistemas aptarnauja elektriko vadovaujamos darbuotojų komandos. Pagrindinės priežiūros užduotys šioje srityje yra šios:
- Sistemos veikimo proceso gedimų šalinimas ir jų analizė, siekiant nustatyti pažeidimo priežastis.
- Užsaugokite įrenginio ir komponentų gedimus atlikdami paskirtą planinę priežiūrą.
- Pataisykite įrenginio gedimus taisydami pažeistas dalis arba pakeisdami jas tinkamomis eksploatuoti panašiomis dalimis.
- Sistemos komponentų remontas laiku.
Tiesioginė mikroprocesorių technologijos priežiūra gali būti sudėtinga arba nedidelė. Pirmuoju atveju sujungiamas techninių operacijų sąrašas, neatsižvelgiant į jų darbo intensyvumą ir sudėtingumo lygį. Taikant nedidelio masto metodą, akcentuojamas kiekvienos operacijos individualizavimas, tai yra, atskiri remonto ar priežiūros veiksmai atliekami organizacijos požiūriu izoliuotu formatu pagal technologinį žemėlapį. Šio metodo trūkumai yra susiję su didelėmis darbo eigos sąnaudomis, kurios gali būti ekonomiškai nepagrįstos didelės apimties sistemoje. Kita vertus, nedidelės apimties paslaugapagerina įrangos techninės pagalbos kokybę, sumažindama tolesnio jos ir atskirų komponentų gedimo riziką.
Mikroprocesoriaus technologijos naudojimas
Prieš plačiai įdiegiant mikroprocesorius įvairiose pramonės, vidaus ir šalies ekonomikos srityse, kliūčių vis mažiau. Tai vėlgi lemia šių įrenginių optimizavimas, jų sąnaudų mažinimas ir augantis automatikos elementų poreikis. Kai kurie dažniausiai naudojami šių įrenginių naudojimo būdai:
- Pramonė. Mikroprocesoriai naudojami darbo valdymui, mašinų koordinavimui, valdymo sistemoms ir gamybos efektyvumo rinkimui.
- Prekyba. Šioje srityje mikroprocesorinių technologijų veikimas siejamas ne tik su skaičiavimo operacijomis, bet ir su logistikos modelių priežiūra valdant prekes, atsargas ir informacijos srautus.
- Apsaugos sistemos. Šiuolaikinių apsaugos ir signalizacijos kompleksų elektronika kelia aukštus reikalavimus automatizavimui ir išmaniajam valdymui, todėl galime pateikti naujų kartų mikroprocesorius.
- Bendravimas. Žinoma, ryšių technologijos neapsieina be programuojamų valdiklių, aptarnaujančių multiplekserius, nuotolinius terminalus ir perjungimo grandines.
Keli žodžiai pabaigai
Plati vartotojų auditorija net šiandien neįsivaizduojamikroprocesorinės technologijos galimybių, tačiau gamintojai nestovi vietoje ir jau svarsto perspektyvias šių produktų kūrimo kryptis. Pavyzdžiui, vis dar gerai išlaikoma kompiuterių pramonės taisyklė, pagal kurią kas dvejus metus tranzistorių skaičius procesoriaus grandinėse mažės. Tačiau šiuolaikiniai mikroprocesoriai gali pasigirti ne tik struktūriniu optimizavimu. Ekspertai taip pat prognozuoja daug naujovių, susijusių su naujos grandinės organizavimu, kurios palengvins technologinį požiūrį į procesorių kūrimą ir sumažins jų bazinę kainą.
