กว่าหลายทศวรรษของการพัฒนา ไมโครโปรเซสเซอร์ได้พัฒนามาไกลจากวัตถุประสงค์ของการใช้งานในพื้นที่ที่มีความเฉพาะทางสูงไปจนถึงผลิตภัณฑ์ที่มีการแสวงประโยชน์อย่างกว้างขวาง ทุกวันนี้ มีการใช้อุปกรณ์เหล่านี้ร่วมกับคอนโทรลเลอร์ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งในเกือบทุกด้านของการผลิต ในความหมายกว้าง เทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ให้การควบคุมและกระบวนการอัตโนมัติ แต่ภายในทิศทางนี้ พื้นที่ใหม่ ๆ สำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ไฮเทคกำลังถูกสร้างและรับรอง จนถึงลักษณะของสัญญาณของปัญญาประดิษฐ์
ความเข้าใจทั่วไปของไมโครโปรเซสเซอร์
การจัดการหรือควบคุมกระบวนการบางอย่างต้องการการสนับสนุนซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมบนพื้นฐานทางเทคนิคที่แท้จริง ในความสามารถนี้ ชิปหนึ่งหรือชุดบนผลึกเมทริกซ์พื้นฐานจะทำหน้าที่ สำหรับความต้องการในทางปฏิบัติ โมดูลชุดชิปมักจะถูกใช้เสมอ กล่าวคือ ชิปเซ็ตที่เชื่อมต่อด้วยระบบไฟฟ้าทั่วไปสัญญาณ รูปแบบการประมวลผลข้อมูล เป็นต้น ในการตีความทางวิทยาศาสตร์ ดังที่ระบุไว้ในพื้นฐานทางทฤษฎีของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นสถานที่ (หน่วยความจำหลัก) สำหรับจัดเก็บตัวถูกดำเนินการและคำสั่งในรูปแบบที่เข้ารหัส การควบคุมโดยตรงถูกนำมาใช้ในระดับที่สูงขึ้น แต่ยังผ่านวงจรรวมของไมโครโปรเซสเซอร์ด้วย คอนโทรลเลอร์ใช้สำหรับสิ่งนี้
พูดได้เฉพาะตัวควบคุมที่เกี่ยวข้องกับไมโครคอมพิวเตอร์หรือไมโครคอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ อันที่จริงนี่เป็นเทคนิคการทำงาน โดยหลักการแล้วสามารถดำเนินการหรือคำสั่งบางอย่างภายในกรอบของอัลกอริธึมที่กำหนดได้ ตามที่ระบุไว้ในตำราเกี่ยวกับเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์โดย S. N. Liventsov ไมโครคอนโทรลเลอร์ควรเข้าใจว่าเป็นคอมพิวเตอร์ที่เน้นการดำเนินการทางตรรกะซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการควบคุมอุปกรณ์ มันใช้รูปแบบเดียวกัน แต่มีทรัพยากรการคำนวณที่จำกัด งานของไมโครคอนโทรลเลอร์ในระดับที่มากขึ้นคือการใช้ขั้นตอนที่รับผิดชอบ แต่ง่าย ๆ โดยไม่มีวงจรที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ดังกล่าวไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นเทคโนโลยีดั้งเดิม เนื่องจากในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถควบคุมการทำงานได้พร้อมกันนับร้อยหรือหลายพันครั้งพร้อมกัน โดยคำนึงถึงพารามิเตอร์ทางอ้อมของการดำเนินการ โดยทั่วไป โครงสร้างเชิงตรรกะของไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงกำลัง ความอเนกประสงค์ และความน่าเชื่อถือ
สถาปัตยกรรม
ผู้พัฒนาอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์กำลังจัดการกับชุดส่วนประกอบเชิงฟังก์ชัน ซึ่งสุดท้ายแล้วจะเกิดเป็นคอมเพล็กซ์การทำงานเดียว แม้แต่รุ่นไมโครคอมพิวเตอร์ธรรมดาๆ ก็ยังมีองค์ประกอบหลายอย่างที่ช่วยให้มั่นใจได้ว่างานที่ได้รับมอบหมายให้กับเครื่องจะสำเร็จลุล่วง วิธีการโต้ตอบระหว่างส่วนประกอบเหล่านี้ตลอดจนวิธีการสื่อสารกับสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ส่วนใหญ่จะกำหนดสถาปัตยกรรมของไมโครโปรเซสเซอร์ สำหรับแนวคิดของสถาปัตยกรรมนั้น มันถูกแสดงออกมาในคำจำกัดความที่แตกต่างกัน นี่อาจเป็นชุดของพารามิเตอร์ทางเทคนิค กายภาพ และการทำงาน รวมถึงจำนวนรีจิสเตอร์หน่วยความจำ ความลึกของบิต ความเร็ว และอื่นๆ แต่ตามพื้นฐานทางทฤษฎีของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ สถาปัตยกรรมในกรณีนี้ควรเข้าใจว่าเป็นองค์กรเชิงตรรกะของฟังก์ชันที่นำไปใช้ในกระบวนการของการดำเนินการเชื่อมต่อระหว่างกันของการบรรจุฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์สะท้อนสิ่งต่อไปนี้:
- ชุดขององค์ประกอบทางกายภาพที่สร้างไมโครโปรเซสเซอร์ เช่นเดียวกับการเชื่อมต่อระหว่างบล็อกการทำงาน
- รูปแบบและวิธีการให้ข้อมูล
- ช่องสำหรับเข้าถึงโมดูลโครงสร้างที่มีให้ใช้กับพารามิเตอร์เพื่อใช้งานต่อไป
- การทำงานที่ไมโครโปรเซสเซอร์สามารถดำเนินการได้
- ลักษณะของคำสั่งควบคุมที่อุปกรณ์สร้างหรือรับ
- ปฏิกิริยาต่อสัญญาณจากภายนอก
อินเทอร์เฟซภายนอก
ไมโครโปรเซสเซอร์นั้นไม่ค่อยถูกมองว่าเป็นระบบแยกสำหรับดำเนินการคำสั่งหนึ่งคำในรูปแบบคงที่ มีอุปกรณ์ที่ประมวลผลสัญญาณเดียวตามรูปแบบที่กำหนด แต่ส่วนใหญ่แล้วเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์มักทำงานร่วมกับลิงก์การสื่อสารจำนวนมากจากแหล่งที่มาซึ่งไม่ใช่เชิงเส้นตรงในแง่ของคำสั่งที่ประมวลผล ในการจัดระเบียบการโต้ตอบกับอุปกรณ์และแหล่งข้อมูลของบุคคลที่สาม จะมีรูปแบบการเชื่อมต่อพิเศษ - อินเทอร์เฟซ แต่ก่อนอื่นคุณต้องพิจารณาก่อนว่ากำลังสื่อสารกับอะไร ตามกฎแล้ว อุปกรณ์ควบคุมจะทำหน้าที่ในลักษณะนี้ กล่าวคือ ไมโครโปรเซสเซอร์ส่งคำสั่งถึงพวกเขา และในโหมดความคิดเห็น สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของหน่วยงานบริหารได้
สำหรับอินเทอร์เฟซภายนอก ไม่เพียงแต่ให้บริการสำหรับความเป็นไปได้ของการโต้ตอบของกลไกการบริหารบางอย่างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการรวมเข้ากับโครงสร้างของศูนย์ควบคุมอีกด้วย สำหรับคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนและเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ นี่อาจเป็นชุดเครื่องมือฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ทั้งชุดที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคอนโทรลเลอร์ นอกจากนี้ ไมโครคอนโทรลเลอร์มักจะรวมฟังก์ชันของการประมวลผลและการออกคำสั่งกับงานในการสื่อสารระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และอุปกรณ์ภายนอก
ข้อมูลจำเพาะไมโครโปรเซสเซอร์
คุณสมบัติหลักของอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์มีดังนี้:
- ความถี่นาฬิกา ช่วงเวลาที่เปลี่ยนส่วนประกอบคอมพิวเตอร์
- กว้าง. จำนวนสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับการประมวลผลไบนารี่พร้อมกันตัวเลข
- สถาปัตยกรรม. การกำหนดค่าตำแหน่งและวิธีการโต้ตอบขององค์ประกอบการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์
ธรรมชาติของกระบวนการปฏิบัติงานยังสามารถตัดสินตามเกณฑ์ความสม่ำเสมอกับหลัก ในกรณีแรก เรากำลังพูดถึงวิธีที่เราใช้หลักการของการทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอในหน่วยเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ของคอมพิวเตอร์โดยเฉพาะ กล่าวคือ เปอร์เซ็นต์ตามเงื่อนไขของลิงก์และรายการงานที่ซ้ำกันคือเท่าใด ความสม่ำเสมอสามารถใช้ได้โดยทั่วไปกับโครงสร้างขององค์กรสคีมาภายในระบบประมวลผลข้อมูลเดียวกัน
Backbone ระบุวิธีการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโมดูลภายในของระบบ ซึ่งส่งผลต่อลักษณะการเรียงลำดับของลิงก์ด้วย เมื่อรวมหลักการของแกนหลักและความสม่ำเสมอเข้าด้วยกัน เป็นไปได้ที่จะพัฒนากลยุทธ์สำหรับการสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ที่รวมเป็นหนึ่งเดียวกับมาตรฐานที่กำหนด แนวทางนี้มีข้อได้เปรียบในการอำนวยความสะดวกในองค์กรด้านการสื่อสารในระดับต่างๆ ในแง่ของการโต้ตอบผ่านอินเทอร์เฟซ ในทางกลับกัน การกำหนดมาตรฐานไม่อนุญาตให้ขยายความสามารถของระบบและเพิ่มความต้านทานต่อโหลดภายนอก
หน่วยความจำในเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์
การจัดเก็บข้อมูลได้รับการจัดระเบียบโดยใช้อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลพิเศษที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งนี้ใช้กับหน่วยความจำภายใน แต่สามารถใช้สื่อออปติคัลและแม่เหล็กภายนอกได้เช่นกัน นอกจากนี้ องค์ประกอบการจัดเก็บข้อมูลตามวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สามารถแสดงเป็นวงจรรวม ซึ่งรวมอยู่ในไมโครโปรเซสเซอร์ เซลล์หน่วยความจำดังกล่าวไม่เพียงแต่ใช้สำหรับจัดเก็บโปรแกรมเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับให้บริการหน่วยความจำของโปรเซสเซอร์กลางด้วยตัวควบคุมด้วย
ถ้าเรามองลึกลงไปที่พื้นฐานโครงสร้างของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล วงจรที่ทำจากโลหะ อิเล็กทริก และเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนจะมาอยู่ข้างหน้า ส่วนประกอบโลหะ ออกไซด์ และเซมิคอนดักเตอร์ใช้เป็นไดอิเล็กทริก ระดับการรวมอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลถูกกำหนดโดยเป้าหมายและลักษณะของฮาร์ดแวร์ ในเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์แบบดิจิตอลที่มีฟังก์ชันหน่วยความจำวิดีโอ การป้องกันสัญญาณรบกวน ความเสถียร ความเร็ว และอื่นๆ ยังได้เพิ่มข้อกำหนดสากลสำหรับการรวมที่เชื่อถือได้และการปฏิบัติตามพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า ไมโครวงจรดิจิตอลแบบไบโพลาร์เป็นโซลูชั่นที่เหมาะสมที่สุดในแง่ของเกณฑ์ประสิทธิภาพและความเก่งกาจในการผสานรวม ซึ่งยังสามารถใช้เป็นทริกเกอร์ โปรเซสเซอร์ หรืออินเวอร์เตอร์ได้อีกด้วย
ฟังก์ชั่น
ช่วงของฟังก์ชันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับงานที่ไมโครโปรเซสเซอร์จะแก้ไขภายในกระบวนการเฉพาะ ชุดฟังก์ชันสากลในเวอร์ชันทั่วไปสามารถแสดงได้ดังนี้:
- กำลังอ่านข้อมูล
- การประมวลผลข้อมูล
- การแลกเปลี่ยนข้อมูลกับหน่วยความจำภายใน โมดูล หรืออุปกรณ์ที่เชื่อมต่อภายนอก
- บันทึกข้อมูล
- ข้อมูลเข้าและออก
ความหมายของแต่ละอย่างข้างบนนี้การดำเนินการจะถูกกำหนดโดยบริบทของระบบโดยรวมที่ใช้อุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น ภายในกรอบของการดำเนินการเลขคณิต-ลอจิคัล เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งเป็นผลมาจากการประมวลผลข้อมูลอินพุต สามารถนำเสนอข้อมูลใหม่ ซึ่งจะกลายเป็นเหตุผลสำหรับสัญญาณคำสั่งอย่างใดอย่างหนึ่ง นอกจากนี้ยังควรสังเกตการทำงานภายใน เนื่องจากพารามิเตอร์การทำงานของโปรเซสเซอร์เอง คอนโทรลเลอร์ พาวเวอร์ซัพพลาย แอคทูเอเตอร์ และโมดูลอื่นๆ ที่ทำงานภายในระบบควบคุมได้รับการควบคุม
ผู้ผลิตอุปกรณ์
ต้นกำเนิดของการสร้างอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์คือวิศวกรของ Intel ที่เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตทั้งสายโดยใช้แพลตฟอร์ม MCS-51 ซึ่งยังคงใช้ในบางพื้นที่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ ผู้ผลิตรายอื่นๆ หลายรายยังใช้ตระกูล x51 สำหรับโครงการของตนเองซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่ ซึ่งเป็นตัวแทนของการพัฒนาในประเทศ เช่น คอมพิวเตอร์ชิปเดี่ยว K1816BE51
เมื่อเข้าสู่เซ็กเมนต์ของโปรเซสเซอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้น Intel ได้มอบไมโครคอนโทรลเลอร์ให้กับบริษัทอื่น ๆ รวมถึง Analog Device และ Atmel Zilog, Microchip, NEC และอื่นๆ นำเสนอรูปลักษณ์ใหม่พื้นฐานของสถาปัตยกรรมไมโครโปรเซสเซอร์ ในปัจจุบัน ในบริบทของการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ สาย x51, AVR และ PIC ถือได้ว่าประสบความสำเร็จมากที่สุด ถ้าเราพูดถึงแนวโน้มการพัฒนา วันนี้เป็นอันดับแรกสถานที่นี้ถูกแทนที่ด้วยข้อกำหนดสำหรับการขยายขอบเขตงานการควบคุมภายใน ความกะทัดรัด และการใช้พลังงานต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งไมโครคอนโทรลเลอร์มีขนาดเล็กลงและชาญฉลาดขึ้นในแง่ของการบำรุงรักษา แต่ในขณะเดียวกันก็เพิ่มศักยภาพด้านพลังงานของพวกเขา
การบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์
ตามระเบียบข้อบังคับ ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ให้บริการโดยทีมงานที่นำโดยช่างไฟฟ้า งานบำรุงรักษาหลักในพื้นที่นี้มีดังต่อไปนี้:
- แก้ไขข้อผิดพลาดในกระบวนการทำงานของระบบและการวิเคราะห์เพื่อหาสาเหตุของการละเมิด
- ป้องกันความล้มเหลวของอุปกรณ์และส่วนประกอบผ่านการบำรุงรักษาตามกำหนดเวลาที่กำหนด
- ซ่อมแซมอุปกรณ์ที่ชำรุดโดยการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เสียหายหรือเปลี่ยนชิ้นส่วนที่คล้ายกันที่สามารถซ่อมบำรุงได้
- การผลิตการซ่อมแซมส่วนประกอบระบบในเวลาที่เหมาะสม
การบำรุงรักษาโดยตรงของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์อาจซับซ้อนหรือเล็กน้อยก็ได้ ในกรณีแรก รายการการดำเนินงานด้านเทคนิคจะถูกรวมเข้าด้วยกัน โดยไม่คำนึงถึงความเข้มของแรงงานและระดับความซับซ้อน ด้วยวิธีการขนาดเล็ก การเน้นอยู่ที่การปรับเปลี่ยนเป็นรายบุคคลของการดำเนินการแต่ละอย่าง นั่นคือ การดำเนินการซ่อมแซมหรือบำรุงรักษาแต่ละรายการจะดำเนินการในรูปแบบที่แยกจากมุมมองขององค์กรตามแผนที่เทคโนโลยี ข้อเสียของวิธีนี้เกี่ยวข้องกับต้นทุนเวิร์กโฟลว์ที่สูง ซึ่งอาจไม่สมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจภายในระบบขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน บริการขนาดเล็กปรับปรุงคุณภาพการสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับอุปกรณ์ ลดความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวเพิ่มเติมพร้อมกับส่วนประกอบแต่ละส่วน
การใช้เทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์
ก่อนการเปิดตัวไมโครโปรเซสเซอร์อย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ของอุตสาหกรรม เศรษฐกิจในประเทศและในประเทศ มีอุปสรรคน้อยลงเรื่อยๆ นี่เป็นอีกครั้งเนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์เหล่านี้ การลดต้นทุน และความต้องการองค์ประกอบระบบอัตโนมัติที่เพิ่มขึ้น การใช้งานทั่วไปบางส่วนสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ ได้แก่:
- อุตสาหกรรม. ไมโครโปรเซสเซอร์ใช้ในการจัดการงาน การประสานงานเครื่องจักร ระบบควบคุม และการรวบรวมประสิทธิภาพการผลิต
- ค้าขาย. ในพื้นที่นี้ การทำงานของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับการคำนวณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการบำรุงรักษาโมเดลลอจิสติกส์ในการจัดการสินค้า สต็อค และกระแสข้อมูลด้วย
- ระบบรักษาความปลอดภัย. อิเล็กทรอนิกส์ในระบบความปลอดภัยและสัญญาณเตือนภัยที่ทันสมัยกำหนดความต้องการสูงสำหรับระบบอัตโนมัติและการควบคุมอัจฉริยะ ซึ่งช่วยให้เราสามารถจัดหาไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับคนรุ่นใหม่
- การสื่อสาร. แน่นอนว่าเทคโนโลยีการสื่อสารไม่สามารถทำได้หากไม่มีตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ซึ่งให้บริการมัลติเพล็กเซอร์ เทอร์มินัลระยะไกล และวงจรสวิตชิ่ง
สรุปสั้นๆ
ผู้บริโภคในวงกว้างยังนึกไม่ออกแม้แต่วันนี้ความสามารถของเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ แต่ผู้ผลิตไม่หยุดนิ่งและกำลังพิจารณาทิศทางที่มีแนวโน้มในการพัฒนาผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น กฎของอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ยังคงรักษาไว้อย่างดี ซึ่งทุกๆ สองปีจำนวนทรานซิสเตอร์ในวงจรโปรเซสเซอร์จะลดลง แต่ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยไม่เพียงแต่สามารถอวดถึงการปรับโครงสร้างให้เหมาะสมเท่านั้น ผู้เชี่ยวชาญยังคาดการณ์ถึงนวัตกรรมมากมายในแง่ของการจัดวงจรใหม่ ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกให้กับแนวทางทางเทคโนโลยีในการพัฒนาโปรเซสเซอร์และลดต้นทุนพื้นฐาน