Nel corso di diversi decenni di sviluppo, il microprocessore ha fatto molta strada da oggetto di applicazione in aree altamente specializzate a prodotto di ampio sfruttamento. Oggi, in una forma o nell' altra, questi dispositivi, insieme ai controller, vengono utilizzati in quasi tutti i campi di produzione. In senso lato, la tecnologia a microprocessore fornisce processi di controllo e automazione, ma in questa direzione si stanno formando e approvando nuove aree per lo sviluppo di dispositivi ad alta tecnologia, fino alla comparsa di segnali di intelligenza artificiale.
Comprensione generale dei microprocessori
La gestione o il controllo di determinati processi richiede un supporto software appropriato su una base tecnica reale. In questa capacità, agisce uno o un insieme di chip sui cristalli della matrice di base. Per esigenze pratiche, vengono quasi sempre utilizzati moduli chipset, ovvero chipset collegati da un comune sistema di alimentazione,segnali, formati di elaborazione delle informazioni e così via. Nell'interpretazione scientifica, come notato nei fondamenti teorici della tecnologia dei microprocessori, tali dispositivi sono un luogo (memoria principale) per la memorizzazione di operandi e comandi in forma codificata. Il controllo diretto è implementato a un livello superiore, ma anche tramite circuiti integrati a microprocessore. I controller sono usati per questo.
Si può parlare di controller solo in relazione a microcomputer o microcomputer costituiti da microprocessori. In re altà, questa è una tecnica di lavoro, in linea di principio in grado di eseguire determinate operazioni o comandi nell'ambito di un determinato algoritmo. Come notato nel libro di testo sulla tecnologia dei microprocessori di S. N. Liventsov, un microcontrollore dovrebbe essere inteso come un computer focalizzato sull'esecuzione di operazioni logiche come parte del controllo delle apparecchiature. Si basa sugli stessi schemi, ma con una risorsa di calcolo limitata. Il compito del microcontrollore in misura maggiore è implementare procedure responsabili ma semplici senza circuiti complessi. Tuttavia, tali dispositivi non possono nemmeno essere definiti tecnologicamente primitivi, poiché nelle industrie moderne i microcontrollori possono controllare contemporaneamente centinaia e persino migliaia di operazioni contemporaneamente, tenendo conto dei parametri indiretti della loro esecuzione. In generale, la struttura logica del microcontrollore è progettata pensando a potenza, versatilità e affidabilità.
Architettura
Gli sviluppatori di dispositivi a microprocessore hanno a che fare con un setcomponenti funzionali, che alla fine formano un unico complesso di lavoro. Anche un semplice modello di microcomputer prevede l'utilizzo di una serie di elementi che garantiscono l'adempimento dei compiti assegnati alla macchina. Il modo di interazione tra questi componenti, così come i mezzi di comunicazione con i segnali di ingresso e di uscita, determinano in gran parte l'architettura del microprocessore. Quanto al concetto stesso di architettura, esso si esprime in diverse definizioni. Può trattarsi di un insieme di parametri tecnici, fisici e operativi, incluso il numero di registri di memoria, la profondità di bit, la velocità e così via. Ma, in accordo con i fondamenti teorici della tecnologia dei microprocessori, l'architettura in questo caso dovrebbe essere intesa come l'organizzazione logica delle funzioni implementate nel processo di funzionamento interconnesso di hardware e software stuffing. In particolare, l'architettura del microprocessore riflette quanto segue:
- L'insieme degli elementi fisici che formano un microprocessore, così come le connessioni tra i suoi blocchi funzionali.
- Formati e modi di fornire informazioni.
- Canali per l'accesso ai moduli della struttura disponibili per l'uso con parametri per il loro ulteriore utilizzo.
- Operazioni che un particolare microprocessore può eseguire.
- Caratteristiche dei comandi di controllo che il dispositivo genera o riceve.
- Reazioni ai segnali dall'esterno.
Interfacce esterne
Il microprocessore è raramente visto come un sistema isolato pereseguire comandi di una parola in un formato statico. Esistono dispositivi che elaborano un segnale secondo un determinato schema, ma molto spesso la tecnologia a microprocessore funziona con un gran numero di collegamenti di comunicazione da fonti che non sono di per sé lineari in termini di comandi elaborati. Per organizzare l'interazione con apparecchiature e fonti di dati di terze parti, vengono forniti formati di connessione speciali: interfacce. Ma prima devi determinare con cosa viene comunicato esattamente. Di norma, i dispositivi controllati agiscono in questa capacità, ovvero viene inviato loro un comando dal microprocessore e nella modalità di feedback possono essere ricevuti dati sullo stato dell'organo esecutivo.
Per quanto riguarda le interfacce esterne, servono non solo per la possibilità di interazione di un determinato meccanismo esecutivo, ma anche per la sua integrazione nella struttura del complesso di controllo. Per quanto riguarda la complessa tecnologia dei computer e dei microprocessori, questo può essere un intero insieme di strumenti hardware e software strettamente correlati al controller. Inoltre, i microcontrollori spesso combinano le funzioni di elaborazione ed emissione di comandi con il compito di fornire comunicazione tra microprocessori e dispositivi esterni.
Specifiche del microprocessore
Le caratteristiche principali dei dispositivi a microprocessore includono quanto segue:
- Frequenza orologio. Periodo di tempo durante il quale i componenti del computer vengono cambiati.
- Larghezza. Il numero massimo possibile per l'elaborazione simultanea di file binaricifre.
- Architettura. Configurazione del posizionamento e modalità di interazione degli elementi di lavoro del microprocessore.
La natura del processo operativo può essere giudicata anche dai criteri di regolarità con il principale. Nel primo caso, stiamo parlando di come implementiamo il principio della ripetibilità regolare in una particolare unità di tecnologia a microprocessore per computer. In altre parole, qual è la percentuale condizionale di collegamenti ed elementi di lavoro che si duplicano a vicenda. La regolarità può essere applicata in generale alla struttura dell'organizzazione dello schema all'interno dello stesso sistema di elaborazione dati.
Backbone indica la modalità di scambio dei dati tra i moduli interni del sistema, influenzando anche la natura dell'ordinamento dei collegamenti. Combinando i principi di backbone e regolarità, è possibile sviluppare una strategia per la creazione di microprocessori unificati secondo un determinato standard. Questo approccio ha il vantaggio di facilitare l'organizzazione della comunicazione a diversi livelli in termini di interazione tramite interfacce. D' altra parte, la standardizzazione non consente di espandere le capacità del sistema e di aumentarne la resistenza ai carichi esterni.
Memoria nella tecnologia dei microprocessori
L'archiviazione delle informazioni è organizzata con l'ausilio di speciali dispositivi di archiviazione costituiti da semiconduttori. Questo vale per la memoria interna, ma possono essere utilizzati anche supporti ottici e magnetici esterni. Inoltre, gli elementi di archiviazione dati basati su materiali semiconduttori possono essere rappresentati come circuiti integrati, cheincluso nel microprocessore. Tali celle di memoria vengono utilizzate non solo per la memorizzazione dei programmi, ma anche per la manutenzione della memoria del processore centrale con i controller.
Se diamo uno sguardo più approfondito alle basi strutturali dei dispositivi di storage, allora verranno alla rib alta circuiti realizzati in metallo, dielettrico e semiconduttore di silicio. Come dielettrici vengono utilizzati componenti metallici, ossidi e semiconduttori. Il livello di integrazione del dispositivo di archiviazione è determinato dagli obiettivi e dalle caratteristiche dell'hardware. Nella tecnologia a microprocessore digitale con la fornitura di una funzione di memoria video, l'immunità al rumore, la stabilità, la velocità e così via si aggiungono anche ai requisiti universali per l'integrazione affidabile e il rispetto dei parametri elettrici. I microcircuiti digitali bipolari sono la soluzione ottimale in termini di criteri di prestazione e versatilità di integrazione, che, a seconda delle attività attuali, possono essere utilizzati anche come trigger, processore o inverter.
Funzioni
La gamma di funzioni è in gran parte basata sui compiti che il microprocessore risolverà all'interno di un particolare processo. L'insieme universale di funzioni in una versione generalizzata può essere rappresentato come segue:
- Lettura dei dati.
- Elaborazione dati.
- Scambio di informazioni con memoria interna, moduli o dispositivi esterni collegati.
- Registra dati.
- Inserimento e uscita dati.
Il significato di ciascuno dei precedentioperazioni è determinato dal contesto del sistema generale in cui viene utilizzato il dispositivo. Ad esempio, nell'ambito delle operazioni aritmetico-logiche, la tecnologia elettronica e dei microprocessori, a seguito dell'elaborazione delle informazioni di input, può presentare nuove informazioni, che, a loro volta, diventeranno la ragione dell'uno o dell' altro segnale di comando. Vale anche la pena notare la funzionalità interna, grazie alla quale vengono regolati i parametri operativi del processore stesso, del controller, dell'alimentatore, degli attuatori e di altri moduli che operano all'interno del sistema di controllo.
Produttori di dispositivi
Le origini della creazione di dispositivi a microprocessore sono stati gli ingegneri Intel che hanno rilasciato un'intera linea di microcontrollori a 8 bit basati sulla piattaforma MCS-51, che sono ancora utilizzati in alcune aree oggi. Inoltre, molti altri produttori hanno utilizzato la famiglia x51 per i propri progetti come parte dello sviluppo di nuove generazioni di elettronica e tecnologia dei microprocessori, tra i cui rappresentanti ci sono sviluppi domestici come il computer a chip singolo K1816BE51.
Entrata nel segmento dei processori più complessi, Intel ha lasciato il posto ai microcontrollori ad altre aziende, tra cui Analog Device e Atmel. Zilog, Microchip, NEC e altri offrono uno sguardo fondamentalmente nuovo all'architettura dei microprocessori Oggi, nel contesto dello sviluppo della tecnologia dei microprocessori, le linee x51, AVR e PIC possono essere considerate le più riuscite. Se parliamo di tendenze di sviluppo, di questi tempi il primoil posto è sostituito da requisiti per ampliare la gamma dei compiti di controllo interno, compattezza e basso consumo energetico. In altre parole, i microcontrollori stanno diventando più piccoli e più intelligenti in termini di manutenzione, ma allo stesso tempo stanno aumentando il loro potenziale di potenza.
Manutenzione di apparecchiature a microprocessore
Secondo le normative, i sistemi a microprocessore sono sottoposti a manutenzione da squadre di lavoratori guidati da un elettricista. Le principali attività di manutenzione in quest'area includono:
- Risoluzione dei guasti nel processo di funzionamento del sistema e loro analisi per determinare le cause della violazione.
- Prevenire guasti a dispositivi e componenti tramite la manutenzione programmata assegnata.
- Riparare i guasti del dispositivo riparando le parti danneggiate o sostituendole con parti simili riparabili.
- Produzione di riparazioni tempestive dei componenti del sistema.
La manutenzione diretta della tecnologia dei microprocessori può essere complessa o minore. Nel primo caso, viene combinato un elenco di operazioni tecniche, indipendentemente dalla loro intensità di manodopera e dal livello di complessità. Con un approccio su piccola scala, l'accento è posto sull'individualizzazione di ogni operazione, ovvero le singole azioni di riparazione o manutenzione vengono eseguite in un formato isolato dal punto di vista dell'organizzazione in conformità con la mappa tecnologica. Gli svantaggi di questo metodo sono associati agli elevati costi del flusso di lavoro, che potrebbero non essere economicamente giustificati all'interno di un sistema su larga scala. D' altra parte, servizio su piccola scalamigliora la qualità del supporto tecnico per le apparecchiature, riducendo al minimo il rischio di ulteriori guasti insieme ai singoli componenti.
Utilizzo della tecnologia a microprocessore
Prima dell'introduzione diffusa dei microprocessori in vari settori dell'industria, dell'economia nazionale e nazionale, ci sono sempre meno barriere. Ciò è dovuto ancora una volta all'ottimizzazione di questi dispositivi, alla loro riduzione dei costi e alla crescente necessità di elementi di automazione. Alcuni degli usi più comuni di questi dispositivi includono:
- Industria. I microprocessori sono utilizzati nella gestione del lavoro, nel coordinamento delle macchine, nei sistemi di controllo e nella raccolta delle prestazioni di produzione.
- Commercio. In questo ambito, il funzionamento della tecnologia a microprocessore è associato non solo alle operazioni computazionali, ma anche al mantenimento dei modelli logistici nella gestione delle merci, delle scorte e dei flussi informativi.
- Sistemi di sicurezza. L'elettronica nei moderni complessi di sicurezza e allarme pone requisiti elevati per l'automazione e il controllo intelligente, che ci consente di fornire microprocessori di nuova generazione.
- Comunicazione. Naturalmente, le tecnologie di comunicazione non possono fare a meno di controllori programmabili che servono multiplexer, terminali remoti e circuiti di commutazione.
Alcune parole per concludere
Un vasto pubblico di consumatori non può nemmeno immaginare quello di oggicapacità della tecnologia dei microprocessori, ma i produttori non si fermano e stanno già considerando direzioni promettenti per lo sviluppo di questi prodotti. Ad esempio, la regola dell'industria dei computer è ancora ben mantenuta, secondo la quale ogni due anni il numero di transistor nei circuiti dei processori diminuirà. Ma i moderni microprocessori possono vantare non solo l'ottimizzazione strutturale. Gli esperti prevedono anche molte innovazioni in termini di organizzazione di nuovi circuiti, che faciliteranno l'approccio tecnologico allo sviluppo dei processori e ridurranno il loro costo di base.
