In mehreren Jahrzehnten der Entwicklung hat sich der Mikroprozessor von einem Anwendungsobjekt in hochspezialisierten Bereichen zu einem Produkt mit breiter Nutzung entwickelt. Heute werden diese Geräte in der einen oder anderen Form zusammen mit Steuerungen in nahezu allen Bereichen der Produktion eingesetzt. Im weiteren Sinne bietet die Mikroprozessortechnologie Steuerungs- und Automatisierungsprozesse, aber in dieser Richtung werden neue Bereiche für die Entwicklung von Hightech-Geräten gebildet und zugelassen, bis hin zum Erscheinen von Anzeichen künstlicher Intelligenz.
Allgemeines Verständnis von Mikroprozessoren
Die Steuerung oder Steuerung bestimmter Prozesse erfordert eine entsprechende Softwareunterstützung auf re altechnischer Basis. In dieser Funktion wirkt ein oder ein Satz von Chips auf Grundmatrixkristallen. Aus praktischen Gründen werden fast immer Chipsatzmodule verwendet, dh Chipsätze, die durch ein gemeinsames Stromversorgungssystem verbunden sind. Signale, Informationsverarbeitungsformate und so weiter. In der wissenschaftlichen Interpretation, wie in den theoretischen Grundlagen der Mikroprozessortechnik angemerkt, sind solche Geräte ein Ort (Hauptspeicher) zum Speichern von Operanden und Befehlen in verschlüsselter Form. Direkte Steuerung wird auf einer höheren Ebene implementiert, aber auch durch Mikroprozessor-integrierte Sch altungen. Dazu werden Controller verwendet.
Von Controllern kann man nur im Zusammenhang mit Mikrocomputern oder aus Mikroprozessoren bestehenden Mikrocomputern sprechen. Eigentlich ist dies eine Arbeitstechnik, die im Prinzip bestimmte Operationen oder Befehle im Rahmen eines bestimmten Algorithmus ausführen kann. Wie im Lehrbuch über Mikroprozessortechnologie von S. N. Liventsov erwähnt, sollte ein Mikrocontroller als ein Computer verstanden werden, der sich auf die Durchführung logischer Operationen als Teil der Gerätesteuerung konzentriert. Es basiert auf den gleichen Schemata, jedoch mit begrenzten Rechenressourcen. Aufgabe des Mikrocontrollers ist es vielmehr, verantwortungsvolle, aber einfache Abläufe ohne komplexe Sch altungen umzusetzen. Solche Geräte können jedoch auch nicht als technologisch primitiv bezeichnet werden, da Mikrocontroller in der modernen Industrie Hunderte und sogar Tausende von Operationen gleichzeitig steuern können, wobei die indirekten Parameter ihrer Ausführung berücksichtigt werden. Im Allgemeinen ist die logische Struktur des Mikrocontrollers auf Leistung, Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit ausgelegt.
Architektur
Entwickler von Mikroprozessorgeräten haben es mit einem Set zu tunfunktionelle Komponenten, die schließlich einen einzigen Arbeitskomplex bilden. Selbst ein einfaches Mikrocomputermodell sieht die Verwendung einer Reihe von Elementen vor, die die Erfüllung der der Maschine zugewiesenen Aufgaben sicherstellen. Die Art der Interaktion zwischen diesen Komponenten sowie die Kommunikationsmittel mit Eingangs- und Ausgangssignalen bestimmen weitgehend die Architektur des Mikroprozessors. Was den Begriff Architektur anbelangt, wird er in verschiedenen Definitionen ausgedrückt. Dies kann eine Reihe von technischen, physikalischen und betrieblichen Parametern sein, einschließlich der Anzahl der Speicherregister, der Bittiefe, der Geschwindigkeit usw. In Übereinstimmung mit den theoretischen Grundlagen der Mikroprozessortechnologie sollte Architektur in diesem Fall jedoch als die logische Organisation von Funktionen verstanden werden, die im Prozess des miteinander verbundenen Betriebs von Hardware- und Softwarefüllung implementiert werden. Genauer gesagt spiegelt die Mikroprozessorarchitektur Folgendes wider:
- Die Menge physikalischer Elemente, die einen Mikroprozessor bilden, sowie die Verbindungen zwischen seinen Funktionsblöcken.
- Formate und Wege der Informationsbereitstellung.
- Kanäle für den Zugriff auf Strukturmodule zur Verfügung stehen mit Parametern für deren weitere Verwendung.
- Operationen, die ein bestimmter Mikroprozessor ausführen kann.
- Eigenschaften von Steuerbefehlen, die das Gerät erzeugt oder empfängt.
- Reaktionen auf Signale von außen.
Externe Schnittstellen
Der Mikroprozessor wird selten als isoliertes System fürAusführen von Ein-Wort-Befehlen in einem statischen Format. Es gibt Geräte, die ein Signal nach einem bestimmten Schema verarbeiten, aber meistens arbeitet die Mikroprozessortechnologie mit einer großen Anzahl von Kommunikationsverbindungen von Quellen, die selbst in Bezug auf verarbeitete Befehle nicht linear sind. Um die Interaktion mit Geräten und Datenquellen von Drittanbietern zu organisieren, werden spezielle Verbindungsformate bereitgestellt - Schnittstellen. Aber zuerst müssen Sie bestimmen, womit genau kommuniziert wird. In der Regel agieren gesteuerte Geräte in dieser Funktion, dh vom Mikroprozessor wird ihnen ein Befehl gesendet, und im Feedback-Modus können Daten über den Status der Exekutive empfangen werden.
Externe Schnittstellen dienen nicht nur der Interaktionsmöglichkeit eines bestimmten Ausführungsmechanismus, sondern auch seiner Integration in die Struktur des Steuerungskomplexes. Bei komplexer Computer- und Mikroprozessortechnik kann dies eine ganze Reihe von Hard- und Softwaretools sein, die eng mit der Steuerung verbunden sind. Darüber hinaus kombinieren Mikrocontroller häufig die Funktionen der Verarbeitung und Ausgabe von Befehlen mit den Aufgaben der Bereitstellung der Kommunikation zwischen Mikroprozessoren und externen Geräten.
Mikroprozessorspezifikationen
Zu den Hauptmerkmalen von Mikroprozessorgeräten gehören:
- Taktfrequenz. Zeitraum, in dem Computerkomponenten umgesch altet werden.
- Breite. Die Anzahl der maximal möglichen für die gleichzeitige Verarbeitung von BinärdateienZiffern.
- Architektur. Platzierungskonfiguration und Interaktionsmöglichkeiten der Arbeitselemente des Mikroprozessors.
Die Art des betrieblichen Ablaufs kann auch nach dem Kriterium der Regelmäßigkeit mit der Hauptsache beurteilt werden. Im ersten Fall sprechen wir darüber, wie wir das Prinzip der regelmäßigen Wiederholbarkeit in einer bestimmten Einheit der Computermikroprozessortechnologie implementieren. Mit anderen Worten, wie hoch ist der bedingte Prozentsatz von Links und Arbeitsaufgaben, die sich gegenseitig duplizieren. Regelmäßigkeit kann allgemein auf die Struktur der Schemaorganisation innerhalb desselben Datenverarbeitungssystems angewendet werden.
Backbone gibt die Methode des Datenaustauschs zwischen den internen Modulen des Systems an und wirkt sich auch auf die Art der Verknüpfungsreihenfolge aus. Durch Kombinieren der Prinzipien von Backbone und Regelmäßigkeit ist es möglich, eine Strategie zum Erstellen von Mikroprozessoren zu entwickeln, die nach einem bestimmten Standard vereinheitlicht sind. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass die Kommunikationsorganisation auf verschiedenen Ebenen im Hinblick auf die Interaktion durch Schnittstellen erleichtert wird. Andererseits erlaubt die Standardisierung nicht, die Fähigkeiten des Systems zu erweitern und seine Widerstandsfähigkeit gegenüber externen Belastungen zu erhöhen.
Speicher in Mikroprozessortechnik
Die Speicherung von Informationen wird mit Hilfe von speziellen Speichergeräten aus Halbleitern organisiert. Dies gilt für den internen Speicher, aber es können auch externe optische und magnetische Medien verwendet werden. Auch Datenspeicherelemente auf Basis von Halbleitermaterialien können als integrierte Sch altungen dargestellt werden, dieim Mikroprozessor enth alten. Solche Speicherzellen werden nicht nur zum Speichern von Programmen verwendet, sondern auch zum Bedienen des Speichers des Zentralprozessors mit Steuerungen.
Schauen wir uns die strukturellen Grundlagen von Speichern genauer an, dann rücken Sch altkreise aus Metall, Dielektrikum und Siliziumhalbleiter in den Vordergrund. Als Dielektrika werden Metall-, Oxid- und Halbleiterkomponenten verwendet. Der Integrationsgrad des Speichergeräts wird durch die Ziele und Eigenschaften der Hardware bestimmt. In der digitalen Mikroprozessortechnik mit der Bereitstellung einer Bildspeicherfunktion kommen zu den universellen Anforderungen für eine zuverlässige Integration und Einh altung elektrischer Parameter auch Störfestigkeit, Stabilität, Geschwindigkeit usw. hinzu. Bipolare digitale Mikrosch altungen sind hinsichtlich Leistungskriterien und Integrationsvielf alt die optimale Lösung, die je nach aktuellen Aufgaben auch als Trigger, Prozessor oder Inverter eingesetzt werden können.
Funktionen
Der Funktionsumfang richtet sich maßgeblich nach den Aufgaben, die der Mikroprozessor innerhalb eines bestimmten Prozesses lösen wird. Der universelle Satz von Funktionen in einer verallgemeinerten Version kann wie folgt dargestellt werden:
- Lesen von Daten.
- Datenverarbeitung.
- Informationsaustausch mit internem Speicher, Modulen oder extern angeschlossenen Geräten.
- Daten aufzeichnen.
- Dateneingabe und -ausgabe.
Die Bedeutung von jedem der oben genanntenDer Betrieb wird durch den Kontext des Gesamtsystems bestimmt, in dem das Gerät verwendet wird. Beispielsweise kann die Elektronik- und Mikroprozessortechnik im Rahmen arithmetisch-logischer Operationen durch die Verarbeitung von Eingangsinformationen neue Informationen präsentieren, die wiederum zum Grund für das eine oder andere Befehlssignal werden. Erwähnenswert ist auch die interne Funktionalität, aufgrund derer die Betriebsparameter des Prozessors selbst, des Controllers, der Stromversorgung, der Aktoren und anderer Module, die innerhalb des Steuerungssystems arbeiten, geregelt werden.
Gerätehersteller
Die Ursprünge der Entwicklung von Mikroprozessorgeräten waren Intel-Ingenieure, die eine ganze Reihe von 8-Bit-Mikrocontrollern auf Basis der MCS-51-Plattform herausbrachten, die noch heute in einigen Bereichen verwendet werden. Auch viele andere Hersteller nutzten die x51-Familie für ihre eigenen Projekte im Rahmen der Entwicklung neuer Generationen von Elektronik und Mikroprozessortechnologie, zu deren Vertretern heimische Entwicklungen wie der Ein-Chip-Computer K1816BE51 zählen.
Nachdem Intel in das Segment der komplexeren Prozessoren eingetreten war, machte Intel Mikrocontrollern Platz für andere Unternehmen, darunter Analog Device und Atmel. Zilog, Microchip, NEC und andere bieten einen grundlegend neuen Blick auf die Mikroprozessorarchitektur, wobei heute im Kontext der Entwicklung der Mikroprozessortechnologie die x51-, AVR- und PIC-Linien als die erfolgreichsten angesehen werden können. Wenn wir über Entwicklungstrends sprechen, dann in diesen Tagen die erstenDer Platz wird ersetzt durch Anforderungen zur Erweiterung des Spektrums interner Steuerungsaufgaben, Kompaktheit und geringem Stromverbrauch. Mit anderen Worten, Mikrocontroller werden kleiner und intelligenter in Bezug auf die Wartung, erhöhen aber gleichzeitig ihr Leistungspotenzial.
Wartung von mikroprozessorgesteuerten Geräten
In Übereinstimmung mit den Vorschriften werden Mikroprozessorsysteme von Arbeiterteams unter der Leitung eines Elektrikers gewartet. Zu den wichtigsten Wartungsaufgaben in diesem Bereich gehören:
- Behebung von Fehlern im Prozess des Systembetriebs und deren Analyse, um die Ursachen der Verletzung zu ermitteln.
- Ausfälle von Geräten und Komponenten durch zugewiesene planmäßige Wartung verhindern.
- Reparieren Sie Geräteausfälle, indem Sie beschädigte Teile reparieren oder durch brauchbare ähnliche Teile ersetzen.
- Produktion der rechtzeitigen Reparatur von Systemkomponenten.
Die direkte Wartung der Mikroprozessortechnologie kann komplex oder geringfügig sein. Im ersten Fall wird eine Liste technischer Vorgänge unabhängig von ihrer Arbeitsintensität und Komplexität zusammengestellt. Bei einem kleinräumigen Ansatz liegt der Schwerpunkt auf der Individualisierung jedes Vorgangs, dh einzelne Reparatur- oder Wartungsaktionen werden in einem isolierten Format aus Sicht der Organisation gemäß der technologischen Landkarte durchgeführt. Die Nachteile dieses Verfahrens sind mit hohen Workflow-Kosten verbunden, die innerhalb einer Großanlage wirtschaftlich nicht gerechtfertigt sein können. Auf der anderen Seite Service im kleinen Maßstabverbessert die Qualität des technischen Supports für Geräte und minimiert das Risiko eines weiteren Ausfalls zusammen mit einzelnen Komponenten.
Einsatz von Mikroprozessortechnik
Vor der flächendeckenden Einführung von Mikroprozessoren in verschiedenen Bereichen der Industrie, des Haush alts und der Volkswirtschaft gibt es immer weniger Barrieren. Dies ist wiederum auf die Optimierung dieser Geräte, ihre Kostenreduzierung und den wachsenden Bedarf an Automatisierungselementen zurückzuführen. Einige der häufigsten Anwendungen für diese Geräte sind:
- Industrie. Mikroprozessoren werden in der Arbeitsverw altung, Maschinenkoordination, Steuerungssystemen und der Erfassung der Produktionsleistung eingesetzt.
- Handel. Der Betrieb von Mikroprozessortechnik ist in diesem Bereich nicht nur mit Rechenoperationen verbunden, sondern auch mit der Pflege von Logistikmodellen in der Verw altung von Waren, Beständen und Informationsflüssen.
- Sicherheitssysteme. Die Elektronik in modernen Sicherheits- und Alarmkomplexen stellt hohe Anforderungen an die Automatisierung und intelligente Steuerung, was es uns ermöglicht, Mikroprozessoren neuer Generationen bereitzustellen.
- Kommunikation. Natürlich kommt die Kommunikationstechnik nicht ohne speicherprogrammierbare Steuerungen aus, die Multiplexer, Gegenstellen und Sch altkreise bedienen.
Ein paar Worte zum Schluss
Ein breites Publikum von Verbrauchern kann sich auch heute noch nicht vollständig vorstellenMöglichkeiten der Mikroprozessortechnologie, aber die Hersteller stehen nicht still und erwägen bereits vielversprechende Richtungen für die Entwicklung dieser Produkte. So wird beispielsweise noch immer die Regel der Computerindustrie eingeh alten, nach der alle zwei Jahre die Anzahl der Transistoren in Prozessorsch altungen abnimmt. Aber moderne Mikroprozessoren können nicht nur strukturelle Optimierungen vorweisen. Experten sagen auch viele Innovationen in Bezug auf die Organisation neuer Sch altkreise voraus, die den technologischen Ansatz für die Entwicklung von Prozessoren erleichtern und ihre Grundkosten senken werden.
