ระบบไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ก็มีความแม่นยำเช่นกัน การใช้ระบบไมโครโปรเซสเซอร์

ในการใช้งานไมโครโปรเซสเซอร์ (MP) และไมโครคอมพิวเตอร์ที่หลากหลายและหลากหลาย หนึ่งในสถานที่แรก ๆ ในแง่ของปริมาณและการใช้งานถูกครอบครองโดยระบบไมโครโปรเซสเซอร์ - ระบบคอมพิวเตอร์เชิงวัตถุ เช่น สำหรับการควบคุม การวินิจฉัย การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล และรูปภาพ

ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์จะมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ ทรัพย์สินที่สำคัญไมโครโปรเซสเซอร์เช่น การฝังได้– ความสามารถในการนำเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์มาสู่วัตถุประสงค์ในการวัด การควบคุม การประมวลผลข้อมูล หรือการวินิจฉัยโดยตรง

งานหลักที่สามารถแก้ไขได้โดยใช้ระบบไมโครโปรเซสเซอร์มีดังต่อไปนี้:

– การจัดการที่ซับซ้อน กระบวนการทางเทคโนโลยีหรือวัตถุทางเทคนิคตามอัลกอริทึมที่กำหนด

– การประมวลผลสัญญาณดิจิตอลโดยตรงที่ตำแหน่งของแหล่งสัญญาณ

– การประมวลผลภาพ – การกรอง, การทำให้คมชัด, การเน้นขอบ, การปรับขนาด ฯลฯ ในระบบการมองเห็นทางเทคนิคในหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ในระบบเรดาร์ ในระบบเฝ้าระวัง การนำทาง ฯลฯ

– การปรับระบบการวัด การควบคุม การพยากรณ์อัตโนมัติให้เข้ากับสภาวะที่เปลี่ยนแปลง

– การสร้างระบบควบคุมที่ยืดหยุ่นและปรับได้ การประมวลผลสัญญาณดิจิทัลและภาพ

– การสะสมและการประมวลผลข้อมูลเบื้องต้น

– การสร้างอุปกรณ์มัลติฟังก์ชั่น ขยายขีดความสามารถของอุปกรณ์ที่มีอยู่

– การสร้างอุปกรณ์และระบบ "อัจฉริยะ" เพิ่มระดับความฉลาดของอุปกรณ์และอุปกรณ์ที่มีอยู่

– ดำเนินการวินิจฉัยตนเองและทดสอบอุปกรณ์

ความเป็นไปได้ของการนำฟังก์ชันเหล่านี้ไปใช้ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์ร่วมกับความก้าวหน้าทางอิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสาร การพัฒนาวิธีทางคณิตศาสตร์สำหรับการประมวลผลสัญญาณระหว่างการวัดและการพัฒนาซอฟต์แวร์ที่เหมาะสม ได้สร้างข้อกำหนดเบื้องต้นที่จำเป็นสำหรับการเกิดขึ้นของระบบไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่ และอุปกรณ์ด้วย ความเป็นไปได้ดังต่อไปนี้:

– ระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบของการประมวลผลข้อมูลทุกประเภท การรวมและการประสานงานของฟังก์ชันทั้งหมดที่ระบบให้มา

– เพิ่มองค์ประกอบของระบบและขยายฟังก์ชันด้วยโครงสร้างแกนหลักของการก่อสร้างและการพัฒนาซอฟต์แวร์

– อัลกอริธึมและวิธีการวัดที่หลากหลาย

– การกระจายอำนาจของงานที่ดำเนินการตามลักษณะการทำงาน องค์กร และอาณาเขต ความพร้อมใช้งานของเครื่องมือปัญญาประดิษฐ์ ความสามารถในการฝึกอบรมระบบ การปรับตัวและการเพิ่มประสิทธิภาพ

– ความน่าเชื่อถือสูงและความน่าเชื่อถือในการทำงานด้วยเครื่องมือวินิจฉัยและทดสอบตัวเอง รวมถึงความยืดหยุ่นในการจัดการระบบ

– ความสามารถในการเชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์อื่น ๆ

สำหรับการใช้งานจริงของงานข้างต้นจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาทางวิทยาศาสตร์เทคนิคและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการสร้างและพัฒนาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์อย่างครอบคลุมและวิธีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ กระบวนการที่ซับซ้อนและวัตถุทางเทคนิค ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล และดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) อินเทอร์เฟซ LSI และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ โดยใช้ วิธีการที่ทันสมัยการสื่อสารและสุดท้ายด้วยการฝึกอบรมบุคลากรที่สามารถแก้ไขปัญหาที่ได้รับมอบหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ไมโครวงจรดิจิตอลได้รับประสิทธิภาพที่น่าประทับใจโดยมีการใช้กระแสไฟที่ยอมรับได้ ไมโครวงจรดิจิตอลที่เร็วที่สุดมีความเร็วในการเปลี่ยนประมาณ 3..5 ns (ซีรี่ส์ชิป 74ALS) ในเวลาเดียวกันคุณจะต้องจ่ายสำหรับความเร็วของวงจรไมโครที่มีการสิ้นเปลืองกระแสไฟเพิ่มขึ้น ข้อยกเว้นคือไมโครวงจรที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของเทคโนโลยี CMOS (เช่น ไมโครวงจรของซีรีส์ 1564, 74HC, 74AHC) ในวงจรขนาดเล็กเหล่านี้ การใช้กระแสไฟจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วในการเปลี่ยนของลอจิกเกตในวงจรขนาดเล็ก เหล่านั้น. ไมโครเซอร์กิตจะเพิ่มการใช้กระแสไฟโดยอัตโนมัติหากต้องการประสิทธิภาพที่มากขึ้น ดังนั้นในปัจจุบันไมโครเซอร์กิตส่วนใหญ่จึงผลิตโดยใช้เทคโนโลยีนี้

อุปกรณ์ดิจิทัลมักทำงานที่ค่อนข้างซับซ้อน คำถามเกิดขึ้น: เนื่องจากไมโครวงจรมีประสิทธิภาพสูงเช่นนี้ เป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้ไมโครวงจรเดียวกันซ้ำ ๆ ? จากนั้นจะสามารถแลกเปลี่ยนความเร็วของไมโครวงจรกับความซับซ้อนของปัญหาที่กำลังแก้ไขได้ เป็นการแลกเปลี่ยนที่ไมโครโปรเซสเซอร์อนุญาตให้ดำเนินการได้ ชิปเหล่านี้ใช้อุปกรณ์เดียวกันซ้ำๆ - ALU (หน่วยลอจิกทางคณิตศาสตร์) ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะแลกเปลี่ยนความเร็วสูงสุดของไมโครคอนโทรลเลอร์กับความซับซ้อนของอุปกรณ์ที่นำไปใช้ ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงพยายามเพิ่มความเร็วของไมโครโปรเซสเซอร์ให้สูงสุด - ทำให้สามารถใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นในปริมาณเท่ากันได้

อีกเหตุผลหนึ่งสำหรับการใช้ไมโครโปรเซสเซอร์อย่างแพร่หลายก็คือไมโครโปรเซสเซอร์เป็นชิปสากลที่สามารถทำหน้าที่ได้เกือบทุกฟังก์ชั่น ความเป็นสากลทำให้มีความต้องการวงจรไมโครเหล่านี้อย่างกว้างขวาง ซึ่งหมายถึงการผลิตจำนวนมาก ต้นทุนของไมโครวงจรนั้นแปรผกผันกับการผลิตจำนวนมากนั่นคือไมโครโปรเซสเซอร์กลายเป็นไมโครวงจรราคาถูกและทำให้ความต้องการเพิ่มมากขึ้น

ใน ในระดับสูงสุดคุณสมบัติข้างต้นทั้งหมดแสดงอยู่ในไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวหรือตามที่มักเรียกตามสาขาการใช้งาน: ไมโครคอนโทรลเลอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์รวมส่วนประกอบทั้งหมดของคอมพิวเตอร์ไว้บนชิปตัวเดียว ได้แก่ ไมโครโปรเซสเซอร์ (มักเรียกว่าแกนไมโครคอนโทรลเลอร์), RAM, ROM, ตัวจับเวลา และพอร์ต I/O

ข้อสรุป:

เทคโนโลยี CMOS ช่วยให้คุณแลกเปลี่ยนความเร็วในการทำงานสำหรับการสิ้นเปลืองกระแสไฟ (ยิ่งองค์ประกอบลอจิกของสวิตช์ไมโครวงจรเร็วขึ้นเท่าไร กระแสไมโครวงจรก็จะยิ่งกินมากขึ้นเท่านั้น)

ไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วยให้คุณสามารถใช้วงจรควบคุมที่มีความซับซ้อนเกือบทุกชนิดบนชิปสากลตัวเดียว

ไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วยให้คุณสามารถแลกเปลี่ยนความเร็วของการทำงานกับความซับซ้อนของอุปกรณ์ที่ออกแบบได้

ไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วยให้คุณสามารถใช้งานอุปกรณ์โดยมีค่าใช้จ่าย ขนาด และการใช้กระแสไฟน้อยที่สุด

เวลาในการพัฒนาฮาร์ดแวร์บนไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นน้อยมาก

การปรับปรุงอุปกรณ์ให้ทันสมัยประกอบด้วยการเปลี่ยนโปรแกรมควบคุม

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์เป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบมาเพื่อประมวลผลสัญญาณอินพุตและสร้างสัญญาณเอาท์พุต ในกรณีนี้สามารถใช้เป็นสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตได้

• สัญญาณแอนะล็อก (สัญญาณแอนะล็อกอินพุตจะถูกแปลงเป็นลำดับของโค้ดตัวอย่างโดยใช้ ADC สัญญาณแอนะล็อกเอาต์พุตจะถูกสร้างขึ้นจากลำดับของโค้ดตัวอย่างโดยใช้ DAC)
• สัญญาณดิจิตอลเดียว
• รหัสดิจิทัล
• ลำดับของรหัสดิจิทัล

สัญญาณ (หรือข้อมูล) จะถูกจัดเก็บและสะสมภายในระบบ

ข้อมูลได้รับการประมวลผลและจัดเก็บแบบดิจิทัล

ในระบบดิจิทัล อัลกอริธึมสำหรับการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลจะเชื่อมต่อกับวงจรของระบบอย่างเคร่งครัด (การเปลี่ยนอัลกอริธึมสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนโครงสร้างของระบบเท่านั้น การแทนที่ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่รวมอยู่ในระบบ และ/หรือ การเชื่อมต่อระหว่างกัน - ตัวอย่างเช่น การดำเนินการสรุปเพิ่มเติม: เพิ่ม adder ในระบบดิจิทัลฟังก์ชันเพิ่มเติมในการจัดเก็บรหัสสำหรับหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกาคือการเพิ่มการลงทะเบียน ตามธรรมชาติแล้ว สิ่งนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำระหว่างการดำเนินการซึ่งเป็นวงจรการผลิตใหม่ของการออกแบบการผลิต และจำเป็นต้องมีการดีบักทั้งระบบ นั่นคือสาเหตุที่ระบบดิจิทัลมักถูกเรียกว่าระบบ "ฮาร์ดลอจิก" - ระบบพิเศษ ปรับเฉพาะงานเดียวหรือ (ไม่บ่อยนัก) ไปสู่งานที่ปิดซึ่งรู้จักกันก่อนหน้านี้หลายงาน

ข้อดี:

· ขาดความซ้ำซ้อนของฮาร์ดแวร์ กล่าวคือ แต่ละองค์ประกอบจำเป็นต้องทำงานอย่างเต็มประสิทธิภาพ (แน่นอน หากระบบนี้ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม)

· รับประกันประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ เนื่องจากความเร็วของการดำเนินการของอัลกอริธึมการประมวลผลข้อมูลนั้นถูกกำหนดโดยประสิทธิภาพขององค์ประกอบลอจิคัลแต่ละรายการและโครงร่างเส้นทางการไหลของข้อมูลที่เลือกเท่านั้น (องค์ประกอบเชิงตรรกะมีค่าสูงสุด ช่วงเวลานี้ความเร็ว)

ตำหนิ

· สำหรับงานใหม่แต่ละงาน จะต้องได้รับการออกแบบและผลิตใหม่ (กระบวนการที่ยาวและมีราคาแพงซึ่งต้องใช้นักแสดงที่มีคุณสมบัติสูง)

จำเป็นต้องมีระบบที่สามารถปรับให้เข้ากับงานใดๆ ได้อย่างง่ายดาย เปลี่ยนจากอัลกอริธึมการทำงานหนึ่งไปอีกอัลกอริธึมโดยไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ เราสามารถตั้งค่าอัลกอริทึมอย่างใดอย่างหนึ่งสำหรับการทำงานของระบบดังกล่าวโดยการป้อนข้อมูลการควบคุมบางอย่างเข้าสู่ระบบ - โปรแกรม ระบบนี้มีคุณสมบัติเป็นสากล หรือสามารถตั้งโปรแกรมได้ ไม่ใช่ "เข้มงวด" แต่ "ยืดหยุ่น" นี่คือสิ่งที่ระบบไมโครโปรเซสเซอร์มอบให้

ข้าว. ระบบไมโครโปรเซสเซอร์

พิจารณาคุณสมบัติของระบบไมโครโปรเซสเซอร์:

1. ความซ้ำซ้อนของระบบสากล ต้นทุนที่เพิ่มขึ้น ความน่าเชื่อถือลดลง การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น ฯลฯ

การแก้ปัญหาที่ยากที่สุดต้องใช้เงินมากกว่าการแก้ปัญหาง่ายๆ ดังนั้นความซับซ้อนของระบบสากลควรเป็นเช่นการแก้ปัญหาที่ยากที่สุด และเมื่อแก้ไขปัญหาง่ายๆ ระบบจะไม่ทำงานเต็มประสิทธิภาพและจะไม่ใช้ทรัพยากรทั้งหมด และยิ่งการแก้ปัญหาง่ายขึ้น ความซ้ำซ้อนก็จะมากขึ้น และความเป็นสากลที่สมเหตุสมผลก็น้อยลงตามไปด้วย

2. ลดประสิทธิภาพของระบบสากล

เป็นไปไม่ได้เลยที่จะปรับระบบสากลให้เหมาะสมเพื่อให้งานใหม่แต่ละงานได้รับการแก้ไขโดยเร็วที่สุด กฎทั่วไปคือ: ยิ่งมีความคล่องตัวและความยืดหยุ่นมากเท่าใด ประสิทธิภาพก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับระบบสากล ไม่มีปัญหา (แม้แต่ปัญหาที่ง่ายที่สุด) ที่สามารถแก้ไขได้ด้วยความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้

บทสรุป: ระบบดิจิทัล(โดยใช้ "ฮาร์ดลอจิก") ใช้ในการแก้ไขปัญหาที่ไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลานาน โดยที่ต้องใช้ความเร็วสูงสุด โดยที่อัลกอริธึมการประมวลผลข้อมูลนั้นง่ายมาก ระบบไมโครโปรเซสเซอร์(สากล ตั้งโปรแกรมได้) ถูกใช้อย่างเหมาะสมเมื่อแก้ไขปัญหาที่เปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง โดยที่ประสิทธิภาพสูงไม่สำคัญเกินไป เมื่ออัลกอริธึมการประมวลผลข้อมูลมีความซับซ้อน

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ประสิทธิภาพของระบบไมโครโปรเซสเซอร์เพิ่มขึ้นอย่างมาก (ตามลำดับความสำคัญหลายระดับ) นอกจากนี้การผลิตไมโครวงจรจำนวนมากสำหรับระบบเหล่านี้ทำให้ต้นทุนลดลงอย่างมาก เป็นผลให้ขอบเขตของการประยุกต์ใช้ระบบดิจิทัล (ตาม "ฮาร์ดลอจิก") จึงแคบลงอย่างมาก

ระบบที่ตั้งโปรแกรมได้ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาเดียวหรือหลายปัญหาที่เกี่ยวข้อง (FPGA - วงจรรวมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้) พวกเขาประสบความสำเร็จในการรวมข้อดีของระบบดิจิทัลและระบบที่ตั้งโปรแกรมได้เข้าด้วยกัน โดยให้ประสิทธิภาพสูงเพียงพอและความยืดหยุ่นที่จำเป็น ดังนั้นการแทนที่ของ "ตรรกะที่ยาก" จึงดำเนินต่อไป

ไมโครโปรเซสเซอร์

แกนกลางของระบบไมโครโปรเซสเซอร์คือไมโครโปรเซสเซอร์หรือเพียงแค่โปรเซสเซอร์ (จากโปรเซสเซอร์ภาษาอังกฤษ - "โปรเซสเซอร์") โปรเซสเซอร์เป็นหน่วยที่ทำการประมวลผลข้อมูลทั้งหมดภายในระบบไมโครโปรเซสเซอร์

โหนดที่เหลือทำหน้าที่เสริมเท่านั้น: การจัดเก็บข้อมูล (รวมถึงข้อมูลการควบคุมซึ่งก็คือโปรแกรม) การสื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอก การสื่อสารกับผู้ใช้ ฯลฯ

โปรเซสเซอร์จะเข้ามาแทนที่ "ฮาร์ดลอจิก" เกือบทั้งหมดที่จำเป็นในระบบดิจิทัลแบบเดิม:

· ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ (การบวก การคูณ ฯลฯ)

· ฟังก์ชันลอจิคัล (shift, การเปรียบเทียบ, การมาสก์โค้ด ฯลฯ)

การจัดเก็บรหัสชั่วคราว (ในการลงทะเบียนภายใน)

· การถ่ายโอนรหัสระหว่างโหนดของระบบไมโครโปรเซสเซอร์

·และอีกมากมาย

จำนวนการดำเนินการเบื้องต้นที่ดำเนินการโดยโปรเซสเซอร์สามารถเข้าถึงได้หลายร้อย โปรเซสเซอร์สามารถเปรียบเทียบได้กับสมองของระบบ แต่ก็ต้องคำนึงด้วยว่า โปรเซสเซอร์ดำเนินการทั้งหมดตามลำดับนั่นคือทีละคนตามลำดับ

แน่นอนว่า มีโปรเซสเซอร์หลายตัวที่ดำเนินการบางอย่างแบบขนาน และยังมีระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่โปรเซสเซอร์หลายตัวทำงานบนงานเดียวแบบขนาน แต่สิ่งเหล่านี้เป็นข้อยกเว้นที่หายาก

ในอีกด้านหนึ่ง การดำเนินการตามลำดับเป็นข้อได้เปรียบ เนื่องจากช่วยให้คุณสามารถดำเนินการใดๆ แม้แต่อัลกอริธึมการประมวลผลข้อมูลที่ซับซ้อนที่สุด โดยใช้โปรเซสเซอร์เพียงตัวเดียว ในทางกลับกัน การดำเนินการตามลำดับนำไปสู่ความจริงที่ว่าเวลาดำเนินการของอัลกอริทึมขึ้นอยู่กับความซับซ้อน อัลกอริธึมแบบง่ายทำงานเร็วกว่าอัลกอริธึมที่ซับซ้อน

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ไม่ทำงานเร็วมาก เนื่องจากกระแสข้อมูลทั้งหมดจะต้องผ่านโหนดเดียว - โปรเซสเซอร์

ในระบบดิจิทัล เป็นเรื่องง่ายที่จะจัดระเบียบการประมวลผลข้อมูลทั้งหมดแบบขนาน แม้ว่าจะต้องเสียค่าใช้จ่ายในการทำให้วงจรซับซ้อนก็ตาม

ข้าว. ข้อมูลไหลในระบบไมโครโปรเซสเซอร์

โปรแกรม (ข้อมูลการควบคุม) คือชุดคำสั่ง (คำแนะนำ) นั่นคือรหัสดิจิทัลซึ่งโปรเซสเซอร์จะรู้ว่าต้องทำอะไรโดยการถอดรหัส โปรแกรมตั้งแต่ต้นจนจบถูกรวบรวมโดยบุคคล โปรแกรมเมอร์ และโปรเซสเซอร์ทำหน้าที่เป็นผู้ดำเนินการที่เชื่อฟังของโปรแกรมนี้

ดังนั้นการเปรียบเทียบโปรเซสเซอร์กับสมองจึงไม่ถูกต้องมากนัก

เขาเป็นเพียงผู้ดำเนินการอัลกอริทึมที่บุคคลรวบรวมไว้ล่วงหน้าให้เขา การเบี่ยงเบนจากอัลกอริทึมนี้อาจเกิดจากความผิดปกติของโปรเซสเซอร์หรือส่วนประกอบอื่น ๆ ของระบบไมโครโปรเซสเซอร์เท่านั้น

คำสั่งทั้งหมดที่ดำเนินการโดยโปรเซสเซอร์จะสร้างระบบคำสั่งของโปรเซสเซอร์ โครงสร้างและปริมาตรของระบบคำสั่งของโปรเซสเซอร์จะกำหนดประสิทธิภาพ ความยืดหยุ่น และความสะดวกในการใช้งาน โดยรวมแล้วโปรเซสเซอร์สามารถมีคำสั่งได้ตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยคำสั่ง ระบบคำสั่งสามารถออกแบบสำหรับงานช่วงแคบๆ ที่ต้องแก้ไข (สำหรับโปรเซสเซอร์พิเศษ) หรือสำหรับงานช่วงกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (สำหรับโปรเซสเซอร์สากล) รหัสคำสั่งอาจมี ปริมาณที่แตกต่างกันบิต (ครอบครองจากหนึ่งถึงหลายไบต์) แต่ละคำสั่งมีเวลาดำเนินการของตัวเอง ดังนั้นเวลาดำเนินการของทั้งโปรแกรมจึงไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนคำสั่งเท่านั้น

โปรแกรม แต่ยังรวมถึงคำสั่งเฉพาะที่ใช้ด้วย

ในการดำเนินการคำสั่ง โครงสร้างตัวประมวลผลประกอบด้วยรีจิสเตอร์ภายใน หน่วยทางคณิตศาสตร์-โลจิคัล (ALU, หน่วยลอจิกทางคณิตศาสตร์) มัลติเพล็กเซอร์ บัฟเฟอร์ รีจิสเตอร์ และโหนดอื่นๆ การทำงานของโหนดทั้งหมดจะซิงโครไนซ์โดยสัญญาณนาฬิกาของโปรเซสเซอร์ภายนอกทั่วไป

ข้าว. ตัวอย่างโครงสร้างของโปรเซสเซอร์อย่างง่าย

อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้พัฒนาระบบไมโครโปรเซสเซอร์ ข้อมูลเกี่ยวกับความซับซ้อนของโครงสร้างภายในของโปรเซสเซอร์นั้นไม่สำคัญมาก ผู้ออกแบบจะต้องมองว่าโปรเซสเซอร์เป็น "กล่องดำ" ซึ่งตอบสนองต่อรหัสอินพุตและรหัสควบคุม โดยดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งและสร้างสัญญาณเอาต์พุต นักพัฒนาจำเป็นต้องทราบระบบคำสั่ง โหมดการทำงานของโปรเซสเซอร์ รวมถึงกฎสำหรับการโต้ตอบของโปรเซสเซอร์ด้วย นอกโลกหรือที่เรียกกันว่าโปรโตคอลการแลกเปลี่ยนข้อมูล คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของโปรเซสเซอร์เท่านั้นว่าจำเป็นต้องเลือกคำสั่งใดคำสั่งหนึ่งโหมดการทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งหรืออย่างอื่น

โครงสร้างบัสของการเชื่อมต่อในระบบไมโครโปรเซสเซอร์

เพื่อให้บรรลุความเป็นสากลสูงสุดและลดความซับซ้อนของโปรโตคอลการแลกเปลี่ยนข้อมูลในระบบไมโครโปรเซสเซอร์จึงใช้โครงสร้างบัสที่เรียกว่าการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์แต่ละตัวที่รวมอยู่ในระบบ สาระสำคัญของโครงสร้างการสื่อสารแบบบัสมีดังต่อไปนี้

ด้วยโครงสร้างการสื่อสารแบบคลาสสิก สัญญาณและรหัสทั้งหมดระหว่างอุปกรณ์จะถูกส่งผ่านสายการสื่อสารที่แยกจากกัน อุปกรณ์แต่ละชิ้นที่รวมอยู่ในระบบจะส่งสัญญาณและรหัสโดยไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์อื่น ในเวลาเดียวกัน ระบบจะสร้างสายการสื่อสารจำนวนมากและโปรโตคอลการแลกเปลี่ยนข้อมูลที่แตกต่างกัน

ข้าว. โครงสร้างลิงค์แบบคลาสสิก

ด้วยโครงสร้างการสื่อสารแบบบัส สัญญาณทั้งหมดระหว่างอุปกรณ์จะถูกส่งไปตามสายสื่อสารเดียวกัน แต่ส่งเข้ามา เวลาที่แตกต่างกัน(ซึ่งเรียกว่าการส่งแบบมัลติเพล็กซ์) นอกจากนี้ การส่งสัญญาณผ่านสายสื่อสารทั้งหมดสามารถทำได้ทั้งสองทิศทาง (เรียกว่าการส่งสัญญาณแบบสองทิศทาง) เป็นผลให้จำนวนสายการสื่อสารลดลงอย่างมาก และกฎการแลกเปลี่ยน (โปรโตคอล) ก็ง่ายขึ้น กลุ่มสายสื่อสารที่มีการส่งสัญญาณหรือรหัสเรียกว่าบัส

ข้าว. โครงสร้างการเชื่อมต่อบัส

ด้วยโครงสร้างการสื่อสารแบบบัส จึงเป็นเรื่องง่ายในการถ่ายโอนกระแสข้อมูลทั้งหมดไป ในทิศทางที่ถูกต้องตัวอย่างเช่น สามารถส่งผ่านโปรเซสเซอร์ตัวเดียวได้ ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับระบบไมโครโปรเซสเซอร์ อย่างไรก็ตาม ด้วยโครงสร้างการสื่อสารแบบบัส ข้อมูลทั้งหมดจะถูกส่งไปตามสายการสื่อสารตามลำดับ ทีละครั้ง ซึ่งจะลดประสิทธิภาพของระบบเมื่อเทียบกับโครงสร้างการสื่อสารแบบคลาสสิก

ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของโครงสร้างการสื่อสารแบบบัสคืออุปกรณ์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับบัสจะต้องรับและส่งข้อมูลตามกฎเดียวกัน (โปรโตคอลการแลกเปลี่ยนข้อมูลบัส) ดังนั้นโหนดทั้งหมดที่รับผิดชอบในการสื่อสารกับบัสในอุปกรณ์เหล่านี้จะต้องเหมือนกันและเป็นหนึ่งเดียว

ข้อเสียเปรียบที่สำคัญโครงสร้างบัสเกิดจากการที่อุปกรณ์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับสายสื่อสารแต่ละสายแบบขนาน ดังนั้นการทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์ใด ๆ ก็สามารถปิดการใช้งานทั้งระบบได้หากทำให้สายสื่อสารเสียหาย ด้วยเหตุผลเดียวกัน การดีบักระบบด้วยโครงสร้างการสื่อสารแบบบัสจึงค่อนข้างซับซ้อนและมักจะต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ

ในระบบที่มีโครงสร้างการสื่อสารบัส จะใช้สเตจเอาต์พุตของวงจรไมโครดิจิทัลทั้งสามประเภทที่มีอยู่: เอาต์พุตมาตรฐานหรือเอาต์พุตสองสถานะ (กำหนด 2C, 2S, น้อยกว่า TTL, TTL); เอาต์พุตตัวรวบรวมแบบเปิด (กำหนด OK, OC) ; เอาต์พุตสามสถานะหรือ (ซึ่งเหมือนกัน) พร้อมความสามารถในการปิด (กำหนด 3C, 3S)

โครงสร้างทั่วไปของระบบไมโครโปรเซสเซอร์แสดงไว้ในรูปภาพ

ข้าว. โครงสร้างระบบไมโครโปรเซสเซอร์

ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักสามประเภท:

· ซีพียู;

· หน่วยความจำรวมถึงหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM, หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม) และหน่วยความจำถาวร (ROM, ROM - หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว) ซึ่งใช้ในการจัดเก็บข้อมูลและโปรแกรม

· อุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต(UVV, I/O - อุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต) ใช้ในการเชื่อมต่อระบบไมโครโปรเซสเซอร์กับอุปกรณ์ภายนอก เพื่อรับสัญญาณอินพุต (อินพุต อ่าน อ่าน) และสัญญาณเอาต์พุต (เอาต์พุต เขียน เขียน)

อุปกรณ์ทั้งหมดของระบบไมโครโปรเซสเซอร์เชื่อมต่อกันด้วยบัสระบบทั่วไป (แบ็คโบน) แกนหลักของระบบประกอบด้วยบัสระดับต่ำหลักสี่บัส:

· บัสที่อยู่;

· บัสข้อมูล;

· บัสควบคุม (บัสควบคุม);

· พาวเวอร์บัส

รถบัสที่อยู่ทำหน้าที่กำหนดที่อยู่ (หมายเลข) ของอุปกรณ์ที่โปรเซสเซอร์กำลังแลกเปลี่ยนข้อมูลอยู่ในปัจจุบัน อุปกรณ์แต่ละชิ้น (ยกเว้นโปรเซสเซอร์) แต่ละเซลล์หน่วยความจำในระบบไมโครโปรเซสเซอร์จะได้รับการกำหนดที่อยู่ของตัวเอง เมื่อโปรเซสเซอร์ตั้งรหัสของที่อยู่บางแห่งบนแอดเดรสบัส อุปกรณ์ที่ได้รับมอบหมายที่อยู่นี้ให้เข้าใจว่ากำลังจะมีการแลกเปลี่ยนข้อมูล แอดเดรสบัสอาจเป็นทิศทางเดียวหรือสองทิศทางก็ได้

บัสข้อมูล- นี่คือบัสหลักที่ใช้ในการส่งรหัสข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ทั้งหมดของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ โดยทั่วไป การถ่ายโอนข้อมูลเกี่ยวข้องกับโปรเซสเซอร์ที่ส่งรหัสข้อมูลไปยังอุปกรณ์หรือเซลล์หน่วยความจำบางส่วน หรือรับรหัสข้อมูลจากอุปกรณ์หรือเซลล์หน่วยความจำบางตัว แต่ก็สามารถถ่ายโอนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ได้โดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของโปรเซสเซอร์ บัสข้อมูลเป็นแบบสองทิศทางเสมอ

รถบัสควบคุมแตกต่างจากแอดเดรสบัสและบัสข้อมูลตรงที่ประกอบด้วยสัญญาณควบคุมแยกกัน แต่ละสัญญาณเหล่านี้มีหน้าที่ของตัวเองในระหว่างการแลกเปลี่ยนข้อมูล สัญญาณบางอย่างทำหน้าที่ในการส่งหรือรับข้อมูลที่ส่งแฟลช (นั่นคือสัญญาณเหล่านี้จะกำหนดช่วงเวลาเมื่อรหัสข้อมูลถูกวางบนบัสข้อมูล) สัญญาณควบคุมอื่นๆ สามารถใช้เพื่อยืนยันว่าได้รับข้อมูลแล้ว เพื่อรีเซ็ตอุปกรณ์ทั้งหมด เพื่อนาฬิกาอุปกรณ์ทั้งหมด ฯลฯ สายบัสควบคุมอาจเป็นแบบทิศทางเดียวหรือสองทิศทาง

พาวเวอร์บัสไม่ได้มีไว้เพื่อส่งสัญญาณข้อมูล แต่เพื่อจ่ายไฟให้กับระบบ ประกอบด้วยสายไฟและสายไฟทั่วไป ระบบไมโครโปรเซสเซอร์อาจมีแหล่งจ่ายไฟตัวเดียว (ปกติคือ +5 V) หรือแหล่งจ่ายไฟหลายตัว (โดยปกติจะเป็นอีกตัว –5 V, +12 V และ –12 V) แรงดันไฟฟ้าแต่ละตัวมีสายสื่อสารของตัวเอง อุปกรณ์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับสายเหล่านี้แบบขนาน

หากจำเป็นต้องป้อนรหัสอินพุต (หรือสัญญาณอินพุต) ลงในระบบไมโครโปรเซสเซอร์ โปรเซสเซอร์จะเข้าถึงอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตที่ต้องการผ่านทางแอดเดรสบัส และรับข้อมูลอินพุตผ่านบัสข้อมูล หากจำเป็นต้องเอาท์พุตโค้ดเอาท์พุต (หรือสัญญาณเอาท์พุต) จากระบบไมโครโปรเซสเซอร์ โปรเซสเซอร์จะเข้าถึงอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตที่ต้องการผ่านทางแอดเดรสบัส และส่งข้อมูลเอาท์พุตไปยังตัวประมวลผลผ่านบัสข้อมูล

หากข้อมูลต้องผ่านการประมวลผลหลายขั้นตอนที่ซับซ้อน โปรเซสเซอร์สามารถจัดเก็บผลลัพธ์ขั้นกลางไว้ใน RAM ของระบบได้ ในการเข้าถึงเซลล์หน่วยความจำใดๆ โปรเซสเซอร์จะวางที่อยู่ของมันไว้บนบัสที่อยู่และส่งรหัสข้อมูลไปให้เซลล์นั้นผ่านทางบัสข้อมูล หรือรับรหัสข้อมูลจากเซลล์นั้นผ่านทางบัสข้อมูล หน่วยความจำ (RAM และ ROM) ยังมีรหัสควบคุม (คำสั่งของโปรแกรมที่ดำเนินการโดยโปรเซสเซอร์) ซึ่งโปรเซสเซอร์ยังอ่านผ่านบัสข้อมูลพร้อมระบุที่อยู่ผ่านบัสที่อยู่ หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวใช้เพื่อจัดเก็บโปรแกรมเริ่มต้นระบบไมโครโปรเซสเซอร์เป็นหลัก ซึ่งจะดำเนินการทุกครั้งที่เปิดเครื่อง ผู้ผลิตป้อนข้อมูลเพียงครั้งเดียวและตลอดไป

ดังนั้นในระบบไมโครโปรเซสเซอร์ รหัสข้อมูลและรหัสคำสั่งทั้งหมดจะถูกส่งผ่านบัสตามลำดับ สิ่งนี้จะกำหนดประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ โดยทั่วไปจะถูกจำกัดไม่แม้แต่ความเร็วของโปรเซสเซอร์ (ซึ่งมีความสำคัญมากเช่นกัน) และไม่ใช่ความเร็วของการแลกเปลี่ยนบนซิสเต็มบัส (แบ็คโบน) แต่โดยธรรมชาติของการถ่ายโอนข้อมูลตามลำดับไปตามซิสเต็มบัส (แบ็คโบน) .

สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าอุปกรณ์ I/O มักเป็นอุปกรณ์ "ฮาร์ดลอจิก" อาจถูกกำหนดให้เป็นส่วนหนึ่งของฟังก์ชันที่ดำเนินการโดยระบบไมโครโปรเซสเซอร์ ดังนั้นนักพัฒนาจึงมีโอกาสที่จะแจกจ่ายฟังก์ชันระบบระหว่างการใช้งานฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ในวิธีที่เหมาะสมที่สุดเสมอ การใช้งานฮาร์ดแวร์จะเร่งการทำงานของฟังก์ชันให้เร็วขึ้น แต่มีความยืดหยุ่นไม่เพียงพอ การใช้งานซอฟต์แวร์จะช้ากว่ามาก แต่ให้ความยืดหยุ่นสูง การใช้งานฟังก์ชั่นฮาร์ดแวร์ทำให้ต้นทุนของระบบและการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น แต่การใช้งานซอฟต์แวร์ไม่ได้เพิ่ม ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ฟังก์ชันฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ร่วมกัน

บางครั้งอุปกรณ์ I/O ก็รวมเอาโปรเซสเซอร์เข้าด้วยกัน กล่าวคือ เป็นระบบไมโครโปรเซสเซอร์พิเศษขนาดเล็ก ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนฟังก์ชันซอฟต์แวร์บางส่วนไปยังอุปกรณ์ I/O เพื่อลดการทำงานของโปรเซสเซอร์กลางของระบบ

โหมดการทำงานของระบบไมโครโปรเซสเซอร์

ตามที่ระบุไว้แล้ว ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ให้ความยืดหยุ่นในการทำงานมากขึ้น โดยสามารถปรับให้เข้ากับงานใดก็ได้ ความยืดหยุ่นนี้เกิดจากการที่ฟังก์ชันที่ระบบดำเนินการนั้นถูกกำหนดโดยโปรแกรม (ซอฟต์แวร์) ที่โปรเซสเซอร์ดำเนินการ อุปกรณ์ (ฮาร์ดแวร์) ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงสำหรับงานใดๆ ด้วยการเขียนโปรแกรมลงในหน่วยความจำระบบ คุณสามารถบังคับให้ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ทำงานใดๆ ที่อุปกรณ์นี้รองรับได้ นอกจากนี้ การจัดระเบียบบัสของการเชื่อมต่อระบบไมโครโปรเซสเซอร์ทำให้การเปลี่ยนโมดูลฮาร์ดแวร์เป็นเรื่องง่าย ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนหน่วยความจำด้วยหน่วยความจำใหม่ที่มีความจุมากกว่าหรือความเร็วสูงกว่า การเพิ่มหรืออัพเกรดอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต และสุดท้าย การเปลี่ยนโปรเซสเซอร์ด้วย อันที่ทรงพลังกว่า นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบและยืดอายุการใช้งานเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงข้อกำหนด

แต่ความยืดหยุ่นของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ไม่ได้ถูกกำหนดเพียงแค่นี้เท่านั้น การเลือกโหมดการทำงานของระบบ ซึ่งก็คือโหมดการแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านแกนหลักของระบบ (บัส) ยังช่วยในการปรับแต่งงานอีกด้วย

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่พัฒนาแล้วเกือบทุกระบบ (รวมถึงคอมพิวเตอร์) รองรับโหมดการแลกเปลี่ยนหลักสามโหมดบนทางหลวง:

· การแลกเปลี่ยนข้อมูลเชิงโปรแกรม

· แลกเปลี่ยนโดยใช้การขัดจังหวะ

· แลกเปลี่ยนโดยใช้การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DMA - การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง)

การแลกเปลี่ยนซอฟต์แวร์ข้อมูลเป็นพื้นฐานในระบบไมโครโปรเซสเซอร์ มีให้เสมอ หากไม่มีโหมดการแลกเปลี่ยนอื่น ๆ ก็เป็นไปไม่ได้ ในโหมดนี้ โปรเซสเซอร์จะเป็นเจ้าของแต่เพียงผู้เดียว (Master) ของบัสระบบ การดำเนินการทั้งหมด (รอบ) ของการแลกเปลี่ยนข้อมูลในกรณีนี้เริ่มต้นโดยโปรเซสเซอร์เท่านั้น ซึ่งทั้งหมดจะดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามลำดับที่กำหนดโดยโปรแกรมที่รัน โปรเซสเซอร์จะอ่าน (เลือก) รหัสคำสั่งจากหน่วยความจำและดำเนินการโดยการอ่านข้อมูลจากหน่วยความจำหรือจากอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต ประมวลผล การเขียนข้อมูลไปยังหน่วยความจำ หรือถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต เส้นทางของโปรเซสเซอร์ผ่านโปรแกรมอาจเป็นเส้นตรง วนรอบ หรือมีการเปลี่ยนผ่าน (ข้าม) แต่จะต่อเนื่องกันและอยู่ภายใต้การควบคุมของโปรเซสเซอร์เสมอ โปรเซสเซอร์ไม่ตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกใดๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับโปรแกรม สัญญาณทั้งหมดบนทางหลวงในกรณีนี้ถูกควบคุมโดยโปรเซสเซอร์

ข้าว. การแลกเปลี่ยนข้อมูลทางโปรแกรม

ขัดจังหวะการแลกเปลี่ยนใช้เมื่อระบบไมโครโปรเซสเซอร์จำเป็นต้องตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกบางอย่าง ต่อการมาถึงของสัญญาณภายนอก ในกรณีของคอมพิวเตอร์ เหตุการณ์ภายนอกอาจเป็นเช่นการกดแป้นพิมพ์หรือมาถึง เครือข่ายท้องถิ่นแพ็กเก็ตข้อมูล คอมพิวเตอร์จะต้องตอบสนองต่อสิ่งนี้ตามลำดับโดยการแสดงสัญลักษณ์บนหน้าจอหรือโดยการอ่านและประมวลผลแพ็กเก็ตที่ได้รับผ่านเครือข่าย

ข้าว. บริการขัดจังหวะ

โดยทั่วไป คุณสามารถจัดระเบียบการตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกได้สามวิธี:

· ใช้การตรวจสอบซอฟต์แวร์อย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับข้อเท็จจริงของเหตุการณ์ (วิธีการที่เรียกว่าการโพลธงหรือการโพล)

· การใช้การขัดจังหวะนั่นคือการบังคับให้ถ่ายโอนโปรเซสเซอร์จากการรันโปรแกรมปัจจุบันไปเป็นการรันโปรแกรมที่จำเป็นเร่งด่วน

· ใช้การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง กล่าวคือ โดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของโปรเซสเซอร์เมื่อถูกตัดการเชื่อมต่อจากบัสระบบ

ทั้งสามวิธีนี้สามารถแสดงได้ดังนี้: ตัวอย่างง่ายๆ. สมมติว่าคุณกำลังเตรียมอาหารเช้าโดยใส่นมบนเตาให้เดือด โดยธรรมชาติแล้วคุณต้องตอบสนองต่อนมเดือดและเร่งด่วน จะจัดระเบียบสิ่งนี้อย่างไร? วิธีแรกคือคอยติดตามนมอย่างต่อเนื่อง แต่แล้วคุณจะไม่สามารถทำอะไรได้อีก การดูนมเป็นประจำขณะทำอย่างอื่นจะถูกต้องมากกว่า นี่คือโหมดซอฟต์แวร์ที่มีการโพลธง วิธีที่สองคือติดตั้งเซ็นเซอร์บนกระทะนมซึ่งจะส่งเสียงสัญญาณเมื่อนมเดือดและทำอย่างอื่นอย่างใจเย็น เมื่อคุณได้ยินสัญญาณ คุณจะปิดนม จริง​อยู่ คุณอาจ​ต้อง​ทำ​สิ่ง​ที่​เริ่ม​ทำ​ให้​เสร็จ​ก่อน เพื่อ​จะ​มี​ปฏิกิริยา​ช้า​กว่า​ในกรณีแรก. ในที่สุดวิธีที่สามคือการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์บนกระทะกับการควบคุมของเตาเพื่อที่ว่าเมื่อนมเดือดเตาจะถูกปิดโดยที่คุณไม่ต้องมีส่วนร่วม (อย่างไรก็ตามการเปรียบเทียบกับ PDP ที่นี่ไม่ค่อยแม่นยำนักเนื่องจากใน กรณีนี้ในขณะที่ดำเนินการคุณจะไม่ถูกรบกวนจากการทำงาน)

กรณีแรกที่มีการโพลแฟล็กจะถูกนำไปใช้ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์โดยโปรเซสเซอร์จะอ่านข้อมูลจากอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอกซึ่งพฤติกรรมจำเป็นต้องได้รับการตอบสนองอย่างเร่งด่วน

ในกรณีที่สองในโหมดขัดจังหวะ โปรเซสเซอร์เมื่อได้รับคำขอขัดจังหวะจากอุปกรณ์ภายนอก (มักเรียกว่า IRQ - คำขอขัดจังหวะ) จะดำเนินการคำสั่งปัจจุบันให้เสร็จสิ้นและย้ายไปยังรูทีนบริการขัดจังหวะ เมื่อรันเซอร์วิสโปรแกรมขัดจังหวะเสร็จแล้ว โปรแกรมจะกลับไปยังโปรแกรมที่ถูกขัดจังหวะจากจุดที่ถูกขัดจังหวะ

งานทั้งหมดเช่นเดียวกับในกรณีของโหมดซอฟต์แวร์นั้นดำเนินการโดยตัวประมวลผลเอง เหตุการณ์ภายนอกเพียงแค่รบกวนสมาธิชั่วคราว โดยทั่วไปการตอบสนองต่อเหตุการณ์ขัดจังหวะภายนอกจะช้ากว่าในโหมดโปรแกรม เช่นเดียวกับในกรณีของการแลกเปลี่ยนซอฟต์แวร์ สัญญาณทั้งหมดบนทางหลวงจะถูกตั้งค่าโดยโปรเซสเซอร์ นั่นคือควบคุมทางหลวงโดยสมบูรณ์ ในการขัดจังหวะการบริการ บางครั้งจะมีการนำโมดูลตัวควบคุมการขัดจังหวะแบบพิเศษเข้าสู่ระบบ แต่จะไม่มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนข้อมูล จุดประสงค์คือเพื่อทำให้การทำงานของโปรเซสเซอร์ง่ายขึ้นด้วยการร้องขอการขัดจังหวะจากภายนอก โดยปกติคอนโทรลเลอร์นี้จะเป็นซอฟต์แวร์ที่ควบคุมโดยโปรเซสเซอร์ผ่านบัสระบบ

โดยปกติแล้ว การขัดจังหวะจะไม่ทำให้ระบบมีความเร่งแต่อย่างใด การใช้งานอนุญาตให้คุณละทิ้งการสำรวจแฟล็กเหตุการณ์ภายนอกอย่างต่อเนื่องและชั่วคราวจนกว่าจะมีเหตุการณ์ภายนอกเกิดขึ้น ให้ครอบครองโปรเซสเซอร์โดยทำงานอื่น ๆ บางอย่าง

การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง(DAP, DMA) เป็นโหมดที่แตกต่างโดยพื้นฐานจากสองโหมดที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ในการแลกเปลี่ยนบนบัสระบบที่เกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของโปรเซสเซอร์ อุปกรณ์ภายนอกที่ต้องการส่งสัญญาณบริการไปยังโปรเซสเซอร์ว่าต้องใช้โหมด DMA เพื่อตอบสนองต่อโปรเซสเซอร์ที่สิ้นสุดคำสั่งปัจจุบันและตัดการเชื่อมต่อจากบัสทั้งหมด โดยส่งสัญญาณไปยังอุปกรณ์ที่ร้องขอว่าการสื่อสารในโหมด DMA สามารถเริ่มต้นได้

การดำเนินการ DMA เกิดจากการส่งข้อมูลจากอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตไปยังหน่วยความจำ หรือจากหน่วยความจำไปยังอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต เมื่อการถ่ายโอนข้อมูลเสร็จสิ้น ตัวประมวลผลจะกลับไปยังโปรแกรมที่ถูกขัดจังหวะ และดำเนินการต่อจากจุดที่ถูกขัดจังหวะ สิ่งนี้คล้ายกับโหมดบริการขัดจังหวะ แต่ในกรณีนี้ โปรเซสเซอร์ไม่เข้าร่วมในการแลกเปลี่ยน เช่นเดียวกับการขัดจังหวะ การตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกในโหมด DMA จะช้ากว่าในโหมดโปรแกรมอย่างมาก

ข้าว. โหมดการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง

ในกรณีนี้ จำเป็นต้องแนะนำอุปกรณ์เพิ่มเติมเข้าสู่ระบบ (ตัวควบคุม DMA) ซึ่งจะดำเนินการแลกเปลี่ยนเต็มรูปแบบไปตามบัสระบบโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของโปรเซสเซอร์ นอกจากนี้ โปรเซสเซอร์จะต้องแจ้งให้คอนโทรลเลอร์ DMA นี้ทราบก่อนว่าควรนำข้อมูลมาจากไหน และ/หรือควรวางไว้ที่ใด คอนโทรลเลอร์ DDP ถือได้ว่าเป็นโปรเซสเซอร์พิเศษซึ่งมีความโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าตัวมันเองไม่ได้มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนไม่ได้รับข้อมูลและไม่ได้ออกให้

ข้าว. บริการแร็ป

ตามหลักการแล้ว ตัวควบคุม DMA สามารถเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ I/O ที่ต้องใช้โหมด DMA หรือแม้แต่ส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ I/O หลายๆ ตัว ตามทฤษฎีแล้ว การสื่อสาร DMA สามารถให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงกว่าการสื่อสารด้วยซอฟต์แวร์ เนื่องจากโปรเซสเซอร์ถ่ายโอนข้อมูลช้ากว่าตัวควบคุม DMA เฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ข้อได้เปรียบนี้ไม่ได้เกิดขึ้นจริงเสมอไป อัตราแลกเปลี่ยนในโหมด DMA มักจะถูกจำกัดโดยความสามารถของลำตัว นอกจากนี้ ความจำเป็นในการตั้งค่าโหมดตัวควบคุม DMA โดยทางโปรแกรมสามารถลบล้างประโยชน์จากอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงกว่าในโหมด DMA ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้โหมด DDP

หากระบบมีตัวควบคุม DMA อิสระอยู่แล้ว ในบางกรณี การดำเนินการนี้สามารถลดความซับซ้อนของอุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุตที่ทำงานในโหมด DMA ได้ง่ายขึ้นอย่างมาก นี่อาจเป็นข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียวของระบอบ PDP ที่ไม่อาจโต้แย้งได้

สถาปัตยกรรมของระบบไมโครโปรเซสเซอร์

จนถึงขณะนี้ เราได้พิจารณาสถาปัตยกรรมของระบบไมโครโปรเซสเซอร์เพียงประเภทเดียวเท่านั้น นั่นคือสถาปัตยกรรมที่มีบัสเดี่ยวทั่วไปสำหรับข้อมูลและคำสั่ง (สถาปัตยกรรมบัสเดี่ยวหรือสถาปัตยกรรม Princeton, von Neumann) ดังนั้น ในกรณีนี้ ระบบจะมีหน่วยความจำทั่วไปหนึ่งหน่วยความจำ ทั้งสำหรับข้อมูลและคำสั่ง

ข้าว. สถาปัตยกรรมที่มีข้อมูลทั่วไปและบัสคำสั่ง (สถาปัตยกรรม Princeton, von Neumann)

สถาปัตยกรรมระบบไมโครโปรเซสเซอร์อีกประเภทหนึ่งคือสถาปัตยกรรมที่มีข้อมูลและบัสคำสั่งแยกกัน (บัสคู่ หรือสถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ด) สถาปัตยกรรมนี้ถือว่าระบบมีหน่วยความจำแยกต่างหากสำหรับข้อมูลและหน่วยความจำแยกต่างหากสำหรับคำสั่ง โปรเซสเซอร์จะแลกเปลี่ยนกับหน่วยความจำแต่ละประเภทจากทั้งสองประเภทผ่านทางบัสของตัวเอง

ข้าว. สถาปัตยกรรมที่มีข้อมูลแยกและบัสคำสั่ง (สถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ด)

สถาปัตยกรรมบัสทั่วไปนั้นพบได้ทั่วไปมากกว่าและมีการใช้ เช่น ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและไมโครคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อน สถาปัตยกรรมบัสแยกส่วนใหญ่จะใช้ในไมโครคอนโทรลเลอร์แบบชิปตัวเดียว

มาดูข้อดีและข้อเสียของโซลูชันสถาปัตยกรรมทั้งสองกัน

สถาปัตยกรรมบัสทั่วไป(พรินซ์ตัน, ฟอน นอยมันน์) ง่ายกว่านะเธอ

· ไม่ต้องการให้โปรเซสเซอร์ให้บริการรถบัสสองคันหรือควบคุมการแลกเปลี่ยนรถบัสสองคันพร้อมกัน

· ช่วยให้คุณสามารถกระจายจำนวนหน่วยความจำระหว่างข้อมูลและรหัสคำสั่งได้อย่างยืดหยุ่น ตามกฎแล้วในระบบที่มีสถาปัตยกรรมดังกล่าวหน่วยความจำจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่ (สูงถึงสิบหรือหลายร้อยเมกะไบต์) วิธีนี้ช่วยให้คุณแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดได้

ตัวอย่างเช่น ในบางกรณี คุณจำเป็นต้องมีขนาดใหญ่และ โปรแกรมที่ซับซ้อนและไม่จำเป็นต้องเก็บข้อมูลในหน่วยความจำมากเกินไป ในกรณีอื่นๆ ตรงกันข้าม โปรแกรมที่ต้องการนั้นเรียบง่าย แต่จำเป็นต้องมีข้อมูลที่เก็บไว้จำนวนมาก การกระจายหน่วยความจำซ้ำไม่ได้ทำให้เกิดปัญหาใด ๆ สิ่งสำคัญคือโปรแกรมและข้อมูลประกอบกันในหน่วยความจำระบบ

สถาปัตยกรรมบัสแยกข้อมูลและคำสั่งมีความซับซ้อนมากขึ้น จึงบังคับได้

· โปรเซสเซอร์ทำงานพร้อมกันกับสตรีมโค้ดสองรายการ โดยให้บริการแลกเปลี่ยนบนบัสสองคันพร้อมกัน

· โปรแกรมสามารถอยู่ในหน่วยความจำคำสั่งเท่านั้น ข้อมูล - เฉพาะในหน่วยความจำข้อมูลเท่านั้น

ความเชี่ยวชาญเฉพาะทางดังกล่าวจำกัดขอบเขตของงานที่ระบบแก้ไข เนื่องจากไม่ได้ให้ความเป็นไปได้ในการกระจายหน่วยความจำแบบยืดหยุ่น หน่วยความจำข้อมูลและหน่วยความจำคำสั่งในกรณีนี้มีขนาดไม่ใหญ่มาก ดังนั้นการใช้งานระบบที่มีสถาปัตยกรรมนี้จึงมักจำกัดอยู่ที่งานที่ไม่ซับซ้อนมาก

· ข้อดีของสถาปัตยกรรมแบบ 2 บัส (ฮาร์วาร์ด) – ความเร็ว

ความจริงก็คือด้วยคำสั่งเดียวและบัสข้อมูล โปรเซสเซอร์จะถูกบังคับให้รับข้อมูล (จากหน่วยความจำหรืออุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต) และส่งข้อมูล (ไปยังหน่วยความจำหรือไปยังอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต) และยังอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำด้วย . โดยปกติแล้ว การโอนรหัสเหล่านี้บนทางหลวงไม่สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้ โดยจะต้องดำเนินการทีละรายการ โปรเซสเซอร์สมัยใหม่สามารถรวมการดำเนินการคำสั่งและการดำเนินการของวงจรการแลกเปลี่ยนบนบัสระบบได้ทันเวลา การใช้เทคโนโลยีไปป์ไลน์และหน่วยความจำแคชที่รวดเร็วช่วยให้กระบวนการโต้ตอบกับหน่วยความจำระบบค่อนข้างช้าเร็วขึ้น การเพิ่มความถี่สัญญาณนาฬิกาและปรับปรุงโครงสร้างของโปรเซสเซอร์ทำให้สามารถลดเวลาดำเนินการคำสั่งได้ แต่ประสิทธิภาพของระบบที่เพิ่มขึ้นอีกนั้นเป็นไปได้โดยการรวมการถ่ายโอนข้อมูลและการอ่านคำสั่งเท่านั้นนั่นคือโดยการย้ายไปยังสถาปัตยกรรมดูอัลบัส

ในกรณีของสถาปัตยกรรมดูอัลบัส การแลกเปลี่ยนบนรถบัสทั้งสองสามารถเป็นอิสระและขนานกันตามเวลา ดังนั้น โครงสร้างบัส (จำนวนบิตของรหัสที่อยู่และรหัสข้อมูล ลำดับและความเร็วของการแลกเปลี่ยนข้อมูล ฯลฯ) จึงสามารถเลือกได้อย่างเหมาะสมที่สุดสำหรับงานที่แต่ละบัสแก้ไขได้ ดังนั้นสิ่งอื่นๆ ทั้งหมดเท่าเทียมกัน การเปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรมดูอัลบัสช่วยเร่งการทำงานของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ แม้ว่าจะต้องใช้ต้นทุนฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมและโครงสร้างโปรเซสเซอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นก็ตาม ในกรณีนี้ หน่วยความจำข้อมูลจะมีการแจกแจงที่อยู่ของตัวเอง และหน่วยความจำคำสั่งก็มีของตัวเอง

วิธีที่ง่ายที่สุดในการตระหนักถึงคุณประโยชน์ของสถาปัตยกรรมดูอัลบัสคือภายในชิปตัวเดียว ในกรณีนี้ ผลกระทบของข้อบกพร่องของสถาปัตยกรรมนี้สามารถลดลงได้อย่างมากเช่นกัน ดังนั้นแอปพลิเคชันหลักจึงอยู่ในไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งไม่จำเป็นในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนมาก แต่ต้องการประสิทธิภาพสูงสุดที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาที่กำหนด

ประเภทของระบบไมโครโปรเซสเซอร์

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ในปัจจุบันมีขอบเขตกว้างมาก ข้อกำหนดสำหรับระบบไมโครโปรเซสเซอร์แตกต่างกันมาก ดังนั้นจึงมีการสร้างระบบไมโครโปรเซสเซอร์หลายประเภท แตกต่างกันในด้านพลังงาน ความเก่งกาจ ความเร็ว และความแตกต่างทางโครงสร้าง ประเภทหลักมีดังนี้:

· ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ง่ายที่สุด โดยที่โหนดของระบบทั้งหมดหรือส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของไมโครวงจรเดียว

·ตัวควบคุม - ระบบควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทำในรูปแบบของโมดูลแยกกัน

· ไมโครคอมพิวเตอร์ - ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นพร้อมวิธีเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอกที่พัฒนาขึ้น

· คอมพิวเตอร์ (รวมถึงเครื่องส่วนบุคคล) เป็นระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังและอเนกประสงค์ที่สุด

บางครั้งก็ค่อนข้างยากที่จะกำหนดขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างประเภทเหล่านี้ ความเร็วของไมโครโปรเซสเซอร์ทุกประเภทมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง และไม่ใช่เรื่องแปลกที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวใหม่จะเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่ล้าสมัย เป็นต้น

ความแตกต่างพื้นฐาน:

ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอุปกรณ์สากลที่แทบไม่ได้ใช้ด้วยตัวเองเกือบทุกครั้ง แต่เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่ซับซ้อนกว่า รวมถึงคอนโทรลเลอร์ด้วย บัสระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกซ่อนไม่ให้ผู้ใช้เห็นภายในชิป ความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอกเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์มีจำกัด อุปกรณ์ไมโครคอนโทรลเลอร์มักได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหางานเดียว

ตามกฎแล้วตัวควบคุมถูกสร้างขึ้นเพื่อแก้ไขปัญหาเฉพาะหรือกลุ่มปัญหาที่เกี่ยวข้อง โดยปกติแล้วพวกเขาไม่มีความสามารถในการเชื่อมต่อโหนดและอุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น หน่วยความจำขนาดใหญ่ สิ่งอำนวยความสะดวกอินพุต/เอาท์พุต ผู้ใช้มักไม่สามารถเข้าถึง System Bus ของตนได้ โครงสร้างตัวควบคุมนั้นเรียบง่ายและได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด ในกรณีส่วนใหญ่ โปรแกรมที่รันอยู่จะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำถาวรและไม่มีการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างตัวควบคุมผลิตขึ้นในเวอร์ชันบอร์ดเดี่ยว

ไมโครคอมพิวเตอร์แตกต่างจากตัวควบคุมตรงที่มีโครงสร้างเปิดกว้างกว่า โดยอนุญาตให้เชื่อมต่ออุปกรณ์เพิ่มเติมหลายตัวกับบัสระบบได้ ไมโครคอมพิวเตอร์ผลิตขึ้นในเฟรม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีขั้วต่อบัสระบบที่ผู้ใช้สามารถเข้าถึงได้ ไมโครคอมพิวเตอร์อาจมีวิธีการจัดเก็บข้อมูลบนสื่อแม่เหล็ก (เช่น ดิสก์แม่เหล็ก) และวิธีการสื่อสารกับผู้ใช้ที่มีการพัฒนาพอสมควร (จอภาพวิดีโอ แป้นพิมพ์) ไมโครคอมพิวเตอร์ได้รับการออกแบบมาสำหรับงานที่หลากหลาย แต่ต่างจากคอนโทรลเลอร์ตรงที่ต้องปรับเปลี่ยนใหม่สำหรับงานใหม่แต่ละงาน โปรแกรมที่ดำเนินการโดยไมโครคอมพิวเตอร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่าย

ในที่สุด คอมพิวเตอร์และคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่พบบ่อยที่สุดคือระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่หลากหลายที่สุด พวกเขาจำเป็นต้องมีความเป็นไปได้ในการปรับปรุงให้ทันสมัยตลอดจนโอกาสที่เพียงพอในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ใหม่ แน่นอนว่าผู้ใช้สามารถเข้าถึง System Bus ของตนได้ นอกจากนี้ อุปกรณ์ภายนอกสามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ตการสื่อสารในตัวหลายพอร์ตได้ (บางครั้งจำนวนพอร์ตอาจถึง 10) คอมพิวเตอร์มีวิธีการสื่อสารที่พัฒนาอย่างมากกับผู้ใช้อยู่เสมอ การจัดเก็บข้อมูลระยะยาวข้อมูลจำนวนมากวิธีการสื่อสารกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นผ่านเครือข่ายข้อมูล ขอบเขตการใช้งานคอมพิวเตอร์อาจแตกต่างกันมาก: การคำนวณทางคณิตศาสตร์, การรักษาการเข้าถึงฐานข้อมูล, การจัดการการทำงานของระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน, เกมส์คอมพิวเตอร์, จัดเตรียมเอกสาร ฯลฯ

ตามหลักการแล้วงานใด ๆ สามารถทำได้โดยใช้ระบบไมโครโปรเซสเซอร์แต่ละประเภทที่ระบุไว้ แต่เมื่อเลือกประเภท จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงความซ้ำซ้อนทุกครั้งที่เป็นไปได้ และจัดให้มีความยืดหยุ่นของระบบที่จำเป็นสำหรับงานที่กำหนด

ในปัจจุบัน เมื่อมีการพัฒนาระบบไมโครโปรเซสเซอร์ใหม่ ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดคือการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ (ในกรณีประมาณ 80%) ในกรณีนี้ ไมโครคอนโทรลเลอร์จะถูกใช้งานแยกกันโดยมีอุปกรณ์เพิ่มเติมเพียงเล็กน้อย หรือเป็นส่วนหนึ่งของตัวควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้นพร้อมอุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุตที่พัฒนาขึ้น

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์แบบคลาสสิกที่ใช้ชิปโปรเซสเซอร์และชุดไมโครโปรเซสเซอร์ปัจจุบันมีการผลิตค่อนข้างน้อย สาเหตุหลักมาจากความซับซ้อนของกระบวนการพัฒนาและแก้ไขจุดบกพร่องของระบบเหล่านี้ ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ประเภทนี้ส่วนใหญ่จะถูกเลือกเมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่สามารถให้คุณสมบัติที่ต้องการได้

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลตอนนี้ครองตำแหน่งที่โดดเด่น ในกรณีนี้นักพัฒนาจำเป็นต้องจัดเตรียมอุปกรณ์อินเทอร์เฟซเพิ่มเติมให้กับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเท่านั้นและแกนกลางของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ก็พร้อมแล้ว คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลได้พัฒนาเครื่องมือการเขียนโปรแกรมซึ่งช่วยให้งานของนักพัฒนาง่ายขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถจัดเตรียมอัลกอริธึมการประมวลผลข้อมูลที่ซับซ้อนที่สุดได้อีกด้วย ข้อเสียเปรียบหลักของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลคือ ขนาดใหญ่กล่องหุ้มและความซ้ำซ้อนของฮาร์ดแวร์สำหรับ งานง่ายๆ. ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือการที่คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลส่วนใหญ่ไม่สามารถทำงานในสภาวะที่ยากลำบาก (ฝุ่น, ความชื้นสูง, การสั่นสะเทือน, อุณหภูมิสูงฯลฯ) อย่างไรก็ตาม ยังมีการผลิตคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแบบพิเศษที่ปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานต่างๆ

ระบบไมโครโปรเซสเซอร์(นางสาว) - นี่คือชุดของการโต้ตอบวงจรรวมขนาดใหญ่ (LSI) ของชุดไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งจัดเป็นระบบ เช่น ระบบคอมพิวเตอร์หรือระบบควบคุมที่มีไมโครโปรเซสเซอร์เป็นหน่วยประมวลผลข้อมูล

โครงสร้างทั่วไปของระบบไมโครโปรเซสเซอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1 2.49.

เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา (GTI) – แหล่งที่มาของลำดับของพัลส์สี่เหลี่ยม ซึ่งเหตุการณ์ต่างๆ จะถูกควบคุมตามเวลา โดยจะระบุรอบคำสั่ง - ช่วงเวลาที่ต้องใช้ในการอ่านคำสั่งตัวอย่างจากหน่วยความจำและดำเนินการ วงจรคำสั่งประกอบด้วยลำดับการกระทำเบื้องต้นที่เรียกว่าสถานะ (รอบ)

หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) หรือเรียกอีกอย่างว่า Random access memory (RAM) หรือ Random access memory (RAM) ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำสำหรับข้อมูลที่จะประมวลผลและผลลัพธ์ของการคำนวณ และในระบบไมโครโปรเซสเซอร์บางระบบก็สำหรับโปรแกรมที่มีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้งเช่นกัน คุณสมบัติเฉพาะของมันคือเวลาที่ต้องใช้ในการเข้าถึงเซลล์หน่วยความจำใดๆ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับที่อยู่ของเซลล์นี้ RAM ช่วยให้สามารถเขียนและอ่านคำได้ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลนี้ การเปรียบเทียบกับกระดานดำที่เขียนตัวเลขด้วยชอล์กเป็นที่ยอมรับได้: สามารถอ่านได้หลายครั้งโดยไม่ทำลายและหากจำเป็นก็สามารถลบตัวเลขออกและสามารถเขียนใหม่ได้ พื้นที่ว่าง โปรดทราบว่าข้อมูลที่อยู่ใน RAM จะหายไปหรือถูกลบหากแรงดันไฟฟ้าถูกขัดจังหวะ

หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (ROM) คืออุปกรณ์ที่ใช้จัดเก็บโปรแกรม (และชุดค่าคงที่หากจำเป็น) เนื้อหาของ ROM ไม่สามารถลบได้ ใช้เป็นหน่วยความจำของโปรแกรมที่รวบรวมล่วงหน้าโดยผู้ผลิตตามความต้องการของผู้ใช้ ในกรณีเช่นนี้ กล่าวกันว่าโปรแกรมได้ต่อสายเข้ากับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแล้ว ในการใช้งานโปรแกรมอื่นจำเป็นต้องใช้ ROM อื่นหรือบางส่วน คุณสามารถเลือกได้เฉพาะคำที่เก็บไว้จาก ROM เท่านั้น แต่คุณไม่สามารถเพิ่มคำใหม่ ลบ หรือแทนที่คำที่บันทึกไว้ด้วยคำอื่นได้ มันเหมือนกับตารางการชนะรางวัลพันธบัตรที่พิมพ์ออกมา คุณสามารถอ่านได้เฉพาะตัวเลขในนั้นเท่านั้น แต่คุณไม่สามารถแทนที่หรือเพิ่มตัวเลขใหม่ได้ นอกจาก ROM แล้ว PROM และ RPROM ยังใช้อีกด้วย

ข้าว. 2.49. โครงสร้างของระบบไมโครโปรเซสเซอร์ทั่วไป:

GTI – เครื่องกำเนิดพัลส์นาฬิกา; MP – ไมโครโปรเซสเซอร์; RAM - หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม; ROM - หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว

หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้ (PROM) แตกต่างจาก ROM ตรงที่ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรม ROM ได้อย่างอิสระ (ใส่โปรแกรมลงไป) โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ - โปรแกรมเมอร์ แต่เพียงครั้งเดียว (หลังจากเข้าโปรแกรมแล้วเนื้อหาของหน่วยความจำจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีกต่อไป) .

หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ตั้งโปรแกรมได้ (EPROM) หรือที่เรียกว่า ROM แบบลบได้ มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: ข้อมูลที่เก็บไว้สามารถลบได้หลายครั้ง (ในกรณีนี้จะถูกทำลาย) กล่าวอีกนัยหนึ่ง EPROM อนุญาตให้ตั้งโปรแกรมใหม่ได้โดยใช้โปรแกรมเมอร์ ทำให้แก้ไขข้อผิดพลาดที่ตรวจพบได้ง่ายขึ้นและช่วยให้คุณเปลี่ยนเนื้อหาของหน่วยความจำได้

อินเตอร์เฟซ เรียกว่าอุปกรณ์อินเทอร์เฟซ อินเทอร์เฟซเข้าใจว่าเป็นชุดเครื่องมือไฟฟ้า เครื่องกล และซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้คุณสามารถเชื่อมต่อโมดูลระบบเข้าด้วยกันและกับอุปกรณ์ต่อพ่วง ของเขา ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโหนดและซอฟต์แวร์เป็นโปรโตคอลที่อธิบายขั้นตอนการโต้ตอบของโมดูลเมื่อทำการแลกเปลี่ยนข้อมูล

อินเทอร์เฟซระบบไมโครโปรเซสเซอร์หมายถึงอินเทอร์เฟซของเครื่อง ในระบบไมโครโปรเซสเซอร์ LSI อินเทอร์เฟซพิเศษใช้เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงกับระบบ (ในรูปที่ 2.49 จะแสดงในรูปแบบของอินเทอร์เฟซอินพุตและโมดูลอินเทอร์เฟซเอาต์พุต) LSI เหล่านี้มีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยความสามารถรอบด้าน ซึ่งทำได้โดยการเปลี่ยนฟังก์ชันที่ดำเนินการโดยทางโปรแกรม

อุปกรณ์อินพุต ป้อนข้อมูลที่จะประมวลผลและคำสั่งเข้าสู่ระบบ

อุปกรณ์ส่งออก แปลงข้อมูลเอาต์พุต (ผลลัพธ์ของการประมวลผลข้อมูล) เป็นรูปแบบที่สะดวกสำหรับการรับรู้หรือการจัดเก็บของผู้ใช้ อุปกรณ์อินพุต/เอาต์พุต ได้แก่ หน่วยสำหรับอ่านข้อมูลจากเทปพันช์และเทปแม่เหล็ก (หรือเขียนลงไป) เครื่องบันทึกเทป ฟลอปปีดิสก์ คีย์บอร์ด จอแสดงผล ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลและดิจิทัลเป็นแอนะล็อก พล็อตเตอร์ โทรไทป์ ฯลฯ .

ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของระบบไมโครโปรเซสเซอร์นั้นอยู่ในการจัดโครงสร้างกระดูกสันหลังของการเชื่อมต่อระหว่างโมดูลที่เป็นส่วนประกอบ ดำเนินการโดยใช้รถโดยสารสามคัน พวกเขาส่งข้อมูลและสัญญาณทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทำงานของระบบ บัสเหล่านี้เชื่อมต่อไมโครโปรเซสเซอร์กับหน่วยความจำภายนอก (RAM, ROM) และอินเทอร์เฟซอินพุต-เอาต์พุต ส่งผลให้มีความเป็นไปได้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และโมดูลระบบอื่นๆ รวมถึงการส่งสัญญาณควบคุม

ไมโครโปรเซสเซอร์ (ส.ส ) เป็นอุปกรณ์ประมวลผลข้อมูลดิจิทัลที่ควบคุมด้วยซอฟต์แวร์สากลที่มีฟังก์ชันการทำงานครบถ้วน สร้างขึ้นในรูปแบบของ LSI ของไมโครโปรเซสเซอร์ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ไมโครโปรเซสเซอร์ LSI เป็นของไมโครวงจรคลาสใหม่ซึ่งหนึ่งในคุณสมบัติคือความสามารถในการควบคุมการทำงานของ LSI โดยทางโปรแกรมโดยใช้ชุดคำสั่งเฉพาะ คุณลักษณะนี้สะท้อนให้เห็นในหลักการซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ในการสร้างระบบไมโครโปรเซสเซอร์ (MS) - อุปกรณ์ดิจิทัลหรือระบบประมวลผลข้อมูล การควบคุมและการจัดการที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของ MP หนึ่งหรือหลายตัว

หลักการซอฟต์แวร์ฮาร์ดแวร์ของการสร้าง MS เป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานขององค์กรของพวกเขาและอยู่ในความจริงที่ว่าการดำเนินการตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้ของ MS นั้นทำได้สำเร็จไม่เพียง แต่โดยฮาร์ดแวร์เท่านั้น แต่ยังด้วยความช่วยเหลือของซอฟต์แวร์ - ชุดที่จัดระเบียบด้วย ของโปรแกรมและข้อมูล

จากการออกแบบ ไมโครโปรเซสเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท:

ไมโครโปรเซสเซอร์ชิปตัวเดียวที่มีความยาวคำคงที่ (ความลึกบิต) และระบบคำสั่งเฉพาะ

ไมโครโปรเซสเซอร์แบบหลายชิป (แบบตัดขวาง) ที่มีความกว้างของคำที่ปรับขนาดได้และการควบคุมไมโครโปรแกรม ซึ่งประกอบด้วย LSI สองตัวขึ้นไป

ปัจจุบันมีการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ชิปตัวเดียวพร้อมการควบคุมไมโครโปรแกรมด้วย

การจัดระเบียบลอจิคัลภายในของไมโครโปรเซสเซอร์ชิปตัวเดียวนั้นส่วนใหญ่คล้ายกับการจัดระเบียบของคอมพิวเตอร์เอนกประสงค์ ซึ่งช่วยให้สามารถพึ่งพาวิธีการออกแบบและใช้คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพต่ำและปานกลางแบบเดิมได้เมื่อพัฒนาระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ตัวเดียว

ตัวอย่างเช่น พิจารณาโครงสร้างของไมโครโปรเซสเซอร์แปดบิตอเนกประสงค์แบบชิปตัวเดียว (รูปที่ 2.50) ไมโครโปรเซสเซอร์ประกอบด้วยหน่วยทางคณิตศาสตร์-ลอจิคัล หน่วยควบคุม และบล็อกการลงทะเบียนภายใน

หน่วยลอจิกเลขคณิต (ALU) เป็นแกนหลักของไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะประกอบด้วยตัวบวกไบนารีที่มีวงจรดำเนินการ รีจิสเตอร์กะ และรีจิสเตอร์สำหรับการจัดเก็บตัวถูกดำเนินการชั่วคราว อุปกรณ์นี้ดำเนินการง่ายๆ หลายอย่างโดยใช้คำสั่ง: การบวก การลบ การเลื่อน การส่งต่อ การบวกแบบลอจิคัล (OR) การคูณแบบลอจิคัล (AND)

ลงทะเบียน เรียกว่าวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับจัดเก็บข้อมูลไบนารี่ชั่วคราว (คำเครื่อง) มันถูกสร้างขึ้นบนฟลิปฟล็อป จำนวนทั้งหมดจะกำหนดความจุของรีจิสเตอร์ รีจิสเตอร์ฟลิปฟล็อปแต่ละตัวใช้ในการอินพุต จัดเก็บ และเอาท์พุตหนึ่งบิต (1 หรือ 0) ของเลขฐานสอง ความกว้างของรีจิสเตอร์จะถูกเลือกตามความยาวของคำที่เก็บไว้ในนั้น

ข้าว. 2.50. โครงสร้างของชิปเดี่ยวแปดบิต

ไมโครโปรเซสเซอร์

รีจิสเตอร์ที่ให้บริการเฉพาะอินพุต การจัดเก็บ และเอาท์พุตของข้อมูลไบนารีเรียกว่าแบบสะสม แตกต่างจากการลงทะเบียนกะซึ่งนอกเหนือจากการใช้งานฟังก์ชันที่ระบุแล้ว ยังช่วยให้คุณสามารถเลื่อนเลขฐานสองไปทางขวาหรือซ้าย (และบางครั้งก็เป็นทั้งสองทิศทาง) หากมีการป้อนตัวเลขลงในรีจิสเตอร์สะสมในโค้ดคู่ขนาน กล่าวคือ พร้อมกันในฟลิปฟล็อปทั้งหมด ตัวเลขมักจะถูกป้อนลงในชิฟต์รีจิสเตอร์ในโค้ดตามลำดับ โดยป้อนตัวเลขทีละหลักตามลำดับ แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะป้อนเช่นกัน ตัวเลขในรหัสคู่ขนาน

สิ่งกระตุ้น - นี่คืออุปกรณ์ที่มีสถานะเสถียรสองสถานะ 0 และ 1 ซึ่งสามารถกระโดดจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งได้ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณควบคุมภายนอก

ตัวดำเนินการ ตั้งชื่อหมายเลขหรือสัญลักษณ์ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเครื่อง ดังนั้นในการแสดงออก ที่ = ก + ขหรือ ω = 2เค- ตัวถูกดำเนินการ 1 ตัว คือ ก, ข, 2, เค, 1. ตัวอย่างทั่วไปของตัวถูกดำเนินการที่ใช้ในขั้นตอนการประมวลผลข้อมูลไมโครโปรเซสเซอร์คือไบต์

ในการคำนวณโดยทั่วไปและเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์โดยเฉพาะ เมื่อต้องจัดการกับตัวเลข คำว่า "บิต" "คำ" "ไบต์" ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

นิดหน่อย เป็นตัวเลขของเลขฐานสอง: 0 หรือ 1 ดังนั้น 0101 จึงเป็นเลขฐานสองสี่บิต โดยหลักซ้ายสุดแทนหลักที่มีนัยสำคัญที่สุดของตัวเลขนี้ และหลักขวาสุดแทนหลักสำคัญน้อยที่สุด เลขฐานสอง 4 บิตเรียกว่า tetrad และเลขฐานสอง 3 บิตเรียกว่า triad

คำ – ลำดับอักขระที่สมบูรณ์ (0 และตัว) ของความยาวที่ระบุหรือสัญญาณที่แสดงถึงอักขระเหล่านั้น คำที่เครื่องเป็นลำดับพิเศษของศูนย์และลำดับที่คอมพิวเตอร์ประเภทที่กำหนดสามารถอ่านหรือตีความได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง machine word คือกลุ่มของบิตที่ถูกประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ในขั้นตอนเดียว โดยทั่วไป คำหนึ่งๆ จะมีความยาวแปรผันได้ จำนวนหลักไบนารี (บิต) ในคำสามารถอยู่ในช่วง 1 ≤ z≤ n.ขนาด ปขึ้นอยู่กับความสามารถทางเทคนิคของคอมพิวเตอร์ โดยทั่วไปแล้ว ความยาวของคำของเครื่องจะเข้าใจว่าเป็นจำนวนบิตที่จัดเก็บไว้ในรีจิสเตอร์คอมพิวเตอร์เครื่องเดียว ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เมนเฟรม ลำดับของ 32 บิตบางครั้งเรียกว่าคำ ครึ่งคำคือลำดับ 16 บิต และคำคู่คือลำดับของ 64 บิต สำหรับเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ ไบต์ถือเป็นพื้นฐาน รูปแบบข้อมูลถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับมัน

ไบต์ – คำแปดบิต ถือเป็นหน่วยสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลดิจิทัลระหว่างอุปกรณ์ของระบบไมโครโปรเซสเซอร์

อุปกรณ์ควบคุม (CU) “จัดการ” งานของ ALU และการลงทะเบียนภายในระหว่างการดำเนินการตามคำสั่ง ตามโค้ดการดำเนินการที่อยู่ในคำสั่ง จะสร้างสัญญาณการควบคุมภายในสำหรับบล็อกไมโครโปรเซสเซอร์ ส่วนที่อยู่ของคำสั่งพร้อมกับสัญญาณควบคุมใช้ในการอ่านข้อมูลจากเซลล์หน่วยความจำเฉพาะ (เขียนข้อมูลไปยังเซลล์) ขึ้นอยู่กับสัญญาณจากชุดควบคุม แต่ละคำสั่งใหม่ถัดไปจะถูกเลือก

บี
ล็อคการลงทะเบียนภายใน (BVR) ซึ่งขยายขีดความสามารถของ ALU ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำภายในของไมโครโปรเซสเซอร์ - ใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูลและคำสั่งชั่วคราว นอกจากนี้ยังดำเนินขั้นตอนการประมวลผลข้อมูลบางอย่างด้วย โดยทั่วไป บล็อกนี้ประกอบด้วยรีจิสเตอร์อเนกประสงค์และรีจิสเตอร์พิเศษ: รีจิสเตอร์สะสม, รีจิสเตอร์บัฟเฟอร์ที่อยู่, รีจิสเตอร์บัฟเฟอร์ข้อมูล, ตัวนับโปรแกรม, รีจิสเตอร์คำสั่ง, รีจิสเตอร์สแต็ก, รีจิสเตอร์ฟีเจอร์

ในทางปฏิบัติ มักใช้บล็อกการทำงานซึ่งประกอบด้วยชุดไมโครโปรเซสเซอร์และออกแบบโครงสร้างในรูปแบบของบอร์ด สามารถทำหน้าที่ต่างๆ ของไมโครคอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งไว้ในเครื่องมือวัดหรืออุปกรณ์อื่นๆ ได้ (โดยไม่มีแหล่งจ่ายไฟ ตัวเครื่อง แผงควบคุม อุปกรณ์ต่อพ่วง) แต่ไม่สามารถทำงานเป็นอุปกรณ์อิสระและเป็นอิสระได้ เรียกว่าบล็อกที่ทำหน้าที่ควบคุม ไมโครคอนโทรลเลอร์ . บางครั้งก็เรียกง่ายๆว่าชวเลข ตัวควบคุม . สามารถตั้งโปรแกรมหรือไม่สามารถตั้งโปรแกรมได้ คอนโทรลเลอร์สำหรับ ระบบการวัดยังผลิตเป็นอุปกรณ์แบบสแตนด์อโลนอีกด้วย

ระบบซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ . ปัจจุบันระบบอัตโนมัติของกระบวนการทางเทคโนโลยีส่วนใหญ่ดำเนินการบนพื้นฐานของตัวควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์สากลซึ่งในรัสเซียเรียกว่าซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์คอมเพล็กซ์ (PTK) พวกเขาเป็นตัวแทนของชุดเครื่องมืออัตโนมัติที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ (ตัวควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ อุปกรณ์สื่อสารที่มีวัตถุหน่วยควบคุม) คอนโซลแสดงผลของผู้ปฏิบัติงานและเซิร์ฟเวอร์สำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ เครือข่ายอุตสาหกรรมที่ช่วยให้คุณเชื่อมต่อส่วนประกอบที่ระบุไว้ ซอฟต์แวร์สำหรับตัวควบคุม และคอนโซลแสดงผลของผู้ปฏิบัติงาน . ประการแรก PTC มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างระบบควบคุมแบบกระจายสำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีที่มีกำลังข้อมูลที่แตกต่างกัน (ตั้งแต่สัญญาณอินพุต/เอาท์พุตหลายสิบสัญญาณไปจนถึงสัญญาณนับแสน)

หนึ่งในโครงสร้างที่เรียบง่ายและมองเห็นได้ของ PTC แสดงไว้ในรูปที่ 1 2.51.

ข้าว. 2.51. โครงสร้างพีทีซี

ฟังก์ชั่นทั้งหมดของระบบ (รูปที่ 2.51) แบ่งออกเป็นสองระดับอย่างชัดเจน ระดับแรกประกอบด้วยตัวควบคุม ระดับที่สอง - คอนโซลผู้ปฏิบัติงานซึ่งสามารถแสดงโดยเวิร์กสเตชันหรือคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม

ระดับตัวควบคุมในระบบดังกล่าวจะรวบรวมสัญญาณจากเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งไว้ที่วัตถุควบคุม การประมวลผลสัญญาณล่วงหน้า (การกรองและการปรับขนาด) การใช้อัลกอริธึมควบคุมและการสร้างสัญญาณควบคุมไปยังแอคชูเอเตอร์ของวัตถุควบคุม การส่งและรับข้อมูลจากเครือข่ายอุตสาหกรรม

คอนโซลผู้ควบคุมเครื่องสร้างคำขอเครือข่ายไปยังตัวควบคุมระดับล่าง รับข้อมูลการปฏิบัติงานเกี่ยวกับความคืบหน้าของกระบวนการทางเทคโนโลยีจากพวกเขาในรูปแบบที่สะดวกสำหรับผู้ปฏิบัติงาน ดำเนินการจัดเก็บข้อมูลไดนามิกในระยะยาว (การเก็บถาวร) เกี่ยวกับความคืบหน้าของกระบวนการ ทำให้ การแก้ไขพารามิเตอร์ที่จำเป็นของอัลกอริธึมการควบคุมและการตั้งค่าตัวควบคุมในตัวควบคุมระดับล่าง ระดับ

ผู้ควบคุมอุตสาหกรรม – นี้ อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมกระบวนการทางเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมและวัตถุทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อนอื่น ๆ (เช่น ระบบควบคุมระดับจุลภาค ระบบควบคุมสำหรับโรงงานหม้อไอน้ำและแหล่งจ่ายความร้อนและก๊าซ ระบบรวบรวมข้อมูล ระบบจัดส่ง ฯลฯ ) หลักการทำงานคือการรวบรวมสัญญาณจาก เซ็นเซอร์และการประมวลผลตามโปรแกรมการใช้งานของผู้ใช้พร้อมการออกสัญญาณควบคุมไปยังแอคทูเอเตอร์

ปัจจุบัน ตลาดอุปกรณ์ระบบอัตโนมัตินำเสนออุปกรณ์ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่หลากหลายสำหรับการสร้างระบบที่เชื่อถือได้และใช้งานง่าย ตามคำศัพท์ต่างประเทศที่เป็นที่ยอมรับ ตัวควบคุมทางอุตสาหกรรม (PC) แบ่งออกเป็นสามประเภท: ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้ (PLC) ระบบควบคุมแบบกระจาย ( กระจายควบคุมระบบดีซีเอส) และตัวควบคุมที่ใช้พีซี-เทคโนโลยี (พีซี- ซึ่งเป็นรากฐาน).

ในสถาปัตยกรรมของระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติ PLC จะอยู่ระหว่างระดับเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์กับระบบควบคุมกระบวนการระดับบน หน้าที่หลักของตัวควบคุมในระบบคือการรวบรวม การประมวลผล และการส่งข้อมูลหลักไปยังระดับบน รวมถึงการพัฒนาการดำเนินการควบคุมตามอัลกอริธึมการควบคุมที่ตั้งโปรแกรมไว้ และการส่งผ่านการกระทำเหล่านี้ไปยังแอคทูเอเตอร์

ตัวควบคุมที่ทันสมัยส่วนใหญ่ผลิตขึ้นตามหลักการบล็อกแบบแบ่งส่วน แต่ละโมดูลโลจิคัลเป็นบล็อกแยกกันทางกายภาพ ซึ่งติดตั้งในตะกร้าสำหรับติดตั้งหรือบนรางสำหรับติดตั้งเดี่ยว การสลับระหว่างโมดูลทำได้โดยใช้ชุดสายไฟชุดเดียว การออกแบบนี้ช่วยให้คุณเปลี่ยนจำนวนโมดูลที่ใช้ได้อย่างกว้างขวาง และปรับสถาปัตยกรรมทางกายภาพของคอนโทรลเลอร์ให้เหมาะสมที่สุดกับงานที่กำลังแก้ไข นอกจากนี้การก่อสร้างนี้ยังสะดวกในการบำรุงรักษาปรับปรุงและซ่อมแซมอีกด้วย หากจำเป็น จะมีการเปลี่ยนเฉพาะโมดูลแต่ละตัวโดยไม่เปลี่ยนสถาปัตยกรรมของทั้งระบบ

ในระบบควบคุมแบบกระจาย(รูปที่ 2.51) ตัวควบคุมขนาดเล็ก โมดูลอินพุต/เอาท์พุตอัจฉริยะ และคอมพิวเตอร์เชื่อมต่อกันเป็นเครือข่ายเดียว ซึ่งสามารถแยกออกจากกันในระยะทางที่ค่อนข้างไกล สถาปัตยกรรมระบบควบคุมแบบกระจายนี้มีข้อดีดังต่อไปนี้:

– ความน่าเชื่อถือของระบบสูง การกระจายความรับผิดชอบที่ชัดเจนในระบบแบบกระจายทำให้สามารถทำงานได้แม้ว่าโหนดใดๆ จะล้มเหลวหรือค้างก็ตาม ในเวลาเดียวกัน โหนดการปฏิบัติงานยังคงรวบรวมข้อมูลและควบคุมกระบวนการหรือดำเนินการปิดอุปกรณ์กระบวนการตามลำดับ

– การต่อสายไฟจำนวนน้อย คอนโทรลเลอร์มีความสามารถในการทำงานในสภาวะทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง ดังนั้นจึงมักจะติดตั้งไว้ใกล้กับวัตถุควบคุม ในเรื่องนี้ปริมาณการใช้ผลิตภัณฑ์เคเบิลลดลงอย่างมาก และตามกฎแล้วมีเพียงสองหรือสี่สายเท่านั้นที่เพียงพอในการจัดระเบียบเครือข่าย

– ขยายระบบได้ง่าย เมื่อจุดตรวจสอบและควบคุมเพิ่มเติมปรากฏขึ้น การเพิ่มโหนดใหม่ (ตัวควบคุม โมดูลอินพุต/เอาต์พุตอัจฉริยะ) ให้กับระบบก็เพียงพอแล้ว

ปัจจุบัน องค์กรของรัสเซียมีตัวควบคุมจำนวนมากทั้งนำเข้าและผลิตในประเทศ ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติแบบกระจายได้ ในหมู่พวกเขามีตัวควบคุม CROSS และอุปกรณ์ภาคสนามที่ซับซ้อน TRASSA (JSC ZEiM, Cheboksary), Dekont complex (บริษัท DEP, มอสโก), ​​Tekonik (JSC Tekon, มอสโก), ​​DCS-2000 (JSC "Emicon", มอสโก), ​​SIKON (บริษัท "KOK", มอสโก), ​​ELSI-2000 (บริษัท "EleSy", Tomsk), ADAM-4000, 5000, 6000 (Advantech), I-7000, 8000 (ICP DAS), ตัวควบคุมเครือข่ายจาก Siemens, อุปกรณ์อะนาล็อก, ฯลฯ

ตัวอย่างเช่น ลองดูตัวควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้ทางอุตสาหกรรมบางประเภทที่ใช้ในระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับกระบวนการจ่ายความร้อนและก๊าซและการระบายอากาศ

ตัวควบคุมอุตสาหกรรม SPEKONตัวควบคุมทางอุตสาหกรรมเฉพาะทาง SPEKON SK (รูปที่ 2.52) ได้รับการออกแบบมาเพื่อการควบคุมอัตโนมัติของหม้อต้มไอน้ำและน้ำร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงก๊าซหรือของเหลว รวมถึงโรงต้มหม้อไอน้ำ สถานีทำความร้อนส่วนกลาง เครื่องกำเนิดความร้อน เตาเผาไหม้ และสิ่งอำนวยความสะดวกทางเทคโนโลยีอื่น ๆ ในอุตสาหกรรมต่างๆ .

ข้าว. 2.52. รูปร่างคอนโทรลเลอร์ (มุมมองด้านหน้า)

เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับความก้าวหน้าของกระบวนการทางเทคโนโลยี ค่าพารามิเตอร์ องค์ประกอบของระบบ ฯลฯ ที่แผงด้านหน้าของคอนโทรลเลอร์จะมีจอแสดงผลตัวอักษรและตัวเลขและไฟแสดงสถานะ จอแสดงผลตัวอักษรและตัวเลขเป็นผลึกเหลว สองบรรทัด มีอักขระในแต่ละบรรทัด 16 ตัว จอแสดงผลมีไฟแบ็คไลท์ "เครือข่าย", "การทำงาน", "เหตุฉุกเฉิน" ข้อมูลเข้าฐานข้อมูล ผลลัพธ์ของค่าพารามิเตอร์ การควบคุมกระบวนการ ฯลฯ ดำเนินการจากแป้นพิมพ์ที่แผงด้านหน้า

การปรับเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์ SPEKON SK:

SK2-20 (A/B) – SK2-29 (A/B) – ตัวควบคุมสำหรับควบคุมหม้อต้มไอน้ำและ/หรือน้ำร้อนที่ทำงานโดยใช้ก๊าซและ/หรือเชื้อเพลิงเหลว

SK2-32 (A/B) – SK2-35 (A/B) – ตัวควบคุมสำหรับควบคุมหม้อไอน้ำและ/หรือหม้อต้มน้ำร้อนที่มีหัวเผานำเข้าซึ่งใช้แก๊สและ/หรือเชื้อเพลิงเหลว

SK2-12(A/B) และ SK2-14(A/B) – ตัวควบคุมสำหรับการควบคุมอัตโนมัติของเครื่องทำความร้อนน้ำมันและแก๊ส อุปกรณ์สร้างความร้อน และหัวเผา

SK2-50(A/B) – ตัวควบคุมสำหรับการควบคุมหม้อไอน้ำแบบอัตโนมัติ (ประเภท DKVR) พร้อมหัวเผา 2 หัว

SK2-53(A/B) – ตัวควบคุมสำหรับการควบคุมหม้อไอน้ำแบบอัตโนมัติ (ประเภท DKVR) พร้อมหัวเผา 3 หัว

กับ
K2-80(A/B) – ตัวควบคุมสำหรับการควบคุมหม้อไอน้ำ ห้องหม้อไอน้ำ สถานีทำความร้อนส่วนกลาง สถานีย่อยหม้อแปลงไฟฟ้า และวัตถุทางเทคโนโลยีอื่น ๆ พร้อมการแสดงวัตถุ ค่าพารามิเตอร์ที่วัดได้ ฯลฯ บนแผงสัมผัสด้านหน้าแบบเรียลไทม์

SK3-01 (A/B) – ตัวควบคุมสำหรับการควบคุมอัตโนมัติของอุปกรณ์หม้อไอน้ำทั่วไปด้วยหม้อต้มน้ำร้อนหรือไอน้ำที่ใช้ก๊าซและ/หรือเชื้อเพลิงเหลว ซึ่งระบบอัตโนมัตินั้นใช้ตัวควบคุม SPEKON SK2

SK3-13 (A/B) – ตัวควบคุมสำหรับการควบคุมอุปกรณ์ห้องหม้อไอน้ำและหม้อไอน้ำอัตโนมัติแบบอัตโนมัติ

ซึ่งไม่ได้ใช้คอนโทรลเลอร์ SPEKON SK2

SK3-21 (A/B) – ตัวควบคุมสำหรับควบคุม ITP สถานีย่อยการทำความร้อนส่วนกลาง และอุปกรณ์หม้อไอน้ำทั่วไปที่มีหม้อต้มน้ำร้อนและไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงก๊าซหรือของเหลว สามารถใช้เป็นตัวควบคุมหลายช่องสัญญาณที่กำหนดค่าได้อย่างอิสระ

จ่ายตัวควบคุมระบบระบายอากาศ BiKub-VK02 (OOO NPP กอร์โน พลัส). ตัวควบคุมเป็นอุปกรณ์ควบคุมที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์พร้อมซอฟต์แวร์ประจำเครื่อง และออกแบบมาเพื่อควบคุมอุณหภูมิของอากาศที่จ่ายในระบบทำความร้อนด้วยอากาศ คอนโทรลเลอร์สามารถกำหนดค่าให้ทำงานในการดัดแปลงระบบระบายอากาศที่หลากหลาย

สามารถใช้คอนโทรลเลอร์ในระบบตรวจสอบและควบคุมอัตโนมัติได้ อุปกรณ์นี้ร่วมกับผลิตภัณฑ์อื่น ๆ จาก NPP Gornoe Plus LLC และผลิตภัณฑ์จากบริษัทบุคคลที่สามที่มีความสามารถในการเชื่อมต่อกับระบบข้อมูล (มิเตอร์ไฟฟ้า มิเตอร์ความร้อน) ช่วยให้คุณสามารถจัดการการจัดการอุปกรณ์ทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนในระดับ อาคารหรืออาคารที่ซับซ้อน

แผนผังการใช้คอนโทรลเลอร์ BiKub-VK02 แสดงในรูปที่ 1 2.53.

ข้าว. 2.53. ตัวอย่างการใช้งานคอนโทรลเลอร์ BiKub-VK02

ในตัวอย่างนี้ ตัวควบคุมจะควบคุมพัดลม แดมเปอร์พร้อมฮีตเตอร์ไฟฟ้า ปั๊ม และวาล์วสองทางพร้อมระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า สัญญาณจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิจะมาถึงอินพุตที่สอดคล้องกันของอุปกรณ์และผ่านการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล ถัดไป การแปลงจะดำเนินการตามฟังก์ชันการแปลงที่ระบุ เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่วัดได้ในรูปแบบดิจิทัล สามารถดูค่าอุณหภูมิที่วัดได้บนจอแสดงผลหรืออ่านผ่านเครือข่าย

ในโหมด "ควบคุม"อุปกรณ์ดำเนินการเพื่อรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมของสารหล่อเย็นในท่อส่งกลับเพื่อป้องกันการแช่แข็งของระบบและเกินอุณหภูมิของสารหล่อเย็นในท่อส่งกลับ

ในโหมด "งาน"ตัวควบคุมจะทำหน้าที่ตามลำดับในการสตาร์ทระบบระบายอากาศ จากนั้นจึงทำหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับการรักษาอุณหภูมิอากาศจ่ายที่ตั้งไว้ ขณะทำงานในโหมดนี้ ตัวควบคุมสามารถสลับระบบเป็นสถานะต่างๆ ได้ เช่น:

กำลังอุ่นเครื่องทำความร้อน ก่อนเริ่มทำงานตัวควบคุมจะอุ่นเครื่องทำความร้อนอากาศซึ่งเมื่อปิดมู่ลี่และปิดพัดลมจะเป็นการเปิดวาล์วควบคุมเปิดปั๊มและเปิดเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า ระบบจะยังคงอยู่ในสถานะนี้ตามระยะเวลาที่ผู้ใช้กำหนด หากอุณหภูมิอากาศภายนอกสูงกว่าค่าที่กำหนด "โหมดฤดูร้อน" ระบบจะไม่เปลี่ยนเป็นสถานะนี้

การควบคุมระบบระบายอากาศ หลังจากอุ่นเครื่องแล้ว ระบบจะเข้าสู่สภาวะการทำงาน ในสถานะนี้ อุปกรณ์จะรักษาอุณหภูมิอากาศที่จ่ายให้ตามค่าที่ตั้งไว้

ป้องกันฟรอสต์ หากอุณหภูมิอากาศที่จ่ายหรืออุณหภูมิน้ำหล่อเย็นกลับลดลงต่ำกว่าค่าที่ผู้ใช้กำหนด หรือหากเกิดความผิดปกติ ตัวควบคุมจะเปลี่ยนระบบเป็นสถานะการป้องกันน้ำค้างแข็ง ในสถานะนี้ อุปกรณ์จะปิดมู่ลี่ ปิดพัดลม และเปิดตัวกระตุ้น ระบบจะยังคงอยู่ในโหมดนี้จนกว่าอากาศที่จ่ายและอุณหภูมิของน้ำจะกลับสู่ปกติ

โหมดสแตนด์บาย โหมดสแตนด์บายมีไว้สำหรับกรณีที่ไม่จำเป็นต้องระบายอากาศ ในโหมดนี้อุปกรณ์จะควบคุมเฉพาะอุณหภูมิเท่านั้น กลับน้ำ, มู่ลี่ปิดและพัดลมปิดอยู่ การเปลี่ยนไปใช้โหมดสแตนด์บายทำได้โดยการตั้งค่าช่วงเวลาที่สอดคล้องกับโหมดนี้ หากการเปลี่ยนไปใช้โหมดสแตนด์บายจากโหมด "ฤดูร้อน" จะไม่มีการดำเนินการควบคุมน้ำไหลกลับ

โหมดฤดูร้อน ในโหมดนี้ อุณหภูมิอากาศที่จ่ายจะไม่ถูกควบคุม และการไหลเวียนของน้ำหล่อเย็นผ่านฮีตเตอร์ก็หยุดลง คอนโทรลเลอร์เพียงแค่เปิดมู่ลี่แล้วเปิดพัดลม

ถึง ตัวควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ TRM3(องค์กรเตาอบ PO) อุปกรณ์นี้ร่วมกับตัวแปลงความร้อนอินพุต (เซ็นเซอร์) และแอคทูเอเตอร์ ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมและควบคุมอุณหภูมิในระบบทำความร้อนและน้ำร้อน (DHW) นอกเหนือจากฟังก์ชันการควบคุมแล้ว อุปกรณ์ยังช่วยปกป้องระบบจากการประมาณอุณหภูมิที่สูงเกินไปของน้ำที่ไหลย้อนกลับไปยังโรงทำความร้อน

เมื่อทำงานเป็นส่วนหนึ่งของระบบ TRM32 ระบบจะควบคุมอุณหภูมิของอากาศภายนอก อุณหภูมิของน้ำในวงจรทำความร้อนและจ่ายน้ำร้อน รวมถึงอุณหภูมิของน้ำที่ไหลกลับคืนสู่โรงทำความร้อน จากผลการวัด อุปกรณ์จะสร้างสัญญาณควบคุมสำหรับวาล์วปิดและวาล์วควบคุมสองตัว โดยหนึ่งในนั้นทำหน้าที่รักษาอุณหภูมิที่ตั้งไว้ในวงจรทำความร้อน และอีกอันอยู่ในวงจรจ่ายน้ำร้อน ระหว่างการทำงาน อุปกรณ์จะทำงานในโหมดหลักหนึ่งในสามโหมด: "การควบคุม", "การดู" หรือ "การเขียนโปรแกรม"

อุปกรณ์คอมพิวเตอร์สื่อสารกันโดยใช้การเชื่อมต่อ ซึ่งในการคำนวณเรียกว่าอินเทอร์เฟซ

อินเตอร์เฟซเป็นชุดซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่ออกแบบมาเพื่อถ่ายโอนข้อมูลระหว่างส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ รวมถึงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เส้น รถประจำทางและที่อยู่ ข้อมูลและสัญญาณควบคุม อัลกอริธึมการส่งสัญญาณ และกฎสำหรับการตีความสัญญาณโดยอุปกรณ์

ในความหมายกว้างๆ อินเทอร์เฟซยังรวมถึงชิ้นส่วนทางกล (ความเข้ากันได้ของซ็อกเก็ต) และวงจรเสริมที่รับประกันความเข้ากันได้ทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ในแง่ของระดับสัญญาณลอจิก กระแสอินพุตและเอาต์พุต ฯลฯ

การศึกษารายละเอียดของอินเทอร์เฟซและบัสระบบอยู่นอกเหนือขอบเขตของหลักสูตรนี้ ดังนั้นเราจะพิจารณาประเด็นเหล่านี้จากมุมมองเท่านั้น ความคิดทั่วไปเกี่ยวกับองค์กรของการทำงาน ระบบไมโครโปรเซสเซอร์และหลักการโต้ตอบของอุปกรณ์ที่เป็นส่วนประกอบ

วิธีหลักในการจัดระเบียบ MPS คือแบ็คโบนโมดูลาร์ (รูปที่ 8.1): อุปกรณ์ทั้งหมดรวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์จะถูกนำเสนอในรูปแบบของโมดูลที่เชื่อมต่อกันด้วยแบ็คโบนทั่วไป การแลกเปลี่ยนข้อมูลเหนือ trunk เป็นไปตามข้อกำหนดของอินเทอร์เฟซทั่วไปที่กำหนดขึ้นสำหรับประเภท trunk ที่กำหนด แต่ละโมดูลเชื่อมต่อกับบัสผ่านวงจรอินเทอร์เฟซพิเศษ

ข้าว. 8.1.

วงจรอินเทอร์เฟซของโมดูลได้รับมอบหมายงานต่อไปนี้::

• รับประกันความเข้ากันได้ทางการทำงานและทางไฟฟ้าของสัญญาณและ โปรโตคอลการแลกเปลี่ยนโมดูลและแกนหลักของระบบ
• การแปลงรูปแบบข้อมูลภายในของโมดูลเป็นรูปแบบข้อมูลบัสระบบและในทางกลับกัน
• สร้างความมั่นใจในการรับรู้คำสั่งการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบครบวงจรและแปลงเป็นลำดับของสัญญาณการควบคุมภายใน

วงจรอินเทอร์เฟซเหล่านี้อาจค่อนข้างซับซ้อน มักจะถูกนำมาใช้ในรูปแบบของไมโครโปรเซสเซอร์ LSI เฉพาะ แผนการดังกล่าวมักเรียกว่า ตัวควบคุม.

ผู้ควบคุมมีอิสระในระดับสูงซึ่งทำให้สามารถทำงานคู่ขนานได้ทันเวลา อุปกรณ์ต่อพ่วงและรันโปรแกรมประมวลผลข้อมูลโดยไมโครโปรเซสเซอร์

นอกจากนี้ ด้วยข้อมูลบัฟเฟอร์ล่วงหน้า ตัวควบคุมจะส่งต่อคำหลายคำพร้อมกัน ซึ่งอยู่ที่ที่อยู่ติดกัน ซึ่งช่วยให้สามารถใช้สิ่งที่เรียกว่า "ระเบิด"

โหมดการทำงานของบัส (ระเบิด) - 1 รอบที่อยู่ตามด้วยรอบข้อมูลจำนวนมาก

ข้อเสียของวิธีการจัดระเบียบคอมพิวเตอร์แบบแยกส่วนหลักคือความเป็นไปไม่ได้ของการโต้ตอบพร้อมกันมากกว่าสองโมดูลซึ่งทำให้เกิดข้อ จำกัด ผลงานคอมพิวเตอร์.

ปฏิสัมพันธ์ของไมโครโปรเซสเซอร์กับหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) และอุปกรณ์ภายนอก (ED) แสดงไว้ในรูปที่ 1 8.2.

ข้าว. 8.2.

ไมโครโปรเซสเซอร์สร้างที่อยู่ของอุปกรณ์ภายนอกหรือเซลล์ RAM และสร้างสัญญาณควบคุม - IOR/ ไอโอวีเมื่อเข้าถึงการอ่าน/เขียนจากอุปกรณ์ภายนอก หรือ MR/MW สำหรับการอ่าน/เขียนจาก RAM

ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์ภายนอก MP มีเพียง 2 คำสั่ง:

• คำสั่งอินพุตใน AX, DX เขียนตัวเลขจากอุปกรณ์ภายนอกที่มีที่อยู่ใน DX register ไปยัง AX register ในกรณีนี้ สัญญาณ IOR (INput/Output Read) จะถูกสร้างขึ้น
• คำสั่งเอาต์พุต OUT DX, AX จะส่งข้อมูลออกจากรีจิสเตอร์ AX ไปยังอุปกรณ์ภายนอกที่มีที่อยู่ในรีจิสเตอร์ DX ในกรณีนี้ สัญญาณ IOW (การเขียนอินพุต/เอาต์พุต) จะถูกสร้างขึ้น

สัญญาณ IOR/IOW จะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีการดำเนินการเฉพาะคำสั่งเหล่านี้เท่านั้น

การก่อตัวของสัญญาณ MR/MW เกิดขึ้นในคำสั่งซึ่งตัวถูกดำเนินการและ/หรือตัวรับผลลัพธ์อยู่ใน RAM เช่น ADD, AX

ในเรื่องนี้ มีสองวิธีหลักในการจัดระเบียบพื้นที่ที่อยู่: ระบบไมโครโปรเซสเซอร์:

1. กับ พื้นที่ที่อยู่ทั่วไปอุปกรณ์ภายนอกและ RAM
2. ด้วยช่องว่างที่อยู่อิสระ

ในกรณีแรก คุณสามารถเข้าถึงพอร์ต I/O ได้ในรูปแบบเซลล์ RAM ข้อดีของแนวทางนี้คือความสามารถในการใช้โหมดการกำหนดแอดเดรสต่างๆ เมื่อเข้าถึงอุปกรณ์ภายนอก ตลอดจนดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะต่างๆ กับเนื้อหาของพอร์ต I/O แต่ในขณะเดียวกัน สิ่งนี้จะลดความจุของ OP ที่สามารถกำหนดแอดเดรสได้และลดความปลอดภัยของระบบ เนื่องจากไม่มีมาตรการรักษาความปลอดภัยเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการคำสั่ง I/O (ฟิลด์ IOPL ของการลงทะเบียนแฟล็กไม่ทำงาน ). นอกจากนี้การละเมิดตรรกะของโปรแกรม (การสร้างที่อยู่ RAM ที่ไม่ถูกต้อง) อาจทำให้เกิดการทำงานที่ผิดพลาดของอุปกรณ์ภายนอกได้

หากข้อเสียเปรียบประการแรกไม่สำคัญนักกับวอลุ่มสมัยใหม่ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแล้วประการที่สองอาจส่งผลเสียต่องานของกระทรวงรถไฟได้มาก ความสามารถในการใช้โหมดการกำหนดแอดเดรสที่ซับซ้อนเมื่อเข้าถึงอุปกรณ์ภายนอกสำหรับระบบไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้ MP สากลนั้นไม่สำคัญนัก ดังนั้นในปัจจุบัน เมื่อสร้าง MPS จะมีการให้ความสำคัญกับแนวทางที่สอง

พิจารณาคุณสมบัติของการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างไมโครโปรเซสเซอร์และอุปกรณ์ภายนอก แผนภาพเวลาแบบง่ายของกระบวนการนี้แสดงอยู่ใน