Бірнеше онжылдық даму барысында микропроцессор жоғары мамандандырылған салаларда қолдану объектісінен кең көлемде қолданылатын өнімге дейін ұзақ жолдан өтті. Бүгінгі таңда бұл құрылғылар контроллерлермен бірге бір немесе басқа түрде өндірістің кез келген саласында қолданылады. Кең мағынада микропроцессорлық технология процестерді басқару мен автоматтандыруды қамтамасыз етеді, бірақ осы бағытта жасанды интеллект белгілері пайда болғанға дейін жоғары технологиялық құрылғыларды дамытудың жаңа бағыттары қалыптасып, бекітілуде.
Микропроцессорлар туралы жалпы түсінік
Белгілі бір процестерді басқару немесе басқару нақты техникалық негізде тиісті бағдарламалық қамтамасыз етуді қажет етеді. Бұл сыйымдылықта негізгі матрицалық кристалдардағы чиптердің бір немесе жиынтығы әрекет етеді. Практикалық қажеттіліктер үшін чип-жиынтық модульдер әрқашан дерлік пайдаланылады, яғни жалпы қуат жүйесімен қосылған чипсеталар,сигналдар, ақпаратты өңдеу пішімдері және т.б. Ғылыми түсіндіруде, микропроцессорлық технологияның теориялық негіздерінде атап өтілгендей, мұндай құрылғылар операндтар мен командаларды кодталған түрде сақтауға арналған орын (негізгі жады) болып табылады. Тікелей басқару жоғары деңгейде, сонымен қатар микропроцессорлық интегралдық схемалар арқылы жүзеге асырылады. Бұл үшін контроллерлер пайдаланылады.
Тек микрокомпьютерлерге немесе микропроцессорлардан тұратын микрокомпьютерге қатысты контроллерлер туралы айтуға болады. Шын мәнінде, бұл белгілі бір алгоритм шеңберінде белгілі бір операцияларды немесе командаларды орындауға қабілетті жұмыс техникасы. С. Н. Ливенцовтың микропроцессорлық технология оқулығында атап өтілгендей, микроконтроллерді жабдықты басқару бөлігі ретінде логикалық операцияларды орындауға бағытталған компьютер деп түсіну керек. Ол бірдей схемаларға негізделген, бірақ шектеулі есептеу ресурсы бар. Микроконтроллердің міндеті көп жағдайда күрделі схемаларсыз жауапты, бірақ қарапайым процедураларды жүзеге асыру болып табылады. Дегенмен, мұндай құрылғыларды технологиялық тұрғыдан қарабайыр деп атауға болмайды, өйткені қазіргі заманғы салаларда микроконтроллерлер бір уақытта олардың орындалуының жанама параметрлерін ескере отырып, жүздеген және тіпті мыңдаған операцияларды басқара алады. Жалпы, микроконтроллердің логикалық құрылымы қуатты, әмбебаптылықты және сенімділікті ескере отырып жасалған.
Сәулет
Микропроцессорлық құрылғыларды жасаушылар жиынтықпен айналысадыфункционалдық құрамдас бөліктер, олар сайып келгенде біртұтас жұмыс кешенін құрайды. Тіпті қарапайым микрокомпьютер моделі де машинаға жүктелген міндеттердің орындалуын қамтамасыз ететін бірқатар элементтерді пайдалануды қарастырады. Бұл компоненттердің өзара әрекеттесу жолы, сонымен қатар кіріс және шығыс сигналдарымен байланыс құралдары микропроцессордың архитектурасын көп жағдайда анықтайды. Сәулет ұғымының өзіне келетін болсақ, ол әртүрлі анықтамаларда берілген. Бұл жад регистрлерінің санын, разрядтың тереңдігін, жылдамдығын және т.б. қамтитын техникалық, физикалық және операциялық параметрлердің жиынтығы болуы мүмкін. Бірақ, микропроцессорлық технологияның теориялық негіздеріне сәйкес, бұл жағдайда архитектураны аппараттық және бағдарламалық толтырудың өзара байланысты жұмысы процесінде жүзеге асырылатын функцияларды логикалық ұйымдастыру деп түсіну керек. Нақтырақ айтқанда, микропроцессордың архитектурасы мынаны көрсетеді:
- Микропроцессорды құрайтын физикалық элементтер жиынтығы, сонымен қатар оның функционалды блоктары арасындағы байланыстар.
- Ақпарат беру форматтары мен тәсілдері.
- Құрылым модульдеріне қол жеткізуге арналған арналар оларды әрі қарай пайдалану үшін параметрлермен бірге пайдалануға болады.
- Нақты микропроцессор орындай алатын операциялар.
- Құрылғы жасайтын немесе алатын басқару пәрмендерінің сипаттамалары.
- Сырттан келетін сигналдарға реакциялар.
Сыртқы интерфейстер
Микропроцессор оқшауланған жүйе ретінде сирек қарастырыладыстатикалық форматта бір сөзден тұратын командаларды орындау. Берілген схемаға сәйкес бір сигналды өңдейтін құрылғылар бар, бірақ көбінесе микропроцессорлық технология өңделген командалар тұрғысынан өздері сызықты емес көздерден алынған көптеген байланыс сілтемелерімен жұмыс істейді. Үшінші тарап жабдықтарымен және деректер көздерімен өзара әрекеттесуді ұйымдастыру үшін арнайы қосылым пішімдері - интерфейстер ұсынылады. Бірақ алдымен сіз нақты немен байланысып жатқанын анықтауыңыз керек. Әдетте, басқарылатын құрылғылар осы қуатта әрекет етеді, яғни оларға микропроцессордан команда жіберіледі, ал кері байланыс режимінде атқарушы органның мәртебесі туралы мәліметтер алынуы мүмкін.
Сыртқы интерфейстерге келетін болсақ, олар белгілі бір атқарушы механизмнің өзара әрекеттесу мүмкіндігіне ғана емес, сонымен бірге оның басқару кешенінің құрылымына интеграциялануына да қызмет етеді. Күрделі компьютерлік және микропроцессорлық технологияға келетін болсақ, бұл контроллермен тығыз байланысты аппараттық және бағдарламалық құралдардың тұтас жиынтығы болуы мүмкін. Сонымен қатар, микроконтроллерлер пәрмендерді өңдеу және беру функцияларын микропроцессорлар мен сыртқы құрылғылар арасындағы байланысты қамтамасыз ету міндеттерімен жиі біріктіреді.
Микропроцессордың техникалық сипаттамалары
Микропроцессорлық құрылғылардың негізгі сипаттамаларына мыналар жатады:
- Сағат жиілігі. Компьютер құрамдастары ауыстырылатын уақыт кезеңі.
- Ені. Екілік жүйені бір уақытта өңдеуге болатын максималды санысандар.
- Сәулет. Микропроцессордың жұмыс элементтерінің орналасу конфигурациясы және өзара әрекеттесу жолдары.
Операциялық процестің сипатын негізгімен жүйелілік критерийлері бойынша да бағалауға болады. Бірінші жағдайда біз компьютерлік микропроцессорлық технологияның белгілі бір блогында жүйелі қайталану принципін қалай жүзеге асыратынымыз туралы айтып отырмыз. Басқаша айтқанда, бір-бірін қайталайтын сілтемелер мен жұмыс элементтерінің шартты пайызы қандай. Бірдей деректерді өңдеу жүйесінде схема ұйымының құрылымына жалпы түрде қолдануға болады.
Backbone жүйенің ішкі модульдері арасындағы деректер алмасу әдісін көрсетеді, сонымен қатар сілтемелерді ретке келтіру сипатына әсер етеді. Магистральдық және жүйелілік принциптерін біріктіре отырып, белгілі бір стандартқа біріктірілген микропроцессорларды құру стратегиясын жасауға болады. Бұл тәсіл интерфейстер арқылы өзара әрекеттесу тұрғысынан әртүрлі деңгейдегі коммуникацияларды ұйымдастыруды жеңілдететін артықшылығы бар. Екінші жағынан, стандарттау жүйенің мүмкіндіктерін кеңейтуге және оның сыртқы жүктемелерге төзімділігін арттыруға мүмкіндік бермейді.
Микропроцессорлық технологиядағы жад
Ақпаратты сақтау жартылай өткізгіштерден жасалған арнайы сақтау құрылғыларының көмегімен ұйымдастырылады. Бұл ішкі жадқа қатысты, бірақ сыртқы оптикалық және магниттік тасымалдағыштарды да пайдалануға болады. Сондай-ақ, жартылай өткізгіш материалдар негізіндегі мәліметтерді сақтау элементтерін интегралдық схемалар ретінде көрсетуге болады, олармикропроцессордың құрамына кіреді. Мұндай жад ұяшықтары тек бағдарламаларды сақтау үшін ғана емес, сонымен қатар контроллерлері бар орталық процессордың жадына қызмет көрсету үшін де қолданылады.
Сақтау құрылғыларының құрылымдық негізіне тереңірек үңілсек, онда металдан, диэлектриктен және кремнийден жасалған жартылай өткізгіштерден жасалған тізбектер бірінші орынға шығады. Диэлектрик ретінде металл, оксид және жартылай өткізгіш компоненттер қолданылады. Сақтау құрылғысының біріктіру деңгейі аппараттық құралдардың мақсаттары мен сипаттамаларымен анықталады. Бейне жады функциясын қамтамасыз ететін цифрлық микропроцессорлық технологияда шуға төзімділік, тұрақтылық, жылдамдық және т.б. сенімді біріктіру және электрлік параметрлерге сәйкестік үшін әмбебап талаптарға қосылады. Биполярлық цифрлық микросұлбалар өнімділік критерийлері мен интеграцияның әмбебаптығы тұрғысынан оңтайлы шешім болып табылады, оларды ағымдағы тапсырмаларға байланысты триггер, процессор немесе инвертор ретінде де пайдалануға болады.
Функциялар
Функциялар ауқымы негізінен микропроцессор белгілі бір процесте шешетін тапсырмаларға негізделген. Жалпылама нұсқадағы функциялардың әмбебап жиынын келесідей көрсетуге болады:
- Деректерді оқу.
- Деректерді өңдеу.
- Ішкі жадпен, модульдермен немесе сыртқы қосылған құрылғылармен ақпарат алмасу.
- Деректерді жазу.
- Деректерді енгізу және шығару.
Жоғарыда айтылғандардың әрқайсысының мағынасыоперациялар құрылғы қолданылатын жалпы жүйенің контекстімен анықталады. Мысалы, арифметикалық-логикалық амалдар шеңберінде электронды және микропроцессорлық технология енгізілген ақпаратты өңдеу нәтижесінде жаңа ақпаратты ұсына алады, бұл өз кезегінде сол немесе басқа командалық сигналдың себебіне айналады. Сондай-ақ, процессордың, контроллердің, қуат көзінің, жетектер мен басқару жүйесінде жұмыс істейтін басқа модульдердің жұмыс параметрлері реттелетін ішкі функционалдылықты атап өткен жөн.
Құрылғы өндірушілері
Микропроцессорлық құрылғыларды жасаудың бастауы Intel инженерлері болды, олар MCS-51 платформасы негізіндегі 8-биттік микроконтроллерлердің тұтас желісін шығарды, олар әлі күнге дейін кейбір аймақтарда қолданылады. Сондай-ақ, көптеген басқа өндірушілер x51 отбасын электроника мен микропроцессорлық технологияның жаңа буындарын дамыту аясында өз жобалары үшін пайдаланды, олардың өкілдері арасында бір чипті K1816BE51 компьютері сияқты отандық әзірлемелер бар.
Күрделі процессорлар сегментіне енген Intel микроконтроллерлерге орнын басқа компанияларға берді, соның ішінде Analog Device және Atmel. Zilog, Microchip, NEC және басқалары микропроцессорлық архитектураға принципті түрде жаңа көзқарасты ұсынады. Бүгінгі таңда микропроцессорлық технологияның дамуы жағдайында x51, AVR және PIC желілерін ең табысты деп санауға болады. Егер даму тенденциялары туралы айтатын болсақ, онда бұл күндері біріншіорын ішкі бақылау тапсырмаларының ауқымын кеңейту, жинақылық және төмен қуат тұтыну талаптарымен ауыстырылады. Басқаша айтқанда, микроконтроллерлер техникалық қызмет көрсету тұрғысынан кішірек және ақылдырақ бола түсуде, бірақ сонымен бірге олардың қуат әлеуетін арттырады.
Микропроцессорлық жабдыққа техникалық қызмет көрсету
Ережелерге сәйкес микропроцессорлық жүйелерге қызмет көрсетуді электрик басқаратын жұмысшылар бригадасы жүзеге асырады. Бұл аймақтағы негізгі техникалық қызмет көрсету тапсырмалары мыналарды қамтиды:
- Жүйенің жұмыс істеу процесіндегі ақауларды жою және бұзушылықтың себептерін анықтау үшін оларды талдау.
- Тағайындалған жоспарлы техникалық қызмет көрсету арқылы құрылғы мен құрамдас бөліктердің ақауларының алдын алыңыз.
- Зақымдалған бөлшектерді жөндеу немесе жөндеуге болатын ұқсас бөлшектермен ауыстыру арқылы құрылғы ақауларын жөндеңіз.
- Жүйе компоненттерін уақтылы жөндеуді өндіру.
Микропроцессорлық технологияға тікелей техникалық қызмет көрсету күрделі немесе шамалы болуы мүмкін. Бірінші жағдайда техникалық операциялар тізімі олардың еңбек сыйымдылығына және күрделілік деңгейіне қарамастан біріктіріледі. Шағын масштабты тәсілмен әрбір операцияны жекелендіруге баса назар аударылады, яғни жеке жөндеу немесе техникалық қызмет көрсету әрекеттері технологиялық картаға сәйкес ұйымның көзқарасы бойынша оқшауланған форматта орындалады. Бұл әдістің кемшіліктері ауқымды жүйеде экономикалық тұрғыдан негізделмейтін жұмыс процесінің жоғары шығындарымен байланысты. Екінші жағынан, шағын қызмет көрсетужеке құрамдас бөліктермен бірге оның одан әрі істен шығу қаупін азайта отырып, жабдыққа техникалық қолдау көрсету сапасын жақсартады.
Микропроцессорлық технологияны пайдалану
Өнеркәсіптің, отандық және халық шаруашылығының әртүрлі салаларында микропроцессорларды кеңінен енгізуге дейін кедергілер азайып келеді. Бұл тағы да осы құрылғыларды оңтайландыруға, олардың құнының төмендеуіне және автоматтандыру элементтеріне деген сұраныстың артуына байланысты. Бұл құрылғылардың ең кең таралған пайдалануларының кейбірі мыналарды қамтиды:
- Өнеркәсіп. Микропроцессорлар жұмысты басқаруда, машинаны үйлестіруде, басқару жүйелерінде және өндіріс өнімділігін жинауда қолданылады.
- Сауда. Бұл салада микропроцессорлық технологияның жұмысы тек есептеу операцияларымен ғана емес, сонымен қатар тауарларды, қорларды және ақпарат ағындарын басқаруда логистикалық үлгілерді қолдаумен байланысты.
- Қауіпсіздік жүйелері. Заманауи күзет және дабыл кешендеріндегі электроника автоматтандыру мен интеллектуалды басқаруға жоғары талаптар қояды, бұл бізге жаңа буын микропроцессорларын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
- Байланыс. Әрине, коммуникациялық технологиялар мультиплексорларға, қашықтағы терминалдарға және коммутациялық тізбектерге қызмет көрсететін бағдарламаланатын контроллерсіз жұмыс істей алмайды.
Қорытындыда бірнеше сөз
Тұтынушылардың кең аудиториясы бүгінгі күнді де толық елестете алмайдымикропроцессорлық технологияның мүмкіндіктері, бірақ өндірушілер бір орында тұрмайды және қазірдің өзінде осы өнімдерді дамытудың перспективалы бағыттарын қарастыруда. Мысалы, компьютерлік индустрия ережесі әлі де жақсы сақталған, оған сәйкес екі жыл сайын процессор схемаларындағы транзисторлар саны азаяды. Бірақ заманауи микропроцессорлар құрылымдық оңтайландырумен ғана емес мақтана алады. Сарапшылар сонымен қатар процессорларды әзірлеуге технологиялық тәсілді жеңілдететін және олардың базалық құнын төмендететін жаңа схемаларды ұйымдастыру тұрғысынан көптеген жаңалықтарды болжайды.
