Yıllarca süren geliştirme sürecinde, mikroişlemci, son derece uzmanlaşmış alanlarda bir uygulama nesnesinden geniş bir kullanım ürününe kadar uzun bir yol kat etti. Bugün, şu veya bu şekilde, bu cihazlar, kontrolörlerle birlikte hemen hemen her üretim alanında kullanılmaktadır. Geniş anlamda mikroişlemci teknolojisi, kontrol ve otomasyon süreçleri sağlar, ancak bu doğrultuda yapay zeka belirtilerinin ortaya çıkmasına kadar yüksek teknolojili cihazların geliştirilmesi için yeni alanlar oluşturulmakta ve onaylanmaktadır.
Mikroişlemcilerin genel anlayışı
Belirli süreçleri yönetmek veya kontrol etmek, gerçek bir teknik temelde uygun yazılım desteği gerektirir. Bu kapasitede, temel matris kristalleri üzerindeki bir veya bir dizi çip etki eder. Pratik ihtiyaçlar için neredeyse her zaman yonga seti modülleri kullanılır, yani ortak bir güç sistemi ile bağlanan yonga setleri,sinyaller, bilgi işleme biçimleri vb. Bilimsel yorumda, mikroişlemci teknolojisinin teorik temellerinde belirtildiği gibi, bu tür cihazlar işlenenleri ve komutları kodlanmış bir biçimde depolamak için bir yerdir (ana bellek). Doğrudan kontrol, daha yüksek bir seviyede, aynı zamanda mikroişlemci entegre devreleri aracılığıyla gerçekleştirilir. Bunun için kontrolörler kullanılır.
Yalnızca mikrobilgisayarlarla veya mikroişlemcilerden oluşan mikrobilgisayarlarla ilgili olarak denetleyiciler hakkında konuşulabilir. Aslında bu, prensipte belirli bir algoritma çerçevesinde belirli işlemleri veya komutları gerçekleştirebilen bir çalışma tekniğidir. S. N. Livensov'un mikroişlemci teknolojisi hakkındaki ders kitabında belirtildiği gibi, bir mikrodenetleyici, ekipman kontrolünün bir parçası olarak mantıksal işlemleri gerçekleştirmeye odaklanan bir bilgisayar olarak anlaşılmalıdır. Aynı şemalara dayanmaktadır, ancak sınırlı bir bilgi işlem kaynağına sahiptir. Mikrodenetleyicinin görevi, büyük ölçüde, karmaşık devreler olmadan sorumlu, ancak basit prosedürleri uygulamaktır. Bununla birlikte, bu tür cihazlara teknolojik olarak ilkel de denilemez, çünkü modern endüstrilerde mikrodenetleyiciler, yürütmelerinin dolaylı parametrelerini dikkate alarak aynı anda yüzlerce ve hatta binlerce işlemi aynı anda kontrol edebilir. Genel olarak mikrodenetleyicinin mantıksal yapısı, güç, çok yönlülük ve güvenilirlik göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır.
Mimarlık
Mikroişlemci cihazlarının geliştiricileri bir dizisonunda tek bir çalışma kompleksi oluşturan fonksiyonel bileşenler. Basit bir mikrobilgisayar modeli bile, makineye atanan görevlerin yerine getirilmesini sağlayan bir dizi öğenin kullanılmasını sağlar. Bu bileşenler arasındaki etkileşimin yanı sıra giriş ve çıkış sinyalleriyle iletişim araçları, mikroişlemcinin mimarisini büyük ölçüde belirler. Mimarlık kavramına gelince, farklı tanımlarla ifade edilir. Bu, bellek yazmaçlarının sayısı, bit derinliği, hız vb. dahil olmak üzere bir dizi teknik, fiziksel ve operasyonel parametre olabilir. Ancak, mikroişlemci teknolojisinin teorik temellerine uygun olarak, bu durumda mimari, donanım ve yazılım doldurmanın birbirine bağlı çalışması sürecinde uygulanan işlevlerin mantıksal organizasyonu olarak anlaşılmalıdır. Daha spesifik olarak, mikroişlemci mimarisi aşağıdakileri yansıtır:
- Bir mikroişlemciyi oluşturan fiziksel öğeler kümesinin yanı sıra işlevsel blokları arasındaki bağlantılar.
- Bilgi sağlama biçimleri ve yolları.
- Daha sonraki kullanımları için parametrelerle birlikte kullanılabilen yapı modüllerine erişim kanalları.
- Belirli bir mikroişlemcinin gerçekleştirebileceği işlemler.
- Cihazın oluşturduğu veya aldığı kontrol komutlarının özellikleri.
- Dışarıdan gelen sinyallere verilen tepkiler.
Harici arayüzler
Mikroişlemci nadiren izole bir sistem olarak görülür.tek kelimelik komutları statik bir biçimde yürütmek. Belirli bir şemaya göre bir sinyali işleyen cihazlar vardır, ancak çoğu zaman mikroişlemci teknolojisi, işlenmiş komutlar açısından kendileri doğrusal olmayan kaynaklardan gelen çok sayıda iletişim bağlantısıyla çalışır. Üçüncü taraf ekipman ve veri kaynaklarıyla etkileşimi düzenlemek için özel bağlantı biçimleri sağlanır - arayüzler. Ama önce tam olarak ne ile iletişim kurulduğunu belirlemeniz gerekir. Kural olarak, kontrollü cihazlar bu kapasitede hareket eder, yani mikroişlemciden kendilerine bir komut gönderilir ve geri bildirim modunda yürütme organının durumuna ilişkin veriler alınabilir.
Dış arayüzlere gelince, sadece belirli bir yürütme mekanizmasının etkileşim olasılığına değil, aynı zamanda kontrol kompleksinin yapısına entegrasyonuna da hizmet ederler. Karmaşık bilgisayar ve mikroişlemci teknolojisi ile ilgili olarak, bu, denetleyiciyle yakından ilişkili bir dizi donanım ve yazılım aracı olabilir. Ayrıca, mikrodenetleyiciler genellikle komutları işleme ve yayınlama işlevlerini mikroişlemciler ve harici cihazlar arasında iletişim sağlama görevleriyle birleştirir.
Mikroişlemci özellikleri
Mikroişlemcili cihazların temel özellikleri aşağıdakileri içerir:
- Saat frekansı. Bilgisayar bileşenlerinin değiştirildiği süre.
- Genişlik. İkili dosyaların eşzamanlı işlenmesi için mümkün olan maksimum sayırakamlar.
- Mimarlık. Yerleşim konfigürasyonu ve mikroişlemcinin çalışma elemanlarının etkileşim yolları.
Operasyonel sürecin doğası, ana ile düzenlilik kriterlerine göre de değerlendirilebilir. İlk durumda, belirli bir bilgisayar mikroişlemci teknolojisi biriminde düzenli tekrarlanabilirlik ilkesini nasıl uyguladığımızdan bahsediyoruz. Başka bir deyişle, birbirini kopyalayan bağlantıların ve çalışma öğelerinin koşullu yüzdesi nedir? Düzenlilik, genel olarak aynı veri işleme sistemi içindeki şema organizasyonunun yapısına uygulanabilir.
Omurga, sistemin dahili modülleri arasındaki veri alışverişi yöntemini belirtir ve ayrıca bağlantıların sırasının yapısını da etkiler. Omurga ve düzenlilik ilkelerini birleştirerek, belirli bir standartta birleştirilmiş mikroişlemciler oluşturmak için bir strateji geliştirmek mümkündür. Bu yaklaşım, arayüzler aracılığıyla etkileşim açısından farklı seviyelerde iletişim organizasyonunu kolaylaştırma avantajına sahiptir. Öte yandan standardizasyon, sistemin yeteneklerini genişletmeye ve dış yüklere karşı direncini artırmaya izin vermez.
Mikroişlemci teknolojisinde bellek
Bilgilerin depolanması, yarı iletkenlerden yapılmış özel depolama cihazlarının yardımıyla düzenlenir. Bu, dahili bellek için geçerlidir, ancak harici optik ve manyetik ortam da kullanılabilir. Ayrıca, yarı iletken malzemelere dayalı veri depolama elemanları, entegre devreler olarak temsil edilebilir.mikroişlemciye dahildir. Bu tür bellek hücreleri yalnızca programları depolamak için değil, aynı zamanda denetleyicilerle merkezi işlemcinin belleğine hizmet vermek için de kullanılır.
Depolama cihazlarının yapısal temellerine daha derinlemesine bakarsak, metal, dielektrik ve silikon yarı iletkenden oluşan devreler ön plana çıkacaktır. Dielektrik olarak metal, oksit ve yarı iletken bileşenler kullanılır. Depolama aygıtının entegrasyon düzeyi, donanımın hedefleri ve özellikleri tarafından belirlenir. Bir video bellek işlevi sağlayan dijital mikroişlemci teknolojisinde, güvenilir entegrasyon ve elektrik parametreleriyle uyumluluk için evrensel gereksinimlere gürültü bağışıklığı, kararlılık, hız vb. Bipolar dijital mikro devreler, mevcut görevlere bağlı olarak tetik, işlemci veya invertör olarak da kullanılabilen performans kriterleri ve entegrasyon çok yönlülüğü açısından en uygun çözümdür.
İşlevler
İşlev yelpazesi büyük ölçüde mikroişlemcinin belirli bir süreç içinde çözeceği görevlere dayanır. Genelleştirilmiş bir sürümdeki evrensel işlevler dizisi şu şekilde temsil edilebilir:
- Veri okuma.
- Veri işleme.
- Dahili bellek, modüller veya harici bağlı cihazlarla bilgi alışverişi.
- Verileri kaydedin.
- Veri girişi ve çıkışı.
Yukarıdakilerin her birinin anlamıişlemler, cihazın kullanıldığı genel sistemin bağlamı tarafından belirlenir. Örneğin, aritmetik-mantıksal işlemler çerçevesinde, giriş bilgilerinin işlenmesinin bir sonucu olarak elektronik ve mikroişlemci teknolojisi, sırayla bir veya başka bir komut sinyalinin nedeni olacak yeni bilgiler sunabilir. İşlemcinin kendisinin, kontrolörün, güç kaynağının, aktüatörlerin ve kontrol sistemi içinde çalışan diğer modüllerin çalışma parametrelerinin düzenlenmesi nedeniyle dahili işlevselliğe de dikkat etmek gerekir.
Cihaz üreticileri
Mikroişlemci cihazlarının yaratılmasının kökenleri, bugün hala bazı alanlarda kullanılan MCS-51 platformuna dayalı tam bir 8-bit mikrodenetleyici serisini piyasaya süren Intel mühendisleridir. Ayrıca, diğer birçok üretici, temsilcileri arasında tek çipli bilgisayar K1816BE51 gibi yerli gelişmeler olan yeni nesil elektronik ve mikroişlemci teknolojisinin geliştirilmesinin bir parçası olarak x51 ailesini kendi projeleri için kullandı.
Daha karmaşık işlemciler segmentine giren Intel, yerini Analog Device ve Atmel dahil olmak üzere diğer şirketlere mikrodenetleyicilere bıraktı. Zilog, Microchip, NEC ve diğerleri, mikroişlemci mimarisine temelde yeni bir bakış sunuyor. Bugün, mikroişlemci teknolojisinin gelişimi bağlamında, x51, AVR ve PIC hatları en başarılı olarak kabul edilebilir. Gelişme trendlerinden bahsedecek olursak, o zaman bugünlerde ilkyer, dahili kontrol görevlerinin kapsamını genişletme, kompaktlık ve düşük güç tüketimi gereksinimleri ile değiştirilir. Başka bir deyişle, mikrodenetleyiciler bakım açısından küçülüyor ve daha akıllı hale geliyor, ancak aynı zamanda güç potansiyellerini artırıyor.
Mikroişlemci tabanlı ekipmanın bakımı
Yönetmeliklere uygun olarak, mikroişlemci sistemlerine bir elektrikçi tarafından yönetilen işçi ekipleri tarafından bakım yapılır. Bu alandaki ana bakım görevleri şunları içerir:
- Sistemin çalışması sürecindeki hataları düzeltme ve ihlalin nedenlerini belirlemek için bunların analizi.
- Atanmış planlı bakım yoluyla cihaz ve bileşen arızalarını önleyin.
- Hasarlı parçaları onararak veya bakım yapılabilir benzer parçalarla değiştirerek cihaz arızalarını onarın.
- Sistem bileşenlerinin zamanında onarımının üretilmesi.
Mikroişlemci teknolojisinin doğrudan bakımı karmaşık veya önemsiz olabilir. İlk durumda, emek yoğunluğu ve karmaşıklık düzeyi ne olursa olsun, teknik işlemlerin bir listesi birleştirilir. Küçük ölçekli bir yaklaşımla, her operasyonun bireyselleştirilmesine vurgu yapılır, yani bireysel onarım veya bakım eylemleri, teknolojik haritaya uygun olarak organizasyon açısından izole bir formatta gerçekleştirilir. Bu yöntemin dezavantajları, büyük ölçekli bir sistem içinde ekonomik olarak doğrulanamayan yüksek iş akışı maliyetleriyle ilişkilidir. Öte yandan, küçük ölçekli hizmetekipman için teknik desteğin kalitesini iyileştirir, ayrı bileşenlerle birlikte arıza riskini en aza indirir.
Mikroişlemci teknolojisinin kullanımı
Mikroişlemcilerin endüstrinin çeşitli alanlarında, yerli ve milli ekonomide yaygın olarak kullanılmaya başlanmasından önce, engeller giderek azaldı. Bunun nedeni yine bu cihazların optimizasyonu, maliyetlerindeki düşüş ve otomasyon elemanlarına olan artan ihtiyaçtır. Bu cihazların en yaygın kullanımlarından bazıları şunlardır:
- Sanayi. Mikroişlemciler iş yönetimi, makine koordinasyonu, kontrol sistemleri ve üretim performansı toplamada kullanılır.
- Ticaret. Bu alanda, mikroişlemci teknolojisinin çalışması yalnızca hesaplama işlemleriyle değil, aynı zamanda malların, stokların ve bilgi akışlarının yönetiminde lojistik modellerin bakımıyla da ilişkilidir.
- Güvenlik sistemleri. Modern güvenlik ve alarm komplekslerindeki elektronikler, otomasyon ve akıllı kontrol için yüksek gereksinimleri belirler ve bu da yeni nesil mikroişlemciler sağlamamıza olanak tanır.
- İletişim. Elbette iletişim teknolojileri, çoklayıcılara hizmet veren programlanabilir kontrolörler, uzak terminaller ve anahtarlama devreleri olmadan yapamaz.
Sonuçta birkaç kelime
Geniş bir tüketici kitlesi bugününmikroişlemci teknolojisinin yetenekleri, ancak üreticiler durmuyor ve bu ürünlerin geliştirilmesi için şimdiden umut verici yönergeler düşünüyorlar. Örneğin, bilgisayar endüstrisi kuralı hala iyi korunmaktadır, buna göre her iki yılda bir işlemci devrelerindeki transistör sayısı azalacaktır. Ancak modern mikroişlemciler yalnızca yapısal optimizasyonla övünemez. Uzmanlar ayrıca, işlemcilerin geliştirilmesine yönelik teknolojik yaklaşımı kolaylaştıracak ve temel maliyetlerini az altacak yeni devrelerin organizasyonu açısından birçok yeniliği tahmin ediyor.
