Al llarg de diverses dècades de desenvolupament, el microprocessador ha recorregut un llarg camí des d'un objecte d'aplicació en àrees altament especialitzades fins a un producte d'ampli explotació. Avui, d'una forma o altra, aquests dispositius, juntament amb els controladors, s'utilitzen en gairebé qualsevol camp de producció. En un sentit ampli, la tecnologia dels microprocessadors proporciona processos de control i automatització, però en aquesta direcció s'estan formant i aprovant noves àrees per al desenvolupament de dispositius d' alta tecnologia, fins a l'aparició de signes d'intel·ligència artificial..
Coneixement general dels microprocessadors
La gestió o el control de determinats processos requereix un suport de programari adequat sobre una base tècnica real. En aquesta capacitat, actua un o un conjunt de xips sobre cristalls de matriu bàsica. Per a necessitats pràctiques, gairebé sempre s'utilitzen mòduls de chipset, és a dir, chipsets connectats per un sistema d'alimentació comú,senyals, formats de processament de la informació, etc. En la interpretació científica, tal com s'observa en els fonaments teòrics de la tecnologia de microprocessador, aquests dispositius són un lloc (memòria principal) per emmagatzemar operands i ordres en forma codificada. El control directe s'implementa a un nivell superior, però també mitjançant circuits integrats de microprocessador. S'utilitzen controladors per a això.
Només es pot parlar de controladors en relació a microordinadors o microordinadors formats per microprocessadors. En realitat, es tracta d'una tècnica de treball, en principi capaç de realitzar determinades operacions o ordres en el marc d'un algorisme determinat. Tal com s'indica al llibre de text sobre tecnologia de microprocessador de S. N. Liventsov, un microcontrolador s'ha d'entendre com un ordinador centrat a realitzar operacions lògiques com a part del control d'equips. Es basa en els mateixos esquemes, però amb un recurs informàtic limitat. La tasca del microcontrolador en major mesura és implementar procediments responsables, però senzills, sense circuits complexos. Tanmateix, aquests dispositius tampoc no es poden anomenar tecnològicament primitius, ja que en les indústries modernes els microcontroladors poden controlar simultàniament centenars i fins i tot milers d'operacions alhora, tenint en compte els paràmetres indirectes de la seva execució. En general, l'estructura lògica del microcontrolador està dissenyada tenint en compte la potència, la versatilitat i la fiabilitat.
Arquitectura
Els desenvolupadors de dispositius de microprocessador estan tractant amb un conjuntcomponents funcionals, que finalment formen un únic complex de treball. Fins i tot un model de microordinador simple preveu l'ús d'una sèrie d'elements que garanteixen el compliment de les tasques assignades a la màquina. La forma d'interacció entre aquests components, així com els mitjans de comunicació amb els senyals d'entrada i sortida, determinen en gran mesura l'arquitectura del microprocessador. Pel que fa al concepte mateix d'arquitectura, s'expressa en diferents definicions. Pot ser un conjunt de paràmetres tècnics, físics i operatius, com ara el nombre de registres de memòria, la profunditat de bits, la velocitat, etc. Però, d'acord amb els fonaments teòrics de la tecnologia de microprocessador, l'arquitectura en aquest cas s'ha d'entendre com l'organització lògica de les funcions implementades en el procés d'operació interconnectada del farcit de maquinari i programari. Més concretament, l'arquitectura del microprocessador reflecteix el següent:
- El conjunt d'elements físics que formen un microprocessador, així com les connexions entre els seus blocs funcionals.
- Formats i maneres de proporcionar informació.
- Canals per accedir als mòduls d'estructura disponibles per utilitzar-los amb paràmetres per al seu ús posterior.
- Operacions que pot realitzar un microprocessador concret.
- Característiques de les ordres de control que el dispositiu genera o rep.
- Reaccions als senyals de l'exterior.
Interfícies externes
El microprocessador rarament es veu com un sistema aïllat perexecutant ordres d'una paraula en format estàtic. Hi ha dispositius que processen un senyal segons un esquema determinat, però la majoria de les vegades la tecnologia de microprocessador funciona amb un gran nombre d'enllaços de comunicació de fonts que no són lineals pel que fa a les ordres processades. Per organitzar la interacció amb equips de tercers i fonts de dades, es proporcionen formats de connexió especials: interfícies. Però primer cal determinar amb què es comunica exactament. Per regla general, els dispositius controlats actuen en aquesta capacitat, és a dir, se'ls envia una ordre des del microprocessador i, en el mode de retroalimentació, es poden rebre dades sobre l'estat de l'òrgan executiu.
Pel que fa a les interfícies externes, serveixen no només per a la possibilitat d'interacció d'un determinat mecanisme executiu, sinó també per a la seva integració en l'estructura del complex de control. Pel que fa a la tecnologia complexa d'ordinadors i microprocessadors, aquest pot ser tot un conjunt d'eines de maquinari i programari estretament relacionades amb el controlador. A més, els microcontroladors sovint combinen les funcions de processament i emissió d'ordres amb les tasques de proporcionar comunicació entre microprocessadors i dispositius externs.
Especificacions del microprocessador
Les principals característiques dels dispositius de microprocessador inclouen les següents:
- Freqüència de rellotge. Període de temps durant el qual es canvien els components de l'ordinador.
- Amplada. El nombre màxim possible per al processament simultani de binaridígits.
- Arquitectura. Configuració de la ubicació i formes d'interacció dels elements de treball del microprocessador.
La naturalesa del procés operatiu també es pot jutjar pels criteris de regularitat amb el principal. En el primer cas, estem parlant de com implementem el principi de repetibilitat regular en una unitat determinada de tecnologia de microprocessadors informàtics. En altres paraules, quin és el percentatge condicional d'enllaços i elements de treball que es dupliquen entre si. La regularitat es pot aplicar en general a l'estructura de l'organització de l'esquema dins del mateix sistema de processament de dades.
Backbone indica el mètode d'intercanvi de dades entre els mòduls interns del sistema, afectant també la naturalesa de l'ordenació dels enllaços. Combinant els principis de backbone i regularitat, és possible desenvolupar una estratègia per crear microprocessadors unificats amb un determinat estàndard. Aquest enfocament té l'avantatge de facilitar l'organització de la comunicació a diferents nivells pel que fa a la interacció mitjançant interfícies. D' altra banda, l'estandardització no permet ampliar les capacitats del sistema i augmentar la seva resistència a les càrregues externes.
Memòria en tecnologia de microprocessador
L'emmagatzematge de la informació s'organitza amb l'ajuda de dispositius d'emmagatzematge especials fets de semiconductors. Això s'aplica a la memòria interna, però també es poden utilitzar suports òptics i magnètics externs. A més, els elements d'emmagatzematge de dades basats en materials semiconductors es poden representar com a circuits integrats, queinclòs al microprocessador. Aquestes cel·les de memòria s'utilitzen no només per emmagatzemar programes, sinó també per donar servei a la memòria del processador central amb controladors.
Si aprofundim en la base estructural dels dispositius d'emmagatzematge, els circuits fets de metall, dielèctric i semiconductor de silici passaran a primer lloc. Com a dielèctrics s'utilitzen components metàl·lics, òxids i semiconductors. El nivell d'integració del dispositiu d'emmagatzematge ve determinat pels objectius i les característiques del maquinari. A la tecnologia de microprocessador digital amb la prestació d'una funció de memòria de vídeo, la immunitat al soroll, l'estabilitat, la velocitat, etc., també s'afegeixen als requisits universals per a una integració fiable i el compliment dels paràmetres elèctrics. Els microcircuits digitals bipolars són la solució òptima pel que fa a criteris de rendiment i versatilitat d'integració que, en funció de les tasques actuals, també es poden utilitzar com a disparador, processador o inversor.
Funcions
La gamma de funcions es basa en gran mesura en les tasques que el microprocessador resoldrà dins d'un procés concret. El conjunt universal de funcions en una versió generalitzada es pot representar de la següent manera:
- Lectura de dades.
- Processament de dades.
- Intercanvi d'informació amb memòria interna, mòduls o dispositius connectats externs.
- Enregistrar dades.
- Entrada i sortida de dades.
El significat de cadascuna de les anteriorsoperacions està determinada pel context del sistema global en què s'utilitza el dispositiu. Per exemple, en el marc de les operacions aritmètiques-lògiques, la tecnologia electrònica i de microprocessador, com a resultat del processament de la informació d'entrada, pot presentar nova informació, que, al seu torn, es convertirà en el motiu d'un o altre senyal de comandament. També val la pena destacar la funcionalitat interna, per la qual es regulen els paràmetres de funcionament del propi processador, controlador, font d'alimentació, actuadors i altres mòduls que operen dins del sistema de control.
Fabricants de dispositius
Els orígens de la creació de dispositius de microprocessador van ser els enginyers d'Intel que van llançar tota una línia de microcontroladors de 8 bits basats en la plataforma MCS-51, que encara s'utilitzen en algunes àrees avui dia. A més, molts altres fabricants van utilitzar la família x51 per als seus propis projectes com a part del desenvolupament de noves generacions d'electrònica i tecnologia de microprocessador, entre els representants de les quals es troben desenvolupaments domèstics com l'ordinador d'un sol xip K1816BE51.
En entrar en el segment dels processadors més complexos, Intel va donar pas als microcontroladors a altres empreses, com Analog Device i Atmel. Zilog, Microchip, NEC i altres ofereixen una mirada fonamentalment nova a l'arquitectura de microprocessadors. A dia d'avui, en el context del desenvolupament de la tecnologia de microprocessador, les línies x51, AVR i PIC es poden considerar les més reeixides. Si parlem de tendències de desenvolupament, aquests dies el primerel lloc es substitueix per requisits d'ampliació de la gamma de tasques de control intern, compacitat i baix consum d'energia. En altres paraules, els microcontroladors són cada cop més petits i intel·ligents pel que fa al manteniment, però alhora augmenten el seu potencial de potència.
Manteniment d'equips basats en microprocessador
D'acord amb la normativa, els sistemes de microprocessadors són atesos per equips de treballadors dirigits per un electricista. Les principals tasques de manteniment en aquesta àrea inclouen les següents:
- Solució d'errors en el procés de funcionament del sistema i la seva anàlisi per determinar les causes de la infracció.
- Evita fallades del dispositiu i dels components mitjançant el manteniment programat assignat.
- Repareu els errors del dispositiu reparant peces danyades o substituint-les per peces similars que es puguin reparar.
- Producció de reparacions oportunes dels components del sistema.
El manteniment directe de la tecnologia de microprocessador pot ser complex o menor. En el primer cas, es combina una llista d'operacions tècniques, independentment de la seva intensitat laboral i nivell de complexitat. Amb un enfocament a petita escala, es posa l'èmfasi en la individualització de cada operació, és a dir, les accions individuals de reparació o manteniment es realitzen en un format aïllat des del punt de vista de l'organització d'acord amb el mapa tecnològic. Els desavantatges d'aquest mètode s'associen a costos de flux de treball elevats, que poden no estar justificats econòmicament en un sistema a gran escala. D' altra banda, el servei a petita escalamillora la qualitat de l'assistència tècnica dels equips, minimitzant el risc d'avaria posterior juntament amb components individuals.
Ús de tecnologia de microprocessador
Abans de la introducció generalitzada dels microprocessadors en diferents àmbits de la indústria, l'economia nacional i nacional, cada cop hi ha menys barreres. Això es deu de nou a l'optimització d'aquests dispositius, la seva reducció de costos i la creixent necessitat d'elements d'automatització. Alguns dels usos més habituals d'aquests dispositius inclouen:
- Indústria. Els microprocessadors s'utilitzen en la gestió del treball, la coordinació de màquines, els sistemes de control i la recollida de rendiment de producció.
- Comerç. En aquest àmbit, el funcionament de la tecnologia de microprocessador s'associa no només a operacions computacionals, sinó també al manteniment de models logístics en la gestió de mercaderies, estocs i fluxos d'informació.
- Sistemes de seguretat. L'electrònica en complexos moderns de seguretat i alarmes estableix uns elevats requisits d'automatització i control intel·ligent, cosa que ens permet oferir microprocessadors de noves generacions.
- Comunicació. Per descomptat, les tecnologies de la comunicació no poden prescindir de controladors programables que serveixen multiplexors, terminals remots i circuits de commutació.
Unes paraules com a conclusió
Un ampli públic de consumidors no es pot imaginar del tot ni tan sols el d'avuicapacitats de la tecnologia de microprocessador, però els fabricants no es queden quiets i ja estan considerant direccions prometedores per al desenvolupament d'aquests productes. Per exemple, la regla de la indústria informàtica encara es manté bé, segons la qual cada dos anys disminuirà el nombre de transistors als circuits del processador. Però els microprocessadors moderns no només poden presumir d'optimització estructural. Els experts també prediuen moltes innovacions pel que fa a l'organització de nous circuits, que facilitaran l'enfocament tecnològic del desenvolupament de processadors i reduiran el seu cost base.
