Хэдэн арван жилийн хөгжлийн явцад микропроцессор нь өндөр мэргэшсэн газар нутагт хэрэглэгдэх объектоос өргөн хэрэглээний бүтээгдэхүүн хүртэл урт замыг туулсан. Өнөөдөр эдгээр төхөөрөмжүүдийг хянагчтай хамт нэг хэлбэрээр эсвэл үйлдвэрлэлийн бараг бүх салбарт ашигладаг. Өргөн утгаараа микропроцессорын технологи нь үйл явцыг хянах, автоматжуулах боломжийг олгодог боловч энэ чиглэлд хиймэл оюун ухааны шинж тэмдэг илрэх хүртэл өндөр технологийн төхөөрөмжүүдийг хөгжүүлэх шинэ чиглэлүүд бий болж, батлагдаж байна.
Микропроцессорын тухай ерөнхий ойлголт
Тодорхой үйл явцыг удирдах эсвэл хянахад бодит техникийн үндсэн дээр зохих програм хангамжийн дэмжлэг шаардлагатай. Энэ хүчин чадлаар үндсэн матрицын талстууд дээрх нэг буюу олон тооны чипүүд ажилладаг. Практик хэрэгцээнд чип багц модулиудыг бараг үргэлж ашигладаг, өөрөөр хэлбэл нийтлэг эрчим хүчний системээр холбогдсон чипсетүүд,дохио, мэдээлэл боловсруулах формат гэх мэт. Шинжлэх ухааны тайлбарт микропроцессорын технологийн онолын үндэслэлд дурдсанчлан ийм төхөөрөмжүүд нь операндууд болон тушаалуудыг кодлогдсон хэлбэрээр хадгалах газар (үндсэн санах ой) юм. Шууд хяналт нь илүү өндөр түвшинд хэрэгждэг боловч микропроцессорын нэгдсэн хэлхээгээр дамждаг. Үүнд хянагчуудыг ашигладаг.
Зөвхөн микрокомпьютер эсвэл микропроцессороос бүрдэх микрокомпьютертэй холбоотой хянагчдыг ярьж болно. Үнэн хэрэгтээ энэ нь зарчмын хувьд өгөгдсөн алгоритмын хүрээнд тодорхой үйлдлүүд эсвэл тушаалуудыг гүйцэтгэх чадвартай ажлын техник юм. С. Н. Ливенцовын микропроцессорын технологийн сурах бичигт дурдсанчлан микроконтроллерыг тоног төхөөрөмжийн удирдлагын нэг хэсэг болгон логик үйлдлүүдийг гүйцэтгэхэд чиглэсэн компьютер гэж ойлгох хэрэгтэй. Энэ нь ижил схемүүд дээр суурилдаг боловч хязгаарлагдмал тооцоолох нөөцтэй. Микроконтроллерийн үүрэг бол хариуцлагатай боловч нарийн төвөгтэй хэлхээгүйгээр энгийн процедурыг хэрэгжүүлэх явдал юм. Гэсэн хэдий ч ийм төхөөрөмжийг технологийн хувьд анхдагч гэж нэрлэх боломжгүй, учир нь орчин үеийн үйлдвэрүүдэд микроконтроллерууд гүйцэтгэлийн шууд бус параметрүүдийг харгалзан хэдэн зуун, бүр хэдэн мянган үйлдлийг нэгэн зэрэг хянах боломжтой байдаг. Ерөнхийдөө микроконтроллерийн логик бүтэц нь хүч чадал, олон талт байдал, найдвартай байдлыг харгалзан бүтээгдсэн.
Архитектур
Микропроцессор төхөөрөмж хөгжүүлэгчид багцтай харьцаж байнаүйл ажиллагааны бүрэлдэхүүн хэсгүүд, эцэст нь нэг ажлын цогцолборыг бүрдүүлдэг. Энгийн микрокомпьютерийн загвар ч гэсэн машинд өгсөн даалгаврын биелэлтийг хангах хэд хэдэн элементүүдийг ашиглах боломжийг олгодог. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн арга зам, түүнчлэн оролт, гаралтын дохиотой харилцах хэрэгсэл нь микропроцессорын архитектурыг ихээхэн тодорхойлдог. Архитектурын тухай ойлголтын хувьд энэ нь янз бүрийн тодорхойлолтоор илэрхийлэгддэг. Энэ нь санах ойн бүртгэлийн тоо, битийн гүн, хурд гэх мэт техникийн, физик, үйл ажиллагааны параметрүүдийн багц байж болно. Гэхдээ микропроцессорын технологийн онолын үндэслэлд нийцүүлэн архитектурыг энэ тохиолдолд техник хангамж, програм хангамжийг хооронд нь холбох үйл ажиллагааны явцад хэрэгждэг функцүүдийн логик зохион байгуулалт гэж ойлгох хэрэгтэй. Тодруулбал, микропроцессорын бүтэц нь дараахь зүйлийг тусгасан болно:
- Микропроцессорыг бүрдүүлдэг физик элементүүдийн багц, түүнчлэн түүний функциональ блокуудын хоорондох холболтууд.
- Мэдээлэл өгөх хэлбэр, арга.
- Бүтцийн модулиудад хандах сувгууд, тэдгээрийн цаашдын ашиглалтын параметрүүдтэй хамт ашиглах боломжтой.
- Тодорхой микропроцессорын хийж чадах үйлдлүүд.
- Төхөөрөмжийн үүсгэдэг эсвэл хүлээн авдаг удирдлагын командын шинж чанарууд.
- Гаднаас ирсэн дохионы хариу үйлдэл.
Гадаад интерфейс
Микропроцессорыг тусгаарлагдсан систем гэж үзэх нь ховорстатик форматаар нэг үгтэй командуудыг гүйцэтгэх. Өгөгдсөн схемийн дагуу нэг дохиог боловсруулдаг төхөөрөмжүүд байдаг боловч ихэнхдээ микропроцессор технологи нь боловсруулсан командын хувьд шугаман бус эх сурвалжаас олон тооны холбооны холбоосоор ажилладаг. Гуравдагч этгээдийн тоног төхөөрөмж, мэдээллийн эх сурвалжтай харилцах ажлыг зохион байгуулахын тулд тусгай холболтын формат - интерфэйсүүдийг өгдөг. Гэхдээ эхлээд яг юутай холбогдож байгааг тодорхойлох хэрэгтэй. Дүрмээр бол хяналттай төхөөрөмжүүд ийм хүчин чадлаар ажилладаг, өөрөөр хэлбэл микропроцессороос тэдэнд тушаал илгээгддэг бөгөөд санал хүсэлтийн горимд гүйцэтгэх байгууллагын статусын талаарх мэдээллийг хүлээн авах боломжтой.
Гадна интерфейсийн хувьд тэдгээр нь зөвхөн тодорхой гүйцэтгэх механизмын харилцан үйлчлэлийн боломжийг төдийгүй хяналтын цогцолборын бүтцэд нэгтгэх боломжийг олгодог. Нарийн төвөгтэй компьютер, микропроцессорын технологийн хувьд энэ нь хянагчтай нягт холбоотой бүх техник хангамж, програм хангамжийн хэрэгслүүд байж болно. Түүнчлэн микроконтроллерууд нь командыг боловсруулах, гаргах функцийг микропроцессор болон гадаад төхөөрөмжүүдийн хооронд холбоо тогтоох үүрэгтэй хослуулдаг.
Микропроцессорын үзүүлэлтүүд
Микропроцессорын төхөөрөмжүүдийн үндсэн шинж чанарууд нь дараах байдалтай байна:
- Цагийн давтамж. Компьютерийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг солих хугацаа.
- Өргөн. Хоёртын файлыг нэгэн зэрэг боловсруулах боломжтой хамгийн их тооцифр.
- Архитектур. Микропроцессорын ажлын элементүүдийн байршлын тохиргоо ба харилцан үйлчлэлийн арга.
Үйл ажиллагааны үйл явцын мөн чанарыг үндсэн үзүүлэлттэй тогтмол байдлын шалгуураар дүгнэж болно. Эхний тохиолдолд бид компьютерийн микропроцессорын технологийн тодорхой нэгжид тогтмол давтагдах зарчмыг хэрхэн хэрэгжүүлэх талаар ярьж байна. Өөрөөр хэлбэл, бие биенээ давхардсан холбоосууд болон ажлын хэсгүүдийн нөхцөлт хувь нь хэд вэ. Тогтмол байдлыг нэг өгөгдөл боловсруулах систем доторх схемийн байгууллагын бүтцэд ерөнхийд нь хэрэглэж болно.
Backbone нь системийн дотоод модулиудын хооронд өгөгдөл солилцох аргыг заадаг бөгөөд холбоосын дарааллын мөн чанарт нөлөөлдөг. Суурь ба тогтмол байдлын зарчмуудыг нэгтгэснээр тодорхой стандартад нэгдсэн микропроцессоруудыг бий болгох стратеги боловсруулах боломжтой. Энэ арга нь интерфейсээр дамжуулан харилцан үйлчлэлийн хувьд янз бүрийн түвшний харилцаа холбооны зохион байгуулалтыг хөнгөвчлөх давуу талтай. Нөгөөтэйгүүр, стандартчилал нь системийн чадавхийг өргөжүүлж, гадны ачааллыг эсэргүүцэх чадварыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодоггүй.
Микропроцессорын технологийн санах ой
Мэдээллийн хадгалалтыг хагас дамжуулагчаар хийсэн тусгай хадгалах төхөөрөмжийн тусламжтайгаар зохион байгуулдаг. Энэ нь дотоод санах ойд хамаарах боловч гадаад оптик болон соронзон зөөвөрлөгчийг бас ашиглаж болно. Мөн хагас дамжуулагч материалд суурилсан өгөгдөл хадгалах элементүүдийг нэгдсэн хэлхээгээр төлөөлж болномикропроцессорт багтсан. Ийм санах ойн үүрийг зөвхөн программ хадгалахаас гадна контроллер бүхий төв процессорын санах ойд үйлчлэхэд ашигладаг.
Хэрэв бид хадгалах төхөөрөмжийн бүтцийн үндсийг илүү гүнзгий авч үзвэл металл, диэлектрик, цахиурын хагас дамжуулагчаар хийсэн хэлхээнүүд гарч ирнэ. Металл, исэл, хагас дамжуулагч бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг диэлектрик болгон ашигладаг. Хадгалах төхөөрөмжийг нэгтгэх түвшинг техник хангамжийн зорилго, шинж чанараар тодорхойлно. Видео санах ойн функцээр хангагдсан дижитал микропроцессорын технологид дуу чимээний дархлаа, тогтвортой байдал, хурд гэх мэтийг найдвартай нэгтгэх, цахилгаан параметрүүдийг дагаж мөрдөх бүх нийтийн шаардлагад нэмж оруулсан болно. Хоёр туйлт дижитал микро схемүүд нь гүйцэтгэлийн шалгуур үзүүлэлт, интеграцийн олон талт байдлын хувьд оновчтой шийдэл бөгөөд одоогийн ажлуудаас хамааран гох, процессор эсвэл инвертер болгон ашиглаж болно.
Функцууд
Функцуудын хүрээ нь микропроцессорын тодорхой үйл явцын хүрээнд шийдвэрлэх даалгаврууд дээр тулгуурладаг. Ерөнхий хувилбар дахь бүх нийтийн функцүүдийн багцыг дараах байдлаар илэрхийлж болно:
- Өгөгдөл уншиж байна.
- Өгөгдөл боловсруулалт.
- Дотоод санах ой, модуль эсвэл гадаад холбогдсон төхөөрөмжтэй мэдээлэл солилцох.
- Өгөгдөл бичих.
- Өгөгдлийн оролт гаралт.
Дээрх тус бүрийн утгаүйл ажиллагаа нь тухайн төхөөрөмжийг ашиглаж буй ерөнхий системийн нөхцөл байдлаас шалтгаалан тодорхойлогддог. Жишээлбэл, арифметик-логик үйлдлүүдийн хүрээнд электрон болон микропроцессорын технологи нь оролтын мэдээллийг боловсруулсны үр дүнд шинэ мэдээлэл өгөх боломжтой бөгөөд энэ нь эргээд нэг эсвэл өөр тушаалын дохионы шалтгаан болох болно. Процессор өөрөө, хянагч, тэжээлийн хангамж, идэвхжүүлэгч болон удирдлагын системд ажилладаг бусад модулиудын үйл ажиллагааны параметрүүдийг зохицуулдаг дотоод функцийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Төхөөрөмж үйлдвэрлэгчид
Микропроцессорын төхөөрөмжүүдийг бүтээх эхлэл нь MCS-51 платформ дээр суурилсан 8 битийн микроконтроллеруудын бүхэл бүтэн цувралыг гаргасан Intel-ийн инженерүүд байсан бөгөөд өнөөг хүртэл зарим газар ашиглагдаж байна. Мөн бусад олон үйлдвэрлэгчид электроникийн болон микропроцессорын шинэ үеийн технологийн хөгжлийн нэг хэсэг болгон x51 гэр бүлийг өөрсдийн төсөлд ашигласан бөгөөд тэдгээрийн төлөөлөгчдийн дунд нэг чиптэй компьютер K1816BE51 гэх мэт дотоодын бүтээн байгуулалтууд багтаж байна.
Илүү нарийн төвөгтэй процессоруудын сегментэд орсноор Intel нь Аналог төхөөрөмж болон Atmel зэрэг бусад компаниудад микроконтроллерууд руу орлоо. Zilog, Microchip, NEC болон бусад нь микропроцессорын архитектурын цоо шинэ дүр төрхийг санал болгож байна. Өнөөдөр микропроцессорын технологийн хөгжлийн хүрээнд x51, AVR, PIC шугамуудыг хамгийн амжилттай гэж үзэж болно. Хэрэв бид хөгжлийн чиг хандлагын талаар ярих юм бол эдгээр өдрүүдэд эхнийх ньЭнэ газрыг дотоод хяналтын даалгаврын хүрээг өргөжүүлэх, нягтрал, эрчим хүчний хэрэглээ багатай болгох шаардлагуудаар сольсон. Өөрөөр хэлбэл, микроконтроллерууд засвар үйлчилгээний хувьд улам жижиг болж, ухаалаг болж байгаа ч үүнтэй зэрэгцэн өөрсдийн чадавхийг нэмэгдүүлж байна.
Микропроцессорт суурилсан тоног төхөөрөмжийн засвар үйлчилгээ
Журмын дагуу микропроцессорын системд цахилгаанчинаар ахлуулсан ажилчдын баг үйлчилгээ үзүүлдэг. Энэ хэсгийн засвар үйлчилгээний үндсэн ажлуудад дараах зүйлс орно:
- Системийн үйл ажиллагааны явцад гарсан доголдлыг засах, зөрчлийн шалтгааныг тодорхойлоход дүн шинжилгээ хийх.
- Төхөөрөмж болон эд ангиудын доголдлоос урьдчилан сэргийлэх хуваарьт засвар үйлчилгээ хийх.
- Төхөөрөмжийн эвдрэлийг эвдэрсэн хэсгүүдийг засах эсвэл засварлах боломжтой ижил төстэй эд ангиудыг солих замаар засна.
- Системийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн засварыг цаг тухайд нь хийх.
Микропроцессорын технологийн шууд засвар үйлчилгээ нь нарийн төвөгтэй эсвэл бага зэрэг байж болно. Эхний тохиолдолд техникийн үйл ажиллагааны жагсаалтыг тэдгээрийн хөдөлмөрийн эрч хүч, нарийн төвөгтэй байдлын түвшингээс үл хамааран нэгтгэдэг. Жижиг хэмжээний арга барилын хувьд үйл ажиллагаа бүрийг хувь хүн болгоход онцгой анхаарал хандуулдаг, өөрөөр хэлбэл технологийн газрын зургийн дагуу тухайн байгууллагын байр сууринаас тусгаарлагдсан хэлбэрээр засвар, үйлчилгээ хийдэг. Энэ аргын сул тал нь ажлын урсгалын өндөр зардалтай холбоотой бөгөөд энэ нь том хэмжээний системийн хүрээнд эдийн засгийн үндэслэлгүй байж болно. Нөгөөтэйгүүр, жижиг хэмжээний үйлчилгээтоног төхөөрөмжийн техникийн дэмжлэгийн чанарыг сайжруулж, бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамт цаашид эвдрэх эрсдэлийг багасгадаг.
Микропроцессорын технологи ашиглах
Аж үйлдвэр, дотоодын болон үндэсний эдийн засгийн янз бүрийн салбарт микропроцессоруудыг өргөнөөр нэвтрүүлэхээс өмнө саад бэрхшээл улам бүр багассаар байна. Энэ нь дахин эдгээр төхөөрөмжүүдийн оновчлол, өртөг буурч, автоматжуулалтын элементүүдийн хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбоотой юм. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн хамгийн түгээмэл хэрэглээний зарим нь:
- Аж үйлдвэр. Микропроцессорыг ажлын удирдлага, машин зохицуулалт, хяналтын систем болон үйлдвэрлэлийн гүйцэтгэлийн цуглуулгад ашигладаг.
- Худалдаа. Энэ чиглэлээр микропроцессорын технологийн үйл ажиллагаа нь зөвхөн тооцооллын үйл ажиллагаатай холбоотой төдийгүй бараа, нөөц, мэдээллийн урсгалыг удирдахад логистикийн загваруудыг хадгалахтай холбоотой юм.
- Аюулгүй байдлын систем. Орчин үеийн аюулгүй байдал, дохиоллын цогцолборуудын электроникууд нь автоматжуулалт, ухаалаг удирдлагад өндөр шаардлага тавьдаг бөгөөд энэ нь бидэнд шинэ үеийн микропроцессоруудыг хангах боломжийг олгодог.
- Харилцаа. Мультиплексор, алсын терминал, сэлгэн залгах хэлхээнд үйлчилдэг программчлагдсан хянагчгүйгээр харилцаа холбооны технологи хийх боломжгүй.
Төгсгөлд нь хэдэн үг
Өргөн хүрээний хэрэглэгчид өнөөдрийнхөө ч бүрэн төсөөлж чадахгүймикропроцессорын технологийн чадавхитай боловч үйлдвэрлэгчид зогсохгүй байгаа бөгөөд эдгээр бүтээгдэхүүнийг хөгжүүлэх ирээдүйтэй чиглэлийг аль хэдийн авч үзэж байна. Жишээлбэл, компьютерийн үйлдвэрлэлийн дүрэм сайн хэвээр байгаа бөгөөд үүний дагуу хоёр жил тутамд процессорын хэлхээн дэх транзисторын тоо буурдаг. Гэхдээ орчин үеийн микропроцессорууд нь зөвхөн бүтцийн оновчлолоор сайрхаж чаддаггүй. Мэргэжилтнүүд мөн шинэ хэлхээний зохион байгуулалттай холбоотой олон шинэчлэлийг урьдчилан таамаглаж байгаа бөгөөд энэ нь процессоруудыг хөгжүүлэх технологийн хандлагыг хөнгөвчлөх, тэдгээрийн үндсэн зардлыг бууруулах болно.
