Zastosowania techniki mikroprocesorowej

14 listopada 2010

1

Wprowadzenie

Mikroprocesor – układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalo-
ny o wielkim stopniu integracji zdolny do wykonywania operacji cyfrowych
według dostarczonego ciągu instrukcji.

Mikroprocesor (w skrócie µP) łączy funkcje centralnej jednostki obli-

czeniowej (CPU) w pojedynczym półprzewodnikowym układzie scalonym.
Pierwszy mikroprocesor działał w oparciu o słowa 4-bitowe, dzięki czemu
tranzystory tworzące jego obwody logiczne mogły zmieścić się w jednym
układzie.

Mikroprocesor umożliwił rozwój mikrokomputerów w połowie lat 70.

dwudziestego wieku. Przed tym okresem, elektroniczne CPU były konstru-
owane z zajmujących wiele miejsca indywidualnych urządzeń przełączają-
cych, z których każde było odpowiednikiem zaledwie kilku tranzystorów.
Poprzez zintegrowanie procesora w jeden lub kilka obwodów scalonych o
coraz wyższej skali integracji (zawierających odpowiednik tysięcy lub milio-
nów tranzystorów), stosunek możliwości do ceny procesora znacząco wzrósł.
Od połowy lat siedemdziesiątych, dzięki intensywnemu rozwojowi układów
scalonych, mikroprocesor stał się najbardziej rozpowszechnioną formą CPU,
prawie całkowicie zastępując wszystkie inne.

Ewolucję mikroprocesora dobrze opisuje prawo Moore’a mówiące o wzro-

ście wydajności na przestrzeni lat. Mówi ono, że złożoność układów scalo-
nych (liczba tranzystorów), przy zachowaniu minimalnego kosztu składni-
ków, będzie się podwajać co 18 miesięcy. Stwierdzenie to zachowuje praw-
dziwość od czasu wczesnych lat 70. Począwszy od układów porównywalnych
z prostymi kalkulatorami, mikroprocesory osiągały coraz wyższą moc ob-
liczeniową, co w rezultacie doprowadziło do ich dominacji nad każdą inną
formą komputera.

1.1

Pojęcia podstawowe

Mikroprocesor cyfrowy układ scalony wielkiej skali integracji, którego

działanie określa program przechowywany w pamięci; mikroprocesor
jest układem czynnym, tzn. pobiera kody rozkazów z pamięci.

1

Sterownik (układ sprzęgający) programowany scalony układ cyfrowy

wielkiej skali integracji; sterownik jest układem biernym, tzn. wymaga
zaprogramowania.

System mikroprocesorowy mikroprocesor wraz z układami towarzyszą-

cymi: pamięci programu, pamięci danych i układami wejścia/wyjścia.

Mikrokomputer (system mikrokomputerowy) system mikroproceso-

rowy z programem sterującym zapisanym w pamięci stałej.

Mikrokomputer jednoukładowy układ scalony zawierający mikropro-

cesor wraz z pewnymi układami towarzyszącymi.

2

Obszary zastosowań

2.1

Komputery - programowane przez użytkownika

• mikrokomputery osobiste (ZX Spectrum 2.5 MHz -¿ Pentium 2.5 GHz)

• systemy o dużej wydajności (fraktale, dynamika płynów, grafika kom-

puterowa, przewidywanie pogody)

2.2

Systemy wbudowane - bez możliwości programowania
przez użytkownika końcowego

• sprzęt komputerowy (klawiatura, mysz, drukarki igłowe, drukarki la-

serowe, sterowniki dyskowe, graficzne, sieciowe...)

• sprzęt laboratoryjny (multimetry, oscyloskopy, generatory, analizato-

ry...)

• telekomunikacja (aparaty abonenckie, centrale, telefaksy, modemy, sys-

temy przywoławcze, telefonia bezprzewodowa i komórkowa)

• sprzęt powszechnego użytku (audio, video, aparaty fotograficzne, pral-

ki, kuchenki...)

• motoryzacja, sterowniki przemysłowe, instalacja wojskowe i kosmiczne

(duży poziom zakłóceń, duży zakres temperatur, podwyższona nieza-
wodność)

• mikrokontroler - system mikroprocesorowy zrealizowany w postaci po-

jedynczego układu scalonego, zawierającego jednostkę centralną (CPU),
pamięć RAM oraz na ogół pamięć programu i rozbudowane układy
wejścia-wyjścia. Określenie mikrokontroler pochodzi od głównego ob-
szaru zastosowań, jakim jest sterowanie urządzeniami elektronicznymi.

2

• Karty mikroprocesorowe (SIM, karty płatnicze, karty dostępu, karty

bezstykowe - NFC(Near Field Communication))
Bezpieczne transakcje
Autoryzacja dostępu do danych - zabezpieczenie przed skopiowaniem
Podpis elektroniczny
Identyfikacja

• Systemy alarmowe

• Centrale alarmowe

• Systemy przeciwpożarowe

Czujniki

• Urządzenia przenośne (Pendrive, Bluetooth, Zestawy słuchawkowe)

• Technologie kosmiczne

• Urządzenie pomiarowe

3