Gjatë disa dekadave të zhvillimit, mikroprocesori ka bërë një rrugë të gjatë nga një objekt aplikimi në fusha shumë të specializuara në një produkt me shfrytëzim të gjerë. Sot, në një formë ose në një tjetër, këto pajisje, së bashku me kontrollorët, përdoren pothuajse në çdo fushë prodhimi. Në një kuptim të gjerë, teknologjia e mikroprocesorit siguron procese kontrolli dhe automatizimi, por në këtë drejtim po formohen dhe miratohen zona të reja për zhvillimin e pajisjeve të teknologjisë së lartë, deri në shfaqjen e shenjave të inteligjencës artificiale.
Kuptimi i përgjithshëm i mikroprocesorëve
Menaxhimi ose kontrollimi i proceseve të caktuara kërkon mbështetjen e duhur të softuerit mbi një bazë reale teknike. Në këtë kapacitet, një ose një grup çipash në kristalet bazë të matricës vepron. Për nevoja praktike, pothuajse gjithmonë përdoren module të vendosura me çipa, domethënë çipa që janë të lidhur nga një sistem i përbashkët energjie,sinjalet, formatet e përpunimit të informacionit, e kështu me radhë. Në interpretimin shkencor, siç theksohet në bazat teorike të teknologjisë së mikroprocesorit, pajisje të tilla janë një vend (memorie kryesore) për ruajtjen e operandëve dhe komandave në një formë të koduar. Kontrolli i drejtpërdrejtë zbatohet në një nivel më të lartë, por edhe përmes qarqeve të integruara me mikroprocesor. Për këtë përdoren kontrollorët.
Mund të flitet vetëm për kontrollues në lidhje me mikrokompjuterët ose mikrokompjuterët që përbëhen nga mikroprocesorë. Në fakt, kjo është një teknikë pune, në parim e aftë për të kryer disa operacione ose komanda brenda kornizës së një algoritmi të caktuar. Siç është përmendur në librin shkollor për teknologjinë e mikroprocesorit nga S. N. Liventsov, një mikrokontrollues duhet të kuptohet si një kompjuter i fokusuar në kryerjen e operacioneve logjike si pjesë e kontrollit të pajisjeve. Ai bazohet në të njëjtat skema, por me një burim të kufizuar kompjuterik. Detyra e mikrokontrolluesit në një masë më të madhe është të zbatojë procedura të përgjegjshme, por të thjeshta pa qarqe komplekse. Sidoqoftë, pajisje të tilla nuk mund të quhen as teknologjikisht primitive, pasi në industritë moderne mikrokontrolluesit mund të kontrollojnë njëkohësisht qindra dhe madje mijëra operacione në të njëjtën kohë, duke marrë parasysh parametrat indirekt të ekzekutimit të tyre. Në përgjithësi, struktura logjike e mikrokontrolluesit është projektuar duke pasur parasysh fuqinë, shkathtësinë dhe besueshmërinë.
Arkitekturë
Zhvilluesit e pajisjeve mikroprocesore kanë të bëjnë me një grupkomponentë funksionalë, të cilët përfundimisht formojnë një kompleks të vetëm pune. Edhe një model i thjeshtë mikrokompjuterësh parashikon përdorimin e një numri elementësh që sigurojnë përmbushjen e detyrave të caktuara për makinën. Mënyra e ndërveprimit ndërmjet këtyre komponentëve, si dhe mjetet e komunikimit me sinjalet hyrëse dhe dalëse, në masë të madhe përcaktojnë arkitekturën e mikroprocesorit. Sa i përket vetë konceptit të arkitekturës, ai shprehet në përkufizime të ndryshme. Ky mund të jetë një grup parametrash teknikë, fizikë dhe operacionalë, duke përfshirë numrin e regjistrave të memories, thellësinë e bitit, shpejtësinë, etj. Por, në përputhje me themelet teorike të teknologjisë së mikroprocesorit, arkitektura në këtë rast duhet të kuptohet si organizimi logjik i funksioneve të zbatuara në procesin e funksionimit të ndërlidhur të mbushjes së harduerit dhe softuerit. Më konkretisht, arkitektura e mikroprocesorit pasqyron sa vijon:
- Grupi i elementeve fizike që formojnë një mikroprocesor, si dhe lidhjet midis blloqeve funksionale të tij.
- Formatet dhe mënyrat e dhënies së informacionit.
- Kanale për qasje në modulet e strukturës të disponueshme për përdorim me parametra për përdorimin e tyre të mëtejshëm.
- Operacione që mund të kryejë një mikroprocesor i veçantë.
- Karakteristikat e komandave të kontrollit që pajisja gjeneron ose merr.
- Reagimet ndaj sinjaleve nga jashtë.
ndërfaqet e jashtme
Mikroprocesori shihet rrallë si një sistem i izoluar përekzekutimi i komandave me një fjalë në një format statik. Ka pajisje që përpunojnë një sinjal sipas një skeme të caktuar, por më shpesh teknologjia e mikroprocesorit funksionon me një numër të madh lidhjesh komunikimi nga burime që vetë nuk janë lineare për sa i përket komandave të përpunuara. Për të organizuar ndërveprimin me pajisjet e palëve të treta dhe burimet e të dhënave, ofrohen formate të veçanta të lidhjes - ndërfaqe. Por së pari ju duhet të përcaktoni se me çfarë saktësisht po komunikohet. Si rregull, pajisjet e kontrolluara veprojnë në këtë kapacitet, d.m.th., atyre u dërgohet një komandë nga mikroprocesori dhe në modalitetin e reagimit mund të merren të dhëna për statusin e organit ekzekutiv.
Për sa i përket ndërfaqeve të jashtme, ato shërbejnë jo vetëm për mundësinë e ndërveprimit të një mekanizmi ekzekutiv të caktuar, por edhe për integrimin e tij në strukturën e kompleksit të kontrollit. Për sa i përket teknologjisë komplekse kompjuterike dhe mikroprocesoresh, ky mund të jetë një grup i tërë mjetesh harduerike dhe softuerike të lidhura ngushtë me kontrolluesin. Për më tepër, mikrokontrolluesit shpesh kombinojnë funksionet e përpunimit dhe lëshimit të komandave me detyrat e sigurimit të komunikimit ndërmjet mikroprocesorëve dhe pajisjeve të jashtme.
Specifikimet e mikroprocesorit
Karakteristikat kryesore të pajisjeve mikroprocesore përfshijnë si më poshtë:
- Frekuenca e orës. Periudha kohore gjatë së cilës ndërrohen komponentët e kompjuterit.
- Gjerësia. Numri i maksimumit të mundshëm për përpunimin e njëkohshëm të binarëveshifra.
- Arkitekturë. Konfigurimi i vendosjes dhe mënyrat e ndërveprimit të elementeve të punës së mikroprocesorit.
Natyra e procesit operacional mund të gjykohet edhe nga kriteret e rregullsisë me kryesore. Në rastin e parë, ne po flasim për mënyrën se si zbatojmë parimin e përsëritshmërisë së rregullt në një njësi të veçantë të teknologjisë së mikroprocesorit kompjuterik. Me fjalë të tjera, sa është përqindja e kushtëzuar e lidhjeve dhe artikujve të punës që kopjojnë njëra-tjetrën. Rregullsia mund të zbatohet në përgjithësi në strukturën e organizimit të skemës brenda të njëjtit sistem të përpunimit të të dhënave.
Backbone tregon metodën e shkëmbimit të të dhënave midis moduleve të brendshme të sistemit, duke ndikuar gjithashtu në natyrën e renditjes së lidhjeve. Duke kombinuar parimet e shtyllës kurrizore dhe rregullsisë, është e mundur të zhvillohet një strategji për krijimin e mikroprocesorëve të unifikuar në një standard të caktuar. Kjo qasje ka avantazhin e lehtësimit të organizimit të komunikimit në nivele të ndryshme në aspektin e ndërveprimit nëpërmjet ndërfaqeve. Nga ana tjetër, standardizimi nuk lejon zgjerimin e aftësive të sistemit dhe rritjen e rezistencës së tij ndaj ngarkesave të jashtme.
Memoria në teknologjinë e mikroprocesorit
Ruajtja e informacionit organizohet me ndihmën e pajisjeve speciale të ruajtjes të bëra nga gjysmëpërçuesit. Kjo vlen për memorien e brendshme, por mund të përdoren edhe media të jashtme optike dhe magnetike. Gjithashtu, elementet e ruajtjes së të dhënave të bazuara në materiale gjysmëpërçuese mund të paraqiten si qarqe të integruara, të cilattë përfshira në mikroprocesor. Qeliza të tilla memorie përdoren jo vetëm për ruajtjen e programeve, por edhe për servisimin e kujtesës së procesorit qendror me kontrollues.
Nëse hedhim një vështrim më të thellë në bazën strukturore të pajisjeve të ruajtjes, atëherë qarqet e bëra nga gjysmëpërçuesi metalik, dielektrik dhe silikoni do të dalin në plan të parë. Përbërësit e metalit, oksidit dhe gjysmëpërçuesit përdoren si dielektrikë. Niveli i integrimit të pajisjes së ruajtjes përcaktohet nga objektivat dhe karakteristikat e harduerit. Në teknologjinë e mikroprocesorit dixhital me sigurimin e një funksioni të memories video, imuniteti ndaj zhurmës, stabiliteti, shpejtësia etj. u shtohen gjithashtu kërkesave universale për integrim të besueshëm dhe pajtueshmëri me parametrat elektrike. Mikroqarqet dixhitale bipolare janë zgjidhja optimale për sa i përket kritereve të performancës dhe shkathtësisë së integrimit, të cilat, në varësi të detyrave aktuale, mund të përdoren edhe si shkas, procesor ose inverter.
Funksionet
Sfera e funksioneve bazohet kryesisht në detyrat që mikroprocesori do të zgjidhë brenda një procesi të caktuar. Grupi universal i funksioneve në një version të përgjithësuar mund të përfaqësohet si më poshtë:
- Leximi i të dhënave.
- Përpunimi i të dhënave.
- Shkëmbim informacioni me memorie të brendshme, module ose pajisje të lidhura me jashtë.
- Regjistro të dhëna.
- Hyrja dhe dalja e të dhënave.
Kuptimi i secilës prej sa më sipëroperacionet përcaktohen nga konteksti i sistemit të përgjithshëm në të cilin përdoret pajisja. Për shembull, në kuadrin e operacioneve aritmetike-logjike, teknologjia elektronike dhe mikroprocesori, si rezultat i përpunimit të informacionit hyrës, mund të paraqesë informacion të ri, i cili, nga ana tjetër, do të bëhet shkak për një ose një sinjal komandues. Vlen gjithashtu të theksohet funksionaliteti i brendshëm, për shkak të të cilit rregullohen parametrat e funksionimit të vetë procesorit, kontrolluesit, furnizimit me energji, aktivizuesve dhe moduleve të tjera që funksionojnë brenda sistemit të kontrollit.
Prodhuesit e pajisjeve
Origjina e krijimit të pajisjeve mikroprocesoresh ishin inxhinierët e Intel, të cilët lëshuan një linjë të tërë mikrokontrolluesish 8-bitësh të bazuar në platformën MCS-51, të cilët përdoren ende në disa zona sot. Gjithashtu, shumë prodhues të tjerë përdorën familjen x51 për projektet e tyre si pjesë e zhvillimit të gjeneratave të reja të elektronikës dhe teknologjisë së mikroprocesorëve, ndër përfaqësuesit e të cilave janë zhvillimet vendase si kompjuteri me një çip K1816BE51.
Pasi hyri në segmentin e procesorëve më kompleksë, Intel ua la vendin mikrokontrolluesve kompanive të tjera, duke përfshirë Analog Device dhe Atmel. Zilog, Microchip, NEC dhe të tjera ofrojnë një vështrim thelbësisht të ri në arkitekturën e mikroprocesorit. Sot, në kontekstin e zhvillimit të teknologjisë së mikroprocesorit, linjat x51, AVR dhe PIC mund të konsiderohen më të suksesshmet. Nëse flasim për tendencat e zhvillimit, atëherë këto ditë janë të paratvendi zëvendësohet nga kërkesat për zgjerimin e gamës së detyrave të kontrollit të brendshëm, kompaktësinë dhe konsumin e ulët të energjisë. Me fjalë të tjera, mikrokontrolluesit po bëhen më të vegjël dhe më të zgjuar për sa i përket mirëmbajtjes, por në të njëjtën kohë po rrisin potencialin e tyre të fuqisë.
Mirëmbajtja e pajisjeve të bazuara në mikroprocesor
Në përputhje me rregulloret, sistemet e mikroprocesorëve shërbehen nga ekipe punëtorësh të udhëhequr nga një elektricist. Detyrat kryesore të mirëmbajtjes në këtë fushë përfshijnë si më poshtë:
- Rregullimi i dështimeve në procesin e funksionimit të sistemit dhe analiza e tyre për të përcaktuar shkaqet e shkeljes.
- Parandaloni dështimet e pajisjes dhe komponentëve nëpërmjet mirëmbajtjes së caktuar të planifikuar.
- Riparoni dështimet e pajisjes duke riparuar pjesët e dëmtuara ose duke i zëvendësuar ato me pjesë të ngjashme të shërbimit.
- Prodhimi i riparimit në kohë të komponentëve të sistemit.
Mirëmbajtja e drejtpërdrejtë e teknologjisë së mikroprocesorit mund të jetë komplekse ose e vogël. Në rastin e parë, kombinohet një listë e operacioneve teknike, pavarësisht nga intensiteti i tyre i punës dhe niveli i kompleksitetit. Me një qasje në shkallë të vogël, theksi vihet në individualizimin e secilit operacion, domethënë, veprimet individuale të riparimit ose mirëmbajtjes kryhen në një format të izoluar nga pikëpamja e organizatës në përputhje me hartën teknologjike. Disavantazhet e kësaj metode shoqërohen me kosto të larta të rrjedhës së punës, të cilat mund të mos justifikohen ekonomikisht brenda një sistemi në shkallë të gjerë. Nga ana tjetër, shërbimi në shkallë të vogëlpërmirëson cilësinë e mbështetjes teknike për pajisjet, duke minimizuar rrezikun e dështimit të mëtejshëm së bashku me komponentët individualë.
Përdorimi i teknologjisë së mikroprocesorit
Përpara prezantimit të gjerë të mikroprocesorëve në fusha të ndryshme të industrisë, ekonomisë vendase dhe kombëtare, ka gjithnjë e më pak barriera. Kjo është sërish për shkak të optimizimit të këtyre pajisjeve, uljes së kostos së tyre dhe nevojës në rritje për elementë automatizimi. Disa nga përdorimet më të zakonshme për këto pajisje përfshijnë:
- Industri. Mikroprocesorët përdoren në menaxhimin e punës, koordinimin e makinerive, sistemet e kontrollit dhe mbledhjen e performancës së prodhimit.
- Tregti. Në këtë fushë, funksionimi i teknologjisë së mikroprocesorit lidhet jo vetëm me operacionet llogaritëse, por edhe me mirëmbajtjen e modeleve logjistike në menaxhimin e mallrave, stoqeve dhe flukseve të informacionit.
- Sistemet e sigurisë. Elektronika në komplekset moderne të sigurisë dhe alarmit vendos kërkesa të larta për automatizimin dhe kontrollin inteligjent, gjë që na lejon të ofrojmë mikroprocesorë të gjeneratave të reja.
- Komunikimi. Sigurisht, teknologjitë e komunikimit nuk mund të bëjnë pa kontrollues të programueshëm që shërbejnë multiplekserët, terminalet në distancë dhe qarqet komutuese.
Disa fjalë në përfundim
Një audiencë e gjerë e konsumatorëve nuk mund ta imagjinojë plotësisht as të sotminaftësitë e teknologjisë së mikroprocesorit, por prodhuesit nuk qëndrojnë ende dhe tashmë po konsiderojnë drejtime premtuese për zhvillimin e këtyre produkteve. Për shembull, rregulli i industrisë kompjuterike ruhet ende mirë, sipas të cilit çdo dy vjet numri i transistorëve në qarqet e procesorëve do të ulet. Por mikroprocesorët modernë mund të mburren jo vetëm me optimizimin strukturor. Ekspertët parashikojnë gjithashtu shumë risi në drejtim të organizimit të qarkut të ri, të cilat do të lehtësojnë qasjen teknologjike ndaj zhvillimit të procesorëve dhe do të ulin koston bazë të tyre.
