Ao longo de várias décadas de desenvolvimento, o microprocessador percorreu um longo caminho de um objeto de aplicação em áreas altamente especializadas para um produto de ampla exploração. Hoje, de uma forma ou de outra, esses dispositivos, juntamente com controladores, são usados em quase todos os campos de produção. Em sentido amplo, a tecnologia de microprocessadores proporciona processos de controle e automação, mas nesse sentido, novas áreas para o desenvolvimento de dispositivos de alta tecnologia estão sendo formadas e aprovadas, até o surgimento de indícios de inteligência artificial.
Noções gerais de microprocessadores
Gerenciar ou controlar certos processos requer suporte de software apropriado em uma base técnica real. Nesta capacidade, atua um ou um conjunto de chips em cristais de matriz básica. Para necessidades práticas, quase sempre são utilizados módulos de chipsets, ou seja, chipsets que são conectados por um sistema de energia comum,sinais, formatos de processamento de informações e assim por diante. Na interpretação científica, conforme observado nos fundamentos teóricos da tecnologia de microprocessadores, tais dispositivos são um local (memória principal) para armazenamento de operandos e comandos de forma codificada. O controle direto é implementado em um nível superior, mas também através de circuitos integrados microprocessados. Os controladores são usados para isso.
Só se pode falar de controladores em relação a microcomputadores ou microcomputadores constituídos por microprocessadores. Na verdade, esta é uma técnica de trabalho, em princípio capaz de realizar certas operações ou comandos dentro da estrutura de um determinado algoritmo. Conforme observado no livro sobre tecnologia de microprocessadores de S. N. Liventsov, um microcontrolador deve ser entendido como um computador focado em realizar operações lógicas como parte do controle de equipamentos. É baseado nos mesmos esquemas, mas com um recurso computacional limitado. A tarefa do microcontrolador em maior medida é implementar procedimentos responsáveis, mas simples, sem circuitos complexos. No entanto, tais dispositivos também não podem ser chamados de primitivos tecnologicamente, pois nas indústrias modernas os microcontroladores podem controlar simultaneamente centenas e até milhares de operações ao mesmo tempo, levando em consideração os parâmetros indiretos de sua execução. Em geral, a estrutura lógica do microcontrolador é projetada com potência, versatilidade e confiabilidade em mente.
Arquitetura
Desenvolvedores de dispositivos microprocessados estão lidando com um conjuntocomponentes funcionais, que eventualmente formam um único complexo de trabalho. Mesmo um modelo simples de microcomputador prevê a utilização de uma série de elementos que garantem o cumprimento das tarefas atribuídas à máquina. A forma de interação entre esses componentes, bem como os meios de comunicação com os sinais de entrada e saída, determinam em grande parte a arquitetura do microprocessador. Quanto ao próprio conceito de arquitetura, ele se expressa em diferentes definições. Isso pode ser um conjunto de parâmetros técnicos, físicos e operacionais, incluindo o número de registros de memória, profundidade de bits, velocidade e assim por diante. Mas, de acordo com os fundamentos teóricos da tecnologia de microprocessadores, arquitetura neste caso deve ser entendida como a organização lógica das funções implementadas no processo de operação interligada de preenchimento de hardware e software. Mais especificamente, a arquitetura do microprocessador reflete o seguinte:
- O conjunto de elementos físicos que formam um microprocessador, bem como as conexões entre seus blocos funcionais.
- Formatos e formas de fornecer informações.
- Canais de acesso aos módulos de estrutura disponíveis para uso com parâmetros para uso posterior.
- Operações que um microprocessador específico pode realizar.
- Características dos comandos de controle que o dispositivo gera ou recebe.
- Reações a sinais externos.
Interfaces externas
O microprocessador raramente é visto como um sistema isolado paraexecutando comandos de uma palavra em um formato estático. Existem dispositivos que processam um sinal de acordo com um determinado esquema, mas na maioria das vezes a tecnologia de microprocessador trabalha com um grande número de links de comunicação de fontes que não são lineares em termos de comandos processados. Para organizar a interação com equipamentos e fontes de dados de terceiros, são fornecidos formatos de conexão especiais - interfaces. Mas primeiro você precisa determinar o que exatamente está sendo comunicado. Via de regra, os dispositivos controlados atuam nessa capacidade, ou seja, um comando é enviado a eles do microprocessador e, no modo feedback, podem ser recebidos dados sobre o status do órgão executivo.
As interfaces externas servem não apenas para a possibilidade de interação de um determinado mecanismo executivo, mas também para sua integração na estrutura do complexo de controle. No que diz respeito à tecnologia complexa de computadores e microprocessadores, isso pode ser todo um conjunto de ferramentas de hardware e software intimamente relacionadas ao controlador. Além disso, os microcontroladores geralmente combinam as funções de processamento e emissão de comandos com as tarefas de fornecer comunicação entre microprocessadores e dispositivos externos.
Especificações do microprocessador
As principais características dos dispositivos microprocessados incluem:
- Frequência do relógio. Período de tempo durante o qual os componentes do computador são trocados.
- Largura. O número máximo possível para processamento simultâneo de bináriodígitos.
- Arquitetura. Configuração de posicionamento e formas de interação dos elementos de trabalho do microprocessador.
A natureza do processo operacional também pode ser julgada pelo critério de regularidade com o principal. No primeiro caso, estamos falando sobre como implementamos o princípio da repetibilidade regular em uma determinada unidade de tecnologia de microprocessador de computador. Em outras palavras, qual é a porcentagem condicional de links e itens de trabalho que se duplicam. A regularidade pode ser aplicada em geral à estrutura da organização do esquema dentro do mesmo sistema de processamento de dados.
Backbone indica o método de troca de dados entre os módulos internos do sistema, afetando também a natureza da ordenação dos links. Combinando os princípios de backbone e regularidade, é possível desenvolver uma estratégia para a criação de microprocessadores unificados a um determinado padrão. Essa abordagem tem a vantagem de facilitar a organização da comunicação em diferentes níveis em termos de interação por meio de interfaces. Por outro lado, a padronização não permite ampliar as capacidades do sistema e aumentar sua resistência a cargas externas.
Memória na tecnologia de microprocessadores
O armazenamento de informações é organizado com a ajuda de dispositivos especiais de armazenamento feitos de semicondutores. Isso se aplica à memória interna, mas também podem ser usados meios ópticos e magnéticos externos. Além disso, elementos de armazenamento de dados baseados em materiais semicondutores podem ser representados como circuitos integrados, queincluído no microprocessador. Essas células de memória são usadas não apenas para armazenar programas, mas também para atender a memória do processador central com controladores.
Se dermos uma olhada mais profunda na base estrutural dos dispositivos de armazenamento, então os circuitos feitos de metal, dielétrico e semicondutor de silício virão à tona. Componentes de metal, óxido e semicondutores são usados como dielétricos. O nível de integração do dispositivo de armazenamento é determinado pelos destinos e características do hardware. Na tecnologia de microprocessador digital com o fornecimento de uma função de memória de vídeo, imunidade a ruídos, estabilidade, velocidade e assim por diante também são adicionados aos requisitos universais para integração confiável e conformidade com parâmetros elétricos. Os microcircuitos digitais bipolares são a solução ideal em termos de critérios de desempenho e versatilidade de integração, que, dependendo das tarefas atuais, também podem ser usados como gatilho, processador ou inversor.
Funções
A gama de funções é amplamente baseada nas tarefas que o microprocessador irá resolver dentro de um determinado processo. O conjunto universal de funções em uma versão generalizada pode ser representado da seguinte forma:
- Leitura de dados.
- Processamento de dados.
- Troca de informações com memória interna, módulos ou dispositivos externos conectados.
- Registrar dados.
- Entrada e saída de dados.
O significado de cada um dos itens acimaoperações é determinada pelo contexto do sistema geral no qual o dispositivo é usado. Por exemplo, no âmbito das operações aritmético-lógicas, a tecnologia eletrônica e de microprocessadores, como resultado do processamento de informações de entrada, pode apresentar novas informações, que, por sua vez, se tornarão a razão de um ou outro sinal de comando. Vale destacar também a funcionalidade interna, pela qual são regulados os parâmetros operacionais do próprio processador, controlador, fonte de alimentação, atuadores e demais módulos que operam dentro do sistema de controle.
Fabricantes de dispositivos
As origens da criação dos dispositivos microprocessados foram os engenheiros da Intel que lançaram toda uma linha de microcontroladores de 8 bits baseados na plataforma MCS-51, que ainda são usados em algumas áreas hoje. Além disso, muitos outros fabricantes usaram a família x51 para seus próprios projetos como parte do desenvolvimento de novas gerações de tecnologia eletrônica e de microprocessadores, entre os quais estão os desenvolvimentos nacionais, como o computador de chip único K1816BE51.
Ao entrar no segmento de processadores mais complexos, a Intel deu lugar aos microcontroladores para outras empresas, incluindo Analog Device e Atmel. Zilog, Microchip, NEC e outros oferecem uma visão fundamentalmente nova da arquitetura de microprocessadores. Hoje, no contexto do desenvolvimento da tecnologia de microprocessadores, as linhas x51, AVR e PIC podem ser consideradas as mais bem sucedidas. Se falamos de tendências de desenvolvimento, então hoje em dia a primeirao lugar é substituído por requisitos para ampliar a gama de tarefas de controle interno, compacidade e baixo consumo de energia. Em outras palavras, os microcontroladores estão ficando menores e mais inteligentes em termos de manutenção, mas ao mesmo tempo aumentando seu potencial de potência.
Manutenção de equipamentos baseados em microprocessadores
De acordo com os regulamentos, os sistemas microprocessados são atendidos por equipes de trabalhadores lideradas por um eletricista. As principais tarefas de manutenção nesta área incluem o seguinte:
- Corrigir falhas no processo de operação do sistema e sua análise para determinar as causas da violação.
- Evite falhas de dispositivos e componentes por meio de manutenção programada.
- Repare as falhas do dispositivo reparando as peças danificadas ou substituindo-as por peças semelhantes que possam ser reparadas.
- Produção de reparos em tempo hábil de componentes do sistema.
A manutenção direta da tecnologia do microprocessador pode ser complexa ou pequena. No primeiro caso, uma lista de operações técnicas é combinada, independentemente de sua intensidade de trabalho e nível de complexidade. Com uma abordagem de pequena escala, a ênfase está na individualização de cada operação, ou seja, ações individuais de reparo ou manutenção são realizadas de forma isolada do ponto de vista da organização de acordo com o mapa tecnológico. As desvantagens deste método estão associadas a altos custos de fluxo de trabalho, que podem não ser economicamente justificados em um sistema de grande escala. Por outro lado, o serviço de pequena escalamelhora a qualidade do suporte técnico para equipamentos, minimizando o risco de sua falha adicional juntamente com componentes individuais.
Uso de tecnologia de microprocessador
Antes da introdução generalizada de microprocessadores em várias áreas da indústria, economia doméstica e nacional, há cada vez menos barreiras. Isso se deve novamente à otimização desses dispositivos, à redução de custos e à crescente necessidade de elementos de automação. Alguns dos usos mais comuns para esses dispositivos incluem:
- Indústria. Os microprocessadores são usados no gerenciamento de trabalho, coordenação de máquinas, sistemas de controle e coleta de desempenho de produção.
- Comércio. Nessa área, a operação da tecnologia de microprocessadores está associada não apenas às operações computacionais, mas também à manutenção de modelos logísticos na gestão de mercadorias, estoques e fluxos de informações.
- Sistemas de segurança. A eletrônica em complexos modernos de segurança e alarme estabelece altos requisitos para automação e controle inteligente, o que nos permite fornecer microprocessadores de novas gerações.
- Comunicação. É claro que as tecnologias de comunicação não podem prescindir de controladores programáveis servindo multiplexadores, terminais remotos e circuitos de comutação.
Algumas palavras para concluir
Um grande público de consumidores não pode imaginar totalmente até hojecapacidades da tecnologia de microprocessadores, mas os fabricantes não param e já estão considerando direções promissoras para o desenvolvimento desses produtos. Por exemplo, a regra da indústria de computadores ainda é bem mantida, segundo a qual a cada dois anos o número de transistores nos circuitos do processador diminuirá. Mas os microprocessadores modernos podem se orgulhar não apenas da otimização estrutural. Os especialistas também preveem muitas inovações em termos de organização de novos circuitos, o que facilitará a abordagem tecnológica para o desenvolvimento de processadores e reduzirá seu custo base.
