Удивительно, как небольшая часть технологии изменила лицо персональных компьютеров. С первого коммерческого микропроцессора (4-бит 4004), который был разработан Intel в 1971 году для более продвинутого и универсального 64-битного Itanium 2, микропроцессорная технология перешла в совершенно новую сферу архитектуры следующего поколения. Достижения в области микропроцессорной техники сделали персональные вычисления более быстрыми и надежными, чем когда-либо прежде. Если микропроцессор является сердцем компьютерной системы, микроконтроллер - это мозг. Как микропроцессор, так и микроконтроллер часто используются в синонимах друг друга из-за того, что они имеют общие функции и специально разработаны для приложений реального времени. Однако у них есть и их доля различий.

Что такое микропроцессор?

Микропроцессор - это интегрированный чип на основе кремния, имеющий только центральный процессор. Это сердце компьютерной системы, которая предназначена для выполнения множества задач, связанных с данными. Микропроцессоры не имеют RAM, ROM, IO контактов, таймеров и других периферийных устройств на чипе. Они должны быть добавлены извне, чтобы сделать их функциональными. Он состоит из ALU, который обрабатывает все арифметические и логические операции; блок управления, который управляет и управляет потоком инструкций по всей системе; и Register Array, который хранит данные из памяти для быстрого доступа. Они предназначены для приложений общего назначения, таких как логические операции в компьютерной системе. Проще говоря, это полностью функциональный процессор на единой интегральной схеме, который используется компьютерной системой для выполнения своей работы.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер похож на мини-компьютер с процессором, а также RAM, ROM, последовательные порты, таймеры и периферийные устройства ввода-вывода, встроенные в один чип. Он предназначен для выполнения конкретных задач, требующих определенной степени контроля, таких как пульт телевизора, светодиодная панель дисплея, интеллектуальные часы, транспортные средства, управление светофором, контроль температуры и т. Д. Это высококачественное устройство с микропроцессор, память и порты ввода / вывода на одном чипе. Это мозги компьютерной системы, которые содержат достаточно схем для выполнения определенных функций без внешней памяти. Поскольку в нем отсутствуют внешние компоненты, потребляемая мощность меньше, что делает его идеальным для устройств, работающих на батареях. Простой разговор, микроконтроллер - это полная компьютерная система с меньшим внешним оборудованием.

Разница между микропроцессором и микроконтроллером

1) Технология, используемая в микропроцессоре и микроконтроллере

Микропроцессор - это программируемый многоцелевой кремниевый чип, который является наиболее важным компонентом в компьютерной системе. Это, как сердце компьютерной системы, состоящее из ALU (Арифметической логической единицы), блока управления, декодеров команд и массива регистров. Микроконтроллер, с другой стороны, является сердцем встроенной системы, которая является побочным продуктом микропроцессорной технологии.

2) Архитектура микропроцессора и микроконтроллера

Микропроцессор - это просто интегральная схема без ОЗУ, ПЗУ или контактов ввода / вывода. В основном это относится к центральному процессору компьютерной системы, который извлекает, интерпретирует и выполняет команды, переданные ему. Он включает функции ЦП в единую интегральную схему. Микроконтроллеры, с другой стороны, являются более мощными устройствами, которые содержат схему микропроцессора и имеют ОЗУ, IO и процессор в одном чипе.

3) Работа микропроцессора и микроконтроллера

Для микропроцессора требуется внешняя шина для подключения к периферийным устройствам, таким как RAM, ROM, Analog и Digital IO, а также последовательные порты. ALU выполняет все арифметические и логические операции, поступающие с устройств памяти или ввода, и выполняет результаты на выходных устройствах. Микроконтроллер представляет собой небольшое устройство со всеми периферийными устройствами, встроенными в один чип, и предназначен для выполнения определенных задач, таких как выполнение программ для управления другими устройствами.

4) Память данных в микропроцессоре и микроконтроллере

Память данных является частью ПОС, которая содержит регистры специальных функций и регистры общего назначения. Он временно хранит данные и сохраняет промежуточные результаты. Микропроцессоры выполняют несколько инструкций, которые хранятся в памяти и отправляют результаты на выход. Микроконтроллеры содержат один или несколько процессоров вместе с ОЗУ и другими периферийными устройствами. CPU извлекает инструкции из памяти и выполняет результаты.

5) Хранение в микропроцессоре и микроконтроллере

Микропроцессоры основаны на архитектуре фон Неймана (также известной как модель фон Неймана и архитектура Принстона), в которой блок управления получает команды, назначая управляющие сигналы аппаратным средствам и декодирует их. Идея состоит в том, чтобы хранить инструкции в памяти вместе с данными, на которых действуют инструкции. Микроконтроллеры, с другой стороны, основаны на архитектуре Гарварда, где инструкции и данные программы хранятся отдельно.

6) Приложения микропроцессора и микроконтроллера

Микропроцессоры представляют собой устройство массовой памяти с одним чипом и встроены в несколько приложений, таких как контроль спецификации, управление светофором, контроль температуры, тестовые инструменты, система мониторинга в реальном времени и многое другое.Микроконтроллеры в основном используются в электрических и электронных схемах и устройствах с автоматическим управлением, таких как высококачественные медицинские инструменты, системы управления автомобильным двигателем, солнечные зарядные устройства, игровой автомат, управление светофором, промышленные устройства управления и т. Д.

Микропроцессор против микроконтроллера: сравнительная таблица

Резюме микропроцессора и микроконтроллера

Ключевое различие между этими терминами заключается в наличии периферийных устройств. В отличие от микроконтроллеров, микропроцессоры не имеют встроенной памяти, ПЗУ, последовательных портов, таймеров и других периферийных устройств, которые составляют систему. Для взаимодействия с периферийными устройствами требуется внешняя шина. С другой стороны, микроконтроллер имеет все периферийные устройства, такие как процессор, оперативная память, ПЗУ и IO, встроенные в один чип. Он имеет внутреннюю управляющую шину, которая недоступна дизайнеру. Поскольку все компоненты упакованы в один чип, он компактный, что делает его идеальным для крупномасштабных промышленных применений. Микропроцессор - это сердце компьютерной системы, а микроконтроллер - это мозг.

Микропроцессор и микроконтроллер являются типичными программируемыми электронными чипами, используемыми для различных целей. Существенное различие между ними заключается в том, что микропроцессор представляет собой программируемый вычислительный механизм, состоящий из ALU, CU и регистров, обычно используемых в качестве блока обработки (например, CPU в компьютерах), который может выполнять вычисления и принимать решения. С другой стороны, микроконтроллер - это специализированный микропроцессор, который рассматривается как «компьютер на кристалле», поскольку он объединяет такие компоненты, как микропроцессор, память и параллельный цифровой ввод / вывод.

Микроконтроллер в первую очередь предназначен для управления задачами в реальном времени, в отличие от микропроцессора.

Сравнительная таблица

Определение микропроцессора

Микропроцессор с кремниевой микросхемой работает как центральный процессор (ЦП). Он может выполнять функции, в том числе логические и арифметические, согласно заранее определенным инструкциям, указанным изготовителем. ЦП состоит из АЛУ (арифметического и логического блока), регистра и блока управления. Микропроцессор может быть сконструирован разными способами в зависимости от набора команд и архитектуры системы.

Для проектирования микропроцессора предусмотрены две системные архитектуры - Гарвард и Фон-Нейман. Процессор гарвардского типа, встроенный в изолирующие шины для программ и памяти данных. Напротив, процессор на основе архитектуры фон-Неймана совместно использует одну шину для памяти программ и данных.

Микропроцессор не является независимым блоком, он зависит от других аппаратных блоков, таких как память, таймер, контроллер прерываний и т. Д. Первый микропроцессор был разработан Intel в 1971 году и назван Intel 4004.

Определение микроконтроллера

Микроконтроллер - это технология, разработанная после микропроцессора и позволяющая преодолеть недостатки микропроцессора. Микросхема микроконтроллера обладает высокой степенью интеграции с процессором, памятью (RAM и ROM), регистрами, блоками управления прерываниями и выделенными портами ввода / вывода. Кажется, это надстройка микропроцессора. В отличие от микропроцессора микроконтроллер не зависит от других аппаратных блоков, он содержит все необходимые блоки для правильного функционирования.

Микроконтроллер более ценен, чем микропроцессор в области встроенных систем, потому что он более экономичен и легко доступен. Первый микроконтроллер TMS 1000 был разработан компанией Texas Instruments в 1974 году. Базовая конструкция микроконтроллера TI напоминает процессор Intel 4004/4040 (4-разрядный), в который разработчики добавили поддержку ОЗУ, ПЗУ, ввода-вывода. Еще одним преимуществом микроконтроллера является то, что мы можем записывать пользовательские инструкции в процессор.

Ключевые различия между микропроцессором и микроконтроллером

1. Микропроцессор состоит из кремниевого чипа, имеющего арифметически-логический блок (АЛУ), блок управления (БУ) и регистров. И наоборот, микроконтроллер включает в себя свойства микропроцессора, а также ОЗУ, ПЗУ, счетчики, порты ввода / вывода и так далее.
2. Микропроцессор требует группы других микросхем, таких как таймеры, контроллеры прерываний и память программ и данных, что делает его зависимым. В отличие от этого, микроконтроллер не требует других аппаратных блоков, поскольку он уже включен с ним.
3. В микроконтроллере предусмотрены неявные порты ввода / вывода, в то время как микропроцессор не использует встроенные порты ввода / вывода.
4. Микропроцессор выполняет операции общего назначения. Напротив, микроконтроллер выполняет прикладные операции.
5. В микропроцессоре основной упор делается на производительность, поэтому он нацелен на рынок высокого класса. С другой стороны, микроконтроллер ориентирован на рынок встраиваемых систем.
6. Использование энергии в микроконтроллере лучше, чем в микропроцессоре.

Заключение

Микропроцессор может выполнять операции общего назначения для нескольких различных задач. Напротив, микроконтроллер может выполнять определенные пользователем задачи, где он выполняет одну и ту же задачу в течение всего жизненного цикла.

Микропроцессор - устройство, осуществляющее обработку цифровой информации или управляющее этим процессом, выполненное в виде одной или нескольких интегральных микросхем. Процессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ), управляющего действиями над числами, которые реализует АЛУ. Все современные микропроцессоры используют двоичную арифметику, в которой число представляется как сумма степеней цифры 2, умноженных на соответствующую цифру:

где каждый разряд двоичного числа a v ..., а п+[ может принимать только два значения: 0 или 1. Цифра 0 воспроизводится низким уровнем напряжения, а 1 - высоким.

Упрощенная структурная схема микропроцессорного устройства (М11У) приведена на рис. 2.16. Оно содержит микропроцессор, запоминающее устройство (ЗУ) или намять и устройство ввода-вывода (УВВ). Па процессор возлагается задача выполнения всех программных действий в соответствии с алгоритмом работы. В ЗУ хранятся команды программы функционирования процессора, а также значения констант и переменных величин, участвующих в вычислениях. Команды программы, воспринимаемые УУ, дают информацию о том, какие операции нужно выполнить, где в памяти хранить данные, куда следует записать результат и где расположена следующая команда. УВВ содержит в себе интерфейс - связующее звено, служащее для преобразования сигналов от микропроцессора в сигналы, доступные периферийным (внешним) устройствам, и наоборот. Интерфейс обеспечивает необходимое согласование (сопряжение) устройств но входным и выходным сигналам по форме представления сигналов (аналоговое, цифровое) и последовательности их прохождения.

Рис. 2.16.

Компоненты МПУ связаны между собой внутренними магистралями (шинами) - «-проводными линиями, по которым передаются «-разрядные двоичные числа. УУ координирует работу всех устройств системы с помощью шины управления. Передача данных из выбранной ячейки памяти или портов УВВ осуществляется посредством шины данных. Вся память МПУ пронумерована побайтно, единицей памяти является один байт. Для обращения процессора к памяти или к УВВ необходимо запросить адрес нужных данных по адресной шине. Запоминающие устройства подразделяются на постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ). ПЗУ применяют в основном для хранения фиксированных программ, постоянных коэффициентов, таблиц и т.п. ОЗУ предназначены для записи и хранения переменной информации, используемой непосредственно при выполнении арифметических и логических операций в ходе исполнения программы. Оперативная память является энергозависимой, т.е. при отсутствии напряжения питания информация не сохраняется. В качестве единиц измерения памяти используют байты, килобайты (1 Кбайт = 2 10 Б = 1024 Б). Важнейшая характеристика МПУ - разрядность, т.с. максимальная длина двоичного кода, который может передаваться и обрабатываться целиком. Скорость работы определяется тактовой частотой процессора, т.е. минимальное время выполнения любой операции (время переключения элементов в МПУ) соответствует одному периоду следования импульсов, вырабатываемых тактовым генератором.

Микропроцессорный контроллер {микроконтроллер) - вычислительное устройство, предназначенное для выполнения функций логического контроля и управления различными техническими объектами и сочетающее в себе микропроцессорное ядро и набор встроенных устройств ввода-вывода. В зависимости от конкретных условий применения микроконтроллер может иметь различное конструктивное исполнение. С развитием схемотехники получили распространение микроконтроллеры, в которых микросхемы процессора, памяти, преобразователей сигналов и их интерфейсы размещены на одной плате. Преимущественно используются однокристальные микроконтроллеры, выполненные в виде одной интегральной микросхемы. Они имеют малые габаритные размеры и высокую надежность.

Структура и характеристики микроконтроллеров определяют их функциональные возможности. Используются 4-, 8-, 16-, 32- и 64-разрядпые процессоры, способные выполнять операции с данными в формате с фиксированной точкой (в большинстве случаев) или плавающей точкой, что обеспечивает более высокую точность. Микроконтроллеры различаются наличием специализированных устройств ввода-вывода, таких как таймеры (счетчики импульсов), блоки захвата и сравнения, ШИМ-модули с разным количеством каналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), интерфейсы различного типа. Производителями выпускаются семейства микроконтроллеров, насчитывающие десятки представителей (серий) с разнообразными конфигурациями интерфейсов и составом встроенных периферийных устройств. Для решения задач, требующих большого объема и скорости вычислений, применяются специализированные микроконтроллеры, адаптированные к решению задач цифрового управления в реальном времени, - процессоры для цифровой обработки сигналов (англ. DSP - Digital Signal Processor). Существуют микроконтроллеры, специально предназначенные для управления полупроводниковыми преобразовательными устройствами, имеющие вычислительное ядро на базе DSP с объектно-ориентированной системой команд. Одним из лидеров в области производства микроконтроллеров является фирма Texas Instruments, выпускающая широкую номенклатуру устройств для управления силовыми электронными преобразователями. Одно из популярных семейств - микроконтроллеры С2000 |3].

Когда вы приступаете к изучению микропроцессоров и микроконтроллеров, то первый вопрос, который может у вас возникнуть это «эй...а в чем же между ними разница?». В этой статье будут приведены основные сходства и различия между микроконтроллерами и микропроцессорами. По сути, это будет простое сравнение обоих микровычислительных устройств.

Основное назначение микропроцессоров и микроконтроллеров заключается в выполнении определенных операций — выборки инструкций (или команд) из памяти, выполнении этих инструкций (выполнение арифметических, логических операций) и выдачи результата на устройства вывода. Оба устройства способны непрерывно выбирать команды из памяти и продолжать выполнение этих команд тех пор, пока не будет отключено питание. Команды представляют собой набор битов. Эти команды всегда извлекаются из области хранения, называемой памятью. Теперь давайте взглянем на блок-схемы микропроцессорной системы и микроконтроллерной системы.

При внимательном рассмотрении этой блок-схемы можно увидеть, что микропроцессор имеет много вспомогательных устройств, вроде постоянно запоминающего устройства (ПЗУ), оперативно запоминающего устройства (ОЗУ), интерфейсов последовательной передачи данных, таймеров, портов ввода/вывода и т.п. Все эти устройства взаимодействуют с микропроцессором посредством системной шины. То есть, все вспомогательные устройствав микропроцессорной системе являются внешними. Системная шина состоит из шины адреса, шины данных и шины управления.

На этой блок-схеме представлена микроконтроллерная система. Итак, какое основное отличие мы видим? Все вспомогательные устройства, такие как ПЗУ, ОЗУ, последовательный интерфейс, порты ввода/вывода, являются внутренними. В данном случае нет необходимости сопряжения этих устройств, такой подход может сэкономить много времени для разработчиков систем. То есть, микроконтроллер ни что иное, как микропроцессорная система со всеми вспомогательными устройствами внутри одной микросхемы. Здесь не требуется какого-либо обязательного внешнего взаимодействия, если только не нужно работать с внешней памятью, модулями АЦП/ЦАП и прочими подобными устройствами. Для обеспечения работы микроконтроллера нужно только подвести к нему питающее напряжение постоянного тока, подключить цепь сброса и при необходимости кварцевый генератор для тактирования.

Итак, теперь нам ясны базовые различия между микроконтроллерами и микропроцессорами. Сейчас давайте сравним некоторые особенности обеих систем.

Сравнение

Как вы уже знаете, вспомогательные устройства в микропроцессорной системе являются внешними, а в микроконтроллерной — внутренними. В микроконтроллерах обеспечивается защита программного кода, в то время как в микропроцессорной системе не предлагается системы защиты. То есть, в микроконтроллерах можно «заблокировать» внутреннюю память программ для предотвращения ее считывания с помощью внешней схемы. Хорошо, но это только основные различия, в процессе работы с этими устройствами вы обнаружите больше. Так, например, поскольку в микропроцессорной системе требуется внешнее взаимодействие с вспомогательными устройствами, то время на создание схемы будет затрачено больше, размер устройства будет больше, а также возрастет энергопотребление по сравнению с микроконтроллерной системой.

ЧТО ТАКОЕ МИКРОПРОЦЕССОР, МИКРОКОНТРОЛЛЕР И
ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР

Стремительное развитие электроники быстро меняет нашу жизнь, и мы замечаем это, прежде всего, в социальной сфере, сферах коммуникации (общения) и связи. Первое, что приходит на ум в этой связи, – это компьютеры, Интернет и сотовые телефоны. Мы свободны в поисках необходимой информации, имеем возможность выйти на связь с желаемым абонентом, невзирая на наше местоположение. Мы можем получать дистанционное образование и объединяться в группы по профессиональным, социальным или культурным интересам. Все это стало возможным в значительной мере благодаря появлению микропроцессора и созданию микропроцессорных систем.

А существуют ли другие проявления прогресса микроэлектроники, не такие заметные на первый взгляд, но играющие значительную роль в нашей жизни?

Да! микропроцессоры и микроконтроллеры широко применяются в бытовой технике, автомобильной электронике, аэрокосмической и военной отраслях и, конечно же, в промышленном производстве.

Эта статья раскрывает некоторые аспекты применения микропроцессорных систем в технике и промышленности. Если дальнейший текст покажется вам слишком тяжелым и непонятным, рекомендуем предварительно ознакомиться со статьей «Основы информатики. Компоненты микропроцессорных систем ».

• Что такое микропроцессор?
• Что такое микроконтроллер? Каковы его особенности?
• Где используются микроконтроллеры?
• Чем микроконтроллер отличается от микропроцессора?
• Что такое сигнальный процессор?
• Что такое программируемый логический контроллер (ПЛК)? Как он построен?
• Как программируют ПЛК?

Вы уже наверняка знаете, что любой компьютер – это машина для обработки информации, не взирая на то, какую конкретно задачу он выполняет. Центральным элементом компьютера является микропроцессор. Если спросить у ученика средней школы: – Что такое микропроцессор?, – то, скорее всего, получите ответ «Микропроцессор – это сердце компьютера».

Микропроцессор – это микроэлектронное программируемое устройство, предназначенное для обработки информации и управления процессами обмена этой информацией в составе микропроцессорной системы (компьютера).

Почему «микроэлектронное»? Потому что микропроцессоры производятся с помощью технологий современной микроэлектроники на основе полупроводникового кристалла. Информация в микропроцессорной системе передается электрическими импульсами. Конструктивно микропроцессор исполняется в виде одной микросхемы (иногда – нескольких). Микросхема состоит из пластикового или керамического корпуса, внутри которого размещается миниатюрная полупроводниковая подкладка (рис. 1). На этой подкладке лазером «начерчены» все электронные схемы микропроцессора. Входы и выходы схемы на подкладке соединены с металлическими выводами, расположенными по бокам или снизу корпуса микросхемы.

а)	б)

Рис. 1. Интегральная микросхема (а) и ее внутреннее строение (б)

Почему микропроцессор – это «программируемое устройство»? Потому что микропроцессорные системы в общем случае универсальны, т. е. способны выполнять широкий круг задач по обработке информации. А на выполнение конкретной задачи микропроцессор «настраивают» с помощью программы – последовательного перечня машинных команд.

Обязательными компонентами микропроцессора являются регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и блок управления. Регистры предназначены для временного хранения данных, арифметико-логическое устройство – для выполнения арифметических и логических операций (т. е. для обработки данных). Блок управления отвечает за последовательное выполнение команд программы и правильное перенаправление потоков данных.

Микропроцессор не может работать сам по себе. Он является центральным звеном микропроцессорной системы, в которую также входят устройства постоянной и оперативной памяти, устройства ввода и вывода информации, накопители на жестких магнитных дисках (так называемые «винчестеры»), и т. д. Такие микропроцессорные системы собственно и называют компьютерами.

Персональный компьютер может иметь множество применений, однако это достаточно дорогое и громоздкое устройство. А как же наделить элементами интеллекта бытовую технику, автомобили, медицинские приборы? Как сделать их «умными»? Понятно, что в бытовой кондиционер нельзя вмонтировать системный блок обычного компьютера. Это повысит его стоимость в два-три раза. И в составе так называемого смарт-телевизора мы не найдем отдельного персонального компьютера в его обычном виде. Для автоматизации такого рода техники разработаны и изготавливаются специальные процессорные устройства – однокристальные микроконтроллеры (англ.: «Microcontroller»). Английское слово «control» обозначает «контролировать», «управлять». Таким образом, микроконтроллер – это специальный микропроцессор, предназначенный для автоматизации разнообразных устройств и управления их работой.

Итак, микроконтроллер – это специализированное микроэлектронное программируемое устройство, предназначенное для использования в управляющих узлах всевозможных технических изделий, системах передачи данных и системах управления технологическими процессами.

Микроконтроллеры применяют в бытовой технике, медицинских приборах, системах управления лифтами, телефонах, рациях и прочих средствах связи, электронных музыкальных инструментах и автомагнитолах, компьютерной периферии (клавиатурах, джойстиках, принтерах и т. п.), светофорах, автоматических воротах и шлагбаумах, интерактивных детских игрушках, автомобилях, локомотивах и самолетах, роботах и промышленных станках.

Рис. 2. Сферы применения микроконтроллеров.

Микроконтроллеры также широко используются в автомобильной электронике. Например, автомобиль «Peugeot 206» имеет на борту 27 микроконтроллеров, а в автомобилях высокого класса, таких как, например, «BMW» седьмой серии, используется более 60 микроконтроллеров. Они регулируют жесткость адаптивной подвески, управляют впрыском топлива, светотехникой, двигателями дворников, стеклоподъемников и зеркал заднего вида и т. п. (рис. 3).

Рис. 3. Использование микроконтроллеров в автомобильной электронике
(по материалам Microchip Technology).

Микроконтроллер, в отличие от микропроцессора, обычно имеет небольшую разрядность (8 – 16 бит) и богатый набор команд манипулирования отдельными битами. Битовые команды дают возможность управлять дискретным оборудованием (поднять/опустить шлагбаум, включить/выключить лампу, нагреватель, запустить/остановить двигатель, открыть/закрыть клапан, и проч.) Средства, обеспечивающие возможность оперировать отдельными битами, вводить и выводить дискретные сигналы называют «битовым процессором».

Еще одно из основных отличий микроконтроллера от микропроцессора заключается в том, что в составе микросхемы контроллера наличествуют все необходимые элементы для построения простой (а иногда – и достаточно сложной) системы управления. Так, внутри микроконтроллера есть память данных (оперативная память), память программ (постоянная память), генератор тактовых импульсов, таймеры, счетчики, параллельные и последовательные порты. Поэтому система минимальной конфигурации на основе микроконтроллера может состоять из блока питания, непосредственно микросхемы контроллера и нескольких пассивных элементов (резисторов, конденсаторов и кварцевого резонатора). И это фактически есть ничто иное, как одноплатный мини-компьютер на основе одной микросхемы, подходящий для встраивания в объект управления. Средняя стоимость системы минимальной конфигурации составляет несколько десятков долларов (сравните со средней стоимостью персонального компьютера).

Типовая архитектура микроконтроллера (рис. 4) содержит систем систему синхронизации и управления (1), арифметико-логическое устройство (2), регистры общего назначения (3), память данных (4) и память программ (5), порты (6), функциональные устройства (таймеры, счетчики, широтно-импульсные модуляторы, интерфейсы) и регистры для их настройки (7), рис. 4.

Рис. 4. Архитектура типичного микроконтроллера.

Программы для микроконтролеров создают в специальных интегрованных инструментальных средах (англ .: I ntegrated D evelopment E nvironment, IDE) языками Асемблера (машинных команд) или C++.

Остается добавить, что ежегодно в мире продаются миллиарды микроконтроллеров, а обычный житель развитой страны в течение дня десятки раз соприкасается с микроконтроллерами, являющимися неотъемлемой частью современной технологичной окружающей среды.

Кроме микропроцессоров общего назначения и микроконтроллеров на рынке предлагаются так называемые сигнальные процессоры, специально предназначенные для обработки сигналов в режиме реального времени. Они используются в измерительных приборах, средствах связи, передачи и воспроизведения аудио- и видеопотоков, системах локации, космической и военной технике.

Сигнальные процессоры (англ .: D igital S ignal P rocessor, DSP) характеризуются высокой разрядностью и быстродействием, имеют в системе команд специальные инструкции для реализации типовых алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС). Также на одном кристалле, кроме собственно процессорной части, реализуются аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. А налого-Ц ифровой П реобразователь (АЦП) заменяет непрерывный входной сигнал соответствующим потоком цифровых данных (отсчетов). Далее эти данные обрабатываются процессорной частью, после чего с помощью Ц ифро-А налогового П реобразователя (ЦАП) обработанные цифровые данные снова воспроизводятся в аналоговый сигнал. Таким способом сигнальный процессор может углублять четкость изображения, или, наоборот, размывать его, шифровать и дешифровать аудио- и видеопотоки, воспроизводить на экране виртуальную или дополненную реальность, отслеживать движущиеся объекты даже в условиях значительных помех и неполной входной информации.

Микропроцессоры общего назначения	Микроконтроллеры	Сигнальные процессоры	Другие (нейрочипы, секционные и гибридные процессоры)
Применяются: для построения персональных компьютеров, серверов и многопроцессорных систем.	Применяются: для реализации несложных функций управления и автоматизации.	Применяются: для реализации сложных алгоритмов потоковой обработки данных в режиме реального времени.	Применяются: для построения уникальных экспериментальных или специфических систем.
Особенности: высокая разрядность, универсальная архитектура.	Особенности: встроенная память программ и память данных, битовый процессор, таймеры, счетчики, порты, интерфейсы.	Особенности: высокая вычислительная производительность, команды для реализации типовых алгоритмов обработки сигналов, встроенные АЦП, ЦАП или медиа-интерфейсы.	Особенности: построение одного процессора на нескольких микросхемах, комбинация нескольких видов процессоров в одном изделии, специфическая архитектура

Еще один тип микропроцессорных устройств, которые за последние 30 – 40 лет заняли свою рыночную нишу – так называемые программируемые логические контроллеры.

П рограммируемый Л огический К онтроллер (ПЛК; англ .: P rogrammable L ogic C ontroller или PLC) – это специализированная микропроцессорная система, которая используется для автоматизации технологических процессов и общепромышленных установок и комплексов (конвейеров, рольгангов, подъемных кранов, дробилок, мельниц, классификаторов, смесителей, прессов, упаковочных машин, робототехнических и гибких производственных комплексов, и т. п.)

Т. е. основная сфера применения ПЛК – это сфера промышленного производства. Однако они также используются для автоматизации зданий (контроль доступа в помещение, управление освещением, обогревом, вентиляцией и кондиционированием воздуха, управление лифтами, эскалаторами и т. п.) Также ПЛК могут применяться для создания микроклимата в тепличном хозяйстве, на птицефабриках, животноводческих фермах.

В общем случае ПЛК – это одноплатный мини-компьютер, построенный на основе однокристального микроконтроллера и расположенный в типовом корпусе размерами с кирпич. Также существуют модульные контроллеры (рис. 5). Ко входам ПЛК можно подсоединить кнопки, контакты джойстика, переключатели (т. е. органы управления), датчики и исполнительные механизмы (двигатели, лампы, нагревательные элементы, клапаны, вентили, актуаторы и т. п.) ПЛК циклически опрашивает входные сигналы (органы управления и датчики), выполняет программу пользователя (пересчитывает значения переменных) и выдает полученные выходные значения на исполнительные механизмы. Т. е. ПЛК циклически, раз за разом выполняет одну и ту же программу (программу пользователя).

Рис. 5. Программируемые логические контроллеры.

Кроме аппаратной унификации (использования стандартных размеров, уровней напряжений, видов сигналов), прорывному распространению ПЛК поспособстваволо то, что для них были разработаны интуитивные «общеинженерные» языки программирования. Теперь для разработки программы пользователя не обязательно приглашать программиста высокого класса. С этим может справиться (иногда – и лучше) и технолог, и электрик, и химик, и, конечно, специалист по автоматизации. А в случае сложных задач эти языки программирования стирают грань недопонимания между программистом и инженером. Они одинаково понятны и заказчику (инженеру) и исполнителю (программисту).

Таких языков программирования – 6 (5 стандартизированных), причем 4 из них – визуальные (т. е. программа вводится не в виде текста, а как набор соединенных друг с другом графических элементов (блоков), (рис. 6).

Обычно один и тот же контроллер можно программировать на нескольких языках на выбор пользователя. Для этого используют инструментальные программные комплексы, позволяющие не только разработать программу, но и отладить ее с помощью программной модели контроллера (на «симуляторе») или в режиме мониторинга (когда программу пользователя исполняет реальный контроллер, а на дисплее компьютера можно следить за его работой).

Аппаратная и программная унификация ПЛК дает возможность легко переходить на контроллеры другого производителя, переносить программы с одной платформы на другую. Это повышает гибкость систем автоматизации, способствует конкурентному инновационному развитию рынка.

Подробно изучить работу микропроцессорных систем, научиться разрабатывать и программировать прикладные мини-компьютеры и программируемые логические контроллеры для задач автоматизации можно на Национального горного университета.