განვითარების რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, მიკროპროცესორმა დიდი გზა გაიარა მაღალ სპეციალიზებულ სფეროებში გამოყენების ობიექტიდან ფართო ექსპლუატაციის პროდუქტამდე. დღეს, ამა თუ იმ ფორმით, ეს მოწყობილობები, კონტროლერებთან ერთად, გამოიყენება წარმოების თითქმის ნებისმიერ სფეროში. ფართო გაგებით, მიკროპროცესორული ტექნოლოგია უზრუნველყოფს კონტროლისა და ავტომატიზაციის პროცესებს, მაგრამ ამ მიმართულებით ყალიბდება და ამტკიცებს ახალი სფეროები მაღალტექნოლოგიური მოწყობილობების განვითარებისთვის, ხელოვნური ინტელექტის ნიშნების გამოჩენამდე.
მიკროპროცესორების ზოგადი გაგება
გარკვეული პროცესების მართვა ან კონტროლი მოითხოვს შესაბამის პროგრამულ მხარდაჭერას რეალურ ტექნიკურ საფუძველზე. ამ სიმძლავრეში მოქმედებს ერთი ან ჩიპების ნაკრები ძირითადი მატრიცის კრისტალებზე. პრაქტიკული საჭიროებისთვის, თითქმის ყოველთვის გამოიყენება ჩიპების ნაკრების მოდულები, ანუ ჩიპსეტები, რომლებიც დაკავშირებულია საერთო ენერგოსისტემით,სიგნალები, ინფორმაციის დამუშავების ფორმატები და ა.შ. სამეცნიერო ინტერპრეტაციაში, როგორც აღნიშნულია მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის თეორიულ საფუძვლებში, ასეთი მოწყობილობები არის ადგილი (მთავარი მეხსიერება) ოპერანდებისა და ბრძანებების დაშიფრული ფორმით შესანახად. პირდაპირი კონტროლი ხორციელდება უფრო მაღალ დონეზე, მაგრამ ასევე მიკროპროცესორული ინტეგრირებული სქემების მეშვეობით. ამისთვის გამოიყენება კონტროლერები.
შეიძლება ვისაუბროთ მხოლოდ კონტროლერებზე მიკროკომპიუტერებთან ან მიკროპროცესორებისგან შემდგარ მიკროკომპიუტერებთან მიმართებაში. სინამდვილეში, ეს არის სამუშაო ტექნიკა, პრინციპში, რომელსაც შეუძლია შეასრულოს გარკვეული ოპერაციები ან ბრძანებები მოცემული ალგორითმის ფარგლებში. როგორც S. N. Liventsov-ის მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის სახელმძღვანელოშია აღნიშნული, მიკროკონტროლერი უნდა გვესმოდეს, როგორც კომპიუტერი, რომელიც ორიენტირებულია ლოგიკური ოპერაციების შესრულებაზე, როგორც აღჭურვილობის კონტროლის ნაწილი. იგი ეფუძნება იმავე სქემებს, მაგრამ შეზღუდული გამოთვლითი რესურსით. მიკროკონტროლერის ამოცანა უფრო მეტად არის პასუხისმგებელი, მაგრამ მარტივი პროცედურების განხორციელება რთული სქემების გარეშე. ამასთან, ასეთ მოწყობილობებს არ შეიძლება ვუწოდოთ ტექნოლოგიურად პრიმიტიული, რადგან თანამედროვე ინდუსტრიებში მიკროკონტროლერებს შეუძლიათ ერთდროულად აკონტროლონ ასობით და თუნდაც ათასობით ოპერაცია, მათი შესრულების არაპირდაპირი პარამეტრების გათვალისწინებით. ზოგადად, მიკროკონტროლერის ლოგიკური სტრუქტურა შექმნილია სიმძლავრის, მრავალფეროვნებისა და საიმედოობის გათვალისწინებით.
არქიტექტურა
მიკროპროცესორული მოწყობილობების შემქმნელებს საქმე აქვთ კომპლექტთანფუნქციური კომპონენტები, რომლებიც საბოლოოდ ქმნიან ერთიან სამუშაო კომპლექსს. მარტივი მიკროკომპიუტერის მოდელიც კი ითვალისწინებს რიგი ელემენტების გამოყენებას, რომლებიც უზრუნველყოფენ აპარატზე დაკისრებული ამოცანების შესრულებას. ამ კომპონენტებს შორის ურთიერთქმედების გზა, ისევე როგორც შემავალი და გამომავალი სიგნალებთან კომუნიკაციის საშუალებები, დიდწილად განსაზღვრავს მიკროპროცესორის არქიტექტურას. რაც შეეხება თავად არქიტექტურის ცნებას, იგი გამოიხატება სხვადასხვა განმარტებებით. ეს შეიძლება იყოს ტექნიკური, ფიზიკური და ოპერატიული პარამეტრების ნაკრები, მათ შორის მეხსიერების რეგისტრების რაოდენობა, ბიტის სიღრმე, სიჩქარე და ა.შ. მაგრამ, მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის თეორიული საფუძვლების შესაბამისად, არქიტექტურა ამ შემთხვევაში უნდა იქნას გაგებული, როგორც ფუნქციების ლოგიკური ორგანიზაცია, რომელიც განხორციელებულია აპარატურის და პროგრამული უზრუნველყოფის ჩაყრის ურთიერთდაკავშირებული მუშაობის პროცესში. უფრო კონკრეტულად, მიკროპროცესორის არქიტექტურა ასახავს შემდეგს:
- ფიზიკური ელემენტების ნაკრები, რომლებიც ქმნიან მიკროპროცესორს, ისევე როგორც მის ფუნქციურ ბლოკებს შორის კავშირებს.
- ფორმატები და ინფორმაციის მიწოდების გზები.
- არხები სტრუქტურის მოდულებზე წვდომისთვის, რომლებიც ხელმისაწვდომია გამოსაყენებლად მათი შემდგომი გამოყენების პარამეტრებით.
- ოპერაციები, რომელთა შესრულებაც კონკრეტულ მიკროპროცესორს შეუძლია.
- საკონტროლო ბრძანებების მახასიათებლები, რომლებსაც მოწყობილობა წარმოქმნის ან იღებს.
- რეაქცია გარედან სიგნალებზე.
გარე ინტერფეისები
მიკროპროცესორი იშვიათად განიხილება, როგორც იზოლირებული სისტემასტატიკურ ფორმატში ერთსიტყვიანი ბრძანებების შესრულება. არის მოწყობილობები, რომლებიც ამუშავებენ ერთ სიგნალს მოცემული სქემის მიხედვით, მაგრამ ყველაზე ხშირად მიკროპროცესორული ტექნოლოგია მუშაობს დიდი რაოდენობით საკომუნიკაციო ბმულებით წყაროებიდან, რომლებიც თავად არ არიან ხაზოვანი დამუშავებული ბრძანებების თვალსაზრისით. მესამე მხარის აღჭურვილობასთან და მონაცემთა წყაროებთან ურთიერთობის ორგანიზებისთვის, მოცემულია სპეციალური კავშირის ფორმატები - ინტერფეისები. მაგრამ ჯერ უნდა დაადგინოთ, კონკრეტულად რასთან არის კომუნიკაცია. როგორც წესი, კონტროლირებადი მოწყობილობები მოქმედებენ ამ სიმძლავრით, ანუ მიკროპროცესორიდან მათ ეგზავნება ბრძანება და უკუკავშირის რეჟიმში შესაძლებელია აღმასრულებელი ორგანოს სტატუსის შესახებ მონაცემების მიღება.
რაც შეეხება გარე ინტერფეისებს, ისინი ემსახურებიან არა მხოლოდ გარკვეული აღმასრულებელი მექანიზმის ურთიერთქმედების შესაძლებლობას, არამედ მის ინტეგრირებას საკონტროლო კომპლექსის სტრუქტურაში. რაც შეეხება კომპლექსურ კომპიუტერულ და მიკროპროცესორულ ტექნოლოგიას, ეს შეიძლება იყოს ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ხელსაწყოების მთელი ნაკრები, რომელიც მჭიდროდ არის დაკავშირებული კონტროლერთან. უფრო მეტიც, მიკროკონტროლერები ხშირად აერთიანებენ დამუშავებისა და ბრძანებების გაცემის ფუნქციებს მიკროპროცესორებსა და გარე მოწყობილობებს შორის კომუნიკაციის უზრუნველყოფის ამოცანებს.
მიკროპროცესორის სპეციფიკაციები
მიკროპროცესორული მოწყობილობების ძირითადი მახასიათებლები მოიცავს შემდეგს:
- საათის სიხშირე. დროის პერიოდი, რომლის განმავლობაშიც ხდება კომპიუტერის კომპონენტების გადართვა.
- სიგანე. მაქსიმუმთა რაოდენობა ბინარის ერთდროული დამუშავებისთვისციფრები.
- არქიტექტურა. მიკროპროცესორის სამუშაო ელემენტების განლაგების კონფიგურაცია და ურთიერთქმედების გზები.
ოპერაციული პროცესის ბუნება ასევე შეიძლება ვიმსჯელოთ მთავართან კანონზომიერების კრიტერიუმებით. პირველ შემთხვევაში, ჩვენ ვსაუბრობთ იმაზე, თუ როგორ ვახორციელებთ რეგულარული განმეორებადობის პრინციპს კომპიუტერული მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის კონკრეტულ ერთეულში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რა არის პირობითი პროცენტული ბმულები და სამუშაო ელემენტები, რომლებიც ერთმანეთს დუბლირებენ. რეგულარულობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზოგადად სქემის ორგანიზაციის სტრუქტურაში მონაცემთა დამუშავების იმავე სისტემის ფარგლებში.
Backbone მიუთითებს მონაცემთა გაცვლის მეთოდს სისტემის შიდა მოდულებს შორის, ასევე გავლენას ახდენს ბმულების შეკვეთის ბუნებაზე. ხერხემლისა და კანონზომიერების პრინციპების შერწყმით, შესაძლებელია შემუშავდეს სტრატეგია გარკვეულ სტანდარტზე ერთიანი მიკროპროცესორების შესაქმნელად. ამ მიდგომას აქვს უპირატესობა, რომ ხელი შეუწყოს კომუნიკაციის ორგანიზაციას სხვადასხვა დონეზე ინტერფეისების საშუალებით ურთიერთქმედების თვალსაზრისით. მეორე მხრივ, სტანდარტიზაცია არ იძლევა სისტემის შესაძლებლობების გაფართოებას და გარე დატვირთვებისადმი მისი წინააღმდეგობის გაზრდას.
მეხსიერება მიკროპროცესორულ ტექნოლოგიაში
ინფორმაციის შენახვა ორგანიზებულია ნახევარგამტარებისგან დამზადებული სპეციალური შესანახი მოწყობილობების დახმარებით. ეს ეხება შიდა მეხსიერებას, მაგრამ ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას გარე ოპტიკური და მაგნიტური მედია. ასევე, ნახევარგამტარულ მასალებზე დაფუძნებული მონაცემთა შენახვის ელემენტები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ინტეგრირებული სქემები, რომლებიცშედის მიკროპროცესორში. ასეთი მეხსიერების უჯრედები გამოიყენება არა მხოლოდ პროგრამების შესანახად, არამედ ცენტრალური პროცესორის მეხსიერების კონტროლერებით მომსახურებისთვის.
თუ უფრო ღრმად ჩავხედავთ შესანახი მოწყობილობების სტრუქტურულ საფუძველს, მაშინ წინა პლანზე გამოვა ლითონის, დიელექტრიკისა და სილიკონის ნახევარგამტარებისგან დამზადებული სქემები. ლითონი, ოქსიდი და ნახევარგამტარული კომპონენტები გამოიყენება დიელექტრიკულად. შესანახი მოწყობილობის ინტეგრაციის დონე განისაზღვრება ტექნიკის მიზნებითა და მახასიათებლებით. ციფრულ მიკროპროცესორულ ტექნოლოგიაში ვიდეო მეხსიერების ფუნქციის უზრუნველყოფით, ხმაურის იმუნიტეტი, სტაბილურობა, სიჩქარე და ა.შ. ასევე ემატება უნივერსალურ მოთხოვნებს საიმედო ინტეგრაციისა და ელექტრულ პარამეტრებთან შესაბამისობაში. ბიპოლარული ციფრული მიკროსქემები არის ოპტიმალური გადაწყვეტა შესრულების კრიტერიუმებისა და ინტეგრაციის მრავალფეროვნების თვალსაზრისით, რომელიც, მიმდინარე ამოცანებიდან გამომდინარე, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ტრიგერი, პროცესორი ან ინვერტორი.
ფუნქციები
ფუნქციების დიაპაზონი დიდწილად ეფუძნება ამოცანებს, რომლებსაც მიკროპროცესორი გადაჭრის კონკრეტული პროცესის ფარგლებში. განზოგადებულ ვერსიაში ფუნქციების უნივერსალური ნაკრები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:
- კითხვის მონაცემები.
- მონაცემთა დამუშავება.
- ინფორმაციის გაცვლა შიდა მეხსიერებასთან, მოდულებთან ან გარე დაკავშირებულ მოწყობილობებთან.
- ჩაწერეთ მონაცემები.
- მონაცემთა შეყვანა და გამომავალი.
თითოეული ზემოაღნიშნულის მნიშვნელობაოპერაციები განისაზღვრება მთლიანი სისტემის კონტექსტით, რომელშიც მოწყობილობა გამოიყენება. მაგალითად, არითმეტიკულ-ლოგიკური ოპერაციების ფარგლებში ელექტრონულ და მიკროპროცესორულ ტექნოლოგიას, შეყვანის ინფორმაციის დამუშავების შედეგად, შეუძლია წარმოადგინოს ახალი ინფორმაცია, რაც, თავის მხრივ, გახდება ამა თუ იმ ბრძანების სიგნალის მიზეზი. ასევე აღსანიშნავია შიდა ფუნქციონალობა, რის გამოც რეგულირდება თავად პროცესორის, კონტროლერის, კვების წყაროს, აქტივატორების და კონტროლის სისტემაში მომუშავე სხვა მოდულების მუშაობის პარამეტრები.
მოწყობილობის მწარმოებლები
მიკროპროცესორული მოწყობილობების შექმნის სათავეები იყვნენ Intel-ის ინჟინრები, რომლებმაც გამოუშვეს 8-ბიტიანი მიკროკონტროლერების მთელი ხაზი MCS-51 პლატფორმაზე დაფუძნებული, რომლებიც დღესაც გამოიყენება ზოგიერთ სფეროში. ასევე, ბევრმა სხვა მწარმოებელმა გამოიყენა x51 ოჯახი საკუთარი პროექტებისთვის, როგორც ახალი თაობის ელექტრონიკის და მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის განვითარების ნაწილი, რომელთა წარმომადგენლებს შორის არის შიდა განვითარება, როგორიცაა ერთჩიპიანი კომპიუტერი K1816BE51..
უფრო რთული პროცესორების სეგმენტში შესვლის შემდეგ, Intel-მა მიკროკონტროლერებს ადგილი დაუთმო სხვა კომპანიებს, მათ შორის Analog Device-სა და Atmel-ს. Zilog, Microchip, NEC და სხვები ფუნდამენტურად ახალ სახეს გვთავაზობენ მიკროპროცესორების არქიტექტურაში.დღეს მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის განვითარების კონტექსტში ყველაზე წარმატებულად შეიძლება ჩაითვალოს x51, AVR და PIC ხაზები. თუ ვსაუბრობთ განვითარების ტენდენციებზე, მაშინ ამ დღეებში პირველიადგილი შეიცვალა მოთხოვნებით შიდა კონტროლის ამოცანების სპექტრის გაფართოების, კომპაქტურობისა და დაბალი ენერგიის მოხმარების შესახებ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მიკროკონტროლერები სულ უფრო პატარა და ჭკვიანები ხდებიან მოვლის თვალსაზრისით, მაგრამ ამავე დროს ზრდიან მათ ენერგეტიკულ პოტენციალს.
მიკროპროცესორზე დაფუძნებული აღჭურვილობის მოვლა
რეგულაციების შესაბამისად, მიკროპროცესორულ სისტემებს ემსახურება მუშათა გუნდი ელექტრიკოსის ხელმძღვანელობით. ძირითადი ტექნიკური ამოცანები ამ სფეროში მოიცავს შემდეგს:
- სისტემის მუშაობის პროცესში ხარვეზების გამოსწორება და მათი ანალიზი დარღვევის მიზეზების დასადგენად.
- აღკვეთეთ მოწყობილობისა და კომპონენტების უკმარისობა დანიშნული დაგეგმილი მოვლის საშუალებით.
- მოწყობილობის გაუმართაობის შეკეთება დაზიანებული ნაწილების შეკეთებით ან მათი მსგავსი სერვისის შესასრულებელი ნაწილებით შეცვლით.
- სისტემის კომპონენტების დროული შეკეთების წარმოება.
მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის პირდაპირი შენარჩუნება შეიძლება იყოს რთული ან უმნიშვნელო. პირველ შემთხვევაში, ტექნიკური ოპერაციების ჩამონათვალი გაერთიანებულია, მიუხედავად მათი შრომის ინტენსივობისა და სირთულის დონისა. მცირე მასშტაბის მიდგომით, აქცენტი კეთდება თითოეული ოპერაციის ინდივიდუალიზაციაზე, ანუ ინდივიდუალური სარემონტო ან ტექნიკური მოქმედებები ხორციელდება იზოლირებულ ფორმატში ორგანიზაციის თვალსაზრისით, ტექნოლოგიური რუქის შესაბამისად. ამ მეთოდის უარყოფითი მხარეები დაკავშირებულია სამუშაო ნაკადის მაღალ ხარჯებთან, რაც შეიძლება ეკონომიკურად არ იყოს გამართლებული ფართომასშტაბიანი სისტემის ფარგლებში. მეორეს მხრივ, მცირე სერვისიაუმჯობესებს აღჭურვილობის ტექნიკური მხარდაჭერის ხარისხს, ამცირებს მისი შემდგომი უკმარისობის რისკს ცალკეულ კომპონენტებთან ერთად.
მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის გამოყენება
მიკროპროცესორების ფართოდ დანერგვამდე მრეწველობის, საშინაო და ეროვნული ეკონომიკის სხვადასხვა სფეროებში, სულ უფრო და უფრო ნაკლებია ბარიერები. ეს კვლავ განპირობებულია ამ მოწყობილობების ოპტიმიზაციის, მათი ღირებულების შემცირებით და ავტომატიზაციის ელემენტების მზარდი საჭიროებით. ამ მოწყობილობების ზოგიერთი ყველაზე გავრცელებული გამოყენება მოიცავს:
- მრეწველობა. მიკროპროცესორები გამოიყენება სამუშაოების მენეჯმენტში, მანქანების კოორდინაციაში, კონტროლის სისტემებში და წარმოების შესრულების შეგროვებაში.
- ვაჭრობა. ამ სფეროში, მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის მოქმედება დაკავშირებულია არა მხოლოდ გამოთვლით ოპერაციებთან, არამედ ლოგისტიკური მოდელების შენარჩუნებასთან საქონლის, მარაგებისა და ინფორმაციის ნაკადების მართვაში.
- უსაფრთხოების სისტემები. ელექტრონიკა თანამედროვე უსაფრთხოების და განგაშის კომპლექსებში აყენებს მაღალ მოთხოვნებს ავტომატიზაციისა და ინტელექტუალური კონტროლისთვის, რაც საშუალებას გვაძლევს მივაწოდოთ ახალი თაობის მიკროპროცესორები.
- კომუნიკაცია. რა თქმა უნდა, საკომუნიკაციო ტექნოლოგიებს არ შეუძლიათ პროგრამირებადი კონტროლერების გარეშე, რომლებიც ემსახურებიან მულტიპლექსერებს, დისტანციურ ტერმინალებს და გადართვის სქემებს.
რამდენიმე სიტყვა დასკვნის სახით
მომხმარებელთა ფართო აუდიტორია დღევანდელსაც კი ბოლომდე ვერ წარმოიდგენსმიკროპროცესორული ტექნოლოგიის შესაძლებლობები, მაგრამ მწარმოებლები არ დგანან და უკვე განიხილავენ ამ პროდუქტების განვითარების პერსპექტიულ მიმართულებებს. მაგალითად, კომპიუტერული ინდუსტრიის წესი ჯერ კიდევ კარგად არის დაცული, რომლის მიხედვითაც ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ ტრანზისტორების რაოდენობა პროცესორულ სქემებში შემცირდება. მაგრამ თანამედროვე მიკროპროცესორებს შეუძლიათ დაიკვეხნონ არა მხოლოდ სტრუქტურული ოპტიმიზაცია. ექსპერტები ასევე პროგნოზირებენ ბევრ სიახლეს ახალი სქემების ორგანიზების თვალსაზრისით, რაც ხელს შეუწყობს პროცესორების განვითარების ტექნოლოგიურ მიდგომას და შეამცირებს მათ საბაზისო ღირებულებას.
