Au cours de plusieurs décennies de développement, le microprocesseur a parcouru un long chemin d'un objet d'application dans des domaines hautement spécialisés à un produit de large exploitation. Aujourd'hui, sous une forme ou une autre, ces appareils, ainsi que les contrôleurs, sont utilisés dans presque tous les domaines de la production. Au sens large, la technologie des microprocesseurs fournit des processus de contrôle et d'automatisation, mais dans cette direction, de nouveaux domaines pour le développement d'appareils de haute technologie sont formés et approuvés, jusqu'à l'apparition de signes d'intelligence artificielle.
Compréhension générale des microprocesseurs
La gestion ou le contrôle de certains processus nécessite un support logiciel adapté sur une base technique réelle. A ce titre, une ou un ensemble de puces sur cristaux matriciels de base agit. Pour des besoins pratiques, des modules de jeu de puces sont presque toujours utilisés, c'est-à-dire des jeux de puces connectés par un système d'alimentation commun,signaux, formats de traitement de l'information, etc. Dans l'interprétation scientifique, comme indiqué dans les fondements théoriques de la technologie des microprocesseurs, ces dispositifs sont un lieu (mémoire principale) pour stocker les opérandes et les commandes sous une forme codée. Le contrôle direct est mis en œuvre à un niveau supérieur, mais également via des circuits intégrés à microprocesseur. Les contrôleurs sont utilisés pour cela.
On ne peut parler de contrôleurs qu'en relation avec des micro-ordinateurs ou des micro-ordinateurs composés de microprocesseurs. En fait, il s'agit d'une technique de travail, en principe capable d'effectuer certaines opérations ou commandes dans le cadre d'un algorithme donné. Comme indiqué dans le manuel sur la technologie des microprocesseurs de S. N. Liventsov, un microcontrôleur doit être compris comme un ordinateur axé sur l'exécution d'opérations logiques dans le cadre du contrôle de l'équipement. Il est basé sur les mêmes schémas, mais avec une ressource informatique limitée. La tâche du microcontrôleur est dans une plus large mesure de mettre en œuvre des procédures responsables mais simples sans circuits complexes. Cependant, de tels dispositifs ne peuvent pas non plus être qualifiés de primitifs technologiques, car dans les industries modernes, les microcontrôleurs peuvent contrôler simultanément des centaines, voire des milliers d'opérations en même temps, en tenant compte des paramètres indirects de leur exécution. En général, la structure logique du microcontrôleur est conçue dans un souci de puissance, de polyvalence et de fiabilité.
Architecture
Les développeurs de dispositifs à microprocesseur ont affaire à un ensemblecomposants fonctionnels, qui forment finalement un complexe de travail unique. Même un simple modèle de micro-ordinateur prévoit l'utilisation d'un certain nombre d'éléments qui assurent l'accomplissement des tâches assignées à la machine. Le mode d'interaction entre ces composants, ainsi que les moyens de communication avec les signaux d'entrée et de sortie, déterminent en grande partie l'architecture du microprocesseur. Quant au concept même d'architecture, il s'exprime dans différentes définitions. Il peut s'agir d'un ensemble de paramètres techniques, physiques et opérationnels, notamment le nombre de registres de mémoire, la profondeur de bits, la vitesse, etc. Mais, conformément aux fondements théoriques de la technologie des microprocesseurs, l'architecture dans ce cas doit être comprise comme l'organisation logique des fonctions mises en œuvre dans le processus de fonctionnement interconnecté du bourrage matériel et logiciel. Plus précisément, l'architecture du microprocesseur reflète ce qui suit:
- L'ensemble des éléments physiques qui forment un microprocesseur, ainsi que les connexions entre ses blocs fonctionnels.
- Formats et moyens de fournir des informations.
- Canaux d'accès aux modules de structure disponibles pour une utilisation avec des paramètres pour leur utilisation ultérieure.
- Opérations qu'un microprocesseur particulier peut effectuer.
- Caractéristiques des commandes de contrôle que l'appareil génère ou reçoit.
- Réactions aux signaux extérieurs.
Interfaces externes
Le microprocesseur est rarement considéré comme un système isolé pourexécuter des commandes d'un mot dans un format statique. Il existe des appareils qui traitent un signal selon un schéma donné, mais le plus souvent la technologie à microprocesseur fonctionne avec un grand nombre de liaisons de communication provenant de sources elles-mêmes non linéaires en termes de commandes traitées. Pour organiser l'interaction avec des équipements tiers et des sources de données, des formats de connexion spéciaux sont fournis - des interfaces. Mais vous devez d'abord déterminer avec quoi exactement vous communiquez. En règle générale, les dispositifs contrôlés agissent à ce titre, c'est-à-dire qu'une commande leur est envoyée par le microprocesseur et, en mode de rétroaction, des données sur l'état de l'organe exécutif peuvent être reçues.
Quant aux interfaces externes, elles servent non seulement à la possibilité d'interaction d'un certain mécanisme exécutif, mais aussi à son intégration dans la structure du complexe de contrôle. En ce qui concerne la technologie complexe des ordinateurs et des microprocesseurs, il peut s'agir de tout un ensemble d'outils matériels et logiciels étroitement liés au contrôleur. De plus, les microcontrôleurs combinent souvent les fonctions de traitement et d'émission de commandes avec les tâches de communication entre les microprocesseurs et les périphériques externes.
Spécifications du microprocesseur
Les principales caractéristiques des dispositifs à microprocesseur sont les suivantes:
- Fréquence d'horloge. Période pendant laquelle les composants de l'ordinateur sont commutés.
- Largeur. Le nombre de maximum possible pour le traitement simultané de binaireschiffres.
- Architecture. Configuration de placement et modes d'interaction des éléments de travail du microprocesseur.
La nature du processus opérationnel peut également être jugée par les critères de régularité avec le principal. Dans le premier cas, nous parlons de la manière dont nous mettons en œuvre le principe de répétabilité régulière dans une unité particulière de la technologie des microprocesseurs informatiques. En d'autres termes, quel est le pourcentage conditionnel de liens et d'éléments de travail qui se dupliquent. La régularité s'applique en général à la structure de l'organisation du schéma au sein d'un même système informatique.
Backbone indique la méthode d'échange de données entre les modules internes du système, affectant également la nature de l'ordre des liens. En combinant les principes de dorsale et de régularité, il est possible de développer une stratégie de création de microprocesseurs unifiés selon un certain standard. Cette approche a l'avantage de faciliter l'organisation de la communication à différents niveaux en termes d'interaction au travers des interfaces. D'autre part, la standardisation ne permet pas d'étendre les capacités du système et d'augmenter sa résistance aux charges externes.
Mémoire dans la technologie des microprocesseurs
Le stockage des informations est organisé à l'aide de dispositifs de stockage spéciaux constitués de semi-conducteurs. Cela s'applique à la mémoire interne, mais des supports optiques et magnétiques externes peuvent également être utilisés. En outre, les éléments de stockage de données basés sur des matériaux semi-conducteurs peuvent être représentés comme des circuits intégrés, quiinclus dans le microprocesseur. Ces cellules de mémoire sont utilisées non seulement pour stocker des programmes, mais également pour entretenir la mémoire du processeur central avec des contrôleurs.
Si nous examinons de plus près la base structurelle des dispositifs de stockage, les circuits constitués de métal, de diélectrique et de semi-conducteur au silicium viendront au premier plan. Des composants métalliques, oxydes et semi-conducteurs sont utilisés comme diélectriques. Le niveau d'intégration du périphérique de stockage est déterminé par les cibles et les caractéristiques du matériel. Dans la technologie des microprocesseurs numériques avec la fourniture d'une fonction de mémoire vidéo, l'immunité au bruit, la stabilité, la vitesse, etc. s'ajoutent également aux exigences universelles pour une intégration fiable et le respect des paramètres électriques. Les microcircuits numériques bipolaires sont la solution optimale en termes de critères de performance et de polyvalence d'intégration, qui, selon les tâches en cours, peuvent également être utilisés comme déclencheur, processeur ou onduleur.
Fonctions
La gamme de fonctions est largement basée sur les tâches que le microprocesseur va résoudre dans un processus particulier. L'ensemble universel de fonctions dans une version généralisée peut être représenté comme suit:
- Lecture des données.
- Traitement des données.
- Échange d'informations avec la mémoire interne, les modules ou les appareils externes connectés.
- Enregistrer les données.
- Entrée et sortie de données.
La signification de chacun des éléments ci-dessusopérations est déterminée par le contexte du système global dans lequel l'appareil est utilisé. Par exemple, dans le cadre d'opérations arithmétiques-logiques, la technologie électronique et à microprocesseur, à la suite du traitement des informations d'entrée, peut présenter de nouvelles informations qui, à leur tour, deviendront la raison de l'un ou l'autre signal de commande. Il convient également de noter la fonctionnalité interne, grâce à laquelle les paramètres de fonctionnement du processeur lui-même, du contrôleur, de l'alimentation, des actionneurs et des autres modules fonctionnant dans le système de contrôle sont régulés.
Fabricants d'appareils
Les ingénieurs d'Intel sont à l'origine de la création des dispositifs à microprocesseur. Ils ont lancé toute une gamme de microcontrôleurs 8 bits basés sur la plate-forme MCS-51, qui sont encore utilisés dans certains domaines aujourd'hui. En outre, de nombreux autres fabricants ont utilisé la famille x51 pour leurs propres projets dans le cadre du développement de nouvelles générations d'électronique et de technologie de microprocesseur, parmi les représentants desquels figurent des développements nationaux comme l'ordinateur monopuce K1816BE51.
Ayant pénétré le segment des processeurs plus complexes, Intel a cédé la place aux microcontrôleurs à d'autres sociétés, dont Analog Device et Atmel. Zilog, Microchip, NEC et d'autres offrent un regard fondamentalement nouveau sur l'architecture des microprocesseurs. Aujourd'hui, dans le contexte du développement de la technologie des microprocesseurs, les gammes x51, AVR et PIC peuvent être considérées comme les plus performantes. Si nous parlons de tendances de développement, alors ces jours-ci, le premierla place est remplacée par des exigences d'élargissement de la gamme des tâches de contrôle interne, de compacité et de faible consommation d'énergie. En d'autres termes, les microcontrôleurs deviennent de plus en plus petits et intelligents en termes de maintenance, tout en augmentant leur potentiel de puissance.
Maintenance des équipements à microprocesseur
Conformément à la réglementation, les systèmes à microprocesseur sont entretenus par des équipes d'ouvriers dirigées par un électricien. Les principales tâches de maintenance dans ce domaine sont les suivantes:
- Correction des défaillances dans le processus de fonctionnement du système et leur analyse pour déterminer les causes de la violation.
- Prévenir les pannes d'appareils et de composants grâce à la maintenance programmée assignée.
- Réparez les pannes de l'appareil en réparant les pièces endommagées ou en les remplaçant par des pièces similaires réparables.
- Production de la réparation en temps opportun des composants du système.
La maintenance directe de la technologie des microprocesseurs peut être complexe ou mineure. Dans le premier cas, une liste d'opérations techniques est combinée, quels que soient leur intensité de travail et leur niveau de complexité. Avec une approche à petite échelle, l'accent est mis sur l'individualisation de chaque opération, c'est-à-dire que les actions de réparation ou de maintenance individuelles sont effectuées dans un format isolé du point de vue de l'organisation conformément à la carte technologique. Les inconvénients de cette méthode sont associés à des coûts de flux de travail élevés, qui peuvent ne pas être économiquement justifiés dans un système à grande échelle. En revanche, le service à petite échelleaméliore la qualité du support technique pour l'équipement, minimisant ainsi le risque de défaillance ultérieure de celui-ci ainsi que des composants individuels.
Utilisation de la technologie des microprocesseurs
Avant l'introduction généralisée des microprocesseurs dans divers domaines de l'industrie, de l'économie nationale et nationale, il y avait de moins en moins d'obstacles. Ceci est encore dû à l'optimisation de ces dispositifs, à leur réduction de coût et au besoin croissant d'éléments d'automatisation. Certaines des utilisations les plus courantes de ces appareils incluent:
- Industrie. Les microprocesseurs sont utilisés dans la gestion du travail, la coordination des machines, les systèmes de contrôle et la collecte des performances de production.
- Commerce. Dans ce domaine, le fonctionnement de la technologie des microprocesseurs est associé non seulement à des opérations de calcul, mais également à la maintenance de modèles logistiques dans la gestion des marchandises, des stocks et des flux d'informations.
- Systèmes de sécurité. L'électronique dans les complexes de sécurité et d'alarme modernes pose des exigences élevées en matière d'automatisation et de contrôle intelligent, ce qui nous permet de fournir des microprocesseurs de nouvelles générations.
- Communication. Bien entendu, les technologies de communication ne peuvent se passer d'automates programmables servant de multiplexeurs, de terminaux distants et de circuits de commutation.
Quelques mots de conclusion
Un large public de consommateurs ne peut pas imaginer pleinement, même aujourd'huicapacités de la technologie des microprocesseurs, mais les fabricants ne s'arrêtent pas là et envisagent déjà des orientations prometteuses pour le développement de ces produits. Par exemple, la règle de l'industrie informatique est toujours bien maintenue, selon laquelle tous les deux ans, le nombre de transistors dans les circuits du processeur diminuera. Mais les microprocesseurs modernes peuvent se vanter non seulement d'une optimisation structurelle. Les experts prévoient également de nombreuses innovations en termes d'organisation de nouveaux circuits, ce qui facilitera l'approche technologique du développement des processeurs et réduira leur coût de base.
