Области применения микропроцессоров

Применение цифровых устройств

В настоящее время, в связи с созданием и широким внедрением в инженерную практику микропроцессорных устройств и систем, не ослабевает и вновь стимулируется интерес к цифровым методам обработки и передачи информации. Названные методы, в свою очередь, придают системам ряд положительных свойств и качеств. Повышается верность передаваемой информации, достигается высокая скорость и производительность систем обработки информации, обеспечивается приемлемая их стоимость, высокая надёжность, малое потребление энергии и т. д.

Решаемые этими системами задачи весьма разнообразны и предопределяют функции устройств, образующих конкретную систему. Поэтому устройства и их функции целесообразно рассматривать именно в свете тех задач, которые решаются системами и, в частности, тех подзадач, которые выполняются отдельными устройствами либо блоками.

Основными типовыми задачами, возникающими при автоматическом или автоматизированном управлении и контроле производственными или иными процессами, являются:

* сбор информации (её получение);

· преобразование информации (масштабирование, нормализация, фильтрация, кодирование и т. д.);

* передача-приём информации;

* обработка и использование информации;

* хранение информации.

В зависимости от целевого назначения и основных функций различают:

Системы автоматического (либо автоматизированного) управления и контроля.

Системы передачи информации.

Системы обработки информации (вычислительные системы).

Чтобы уяснить взаимосвязь указанных задач, место и роль электронных цифровых устройств, используемых в названных системах, рассмотрим обобщённые структурные схемы этих систем и функциональное назначение их составных частей.

При построении различных микропроцессорных систем учету подлежат различные технические и производственно-технологические факторы, влияющие на эффективность использо-вания систем в аппаратуре. Состав аппаратуры МПС должен обес-печивать:
- простое наращивание разрядности и производительности,
- возможность широкого распараллеливания вычислитель-ного процесса,
- эффективную обработку алгоритмов решения различных задач,
- простоту технической и математической эксплуатации.
Сама МПС, будучи оснащенной разнообразными устройст-вами ввода - вывода (УВВ) информации, может применяться в ка-честве законченного изделия. Однако часто к МПС необходимо подавать сигналы от множества измерительных датчиков и испол-нительных механизмов какого - либо сложного объекта управле-ния или технологического процесса. В этом случае уже образуется сложная вычислительная система, центром которой является МП.
Простые в архитектурном исполнении микропроцессоры применяются для измерения временных интервалов, управления простейшими вычислительными операциями (в калькуляторах), работой кино-, фото-, радио- и телеаппаратуры. Они используются в системах охранной и звуковой сигнализации, приборах и уст-ройствах бытового назначения. Бурно развивается производство электронных игр с использованием микропроцессоров. Они поро-ждают не только интересные средства развлечения, но и дают воз-можность проверять и развивать приемы логических заключений, ловкость и скорость реакции.
Видеоигры можно отнести к приложениям, требующим использования компьютеров с ограниченным набором функций. Сегодня игровые приставки потребляют наибольшее количество, если не считать ПК, 32 - разрядных микропроцессоров. Наиболь-шее применение здесь получили МП Intel, Motorola. В устройстве PlayStation фирмы Sony используется 32 - разрядный процессор MIPS, а в видеоприставке Nintendo 64 — даже 64 - разрядный чип того же производителя. Продукты компании Sega с видеоиграми Saturn и Genesis вывели RISC - процессоры серии SH фирмы Hi-tachi на третье место в мире по объему продаж среди 32 - разряд-ных систем.
Хорошие перспективы сулит 32 - разрядным процессорам рынок персональных электронных секретарей (PDA) и эле-ктронных органайзеров. Современные электронные органайзеры - яркий пример интегрированных приложений, ведь для них прак-тически не существует независимых поставщиков программного обеспечения. С другой стороны, PDA типа Newton фирмы Apple, по сути, не что иное, как новая вычислительная платформа, буду-щее которой зависит от разработчиков программного обеспечения (ПО).
До настоящего времени успехом среди электронных органай-зеров пользуются устройства с ограниченным набором функций. Тем не менее, дальнейшее совершенствование технологии может вывести эти «ручные» компьютеры в абсолютные лидеры, кото-рые по объемам продаж в натуральном выражении должны обойти ПК.
Важной функцией МП является предварительная обработ-ка информации с внешних устройств (ВУ), преобразования форма-тов данных, контроллеров электромеханических внешних уст-ройств. В аппаратуре МП дает возможность производить контроль ошибок, кодирование - декодирование информации и управлять приемо-передающими устройствами. Их применение позволяет в несколько раз сократить необходимую ширину телевизионного и телефонного каналов, создать новое поколение оборудования свя-зи.
Использование МП в контрольно-измерительных приборах и в качестве контрольных средств радиоэлектронных систем дает возможность проводить калибровку, испытание и поверку прибо-ров, коррекцию и температурную компенсацию, контроль и управление измерительными комплексами, преобразование и об-работку, индикацию и представление данных, диагностику и лока-лизацию неисправностей.
С помощью микропроцессорных средств можно решать сложные технические задачи по разработке различных систем сбора и обработки информации, где общие функции сводятся к пере-даче множества сигналов в один центр для оценки и принятия ре-шения. Например, в бортовых системах летательных аппаратов за время полета накапливается большое количество информации от различных источников, требующих зачастую незамедлительной ее обработки. Это осуществляется централизованно с помощью вы-числительной системы на основе бортовой МПС.
Обобщая рассмотренные примеры использования МП, мож-но выделить четыре основных направления их применения:
- встроенные системы контроля и управления;
- локальные системы накопления и обработки информации;
- распределенные системы управления сложными объектами,
- распределенные высокопроизводительные системы парал-лельных вычислений.
Встроенные системы контроля и управления. Управляющие встроенные МПС предназначены для решения локальных задач управления объектами и могут выполнять функции контроллеров устройств, подключаемых к МПС более высоких контуров управ-ления или быть центром управляющих систем нижних контуров управления.
Использование МПС даже в простейшей схеме управления принципиально изменяет качество функционирования обслужи-ваемых им устройств. Она позволяет оптимизировать режимы ра-боты управляемых объектов или процессов и за счет этого полу-чать прямой и/или косвенный технико-экономический эффект.
Прямой технико-экономический эффект выражается в эко-номии потребляемой энергии, повышении срока службы и сниже-нии расхода материалов и оборудования. Косвенный технико-экономический эффект связан со снижением требований к обслу-живающему персоналу и повышением производительности.
Опыт показывает, что практически во всех случаях исполь-зование МПС только за счет экономии электроэнергии обеспечи-вается ее окупаемость за 1 - 1.5 года. Управление оборудованием на основе встроенных систем контроля и управления создает ре-альные предпосылки создания полностью автоматизированных производств.
Использование МПС повышает качество работы и произво дительность оборудования, существенно снижает требования к персоналу, работающему на нем. Цифровое управление отдельны-ми единицами оборудования на различных уровнях позволяет лег-ко собирать информацию (или вызвать ее) с нижних на верхние уровни иерархической системы управления.
Локальные системы накопления и обработки информации. Уровень управления современным предприятием или учреждени-ем требует наличия для любого специалиста или руководителя достаточно большого объема специфичной информации. Это мо-жет быть обеспечено за счет применения локальных микропро-цессорных вычислительных систем.
Локальные, т. е. расположенные на рабочем месте, МПС накопления и обработки информации экономически и технически просто осуществляют информационное обеспечение потребите-лей. Объединение локальных систем между собой в сеть и дистан-ционное подключение этой сети к центральной ЭВМ с громадным информационным архивом позволяют создать завершенную авто-матизированную систему информационного обеспечения.
Внешние устройства локальных МПС могут встраиваться в корпус ЭВМ. Их устройства образуют комплект, минимально не-обходимый для проведения вычислительных работ и обработки данных. В комплект сложных локальных МПС, ориентированных на решение инженерных и научных задач, могут входить разнооб-разные внешние устройства, например, печати, визуального ото-бражения, внешней памяти, комплексирования, пульты операторов общего назначения и т. д.
Распределенные системы управления сложными объектами. Альтернативой широко распространенным системам с централь-ным процессором становятся распределенные микропроцессорные управляющие системы. В этом случае микропроцессоры и связан-ные с ними схемы обработки данных физически располагаются вблизи мест возникновения информации, образуя локальные МПС. Такое построение системы позволяет вести обработку информа-ции на месте ее возникновения, например, вблизи двигателей, ру-лей управления, тормозной системы и т. д. В этом случае связь системы с центральной системой обработки и накопления данных и создает пространственно - распределенную систему управления.
В распределенных системах достигается значительный рост быстродействия получения и обработки входной информа-ции, экономия в количестве и распределении линий связи, повы-шается живучесть, существенно развиваются возможности опти-мизации режимов управления и функционирования.
Распределенные высокопроизводительные системы парал-лельных вычислений. МПС открыли новые возможности реше-ния сложных вычислительных задач, алгоритмы вычисления кото-рых допускают распараллеливание, т. е. одновременные (парал-лельные) вычисления на многих микропроцессорах.
Системы параллельных вычислений на основе десятков, со-тен и даже тысяч одинаковых или специализированных на опре-деленные задачи микропроцессоров при значительно меньших за-тратах дают такую же производительность, как и вычислительных системах на основе мощных процессоров конвейерного типа. Соз-дание МПС с большим количеством специализированных по функциональному назначению процессоров позволяет проектиро-вать мощные ВС нового типа по сравнению с традиционными развитыми большими вычислительными системами.

Дата добавления: 2015-06-04