Tokom nekoliko decenija razvoja, mikroprocesor je prešao dug put od predmeta primene u visoko specijalizovanim oblastima do proizvoda široke eksploatacije. Danas se, u ovom ili onom obliku, ovi uređaji, zajedno sa kontrolerima, koriste u gotovo svim oblastima proizvodnje. U širem smislu, mikroprocesorska tehnologija omogućava upravljanje i automatizaciju procesa, ali u tom pravcu se formiraju i odobravaju nove oblasti za razvoj visokotehnoloških uređaja, sve do pojave znakova veštačke inteligencije.
Opće razumijevanje mikroprocesora
Upravljanje ili kontrola određenih procesa zahtijeva odgovarajuću softversku podršku na stvarnoj tehničkoj osnovi. U tom svojstvu djeluje jedan ili skup čipova na osnovnim matričnim kristalima. Za praktične potrebe gotovo se uvijek koriste chip-set moduli, odnosno čipsetovi koji su povezani zajedničkim sistemom napajanja,signale, formate za obradu informacija i tako dalje. U naučnoj interpretaciji, kao što je navedeno u teorijskim osnovama mikroprocesorske tehnologije, takvi uređaji su mjesto (glavna memorija) za pohranjivanje operanda i naredbi u kodiranom obliku. Direktno upravljanje je implementirano na višem nivou, ali i putem mikroprocesorskih integriranih kola. Za ovo se koriste kontroleri.
O kontrolerima se može govoriti samo u odnosu na mikroračunare ili mikroračunare koji se sastoje od mikroprocesora. Zapravo, ovo je radna tehnika, u principu sposobna da izvrši određene operacije ili komande u okviru datog algoritma. Kao što je navedeno u udžbeniku mikroprocesorske tehnologije S. N. Liventsova, mikrokontroler treba shvatiti kao računar fokusiran na izvođenje logičkih operacija kao dio upravljanja opremom. Zasnovan je na istim šemama, ali sa ograničenim računarskim resursom. Zadatak mikrokontrolera je u većoj mjeri implementirati odgovorne, ali jednostavne procedure bez složenih kola. Međutim, takvi uređaji se ne mogu nazvati ni tehnološki primitivnim, jer u modernim industrijama mikrokontroleri mogu istovremeno kontrolirati stotine, pa čak i tisuće operacija u isto vrijeme, uzimajući u obzir indirektne parametre njihovog izvršenja. Općenito, logička struktura mikrokontrolera je dizajnirana imajući na umu snagu, svestranost i pouzdanost.
Arhitektura
Programeri mikroprocesorskih uređaja se bave skupomfunkcionalne komponente, koje na kraju formiraju jedan radni kompleks. Čak i jednostavan model mikroračunara omogućava korištenje niza elemenata koji osiguravaju ispunjenje zadataka koji su dodijeljeni mašini. Način interakcije između ovih komponenti, kao i sredstva komunikacije sa ulaznim i izlaznim signalima, u velikoj mjeri određuju arhitekturu mikroprocesora. Što se samog pojma arhitekture tiče, on se izražava u različitim definicijama. To može biti skup tehničkih, fizičkih i operativnih parametara, uključujući broj memorijskih registara, dubinu bita, brzinu i tako dalje. Ali, u skladu sa teorijskim osnovama mikroprocesorske tehnologije, arhitekturu u ovom slučaju treba shvatiti kao logičku organizaciju funkcija implementiranih u procesu međusobnog rada hardverskog i softverskog punjenja. Konkretnije, arhitektura mikroprocesora odražava sljedeće:
- Skup fizičkih elemenata koji čine mikroprocesor, kao i veze između njegovih funkcionalnih blokova.
- Formati i načini pružanja informacija.
- Kanali za pristup modulima strukture dostupni za upotrebu sa parametrima za njihovu dalju upotrebu.
- Operacije koje određeni mikroprocesor može izvesti.
- Karakteristike kontrolnih komandi koje uređaj generiše ili prima.
- Reakcije na signale izvana.
Spoljni interfejsi
Mikroprocesor se retko posmatra kao izolovani sistem zaizvršavanje naredbi od jedne riječi u statičkom formatu. Postoje uređaji koji obrađuju jedan signal po zadatoj shemi, ali najčešće mikroprocesorska tehnologija radi sa velikim brojem komunikacijskih veza iz izvora koji sami po sebi nisu linearni u smislu obrađenih naredbi. Za organizaciju interakcije sa opremom i izvorima podataka trećih strana, obezbeđeni su posebni formati povezivanja - interfejsi. Ali prvo morate odrediti s čime se tačno komunicira. U pravilu upravljani uređaji djeluju u tom svojstvu, odnosno šalje im se komanda iz mikroprocesora, a u načinu povratne sprege mogu se primati podaci o statusu izvršnog organa.
Što se tiče eksternih interfejsa, oni služe ne samo za mogućnost interakcije određenog izvršnog mehanizma, već i za njegovu integraciju u strukturu kontrolnog kompleksa. Što se tiče složene kompjuterske i mikroprocesorske tehnologije, ovo može biti čitav skup hardverskih i softverskih alata usko povezanih sa kontrolerom. Štaviše, mikrokontroleri često kombinuju funkcije obrade i izdavanja komandi sa zadacima obezbeđivanja komunikacije između mikroprocesora i eksternih uređaja.
Specifikacije mikroprocesora
Glavne karakteristike mikroprocesorskih uređaja uključuju sljedeće:
- Frekvencija sata. Vremenski period tokom kojeg se računarske komponente menjaju.
- Širina. Broj maksimalno mogućeg za istovremenu obradu binarnogcifre.
- Architecture. Konfiguracija postavljanja i načini interakcije radnih elemenata mikroprocesora.
Priroda operativnog procesa može se suditi i po kriterijumu regularnosti sa glavnim. U prvom slučaju govorimo o tome kako implementiramo princip regularne ponovljivosti u pojedinoj jedinici kompjuterske mikroprocesorske tehnologije. Drugim riječima, koliki je uslovni postotak veza i radnih stavki koje se međusobno dupliraju. Regularnost se općenito može primijeniti na strukturu organizacije sheme unutar istog sistema za obradu podataka.
Backbone označava način razmjene podataka između internih modula sistema, što također utiče na prirodu redoslijeda veza. Kombinujući principe kičme i regularnosti, moguće je razviti strategiju za kreiranje mikroprocesora unificiranih prema određenom standardu. Ovaj pristup ima prednost što olakšava organizaciju komunikacije na različitim nivoima u smislu interakcije putem interfejsa. S druge strane, standardizacija ne dozvoljava proširenje mogućnosti sistema i povećanje njegove otpornosti na vanjska opterećenja.
Memorija u mikroprocesorskoj tehnologiji
Skladištenje informacija je organizovano uz pomoć specijalnih uređaja za skladištenje napravljenih od poluprovodnika. Ovo se odnosi na internu memoriju, ali se mogu koristiti i eksterni optički i magnetni mediji. Takođe, elementi za skladištenje podataka bazirani na poluprovodničkim materijalima mogu se predstaviti kao integrisana kola, kojauključeno u mikroprocesor. Takve memorijske ćelije se koriste ne samo za skladištenje programa, već i za servisiranje memorije centralnog procesora sa kontrolerima.
Ako dublje pogledamo strukturnu osnovu uređaja za skladištenje podataka, tada će u prvi plan doći kola napravljena od metala, dielektrika i silicijumskih poluprovodnika. Kao dielektrici koriste se metalne, oksidne i poluvodičke komponente. Nivo integracije uređaja za skladištenje određen je ciljevima i karakteristikama hardvera. U digitalnoj mikroprocesorskoj tehnologiji sa obezbjeđivanjem funkcije video memorije, otpornost na buku, stabilnost, brzina itd. također se dodaju univerzalnim zahtjevima za pouzdanu integraciju i usklađenost s električnim parametrima. Bipolarna digitalna mikrokola su optimalno rješenje u smislu kriterija performansi i svestranosti integracije, koja se, ovisno o trenutnim zadacima, mogu koristiti i kao okidač, procesor ili inverter.
Funkcije
Raspon funkcija je u velikoj mjeri zasnovan na zadacima koje će mikroprocesor rješavati unutar određenog procesa. Univerzalni skup funkcija u generaliziranoj verziji može se predstaviti na sljedeći način:
- Očitavanje podataka.
- Obrada podataka.
- Razmjena informacija sa internom memorijom, modulima ili vanjskim povezanim uređajima.
- Zapis podataka.
- Unos i izlaz podataka.
Značenje svakog od gore navedenihOperacije su određene kontekstom cjelokupnog sistema u kojem se uređaj koristi. Na primjer, u okviru aritmetičko-logičkih operacija, elektronska i mikroprocesorska tehnologija, kao rezultat obrade ulaznih informacija, može predstaviti nove informacije, koje će zauzvrat postati razlog za jedan ili drugi komandni signal. Vrijedi napomenuti i internu funkcionalnost, zbog koje se reguliraju radni parametri samog procesora, kontrolera, napajanja, aktuatora i ostalih modula koji rade unutar upravljačkog sistema.
Proizvođači uređaja
Poreklo stvaranja mikroprocesorskih uređaja bili su Intelovi inženjeri koji su izdali čitav niz 8-bitnih mikrokontrolera baziranih na MCS-51 platformi, koji se i danas koriste u nekim oblastima. Takođe, mnogi drugi proizvođači su koristili porodicu x51 za svoje projekte u sklopu razvoja novih generacija elektronike i mikroprocesorske tehnologije, među kojima su i domaći razvoji poput računara sa jednim čipom K1816BE51.
Ušavši u segment složenijih procesora, Intel je ustupio mjesto mikrokontrolerima drugim kompanijama, uključujući Analog Device i Atmel. Zilog, Microchip, NEC i drugi nude fundamentalno novi pogled na arhitekturu mikroprocesora Danas se, u kontekstu razvoja mikroprocesorske tehnologije, linije x51, AVR i PIC mogu smatrati najuspješnijim. Ako govorimo o trendovima razvoja, onda ovih dana prvimjesto je zamijenjeno zahtjevima za proširenjem spektra zadataka interne kontrole, kompaktnošću i niskom potrošnjom energije. Drugim riječima, mikrokontroleri postaju sve manji i pametniji u smislu održavanja, ali u isto vrijeme povećavaju svoj potencijal snage.
Održavanje mikroprocesorske opreme
U skladu sa propisima, mikroprocesorske sisteme servisiraju timovi radnika koje predvodi električar. Glavni zadaci održavanja u ovoj oblasti uključuju sljedeće:
- Otklanjanje kvarova u procesu rada sistema i njihova analiza radi utvrđivanja uzroka kršenja.
- Spriječite kvarove uređaja i komponenti kroz dodijeljeno planirano održavanje.
- Popravite kvarove uređaja tako što ćete popraviti oštećene dijelove ili ih zamijeniti sličnim dijelovima koji se mogu servisirati.
- Proizvodnja blagovremenih popravki komponenti sistema.
Direktno održavanje mikroprocesorske tehnologije može biti složeno ili manje. U prvom slučaju se kombinuje lista tehničkih operacija, bez obzira na njihov radni intenzitet i nivo složenosti. Kod pristupa manjeg obima, naglasak je na individualizaciji svake operacije, odnosno pojedinačne radnje popravke ili održavanja izvode se u izolovanom formatu sa stanovišta organizacije u skladu sa tehnološkom mapom. Nedostaci ove metode su povezani sa visokim troškovima toka posla, koji možda nisu ekonomski opravdani u sistemu velikih razmera. S druge strane, mala uslugapoboljšava kvalitet tehničke podrške za opremu, minimizirajući rizik od njenog daljeg kvara zajedno sa pojedinačnim komponentama.
Upotreba mikroprocesorske tehnologije
Prije širokog uvođenja mikroprocesora u razne oblasti industrije, domaće i nacionalne privrede, sve je manje barijera. Ovo je opet zbog optimizacije ovih uređaja, njihovog smanjenja troškova i sve veće potrebe za elementima automatizacije. Neke od najčešćih upotreba ovih uređaja uključuju:
- Industrija. Mikroprocesori se koriste u upravljanju radom, koordinaciji mašina, kontrolnim sistemima i prikupljanju performansi proizvodnje.
- Trgovina. U ovoj oblasti, rad mikroprocesorske tehnologije je povezan ne samo sa računskim operacijama, već i sa održavanjem logističkih modela u upravljanju robom, zalihama i tokovima informacija.
- Sigurnosni sistemi. Elektronika u savremenim sigurnosnim i alarmnim kompleksima postavlja visoke zahtjeve za automatizaciju i inteligentnu kontrolu, što nam omogućava da obezbijedimo mikroprocesore nove generacije.
- Komunikacija. Naravno, komunikacione tehnologije ne mogu bez programabilnih kontrolera koji opslužuju multipleksere, udaljene terminale i sklopne sklopove.
Zaključak nekoliko riječi
Široka publika potrošača ne može u potpunosti zamisliti ni današnjumogućnosti mikroprocesorske tehnologije, ali proizvođači ne miruju i već razmatraju obećavajuće pravce za razvoj ovih proizvoda. Na primjer, još uvijek se dobro održava pravilo računalne industrije prema kojem će se svake dvije godine smanjivati broj tranzistora u krugovima procesora. Ali moderni mikroprocesori mogu se pohvaliti ne samo strukturnom optimizacijom. Stručnjaci predviđaju i mnoge inovacije u pogledu organizacije novih kola, koje će olakšati tehnološki pristup razvoju procesora i smanjiti njihovu osnovnu cijenu.
