Tijekom nekoliko desetljeća razvoja, mikroprocesor je prošao dug put od predmeta primjene u visoko specijaliziranim područjima do proizvoda široke eksploatacije. Danas se, u ovom ili onom obliku, ovi uređaji, zajedno s kontrolerima, koriste u gotovo svim područjima proizvodnje. U širem smislu, mikroprocesorska tehnologija osigurava procese upravljanja i automatizacije, ali unutar tog smjera formiraju se i odobravaju nova područja za razvoj visokotehnoloških uređaja, sve do pojave znakova umjetne 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 energetskim sustavom,signale, formate za obradu informacija i tako dalje. U znanstvenoj interpretaciji, kao što je navedeno u teorijskim osnovama mikroprocesorske tehnologije, takvi uređaji su mjesto (glavna memorija) za pohranu operanda i naredbi u kodiranom obliku. Izravno upravljanje implementirano je na višoj razini, ali i putem mikroprocesorskih integriranih sklopova. Za to se koriste kontroleri.
O kontrolerima se može govoriti samo u odnosu na mikroračunala ili mikroračunala koja se sastoje od mikroprocesora. Zapravo, ovo je radna tehnika, u principu sposobna izvesti određene operacije ili naredbe u okviru zadanog algoritma. Kao što je navedeno u udžbeniku mikroprocesorske tehnologije S. N. Liventsova, mikrokontroler treba shvatiti kao računalo usmjereno na izvođenje logičkih operacija kao dio upravljanja opremom. Temelji se na istim shemama, ali s ograničenim računalnim resursom. Zadaća mikrokontrolera je u većoj mjeri implementirati odgovorne, ali jednostavne postupke bez složenih sklopova. Međutim, takvi se uređaji ne mogu nazvati ni tehnološki primitivnim, budući da u modernim industrijama mikrokontroleri mogu istodobno kontrolirati stotine, pa čak i tisuće operacija u isto vrijeme, uzimajući u obzir neizravne parametre njihovog izvršenja. Općenito, logička struktura mikrokontrolera je dizajnirana imajući na umu snagu, svestranost i pouzdanost.
Arhitektura
Razvijači mikroprocesorskih uređaja bave se skupomfunkcionalne komponente, koje na kraju tvore jedan radni kompleks. Čak i jednostavan model mikroračunala omogućuje korištenje niza elemenata koji osiguravaju ispunjenje zadataka koji su dodijeljeni stroju. Način interakcije između ovih komponenti, kao i sredstva komunikacije s ulaznim i izlaznim signalima, uvelike određuju arhitekturu mikroprocesora. Što se samog pojma arhitekture tiče, on se izražava različitim definicijama. To može biti skup tehničkih, fizičkih i operativnih parametara, uključujući broj memorijskih registara, dubinu bita, brzinu i tako dalje. No, u skladu s teorijskim osnovama mikroprocesorske tehnologije, arhitekturu u ovom slučaju treba shvatiti kao logičku organizaciju funkcija implementiranih u procesu međusobnog rada hardverskog i softverskog punjenja. Točnije, 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 korištenje s parametrima za njihovu daljnju upotrebu.
- Operacije koje određeni mikroprocesor može izvesti.
- Karakteristike kontrolnih naredbi koje uređaj generira ili prima.
- Reakcije na signale izvana.
Vanjska sučelja
Mikroprocesor se rijetko promatra kao izolirani sustav zaizvršavanje naredbi od jedne riječi u statičkom formatu. Postoje uređaji koji obrađuju jedan signal prema zadanoj shemi, ali najčešće mikroprocesorska tehnologija radi s velikim brojem komunikacijskih veza iz izvora koji sami po sebi nisu linearni u smislu obrađenih naredbi. Za organiziranje interakcije s opremom i izvorima podataka trećih strana, predviđeni su posebni formati povezivanja - sučelja. Ali prvo morate odrediti s čime se točno komunicira. U pravilu upravljani uređaji djeluju u tom svojstvu, odnosno šalje im se naredba iz mikroprocesora, a u načinu povratne sprege mogu se primati podaci o statusu izvršnog tijela.
Što se tiče vanjskih sučelja, ona služe ne samo za mogućnost interakcije određenog izvršnog mehanizma, već i za njegovu integraciju u strukturu upravljačkog kompleksa. Što se tiče složene računalne i mikroprocesorske tehnologije, to može biti cijeli skup hardverskih i softverskih alata usko povezanih s kontrolerom. Štoviše, mikrokontroleri često kombiniraju funkcije obrade i izdavanja naredbi sa zadacima pružanja komunikacije između mikroprocesora i vanjskih uređaja.
Specifikacije mikroprocesora
Glavne karakteristike mikroprocesorskih uređaja uključuju sljedeće:
- Frekvencija sata. Vremensko razdoblje tijekom kojeg se komponente računala mijenjaju.
- Širina. Maksimalni broj mogućih za istovremenu obradu binarnogznamenke.
- Arhitektura. Konfiguracija smještaja i načini interakcije radnih elemenata mikroprocesora.
O prirodi operativnog procesa može se suditi i po kriterijima pravilnosti s glavnim. U prvom slučaju govorimo o tome kako implementiramo princip redovite ponovljivosti u pojedinu jedinicu računalne mikroprocesorske tehnologije. Drugim riječima, koliki je uvjetni postotak poveznica i radnih stavki koje se međusobno dupliciraju. Pravilnost se općenito može primijeniti na strukturu organizacije sheme unutar istog sustava za obradu podataka.
Backbone označava način razmjene podataka između internih modula sustava, što također utječe na prirodu redoslijeda veza. Kombinirajući principe okosnice i pravilnosti, moguće je razviti strategiju za stvaranje mikroprocesora unificiranih prema određenom standardu. Ovaj pristup ima prednost što olakšava organizaciju komunikacije na različitim razinama u smislu interakcije putem sučelja. S druge strane, standardizacija ne dopušta proširenje mogućnosti sustava i povećanje njegove otpornosti na vanjska opterećenja.
Memorija u mikroprocesorskoj tehnologiji
Pohrana informacija organizirana je uz pomoć posebnih uređaja za pohranu izrađenih od poluvodiča. To se odnosi na internu memoriju, ali se mogu koristiti i vanjski optički i magnetski mediji. Također, elementi za pohranu podataka temeljeni na poluvodičkim materijalima mogu se predstaviti kao integrirani krugovi, kojiuključeni u mikroprocesor. Takve memorijske ćelije služe ne samo za pohranjivanje programa, već i za servisiranje memorije središnjeg procesora s kontrolerima.
Ako dublje pogledamo strukturnu osnovu uređaja za pohranu podataka, tada će u prvi plan doći sklopovi izrađeni od metala, dielektrika i silicijevih poluvodiča. Kao dielektrici koriste se metalne, oksidne i poluvodičke komponente. Razina integracije uređaja za pohranu podataka određena je ciljevima i karakteristikama hardvera. U tehnologiji digitalnih mikroprocesora s funkcijom video memorije, univerzalnim zahtjevima za pouzdanu integraciju i usklađenost s električnim parametrima pridodaju se i otpornost na buku, stabilnost, brzina i tako dalje. Bipolarni digitalni mikro krugovi optimalno su rješenje u smislu kriterija izvedbe i svestranosti integracije, koji se, ovisno o trenutnim zadacima, mogu koristiti i kao okidač, procesor ili pretvarač.
Funkcije
Raspon funkcija uvelike se temelji na zadacima koje će mikroprocesor rješavati unutar određenog procesa. Univerzalni skup funkcija u generaliziranoj verziji može se predstaviti na sljedeći način:
- Podaci za čitanje.
- Obrada podataka.
- Razmjena informacija s internom memorijom, modulima ili vanjskim povezanim uređajima.
- Zapis podataka.
- Unos i izlaz podataka.
Značenje svakog od gore navedenihoperacije je određen kontekstom cjelokupnog sustava u kojem se uređaj koristi. Na primjer, u okviru aritmetičko-logičkih operacija, elektronička i mikroprocesorska tehnologija, kao rezultat obrade ulaznih informacija, može predstaviti nove informacije, koje će zauzvrat postati razlog za jedan ili drugi naredbeni signal. Također je vrijedno napomenuti internu funkcionalnost, zbog koje se reguliraju radni parametri samog procesora, kontrolera, napajanja, aktuatora i ostalih modula koji rade unutar upravljačkog sustava.
Proizvođači uređaja
Počeci 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 područjima. Također, mnogi drugi proizvođači koristili su obitelj x51 za vlastite projekte u sklopu razvoja novih generacija elektronike i mikroprocesorske tehnologije, među kojima su i domaći proizvodi poput računala s jednim čipom K1816BE51.
Ušavši u segment složenijih procesora, Intel je ustupio mjesto mikrokontrolerima drugim tvrtkama, uključujući Analog Device i Atmel. Zilog, Microchip, NEC i drugi nude temeljno 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 raspona 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 opreme bazirane na mikroprocesoru
U skladu s propisima, mikroprocesorske sustave servisiraju timovi radnika pod vodstvom električara. Glavni zadaci održavanja u ovom području uključuju sljedeće:
- Ispravljanje kvarova u procesu rada sustava i njihova analiza radi utvrđivanja uzroka kršenja.
- Spriječite kvarove uređaja i komponenti kroz dodijeljeno planirano održavanje.
- Popravite kvarove uređaja popravkom oštećenih dijelova ili zamjenom sličnim dijelovima koji se mogu servisirati.
- Proizvodnja pravovremene popravke komponenti sustava.
Izravno održavanje mikroprocesorske tehnologije može biti složeno ili manje. U prvom slučaju kombinira se popis tehničkih operacija, bez obzira na njihov radni intenzitet i razinu složenosti. Kod malog pristupa, naglasak je na individualizaciji svake operacije, odnosno pojedinačne radnje popravka ili održavanja izvode se u izoliranom formatu sa stajališta organizacije sukladno tehnološkoj karti. Nedostaci ove metode povezani su s visokim troškovima tijeka rada, koji možda nisu ekonomski opravdani u sustavu velikih razmjera. S druge strane, mala uslugapoboljšava kvalitetu tehničke podrške za opremu, minimizirajući rizik njenog daljnjeg kvara zajedno s pojedinim komponentama.
Upotreba mikroprocesorske tehnologije
Prije raširenog uvođenja mikroprocesora u raznim područjima industrije, domaćeg i nacionalnog gospodarstva, sve je manje prepreka. To 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 strojeva, kontrolnim sustavima i prikupljanju proizvodnih performansi.
- Trgovina. U ovom području, rad mikroprocesorske tehnologije povezan je ne samo s računskim operacijama, već i s održavanjem logističkih modela u upravljanju robom, zalihama i tokovima informacija.
- Sigurnosni sustavi. Elektronika u modernim sigurnosnim i alarmnim kompleksima postavlja visoke zahtjeve za automatizaciju i inteligentno upravljanje, što nam omogućuje da ponudimo mikroprocesore nove generacije.
- Komunikacija. Naravno, komunikacijske tehnologije ne mogu bez programabilnih kontrolera koji opslužuju multipleksere, udaljene terminale i sklopove.
Nekoliko riječi zaključka
Široka publika potrošača ne može u potpunosti zamisliti ni današnjumogućnosti mikroprocesorske tehnologije, ali proizvođači ne miruju i već razmatraju obećavajuće smjerove razvoja ovih proizvoda. Primjerice, još uvijek se dobro održava pravilo računalne industrije prema kojem će se svake dvije godine smanjiti broj tranzistora u krugovima procesora. Ali moderni mikroprocesori mogu se pohvaliti ne samo strukturnom optimizacijom. Stručnjaci također predviđaju mnoge inovacije u smislu organizacije novih sklopova, što će olakšati tehnološki pristup razvoju procesora i smanjiti njihovu osnovnu cijenu.
