A több évtizedes fejlesztés során a mikroprocesszor hosszú utat tett meg a rendkívül speciális területeken történő alkalmazástól a széles körben használható termékig. Ma ilyen vagy olyan formában ezeket az eszközöket a vezérlőkkel együtt szinte minden gyártási területen használják. Tágabb értelemben a mikroprocesszoros technológia biztosítja az irányítási és automatizálási folyamatokat, de ezen belül a csúcstechnológiás eszközök fejlesztésének új területei formálódnak és kerülnek jóváhagyásra, egészen a mesterséges intelligencia jeleinek megjelenéséig.
A mikroprocesszorok általános ismerete
Bizonyos folyamatok kezelése vagy vezérlése megfelelő szoftvertámogatást igényel valódi technikai alapon. Ebben a minőségben az alapmátrixkristályokon egy vagy több chip működik. Gyakorlati igényekhez szinte mindig chipkészletes modulokat használnak, vagyis olyan lapkakészleteket, amelyeket egy közös energiarendszer köt össze,jelek, információfeldolgozási formátumok stb. A tudományos értelmezésben, ahogy azt a mikroprocesszoros technológia elméleti alapjai is megjegyezték, az ilyen eszközök az operandusok és parancsok kódolt formában történő tárolására szolgáló helyet (fő memóriát) jelentenek. A közvetlen vezérlés magasabb szinten, de mikroprocesszoros integrált áramkörökön keresztül is megvalósul. Ehhez vezérlőket használnak.
Vezérlőről csak a mikroszámítógépek vagy mikroprocesszorokból álló mikroszámítógépek kapcsán lehet beszélni. Valójában ez egy működő technika, amely elvileg képes bizonyos műveleteket vagy parancsokat végrehajtani egy adott algoritmus keretein belül. Amint azt S. N. Liventsov mikroprocesszor-technológiáról szóló tankönyve megjegyzi, a mikrovezérlőt olyan számítógépként kell érteni, amely a berendezésvezérlés részeként logikai műveletek végrehajtására összpontosít. Ugyanezen sémákon alapul, de korlátozott számítási erőforrással. A mikrokontroller feladata nagyobb mértékben felelősségteljes, de egyszerű eljárások megvalósítása bonyolult áramkörök nélkül. Az ilyen eszközök azonban technológiailag sem nevezhetők primitívnek, hiszen a modern iparágakban a mikrokontrollerek egyidejűleg több száz, sőt több ezer műveletet is vezérelhetnek, figyelembe véve azok végrehajtásának közvetett paramétereit. Általánosságban elmondható, hogy a mikrokontroller logikai felépítését a teljesítmény, a sokoldalúság és a megbízhatóság szem előtt tartásával tervezték.
Architecture
A mikroprocesszoros eszközök fejlesztői egy készlettel foglalkoznakfunkcionális komponenseket, amelyek végül egyetlen működő komplexumot alkotnak. Már egy egyszerű mikroszámítógép-modell is számos olyan elem alkalmazását biztosítja, amelyek biztosítják a géphez rendelt feladatok teljesítését. Ezen összetevők közötti interakció módja, valamint a bemeneti és kimeneti jelekkel való kommunikáció módja nagymértékben meghatározza a mikroprocesszor architektúráját. Ami az építészet fogalmát illeti, azt különböző definíciók fejezik ki. Ez lehet műszaki, fizikai és működési paraméterek halmaza, beleértve a memóriaregiszterek számát, bitmélységet, sebességet stb. De a mikroprocesszoros technológia elméleti alapjaival összhangban az architektúrát ebben az esetben a funkciók logikai megszervezéseként kell értelmezni, amelyeket a hardver- és szoftvertömítés összekapcsolt működésének folyamatában hajtanak végre. Pontosabban, a mikroprocesszor architektúra a következőket tükrözi:
- A mikroprocesszort alkotó fizikai elemek halmaza, valamint a funkcionális blokkjai közötti kapcsolatok.
- Az információszolgáltatás formátumai és módjai.
- Csatornák a szerkezeti modulok elérésére, paraméterekkel használhatók a további felhasználásukhoz.
- Műveletek, amelyeket egy adott mikroprocesszor végrehajthat.
- Az eszköz által generált vagy fogadott vezérlőparancsok jellemzői.
- Reakciók kívülről érkező jelzésekre.
Külső interfészek
A mikroprocesszort ritkán tekintik elszigetelt rendszernekegyszavas parancsok végrehajtása statikus formátumban. Vannak olyan eszközök, amelyek egy jelet dolgoznak fel egy adott séma szerint, de leggyakrabban a mikroprocesszoros technológia nagyszámú olyan forrásból származó kommunikációs kapcsolattal működik, amelyek maguk is nem lineárisak a feldolgozott parancsok tekintetében. A harmadik féltől származó berendezésekkel és adatforrásokkal való interakció megszervezéséhez speciális csatlakozási formátumok állnak rendelkezésre - interfészek. De először meg kell határoznia, hogy pontosan mivel kommunikál. A vezérelt eszközök általában ebben a minőségben működnek, vagyis a mikroprocesszortól parancsot küldenek nekik, visszacsatolási módban pedig a végrehajtó szerv állapotára vonatkozó adatok fogadhatók.
Ami a külső interfészeket illeti, ezek nemcsak egy bizonyos végrehajtó mechanizmus interakciójának lehetőségét szolgálják, hanem a vezérlőkomplexum szerkezetébe való integrálását is. Az összetett számítógépes és mikroprocesszoros technológiát tekintve ez a vezérlőhöz szorosan kapcsolódó hardver és szoftver eszközök egész halmaza lehet. Ezenkívül a mikrokontrollerek gyakran kombinálják a feldolgozás és a parancsok kiadásának funkcióit a mikroprocesszorok és a külső eszközök közötti kommunikáció biztosításával.
Mikroprocesszor-specifikációk
A mikroprocesszoros eszközök fő jellemzői a következők:
- Órafrekvencia. Időtartam, amely alatt a számítógép-összetevőket váltják.
- Szélesség. A binárisok egyidejű feldolgozásához lehetséges maximális számszámjegyek.
- Építészet. A mikroprocesszor munkaelemeinek elhelyezési konfigurációja és interakciós módjai.
A működési folyamat jellege a szabályosság kritériumai alapján is megítélhető a fővel. Az első esetben arról beszélünk, hogyan valósítjuk meg a szabályos ismételhetőség elvét a számítógépes mikroprocesszor technológia egy adott egységében. Más szóval, hány százalékos az egymást megkettőző hivatkozások és munkaelemek feltételes százaléka. A szabályszerűség általánosságban alkalmazható a sémaszervezet struktúrájára ugyanazon az adatfeldolgozó rendszeren belül.
A Backbone a rendszer belső moduljai közötti adatcsere módját jelöli, befolyásolva a hivatkozások sorrendjének jellegét is. A gerinc és a szabályosság elvének ötvözésével lehetőség nyílik egy bizonyos szabvány szerint egységes mikroprocesszorok létrehozására vonatkozó stratégia kidolgozására. Ennek a megközelítésnek az az előnye, hogy megkönnyíti a kommunikáció szervezését különböző szinteken az interfészeken keresztüli interakció szempontjából. Másrészt a szabványosítás nem teszi lehetővé a rendszer képességeinek bővítését és a külső terhelésekkel szembeni ellenállásának növelését.
Memória a mikroprocesszoros technológiában
Az információk tárolását félvezetőkből készült speciális tárolóeszközök segítségével szervezzük meg. Ez vonatkozik a belső memóriára, de külső optikai és mágneses adathordozó is használható. Illetve integrált áramkörökként ábrázolhatók a félvezető anyagokra épülő adattároló elemek is, amelyekbenne van a mikroprocesszorban. Az ilyen memóriacellák nemcsak programok tárolására szolgálnak, hanem a központi processzor vezérlőkkel ellátott memóriájának kiszolgálására is.
Ha mélyebben megvizsgáljuk a tárolóeszközök szerkezeti alapjait, akkor a fémből, dielektrikumból és szilícium félvezetőből készült áramkörök kerülnek előtérbe. Dielektrikumként fém, oxid és félvezető alkatrészeket használnak. A tárolóeszköz integráltsági szintjét a hardver céljai és jellemzői határozzák meg. A videomemória funkcióval rendelkező digitális mikroprocesszoros technológiában a zajvédelem, a stabilitás, a sebesség stb. is hozzáadódik a megbízható integráció és az elektromos paramétereknek való megfelelés egyetemes követelményeihez. A teljesítménykritériumok és az integrációs sokoldalúság szempontjából a bipoláris digitális mikroáramkörök jelentik az optimális megoldást, amelyek az aktuális feladatoktól függően triggerként, processzorként vagy inverterként is használhatók.
Funkciók
A funkciók köre nagyrészt azokon a feladatokon alapul, amelyeket a mikroprocesszor egy adott folyamaton belül megold. Az univerzális függvénykészlet egy általánosított változatban a következőképpen ábrázolható:
- Adatok olvasása.
- Adatfeldolgozás.
- Információcsere belső memóriával, modulokkal vagy külső csatlakoztatott eszközökkel.
- Adatok rögzítése.
- Adatbevitel és -kimenet.
A fentiek mindegyikének jelentéseA műveleteket annak a rendszernek a környezete határozza meg, amelyben az eszközt használják. Például az aritmetikai-logikai műveletek keretein belül az elektronikus és mikroprocesszoros technológia a bemeneti információk feldolgozása eredményeként új információkat tud bemutatni, amelyek viszont egyik vagy másik parancsjel okai lesznek. Érdemes megjegyezni a belső funkcionalitást is, melynek köszönhetően magának a processzornak, a vezérlőnek, a tápegységnek, a működtetőknek és a vezérlőrendszeren belül működő egyéb moduloknak a működési paraméterei szabályozottak.
Eszközgyártók
A mikroprocesszoros eszközök létrehozásának eredete az Intel mérnökei volt, akik az MCS-51 platformon alapuló 8 bites mikrovezérlők egész sorát bocsátották ki, amelyeket egyes területeken még ma is használnak. Emellett számos más gyártó is használta az x51 családot saját projektjeihez az elektronikai és mikroprocesszoros technológia új generációinak fejlesztése részeként, amelyek képviselői között szerepelnek olyan hazai fejlesztések is, mint a K1816BE51 egychipes számítógép.
Miután az összetettebb processzorok szegmensébe lépett, az Intel átadta helyét a mikrokontrollereknek más vállalatoknak, köztük az Analog Device és az Atmel. A Zilog, a Microchip, a NEC és mások a mikroprocesszor-architektúra alapjaiban új pillantást vetnek, ma a mikroprocesszoros technológia fejlődésével összefüggésben az x51, AVR és PIC vonalak tekinthetők a legsikeresebbnek. Ha már fejlődési trendekről beszélünk, akkor manapság az elsőa helyet a belső ellenőrzési feladatok körének bővítésére, a kompaktságra és az alacsony fogyasztásra vonatkozó követelmények váltják fel. Más szóval, a mikrokontrollerek egyre kisebbek és intelligensebbek a karbantartás szempontjából, ugyanakkor növelik az energiapotenciáljukat.
Mikroprocesszor-alapú berendezések karbantartása
Az előírásoknak megfelelően a mikroprocesszoros rendszereket villanyszerelő által vezetett munkáscsoportok végzik. A fő karbantartási feladatok ezen a területen a következők:
- A rendszer működése során fellépő hibák kijavítása és elemzésük a szabálysértés okainak meghatározásához.
- Akadályozza meg az eszközök és alkatrészek meghibásodását a hozzárendelt ütemezett karbantartással.
- Javítsa ki az eszközhibákat a sérült alkatrészek javításával vagy szervizelhető, hasonló alkatrészekkel való cseréjével.
- A rendszerelemek időben történő javítása.
A mikroprocesszor-technológia közvetlen karbantartása bonyolult vagy kisebb jelentőségű lehet. Az első esetben a technikai műveletek listáját kombinálják, függetlenül azok munkaintenzitásától és összetettségi szintjétől. Kisléptékű megközelítéssel az egyes műveletek egyénre szabásán van a hangsúly, vagyis az egyes javítási vagy karbantartási műveleteket a szervezet szempontjából izolált formában, a technológiai térképnek megfelelően hajtják végre. Ennek a módszernek a hátrányai a magas munkafolyamat-költségekkel járnak, ami egy nagyméretű rendszeren belül gazdaságilag nem indokolt. Másrészt kisüzemi szolgáltatásjavítja a berendezések műszaki támogatásának minőségét, minimalizálva a további meghibásodások kockázatát az egyes alkatrészekkel együtt.
Mikroprocesszoros technológia használata
A mikroprocesszorok széles körű bevezetése előtt az ipar, a hazai és a nemzetgazdaság különböző területein egyre kevesebb akadály van. Ez ismét ezen eszközök optimalizálásának, költségcsökkentésének és az automatizálási elemek iránti növekvő igénynek köszönhető. Ezeknek az eszközöknek néhány leggyakoribb felhasználási módja:
- Ipar. A mikroprocesszorokat a munkairányításban, a gépkoordinációban, a vezérlőrendszerekben és a termelési teljesítmény összegyűjtésében használják.
- Kereskedelem. Ezen a területen a mikroprocesszoros technológia működtetése nemcsak a számítási műveletekhez, hanem az áruk, készletek és információáramlások kezelésében a logisztikai modellek karbantartásához is kapcsolódik.
- Biztonsági rendszerek. A modern biztonsági és riasztórendszerek elektronikája magas követelményeket támaszt az automatizálással és az intelligens vezérléssel szemben, ami lehetővé teszi számunkra, hogy új generációs mikroprocesszorokat biztosítsunk.
- Kommunikáció. Természetesen a kommunikációs technológiák nem nélkülözhetik a multiplexereket, távoli terminálokat és kapcsolóáramköröket kiszolgáló programozható vezérlőket.
Pár szó zárásként
A fogyasztók széles közönsége még ma sem tudja teljesen elképzelnia mikroprocesszoros technológia képességeit, de a gyártók nem állnak meg, és már most ígéretes fejlesztési irányokat fontolgatnak ezen termékek fejlesztésére. Például továbbra is jól karbantartott a számítógépipar szabálya, amely szerint kétévente csökken a tranzisztorok száma a processzoráramkörökben. A modern mikroprocesszorok azonban nemcsak szerkezeti optimalizálással büszkélkedhetnek. A szakértők számos újítást jósolnak az új áramkörök megszervezése terén is, amelyek megkönnyítik a processzorok fejlesztésének technológiai megközelítését és csökkentik azok alapköltségét.
