Т е м а 1: мікропроцесорні засоби обробки інформації

В даний час спостерігається тенденція до інтенсивного впровадження мікропроцесорної техніки в усіх галузях народного господарства, зокрема для вимірювання параметрів та характеристик об’єктів нафтогазового комплексу, інтелектуалізації давачів інформації і запровадження прогресивних комп’ютерно-інтегрованих технологій керування нафтогазовими обєктами.

Керування складними технологічними об’єктами здійснюється за допомогою мікропроцесорних систем, які сприймають інформацію від давачів (звичайних та інтелектуальних), обробляють її у відповідності до певних алгоритмів, створюють певні керуючі дії на виконавчці пристрої та візуалізують результати обробки з використанням ПЕОМ для операторів. При цьому на всіх етапах вимірювань і обробки інформації здійснюється її запис у пам'ять мікропроцесорних систем, чи ПЕОМ [1].

Ядром сучасних мікропроцесорних систем є мікропроцесор. Розуміння його архітектури, освоєння системи команд, принципів побудови мікропроцесорних систем, їх програмування є важливим фактором як при проектуванні, так і під час експлуатації та обслуговування нових технічних засобів на їх основі.

1.1 Основні поняття та визначення мікропроцесорної техніки

Мікропроцесор – це складний програмнокерований пристрій, призначений для обробки цифрової інформації та керування процесом цієї обробки, виконаний як одна чи декілька інтегральних мікросхем підвищеного ступеня інтеграції [6, 7].

Інтегральна мікросхема (ІМС) – це мікроелектронний виріб, який виконує певну конкретну функцію (підсилення, перетворення, обробку сигналів, накопичення інформації) і має велику щільність упакування електрично зв’язаних радіоелементів на кристалі. Елементи і з’єднувальні провідники ІМС виготовляються єдиним технологічним циклом в об’ємі, або на поверхні матеріалу підкладки. ІМС має загальну герметизацію і захист від механічних впливів. ІМС виготовляють груповим методом. Це означає, що за один технологічний цикл обробляється від 100 до 500 МС. В результаті цього зменшується собівартість і трудомісткість виробів, збільшується вихід продукції з одиниці обладнання.

У залежності від технології виготовлення розрізняють напівпровідникові, плівкові, сумісні і гібридні ІМС.

У напівпровідниковій ІМС усі елементи розміщуються на поверхні, або в об’ємі підкладки з напівпровідника. Компоненти схеми з’єднуються шаром напівпровідника з високою провідністю, або напиленим на захисний шар кристалу металічним провідником.

У плівковій мікросхемі усі елементи і з’єднання виконуються у виді плівок, нанесених на поверхню діелектричної підкладки.

Якщо елементи ІМС виконані з плівок завтовшки до 1 мкм, то такі МС наз. тонкоплівковими, якщо ж товщина плівок понад 1 мкм – товстоплівковими.

У сумісній МС всі елементи і з’єднання виконані на поверхні та в об’ємі напівпровідникової підкладки методами виготовлення напівпровідникових і плівкових ІМС.

МС, в яких є пасивні елементи (резистори, конденсатори, коушки індуктивності), виготовлені за плівковою технологією і активні елементи (діоди, транзистори), виготовлені в кристалі напівпровідника, що встановлюються на поверхні діелектричної підкладки називаються гібридними ІМС.

За кількістю елементів, що входять до ІМС, розрізняють схеми малого ступеня інтеграції (до 10 елементів), середнього ступеня інтеграції (10-500 елементів), великі ІМС (ВІС) (від 500 до 10000 елементів на кристалі) та надвеликі ІМС (НВІС) (понад 10000 елементів на кристалі).

Мікропроцесорні ВІС відносяться до нового класу мікросхем, однією із особливостей яких є можливість програмного управління роботою ВІС за допомогою певного набору команд. Ця особливість знайшла відображення в програмно-апаратному принципі побудови мікропроцесорних систем, чи мікросистем (МС), - цифрових пристроїв чи систем обробки даних, контролю і управління, побудованих на базі одного чи декількох МП. Програмно-апаратний принцип є одним із головних їх організації і полягає в тому, що реалізація цільового призначення МС досягається не тільки апаратними засобами, але й за допомогою програмного забезпечення - організованого набору програм і даних.

Мікропроцесорний комплект (МПК) – це сукупність мікропроцесорних та інших ІМС, які сумісні за архітектурою, конструктивним виконанням та електричними параметрами і забезпечують можливість їх сумісного використання.

МП описується численними параметрами, притаманими як електронним приладам так і обчислювальним засобам.

Мікропроцесорний пристрій (МПП) – це функціонально і конструктивно закінчений виріб, що складається з кількох мікросхем, у тому числі одного чи декількох МП, який призначений для виконання однієї чи кількох функцій (одержання, обробка, передавання, перетворення інформації та керування).