I løbet af flere årtiers udvikling er mikroprocessoren nået langt fra et anvendelsesobjekt i højt specialiserede områder til et produkt med bred udnyttelse. I dag, i en eller anden form, bruges disse enheder sammen med controllere i næsten ethvert produktionsområde. I bred forstand giver mikroprocessorteknologi kontrol- og automatiseringsprocesser, men inden for denne retning dannes og godkendes nye områder for udvikling af højteknologiske enheder, indtil tegn på kunstig intelligens viser sig.
Generel forståelse af mikroprocessorer
Håndtering eller kontrol af visse processer kræver passende softwaresupport på et reelt teknisk grundlag. I denne egenskab virker en eller et sæt chips på basismatrixkrystaller. Til praktiske behov bruges chipsætmoduler næsten altid, det vil sige chipsæt, der er forbundet med et fælles strømsystem,signaler, informationsbehandlingsformater og så videre. I den videnskabelige fortolkning, som bemærket i det teoretiske grundlag for mikroprocessorteknologi, er sådanne enheder et sted (hovedhukommelse) til lagring af operander og kommandoer i en kodet form. Direkte styring implementeres på et højere niveau, men også gennem integrerede mikroprocessorkredsløb. Der bruges controllere til dette.
Man kan kun tale om controllere i forhold til mikrocomputere eller mikrocomputere bestående af mikroprocessorer. Faktisk er dette en arbejdsteknik, der i princippet er i stand til at udføre bestemte operationer eller kommandoer inden for rammerne af en given algoritme. Som bemærket i lærebogen om mikroprocessorteknologi af S. N. Liventsov, skal en mikrocontroller forstås som en computer, der fokuserer på at udføre logiske operationer som en del af udstyrskontrol. Det er baseret på de samme skemaer, men med en begrænset computerressource. Mikrocontrollerens opgave er i højere grad at implementere ansvarlige, men enkle procedurer uden komplekse kredsløb. Sådanne enheder kan dog heller ikke kaldes teknologisk primitive, da mikrocontrollere i moderne industrier samtidig kan styre hundreder og endda tusindvis af operationer på samme tid under hensyntagen til de indirekte parametre for deres udførelse. Generelt er mikrocontrollerens logiske struktur designet med kraft, alsidighed og pålidelighed i tankerne.
Arkitektur
Udviklere af mikroprocessorenheder har med et sæt at gørefunktionelle komponenter, som til sidst danner et enkelt arbejdskompleks. Selv en simpel mikrocomputermodel giver mulighed for brug af en række elementer, der sikrer opfyldelsen af de opgaver, der er tildelt maskinen. Interaktionsmåden mellem disse komponenter såvel som kommunikationsmidlerne med input- og outputsignaler bestemmer i høj grad mikroprocessorens arkitektur. Hvad angår selve begrebet arkitektur, kommer det til udtryk i forskellige definitioner. Dette kan være et sæt tekniske, fysiske og operationelle parametre, herunder antallet af hukommelsesregistre, bitdybde, hastighed og så videre. Men i overensstemmelse med det teoretiske grundlag for mikroprocessorteknologi skal arkitektur i dette tilfælde forstås som den logiske organisering af funktioner implementeret i processen med sammenkoblet drift af hardware- og softwarefyldning. Mere specifikt afspejler mikroprocessorarkitekturen følgende:
- Sættet af fysiske elementer, der danner en mikroprocessor, såvel som forbindelserne mellem dens funktionelle blokke.
- Formater og måder at give information på.
- Kanaler til adgang til strukturmoduler, der er tilgængelige til brug med parametre til deres videre brug.
- Handlinger, som en bestemt mikroprocessor kan udføre.
- Karakteristik af kontrolkommandoer, som enheden genererer eller modtager.
- Reaktioner på signaler udefra.
Eksterne grænseflader
Mikroprocessoren ses sjældent som et isoleret system tiludførelse af et-ords kommandoer i et statisk format. Der er enheder, der behandler et signal i henhold til et givet skema, men oftest fungerer mikroprocessorteknologi med et stort antal kommunikationslinks fra kilder, der i sig selv ikke er lineære med hensyn til behandlede kommandoer. For at organisere interaktion med tredjepartsudstyr og datakilder leveres specielle forbindelsesformater - grænseflader. Men først skal du bestemme, hvad der præcist kommunikeres med. Som regel virker styrede enheder i denne egenskab, det vil sige, at der sendes en kommando til dem fra mikroprocessoren, og i feedbacktilstanden kan data om status for det udøvende organ modtages.
Hvad angår eksterne grænseflader, tjener de ikke kun til muligheden for interaktion mellem en bestemt udøvende mekanisme, men også for dens integration i kontrolkompleksets struktur. Med hensyn til kompleks computer- og mikroprocessorteknologi kan dette være et helt sæt hardware- og softwareværktøjer, der er tæt forbundet med controlleren. Desuden kombinerer mikrocontrollere ofte funktionerne til behandling og afgivelse af kommandoer med opgaverne med at levere kommunikation mellem mikroprocessorer og eksterne enheder.
Mikroprocessorspecifikationer
De vigtigste egenskaber ved mikroprocessorenheder omfatter følgende:
- Urfrekvens. Tidsperiode, hvor computerkomponenter skiftes.
- Bredde. Antallet af maksim alt muligt for samtidig behandling af binærcifre.
- Arkitektur. Placeringskonfiguration og måder at interagere på mikroprocessorens arbejdselementer.
Karakteren af den operationelle proces kan også bedømmes ud fra kriterierne for regelmæssighed med de vigtigste. I det første tilfælde taler vi om, hvordan vi implementerer princippet om regelmæssig repeterbarhed i en bestemt enhed af computermikroprocessorteknologi. Med andre ord, hvad er den betingede procentdel af links og arbejdselementer, der dublerer hinanden. Regelmæssighed kan anvendes generelt på strukturen af skemaorganisationen inden for det samme databehandlingssystem.
Backbone angiver metoden til dataudveksling mellem de interne moduler i systemet, hvilket også påvirker arten af rækkefølgen af links. Ved at kombinere principperne om rygrad og regelmæssighed er det muligt at udvikle en strategi til at skabe mikroprocessorer forenet til en bestemt standard. Denne tilgang har den fordel, at den letter kommunikationsorganisationen på forskellige niveauer med hensyn til interaktion gennem grænseflader. På den anden side tillader standardisering ikke at udvide systemets muligheder og øge dets modstand mod eksterne belastninger.
Hukommelse i mikroprocessorteknologi
Opbevaring af information er organiseret ved hjælp af specielle lagerenheder lavet af halvledere. Det gælder intern hukommelse, men eksterne optiske og magnetiske medier kan også bruges. Også datalagringselementer baseret på halvledermaterialer kan repræsenteres som integrerede kredsløb, hvilketinkluderet i mikroprocessoren. Sådanne hukommelsesceller bruges ikke kun til lagring af programmer, men også til at betjene centralprocessorens hukommelse med controllere.
Hvis vi kigger dybere på det strukturelle grundlag for lagerenheder, så vil kredsløb lavet af metal, dielektrisk og siliciumhalvleder komme i forgrunden. Metal-, oxid- og halvlederkomponenter bruges som dielektrikum. Integrationsniveauet for lagerenheden bestemmes af hardwarens mål og egenskaber. I digital mikroprocessorteknologi med tilvejebringelse af en videohukommelsesfunktion føjes støjimmunitet, stabilitet, hastighed og så videre også til de universelle krav til pålidelig integration og overholdelse af elektriske parametre. Bipolære digitale mikrokredsløb er den optimale løsning med hensyn til ydeevnekriterier og integrations-alsidighed, som afhængigt af de aktuelle opgaver også kan bruges som trigger, processor eller inverter.
Funktioner
Rækken af funktioner er i høj grad baseret på de opgaver, som mikroprocessoren vil løse inden for en bestemt proces. Det universelle sæt af funktioner i en generaliseret version kan repræsenteres som følger:
- Læsedata.
- Databehandling.
- Udveksling af information med intern hukommelse, moduler eller eksterne tilsluttede enheder.
- Optag data.
- Datainput og -output.
Betydningen af hver af ovenståendeoperationer bestemmes af konteksten af det overordnede system, som enheden bruges i. For eksempel inden for rammerne af aritmetisk-logiske operationer kan elektronisk og mikroprocessorteknologi, som et resultat af behandling af inputinformation, præsentere ny information, som igen vil blive årsagen til et eller andet kommandosignal. Det er også værd at bemærke den interne funktionalitet, på grund af hvilken driftsparametrene for selve processoren, controlleren, strømforsyningen, aktuatorerne og andre moduler, der opererer i kontrolsystemet, reguleres.
Enhedsproducenter
Oprindelsen til skabelsen af mikroprocessorenheder var Intel-ingeniører, som udgav en hel serie af 8-bit mikrocontrollere baseret på MCS-51-platformen, som stadig bruges i nogle områder i dag. Også mange andre producenter brugte x51-familien til deres egne projekter som en del af udviklingen af nye generationer af elektronik og mikroprocessorteknologi, blandt repræsentanterne for disse er indenlandske udviklinger som single-chip computeren K1816BE51.
Efter at være kommet ind i segmentet af mere komplekse processorer, gav Intel plads til mikrocontrollere til andre virksomheder, inklusive Analog Device og Atmel. Zilog, Microchip, NEC og andre tilbyder et fundament alt nyt blik på mikroprocessorarkitektur. I dag, i forbindelse med udviklingen af mikroprocessorteknologi, kan x51-, AVR- og PIC-linjerne betragtes som de mest succesrige. Hvis vi taler om udviklingstendenser, så er den første i disse dagestedet afløses af krav om udvidelse af rækken af interne kontrolopgaver, kompakthed og lavt strømforbrug. Med andre ord bliver mikrocontrollere mindre og smartere med hensyn til vedligeholdelse, men øger samtidig deres strømpotentiale.
Vedligeholdelse af mikroprocessorbaseret udstyr
I overensstemmelse med reglerne serviceres mikroprocessorsystemer af teams af arbejdere ledet af en elektriker. De vigtigste vedligeholdelsesopgaver i dette område omfatter følgende:
- Rettelse af fejl i processen med systemdrift og deres analyse for at bestemme årsagerne til overtrædelsen.
- Forebyg enheds- og komponentfejl gennem tildelt planlagt vedligeholdelse.
- Reparer enhedsfejl ved at reparere beskadigede dele eller udskifte dem med lignende dele, der kan repareres.
- Produktion af rettidig reparation af systemkomponenter.
Direkte vedligeholdelse af mikroprocessorteknologi kan være kompleks eller mindre. I det første tilfælde kombineres en liste over tekniske operationer, uanset deres arbejdsintensitet og kompleksitetsniveau. Med en lille skala tilgang lægges vægten på individualiseringen af hver operation, det vil sige, at individuelle reparations- eller vedligeholdelseshandlinger udføres i et isoleret format fra organisationens synspunkt i overensstemmelse med det teknologiske kort. Ulemperne ved denne metode er forbundet med høje workflow-omkostninger, som måske ikke er økonomisk berettigede i et system i stor skala. På den anden side småskala serviceforbedrer kvaliteten af teknisk support til udstyr og minimerer risikoen for yderligere fejl sammen med individuelle komponenter.
Brug af mikroprocessorteknologi
Før den udbredte introduktion af mikroprocessorer i forskellige industriområder, indenlandske og nationale økonomier, er der færre og færre barrierer. Dette skyldes igen optimeringen af disse enheder, deres reduktion i omkostninger og det voksende behov for automatiseringselementer. Nogle af de mest almindelige anvendelser af disse enheder omfatter:
- Industri. Mikroprocessorer bruges i arbejdsledelse, maskinkoordinering, kontrolsystemer og indsamling af produktionsydelse.
- Handel. På dette område er driften af mikroprocessorteknologi ikke kun forbundet med beregningsoperationer, men også med vedligeholdelsen af logistikmodeller i styringen af varer, lagre og informationsstrømme.
- Sikkerhedssystemer. Elektronik i moderne sikkerheds- og alarmkomplekser stiller høje krav til automatisering og intelligent styring, som giver os mulighed for at levere mikroprocessorer af nye generationer.
- Kommunikation. Selvfølgelig kan kommunikationsteknologier ikke undvære programmerbare controllere, der betjener multipleksere, fjernterminaler og switching-kredsløb.
Et par ord til afslutning
Et bredt publikum af forbrugere kan ikke helt forestille sig nutidensmikroprocessorteknologiens muligheder, men producenterne står ikke stille og overvejer allerede lovende retninger for udviklingen af disse produkter. For eksempel er computerindustriens regel stadig velholdt, ifølge hvilken antallet af transistorer i processorkredsløb hvert andet år vil falde. Men moderne mikroprocessorer kan ikke kun prale af strukturel optimering. Eksperter forudser også mange innovationer med hensyn til organisering af nye kredsløb, som vil lette den teknologiske tilgang til udvikling af processorer og reducere deres basisomkostninger.
