Durante varias décadas de desarrollo, el microprocesador ha recorrido un largo camino desde un objeto de aplicación en áreas altamente especializadas hasta un producto de amplia explotación. Hoy, de una forma u otra, estos dispositivos, junto con los controladores, se utilizan en casi cualquier campo de producción. En un sentido amplio, la tecnología de microprocesadores proporciona procesos de control y automatización, pero en esa dirección se están formando y aprobando nuevas áreas para el desarrollo de dispositivos de alta tecnología, hasta la aparición de indicios de inteligencia artificial.
Comprensión general de los microprocesadores
La gestión o el control de determinados procesos requiere un soporte de software adecuado sobre una base técnica real. En esta capacidad, actúa uno o un conjunto de chips sobre cristales de matriz básicos. Para necesidades prácticas, casi siempre se utilizan módulos de conjuntos de chips, es decir, conjuntos de chips que están conectados por un sistema de alimentación común,señales, formatos de procesamiento de información, etc. En la interpretación científica, como se señala en los fundamentos teóricos de la tecnología de microprocesadores, tales dispositivos son un lugar (memoria principal) para almacenar operandos y comandos en forma codificada. El control directo se implementa a un nivel superior, pero también a través de circuitos integrados de microprocesador. Los controladores se utilizan para esto.
Solo se puede hablar de controladores en relación con microcomputadoras o microcomputadoras que consisten en microprocesadores. En realidad, esta es una técnica de trabajo, en principio capaz de realizar ciertas operaciones o comandos en el marco de un algoritmo dado. Como se señala en el libro de texto sobre tecnología de microprocesadores de S. N. Liventsov, un microcontrolador debe entenderse como una computadora enfocada en realizar operaciones lógicas como parte del control del equipo. Se basa en los mismos esquemas, pero con un recurso informático limitado. La tarea del microcontrolador en mayor medida es implementar procedimientos responsables, pero simples, sin circuitos complejos. Sin embargo, tales dispositivos tampoco pueden llamarse tecnológicamente primitivos, ya que en las industrias modernas los microcontroladores pueden controlar simultáneamente cientos e incluso miles de operaciones al mismo tiempo, teniendo en cuenta los parámetros indirectos de su ejecución. En general, la estructura lógica del microcontrolador está diseñada teniendo en cuenta la potencia, la versatilidad y la confiabilidad.
Arquitectura
Los desarrolladores de dispositivos con microprocesador se enfrentan a un conjuntocomponentes funcionales, que eventualmente forman un solo complejo de trabajo. Incluso un modelo simple de microcomputadora prevé el uso de una serie de elementos que aseguran el cumplimiento de las tareas asignadas a la máquina. La forma de interacción entre estos componentes, así como los medios de comunicación con las señales de entrada y salida, determinan en gran medida la arquitectura del microprocesador. En cuanto al concepto mismo de arquitectura, se expresa en diferentes definiciones. Puede ser un conjunto de parámetros técnicos, físicos y operativos, incluido el número de registros de memoria, la profundidad de bits, la velocidad, etc. Pero, de acuerdo con los fundamentos teóricos de la tecnología de microprocesadores, la arquitectura en este caso debe entenderse como la organización lógica de funciones implementadas en el proceso de operación interconectada de relleno de hardware y software. Más específicamente, la arquitectura del microprocesador refleja lo siguiente:
- El conjunto de elementos físicos que forman un microprocesador, así como las conexiones entre sus bloques funcionales.
- Formatos y formas de brindar información.
- Canales para acceder a módulos de estructura disponibles para usar con parámetros para su uso posterior.
- Operaciones que puede realizar un microprocesador en particular.
- Características de los comandos de control que genera o recibe el dispositivo.
- Reacciones a señales del exterior.
Interfaces externas
El microprocesador rara vez se ve como un sistema aislado paraejecutar comandos de una sola palabra en un formato estático. Hay dispositivos que procesan una señal de acuerdo con un esquema determinado, pero la mayoría de las veces la tecnología de microprocesador funciona con una gran cantidad de enlaces de comunicación de fuentes que no son lineales en términos de comandos procesados. Para organizar la interacción con equipos y fuentes de datos de terceros, se proporcionan formatos de conexión especiales: interfaces. Pero primero debe determinar con qué se está comunicando exactamente. Como regla general, los dispositivos controlados actúan en esta capacidad, es decir, se les envía un comando desde el microprocesador y, en el modo de retroalimentación, se pueden recibir datos sobre el estado del órgano ejecutivo.
En cuanto a las interfaces externas, sirven no solo para la posibilidad de interacción de un determinado mecanismo ejecutivo, sino también para su integración en la estructura del complejo de control. Con respecto a la tecnología compleja de computadoras y microprocesadores, esto puede ser un conjunto completo de herramientas de hardware y software estrechamente relacionadas con el controlador. Además, los microcontroladores a menudo combinan las funciones de procesamiento y emisión de comandos con las tareas de proporcionar comunicación entre microprocesadores y dispositivos externos.
Especificaciones del microprocesador
Las principales características de los dispositivos con microprocesador incluyen las siguientes:
- Frecuencia de reloj. Período de tiempo durante el cual se conmutan los componentes de la computadora.
- Ancho. El número máximo posible para el procesamiento simultáneo de binariodígitos.
- Arquitectura. Configuración de ubicación y formas de interacción de los elementos de trabajo del microprocesador.
La naturaleza del proceso operativo también se puede juzgar por los criterios de regularidad con el principal. En el primer caso, estamos hablando de cómo implementamos el principio de repetibilidad regular en una unidad particular de tecnología de microprocesador de computadora. En otras palabras, cuál es el porcentaje condicional de enlaces y elementos de trabajo que se duplican entre sí. La regularidad se puede aplicar en general a la estructura de la organización del esquema dentro del mismo sistema de procesamiento de datos.
Backbone indica el método de intercambio de datos entre los módulos internos del sistema, afectando también la naturaleza del ordenamiento de los enlaces. Combinando los principios de backbone y regularidad, es posible desarrollar una estrategia para crear microprocesadores unificados a un cierto estándar. Este enfoque tiene la ventaja de facilitar la organización de la comunicación en diferentes niveles en términos de interacción a través de interfaces. Por otro lado, la estandarización no permite expandir las capacidades del sistema y aumentar su resistencia a las cargas externas.
Memoria en tecnología de microprocesador
El almacenamiento de información se organiza con la ayuda de dispositivos de almacenamiento especiales hechos de semiconductores. Esto se aplica a la memoria interna, pero también se pueden usar medios ópticos y magnéticos externos. Además, los elementos de almacenamiento de datos basados en materiales semiconductores pueden representarse como circuitos integrados, queincluido en el microprocesador. Dichas celdas de memoria se utilizan no solo para almacenar programas, sino también para dar servicio a la memoria del procesador central con controladores.
Si echamos un vistazo más profundo a la base estructural de los dispositivos de almacenamiento, los circuitos hechos de metal, dieléctrico y semiconductor de silicio pasarán a primer plano. Los componentes de metal, óxido y semiconductores se utilizan como dieléctricos. El nivel de integración del dispositivo de almacenamiento está determinado por los objetivos y las características del hardware. En la tecnología de microprocesador digital con la provisión de una función de memoria de video, la inmunidad al ruido, la estabilidad, la velocidad, etc. también se agregan a los requisitos universales para una integración confiable y el cumplimiento de los parámetros eléctricos. Los microcircuitos digitales bipolares son la solución óptima en términos de criterios de rendimiento y versatilidad de integración, que, dependiendo de las tareas actuales, también se pueden utilizar como disparador, procesador o inversor.
Funciones
La gama de funciones se basa en gran medida en las tareas que el microprocesador resolverá dentro de un proceso particular. El conjunto universal de funciones en una versión generalizada se puede representar de la siguiente manera:
- Leyendo datos.
- Procesamiento de datos.
- Intercambio de información con memoria interna, módulos o dispositivos externos conectados.
- Grabar datos.
- Entrada y salida de datos.
El significado de cada uno de los anterioresoperaciones está determinada por el contexto del sistema general en el que se utiliza el dispositivo. Por ejemplo, en el marco de las operaciones aritmético-lógicas, la tecnología electrónica y de microprocesadores, como resultado del procesamiento de la información de entrada, puede presentar nueva información que, a su vez, se convertirá en el motivo de una u otra señal de comando. También vale la pena señalar la funcionalidad interna, gracias a la cual se regulan los parámetros operativos del propio procesador, el controlador, la fuente de alimentación, los actuadores y otros módulos que operan dentro del sistema de control.
Fabricantes de dispositivos
Los orígenes de la creación de dispositivos con microprocesador fueron ingenieros de Intel que lanzaron una línea completa de microcontroladores de 8 bits basados en la plataforma MCS-51, que todavía se usan en algunas áreas en la actualidad. Además, muchos otros fabricantes utilizaron la familia x51 para sus propios proyectos como parte del desarrollo de nuevas generaciones de electrónica y tecnología de microprocesadores, entre cuyos representantes se encuentran desarrollos domésticos como la computadora de un solo chip K1816BE51.
Habiendo entrado en el segmento de los procesadores más complejos, Intel dio paso a los microcontroladores a otras empresas, incluidas Analog Device y Atmel. Zilog, Microchip, NEC y otros ofrecen una mirada fundamentalmente nueva a la arquitectura de microprocesadores. Hoy, en el contexto del desarrollo de la tecnología de microprocesadores, las líneas x51, AVR y PIC pueden considerarse las más exitosas. Si hablamos de tendencias de desarrollo, entonces en estos días la primerael lugar se reemplaza por requisitos para ampliar la gama de tareas de control interno, compacidad y bajo consumo de energía. En otras palabras, los microcontroladores son cada vez más pequeños y más inteligentes en términos de mantenimiento, pero al mismo tiempo aumentan su potencia potencial.
Mantenimiento de equipos basados en microprocesador
De acuerdo con las regulaciones, los sistemas de microprocesador son atendidos por equipos de trabajadores dirigidos por un electricista. Las principales tareas de mantenimiento en esta área incluyen las siguientes:
- Reparación de fallas en el proceso de operación del sistema y su análisis para determinar las causas de la violación.
- Evite fallas en dispositivos y componentes a través del mantenimiento programado asignado.
- Repare las fallas del dispositivo reparando las piezas dañadas o reemplazándolas con piezas similares reparables.
- Producción de reparación oportuna de los componentes del sistema.
El mantenimiento directo de la tecnología de microprocesador puede ser complejo o menor. En el primer caso, se combina una lista de operaciones técnicas, independientemente de su intensidad laboral y nivel de complejidad. Con un enfoque de pequeña escala, el énfasis está en la individualización de cada operación, es decir, las acciones individuales de reparación o mantenimiento se realizan en un formato aislado desde el punto de vista de la organización de acuerdo con el mapa tecnológico. Las desventajas de este método están asociadas con los altos costos del flujo de trabajo, que pueden no justificarse económicamente dentro de un sistema a gran escala. Por otro lado, el servicio a pequeña escalamejora la calidad del soporte técnico para el equipo, minimizando el riesgo de fallas futuras junto con los componentes individuales.
Uso de tecnología de microprocesador
Antes de la introducción generalizada de microprocesadores en diversas áreas de la industria, la economía nacional y nacional, existen cada vez menos barreras. Esto se debe nuevamente a la optimización de estos dispositivos, su reducción de costo y la creciente necesidad de elementos de automatización. Algunos de los usos más comunes de estos dispositivos incluyen:
- Industria. Los microprocesadores se utilizan en la gestión del trabajo, la coordinación de máquinas, los sistemas de control y la recopilación del rendimiento de la producción.
- Comercio. En esta área, el funcionamiento de la tecnología de microprocesadores está asociado no solo a operaciones computacionales, sino también al mantenimiento de modelos logísticos en la gestión de mercancías, stocks y flujos de información.
- Sistemas de seguridad. La electrónica en los complejos modernos de seguridad y alarma establece altos requisitos para la automatización y el control inteligente, lo que nos permite proporcionar microprocesadores de nuevas generaciones.
- Comunicación. Por supuesto, las tecnologías de la comunicación no pueden prescindir de los controladores programables que sirven a los multiplexores, terminales remotos y circuitos de conmutación.
Algunas palabras para concluir
Una amplia audiencia de consumidores no puede imaginar completamente ni siquiera la actualcapacidades de la tecnología de microprocesadores, pero los fabricantes no se quedan quietos y ya están considerando direcciones prometedoras para el desarrollo de estos productos. Por ejemplo, la regla de la industria informática todavía se mantiene bien, según la cual cada dos años disminuirá la cantidad de transistores en los circuitos del procesador. Pero los microprocesadores modernos pueden presumir no solo de optimización estructural. Los expertos también pronostican muchas innovaciones en cuanto a la organización de nuevos circuitos, lo que facilitará el enfoque tecnológico para el desarrollo de procesadores y reducirá su costo base.
