میکروپروسسور چیست؟ + (کاربردها و عیب یابی)

میکروپروسسور یا همان ریز پردازنده قطعه ای است که می تواند محاسبه و منطق را پردازش کند، میکروپروسسور ها فقط می توانند اطلاعاتی که باینری هستند یعنی  0,1 هستند را دریافت کنند و آن ها را پردازش کند. برای میکروپرسسور معانی مختلفی در نظر گرفته اند گروهی می گویند یک کامپیوتر شخصی رو میزی و یا یک کامپیوتر بسیار کوچک و هم چنین گروهی دیگر هم کامپیوتری بر روی یک تراشه می نامند. این واژه ی میکروپروسسور توسط شرکت Intel  در صنعت نیمه هادی به وجود آمد، شرکت Intel واژه ی میکرو پروسسور را برای تشریح مجتمع ماشین حساب گونه ی چهاربیتی که به تازگی طراحی کرده بودند استفاده کردند.

تعریف میکروپروسسور چیست؟

اکنون میکرو پروسسور به آی سی هایی گفته می شود که ساختار یک میکرو کامپیوتر را تشکیل می دهد به عنوان مثال کامپیوتر شخصی  IBM بر اساس میکروپروسسور Intel 8.88 و اپل مکینتاش بر اساس موتورلا 68000 ساخته شده اند.

تکنیک پردازش توزیع شده

برخی از سازندگان به کاربردن و استفاده از چند میکروپروسسور در یک کامپیوتر را سودمند و نتیجه بخش می دانند، یکی از میکروپروسسور ها را می توان در صفحه کلید برای کنترل آن، دومی برای انجام دادن عملیات ورودی و خروجی، سومی هم برای کنترل کردن وسایل ذخیره سازی انبوه ( دیسک گردانها) و چهارمی هم به عنوان پروسسور اصلی سیستم می توانند مورد استفاده قرار بگیرند، به این تکنیک، پردازش توزیع شده و یا    Distributed Processingمی گویند.

برخی از تراشه های پروسسور ادعا را دارند که به تنهایی یک میکرو کامپیوتر یک تراشه ای هستند،  زایلوگ Z-80 که شامل واحد پردازنده مرکزی CPU با یک حافظه ی از قبل برنامه ریزی شده می باشد که شامل حافظه ی چرکنویس  Scratch pad برای ذخیره سازی  موقت نتایج مدار منطقی است که برای ارتباط با پایانه کامپیوتر، نرم افزار، سیستم عامل و هم چنین سه دریچه ورودی/خروجی برای کنترل سخت افزاری می باشد.

سازمان داخلی میکروپروسسور

سازمان داخلی یک پروسسور را میتوان از مدل برنامه نویسی میکروپروسسور متوجه شد، یک برنامه ی میکروپروسسور باید به صورت عالی منظم ساماندهی شود در این برنامه باید ستون های گفته شده در زیر را مورد توجه قرار داد و آن ها را در نظر گرفت:

1. آدرس : کد منتج ( کد منتج که شکل دودویی یک برنامه ی کامپیوتری در حال اجرا می باشد)
2. برچسب: آپ کد ( آپ کد اسم کوتاه یک دستورکامپیوتری است که نوع کاری را که باید انجام شود را تعیین میکند)

عیب یابی میکروپروسسور

تمام دستوراتی که CPU میتواند آن را در وهله ی تشخیص دهد و سپس اجرا کند، کل دستورالعمل های یک میکروپروسسور است اگر قسمت سخت افزاری دچار مشکلاتی شد برای عیب یابی آن ابزار هایی مانند پروپ لاجیکی، اسیلو سکوپ، انواع مولتی متر ، تحلیل گر امضا و تحلیل گر منطقی وجود دارد. از پیچیده ترین ابزارهای عیب یابی میکروپروسسور ابزار تحلیل گر لاجیکی می باشد ولی برای اینکه استفاده از آن تاثیر گذار باشد باید سیستمی که درحال بررسی شدن است را خوب بشناسیم و هم آن تحلیل گر را.

میکرو پروسسسور اطلاعاتی که پردازش شده را  در داخل حافظه ی موقت بارگذاری می کند و این اطلاعاتی را که پردازش شده اند را به خروجی برای نمایش انتقال می دهد، نکته ای که قابل توجه است این است که همان قدر که سرعت میکروپروسسور بالا و یا بیشتر باشد میکروپروسسور هم با سرعت بیشتری می تواند به داده ها واکنش نشان دهد. نکته ی مهم تری که درباره ی آن وجود دارد این است که باید به وسیله ی لوله های کوچک آب و یا هیت سینک ها دمای میکرو پروسسور ها را پایین بیاورید دلیل این کار هم این است که چون وقتی میکروپروسسور تحت فشار باشد دمای آن بالا می رود و نهایتا منجر به سوختن میکروپروسسور می شود پس باید به حرارت آن ها توجه زیادی کرد.

میکروپروسسور در اصل یک مدار مجتمع بسیار پیشرفته می باشد  و در داخل آن میلیون ها ترانزیستور وجود دارد، وجود همین ترانزیستور در میکروپروسسور است که به آن اختیار انجام کارها را به تنهایی می دهد و به همین دلیل است که ترانزیستور ها موتور محرک میکروپروسسور است. از زمانی که میکروپروسسور تولید و به بازار عرضه شد تمامی شکل های محاسباتی در دنیا را تحت تاثیر خود قرار داد و آن هم به دلیل پیشرفته بودن آن است.

میکرو پروسسورها (Microprocessor) وقتی برای اولین بار به بازار عرضه شدند به عنوان مکمل CPU بودند اما با گذشت زمان آن به یک پردازنده ی تک و قوی تبدیل شد. اگر بخواهیم دورنمایی از فناوری و تکنولوژی میکروپروسسور ها داشته باشیم می توانیم به طور قاطع بگوییم که همه ی CPU های امروزی میکروپروسسور هستند اما نکته ای که وجود دارد این است که همه ی CPU ها میکروپروسسور نیستند.

کاربرد های میکرو پروسسور

• کارت های هوشمند
• کارت های هوشمند و یا میکرو پروسسوردار: کارت های هوشمند که متشکل از یک قسمت پلاستیکی هستند که در داخل آن ها یک چیپ میکروپروسسور قرار گرفته است و اطلاعات لازم درون آن قرار می گیرد میزان و اندازه و هم چنین متنوع بودن اطلاعات بستگی به این دارد که چیپ داخل چه توانایی هایی دارد. کارت های هوشمند مانند کارت های تماسی و ترکیبی میکروپروسسور دار هستند. مزایای استفاده از این کارت های میکروپروسسودار نسبت به کارت های مغناطیسی این است که سرعت ذخیره سازی بالایی دارند و هم چنین ایمنی بالا و اینکه ذخیره سازی اطلاعات هزار مرتبه بیشتر از کارت های مغناطیسی است.
• کنترل فرکانس
• کنترل فرکانس: 520 که یک دستگاه فرکانس معمولی و متوسطی می باشد قابل کنترل است در واقع توسط میکروپروسسور این دستگاه کنترل می شود.

تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور

• میکروکنترلر در حقیقت یک مینی‌ کامپیوتر است که به خودی خود قادر به انجام کارهایی است ، اما میکروپروسسور واحد پردازش مرکزی کامپیوتر می باشد.
• میکروکنترلر از تجهیزات جانبی مورد نیاز در داخل تراشه برخوردار است، به همین دلیل سیستم روی تراشه یا SoC نام می گیرد. واحدهای عملکردی این قطعه عبارت‌اند از ثبات‌ها، رم، رام، ALU، پورت‌های I/O، دیجیتال به آنالوگ، آنالوگ به دیجیتال، کانترها و تایمرها. از طرفی دیگر، میکروپروسسور برای انجام یک کار به رم و رام خارجی نیاز خواهد داشت. واحدهای عملکردی آن ثبات، CU و ALU و غیره هستند.
• کاربرد میکروکنترلرها در سیستم‌های تعبیه‌ای و کاربردهای خاص است. اما میکروپروسسورها به عنوان مغز کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند.
• میکروکنترلر به تجهیزات خارجی نیاز نداشته و از آن در وسایل فشرده استفاده می شود، اما میکروپروسسور به تجهیزات جانبی نیاز داشته و در صورت استفاده از آن، اندازه وسیله حجیم می شود.
•  تعداد کم تجهیزات خارجی میکروکنترلر منجر به مصرف کم توان میکروکنترلر می شود و با باتری می‌توان آن را تغذیه نمود. از آن طرف میکروپروسسور به دلیل داشتن تجهیزات اضافه به توان بیشتری نیاز دارد و به همین دلیل برای کار با باتری مناسب نمی باشد.
• میکروکنترلر داری حافظه داخلی با مقدار مشخصی است که قابلیت ارتقا ندارد. اما حافظه میکروپروسسور را می‌توان به سادگی و با توجه به کار مورد نظر افزایش داد.
• میکروکنترلر به دلیل دارا بودن حافظه روی چیپ، برنامه و دستورات را سریع‌ تر بارگیری کرده و راه‌اندازی سریع‌ تر انجام می شود. اما از آنجا که میکروپروسسور حافظه خارجی دارد، بارگیری برنامه‌ها در آن نسبت به میکروکنترلر زمان می‌برد و به همین دلیل، تقریبا کند است.
• میکروکنترلر در زمان بیکاری سیستم مصرف توان را کم کرده و در آن صرفه‌جویی می نماید. اما میکروپروسسور  از سیستم صرفه‌جویی انرژی بهره مند نیست و در شرایط بیکار بودن سیستم انرژی مصرف می نماید.
• از آنجاکه سرعت پردازش میکروکنترلر ۷ مگاهرتز تا ۵۰ مگاهرتز است، نمی‌توان از آن برای کارهای گسترده استفاده کرد. این در حالی است که سرعت پردازش میکروپروسسور به بالای یک گیگاهرتز نیز می‌رسد و می‌تواند کارهای سنگین را نیز انجام دهد.
• میکروکنترلر ویدئوی اچ‌دی تا 720p را پشتیبانی می‌کند، در حالی که میکروپروسسور بالاتر از این مقدار را پشتیبانی می کند.
• میکروکنترلر از USB 2.0 با حداکثر سرعت ۴۸۰ مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. اما میکروپروسسور قابلیت پشتیبانی از USB 3.0 با سرعت ۵ گیگابیت بر ثانیه را دارد.
• میکروکنترلر قطعه‌ای با کاربرد خاص است، بدین معنی که برای یک کار مشخص طراحی شده است. اما میکروپروسسور برای کارهای پیچیده و دشوار طراحی شده که از حافظه زیادی استفاده می‌کنند.
• میکروکنترلر ارزان بوده و مصرف توان کمتری دارد، بنابراین برای کاربردهای الکترونیک که در آن‌ها از باتری استفاده می‌شود و هزینه پایین از اهمیت زیادی برخوردار است، پیشنهاد خوبی هستند. از طرفی، میکروپروسسورها گران و پرمصرف بوده و سرعت پردازش بالایی دارند، در نتیجه برای کارهای پیچیده کارایی بالایی دارند.