Oor 'n paar dekades van ontwikkeling het die mikroverwerker 'n lang pad gekom van 'n voorwerp van toepassing in hoogs gespesialiseerde gebiede tot 'n produk van wye ontginning. Vandag, in een of ander vorm, word hierdie toestelle, tesame met beheerders, in byna enige produksieveld gebruik. In 'n breë sin verskaf mikroverwerkertegnologie beheer- en outomatiseringsprosesse, maar binne hierdie rigting word nuwe gebiede vir die ontwikkeling van hoëtegnologie-toestelle gevorm en goedgekeur, tot die verskyning van tekens van kunsmatige intelligensie.
Algemene begrip van mikroverwerkers
Die bestuur of beheer van sekere prosesse vereis toepaslike sagteware-ondersteuning op 'n werklike tegniese basis. In hierdie hoedanigheid tree een of 'n stel skyfies op basiese matrikskristalle op. Vir praktiese behoeftes word skyfiestelmodules byna altyd gebruik, dit wil sê skyfiestelle wat deur 'n gemeenskaplike kragstelsel verbind word,seine, inligtingverwerkingsformate, ensovoorts. In die wetenskaplike interpretasie, soos aangedui in die teoretiese grondslae van mikroverwerkertegnologie, is sulke toestelle 'n plek (hoofgeheue) vir die stoor van operande en opdragte in 'n geënkodeerde vorm. Direkte beheer word op 'n hoër vlak geïmplementeer, maar ook deur mikroverwerker geïntegreerde stroombane. Beheerders word hiervoor gebruik.
Mens kan net praat van beheerders in verband met mikrorekenaars of mikrorekenaars wat uit mikroverwerkers bestaan. Eintlik is dit 'n werkstegniek wat in beginsel in staat is om sekere bewerkings of opdragte binne die raamwerk van 'n gegewe algoritme uit te voer. Soos opgemerk in die handboek oor mikroverwerkertegnologie deur S. N. Liventsov, moet 'n mikrobeheerder verstaan word as 'n rekenaar wat daarop gefokus is om logiese bewerkings uit te voer as deel van toerustingbeheer. Dit is op dieselfde skemas gebaseer, maar met 'n beperkte rekenaarhulpbron. Die taak van die mikrobeheerder is in 'n groter mate om verantwoordelike, maar eenvoudige prosedures sonder komplekse stroombane te implementeer. Sulke toestelle kan egter ook nie tegnologies primitief genoem word nie, aangesien mikrobeheerders in moderne nywerhede gelyktydig honderde en selfs duisende bedrywighede op dieselfde tyd kan beheer, met inagneming van die indirekte parameters van hul uitvoering. Oor die algemeen is die logiese struktuur van die mikrobeheerder ontwerp met krag, veelsydigheid en betroubaarheid in gedagte.
Argitektuur
Ontwikkelaars van mikroverwerkertoestelle het met 'n stel te doenfunksionele komponente, wat uiteindelik 'n enkele werkende kompleks vorm. Selfs 'n eenvoudige mikrorekenaarmodel maak voorsiening vir die gebruik van 'n aantal elemente wat die vervulling van die take wat aan die masjien opgedra word, verseker. Die wyse van interaksie tussen hierdie komponente, sowel as die kommunikasiemiddele met inset- en uitsetseine, bepaal grootliks die argitektuur van die mikroverwerker. Wat die konsep van argitektuur betref, word dit in verskillende definisies uitgedruk. Dit kan 'n stel tegniese, fisiese en operasionele parameters wees, insluitend die aantal geheueregisters, bisdiepte, spoed, ensovoorts. Maar, in ooreenstemming met die teoretiese grondslae van mikroverwerker-tegnologie, moet argitektuur in hierdie geval verstaan word as die logiese organisasie van funksies wat geïmplementeer word in die proses van onderling gekoppelde werking van hardeware en sagteware-vulsel. Meer spesifiek, die mikroverwerker-argitektuur weerspieël die volgende:
- Die stel fisiese elemente wat 'n mikroverwerker vorm, sowel as die verbindings tussen sy funksionele blokke.
- Formate en maniere om inligting te verskaf.
- Kanale vir toegang tot struktuurmodules beskikbaar vir gebruik met parameters vir hul verdere gebruik.
- Bewerkings wat 'n spesifieke mikroverwerker kan uitvoer.
- Kenmerke van beheeropdragte wat die toestel genereer of ontvang.
- Reaksies op seine van buite.
Eksterne koppelvlakke
Die mikroverwerker word selde gesien as 'n geïsoleerde stelsel virdie uitvoering van een-woord opdragte in 'n statiese formaat. Daar is toestelle wat een sein volgens 'n gegewe skema verwerk, maar mikroverwerkertegnologie werk meestal met 'n groot aantal kommunikasieskakels vanaf bronne wat self nie lineêr is in terme van verwerkte opdragte nie. Om interaksie met derdeparty-toerusting en databronne te organiseer, word spesiale verbindingsformate verskaf - koppelvlakke. Maar eers moet jy bepaal waarmee presies gekommunikeer word. As 'n reël tree beheerde toestelle in hierdie hoedanigheid op, dit wil sê, 'n opdrag word vanaf die mikroverwerker aan hulle gestuur, en in die terugvoermodus kan data oor die status van die uitvoerende liggaam ontvang word.
Wat eksterne koppelvlakke betref, dien dit nie net vir die moontlikheid van interaksie van 'n sekere uitvoerende meganisme nie, maar ook vir die integrasie daarvan in die struktuur van die beheerkompleks. Wat komplekse rekenaar- en mikroverwerkertegnologie betref, kan dit 'n hele stel hardeware- en sagteware-instrumente wees wat nou verwant is aan die beheerder. Boonop kombineer mikrobeheerders dikwels die funksies van verwerking en uitreiking van opdragte met die take om kommunikasie tussen mikroverwerkers en eksterne toestelle te verskaf.
Mikroverwerker-spesifikasies
Die hoofkenmerke van mikroverwerkertoestelle sluit die volgende in:
- Klokfrekwensie. Tydperiode waartydens rekenaarkomponente omgeskakel word.
- Width. Die aantal maksimum moontlik vir gelyktydige verwerking van binêresyfers.
- Argitektuur. Plasingkonfigurasie en maniere van interaksie van werkende elemente van die mikroverwerker.
Die aard van die operasionele proses kan ook beoordeel word deur die kriteria van reëlmaat met die hoof. In die eerste geval praat ons oor hoe ons die beginsel van gereelde herhaalbaarheid in 'n spesifieke eenheid van rekenaarmikroverwerkertegnologie implementeer. Met ander woorde, wat is die voorwaardelike persentasie van skakels en werkitems wat mekaar dupliseer. Gereeldheid kan in die algemeen toegepas word op die struktuur van die skema-organisasie binne dieselfde dataverwerkingstelsel.
Backbone dui die metode van data-uitruiling tussen die interne modules van die stelsel aan, wat ook die aard van die ordening van skakels beïnvloed. Deur die beginsels van ruggraat en reëlmaat te kombineer, is dit moontlik om 'n strategie te ontwikkel vir die skep van mikroverwerkers wat verenig is volgens 'n sekere standaard. Hierdie benadering het die voordeel dat dit kommunikasie-organisasie op verskillende vlakke vergemaklik in terme van interaksie deur koppelvlakke. Aan die ander kant laat standaardisering nie die uitbreiding van die vermoëns van die stelsel en die verhoging van sy weerstand teen eksterne vragte toe nie.
Geheue in mikroverwerkertegnologie
Bêre van inligting word georganiseer met behulp van spesiale stoortoestelle wat van halfgeleiers gemaak word. Dit geld vir interne geheue, maar eksterne optiese en magnetiese media kan ook gebruik word. Ook, data stoor elemente gebaseer op halfgeleier materiale kan voorgestel word as geïntegreerde stroombane, watingesluit in die mikroverwerker. Sulke geheueselle word nie net gebruik vir die stoor van programme nie, maar ook om die geheue van die sentrale verwerker met beheerders te bedien.
As ons 'n dieper kyk na die strukturele basis van stoortoestelle, dan sal stroombane gemaak van metaal, diëlektriese en silikon halfgeleier na vore kom. Metaal-, oksied- en halfgeleierkomponente word as diëlektrika gebruik. Die vlak van integrasie van die stoortoestel word bepaal deur die teikens en eienskappe van die hardeware. In digitale mikroverwerker tegnologie met die verskaffing van 'n video geheue funksie, geraas immuniteit, stabiliteit, spoed, ensovoorts word ook bygevoeg tot die universele vereistes vir betroubare integrasie en voldoening aan elektriese parameters. Bipolêre digitale mikrobane is die optimale oplossing in terme van prestasiekriteria en integrasie-veelsydigheid, wat, afhangende van die huidige take, ook as 'n sneller, verwerker of omskakelaar gebruik kan word.
Functions
Die reeks funksies is grootliks gebaseer op die take wat die mikroverwerker binne 'n bepaalde proses sal oplos. Die universele stel funksies in 'n algemene weergawe kan soos volg voorgestel word:
- Lees data.
- Dataverwerking.
- Uitruil van inligting met interne geheue, modules of eksterne gekoppelde toestelle.
- Teken data op.
- Data-invoer en -uitvoer.
Die betekenis van elk van die bogenoemdebedrywighede word bepaal deur die konteks van die algehele stelsel waarin die toestel gebruik word. Byvoorbeeld, binne die raamwerk van rekenkundig-logiese bewerkings, kan elektroniese en mikroverwerker-tegnologie, as gevolg van die verwerking van insetinligting, nuwe inligting aanbied, wat op sy beurt die rede vir een of ander opdragsein sal word. Dit is ook die moeite werd om te let op die interne funksionaliteit, waardeur die bedryfsparameters van die verwerker self, beheerder, kragtoevoer, aktuators en ander modules wat binne die beheerstelsel werk, gereguleer word.
Toestelvervaardigers
Die oorsprong van die skepping van mikroverwerkertoestelle was Intel-ingenieurs wat 'n hele reeks 8-bis-mikrobeheerders vrygestel het gebaseer op die MCS-51-platform, wat vandag nog in sommige gebiede gebruik word. Baie ander vervaardigers het ook die x51-familie vir hul eie projekte gebruik as deel van die ontwikkeling van nuwe generasies elektronika en mikroverwerkertegnologie, onder die verteenwoordigers waarvan huishoudelike ontwikkelings soos die enkelskyfie-rekenaar K1816BE51 is.
Nadat Intel die segment van meer komplekse verwerkers betree het, het Intel plek gemaak vir mikrobeheerders aan ander maatskappye, insluitend Analog Device en Atmel. Zilog, Microchip, NEC en ander bied 'n fundamenteel nuwe blik op mikroverwerker-argitektuur. Vandag, in die konteks van die ontwikkeling van mikroverwerkertegnologie, kan die x51-, AVR- en PIC-lyne as die suksesvolste beskou word. As ons praat oor ontwikkelingstendense, dan is deesdae die eerstedie plek word vervang deur vereistes vir die uitbreiding van die reeks interne beheertake, kompaktheid en lae kragverbruik. Met ander woorde, mikrobeheerders word kleiner en slimmer in terme van instandhouding, maar verhoog terselfdertyd hul kragpotensiaal.
Instandhouding van mikroverwerker-gebaseerde toerusting
In ooreenstemming met regulasies word mikroverwerkerstelsels gediens deur spanne werkers wat deur 'n elektrisiën gelei word. Die belangrikste instandhoudingstake in hierdie area sluit die volgende in:
- Regstelling van mislukkings in die proses van stelselwerking en hul ontleding om die oorsake van die oortreding te bepaal.
- Voorkom toestel- en komponentfoute deur toegewysde geskeduleerde instandhouding.
- Herstel toestelfoute deur beskadigde onderdele te herstel of dit te vervang met diensbare soortgelyke onderdele.
- Produksie van tydige herstel van stelselkomponente.
Direkte instandhouding van mikroverwerkertegnologie kan kompleks of gering wees. In die eerste geval word 'n lys van tegniese bedrywighede gekombineer, ongeag hul arbeidsintensiteit en vlak van kompleksiteit. Met 'n kleinskaalse benadering val die klem op die individualisering van elke operasie, dit wil sê, individuele herstel- of instandhoudingsaksies word in 'n geïsoleerde formaat uitgevoer vanuit die oogpunt van die organisasie in ooreenstemming met die tegnologiese kaart. Die nadele van hierdie metode word geassosieer met hoë werkvloeikoste, wat moontlik nie ekonomies geregverdig is binne 'n grootskaalse stelsel nie. Aan die ander kant, kleinskaalse diensverbeter die geh alte van tegniese ondersteuning vir toerusting, en verminder die risiko van verdere mislukking saam met individuele komponente.
Gebruik van mikroverwerkertegnologie
Voor die wydverspreide bekendstelling van mikroverwerkers in verskeie gebiede van die industrie, huishoudelike en nasionale ekonomie, is daar al hoe minder hindernisse. Dit is weer te danke aan die optimalisering van hierdie toestelle, hul vermindering in koste en die groeiende behoefte aan outomatiseringselemente. Sommige van die mees algemene gebruike vir hierdie toestelle sluit in:
- Nywerheid. Mikroverwerkers word gebruik in werkbestuur, masjienkoördinasie, beheerstelsels en produksieprestasie-insameling.
- Handel. Op hierdie gebied word die werking van mikroverwerkertegnologie nie net geassosieer met berekeningsbedrywighede nie, maar ook met die instandhouding van logistieke modelle in die bestuur van goedere, voorraad en inligtingsvloei.
- Sekuriteitstelsels. Elektronika in moderne sekuriteits- en alarmkomplekse stel hoë vereistes vir outomatisering en intelligente beheer, wat ons in staat stel om mikroverwerkers van nuwe generasies te voorsien.
- Kommunikasie. Natuurlik kan kommunikasietegnologie nie klaarkom sonder programmeerbare beheerders wat multipleksers, afgeleë terminale en skakelkringe bedien nie.
'n Paar woorde ter afsluiting
'n Wye gehoor van verbruikers kan nie eers vandag s'n volledig voorstel nievermoëns van mikroverwerker-tegnologie, maar vervaardigers staan nie stil nie en oorweeg reeds belowende aanwysings vir die ontwikkeling van hierdie produkte. Die rekenaarbedryfreël word byvoorbeeld steeds goed gehandhaaf, waarvolgens die aantal transistors in verwerkerkringe elke twee jaar sal afneem. Maar moderne mikroverwerkers kan nie net met strukturele optimalisering spog nie. Kenners voorspel ook baie innovasies in terme van die organisasie van nuwe stroombane, wat die tegnologiese benadering tot die ontwikkeling van verwerkers sal vergemaklik en hul basiskoste sal verminder.
