Контроллеры.

Одной из характерных особенностей нынешнего этапа научно-технического прогресса является все более широкое применение микроэлектроники в различных отраслях промышленности. Роль микроэлектроники в развитии производства определяется ее практически неограниченными возможностями в решении различных задач во всех областях деятельности современного человека.

Особое внимание в настоящее время уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами  и аппаратурой. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется в основном путем разработки соответствующего программного обеспечения, заносимого затем в память программ. Аппаратная адаптация в большинстве случаев осуществляется путем подключения необходимых интегральных схем обрамления и организации ввода-вывода, соответствующих решаемой задаче.

В микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем (БИС) - однокристальные микро – ЭВМ, которые предназначены для “интеллектуализации” оборудования различного назначения. Архитектура однокристальных микро - ЭВМ - результат эволюции архитектуры микропроцессоров и микропроцессорных систем, обусловленной стремлением существенно снизить их аппаратные затраты и стоимость. Как правило, эти цели достигаются как путем повышения уровня интеграции БИС, так и за счет поиска компромисса между стоимостью, аппаратными затратами и техническими характеристиками микропроцессора.

Однокристальные микро - ЭВМ ( по сути – законченные микропроцессорные системы) представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, запоминающее устройство данных, запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые интегральные схемы для связи с внешней средой. Использование таких контроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что им, видимо, нет в ближайшем времени альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем, В настоящее время более двух третей мирового рынка контроллеров составляют именно однокристальные микро – ЭВМ. В некоторых публикациях однокристальную микро - ЭВМ называют “микроконтроллер”. Обосновывается это тем обстоятельством, что такие микросхемы имеют незначительные емкости памяти, физическое и логическое разделение памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ), упрощенную и ориентированную на задачи управления систему команд, примитивные методы адресации команд и данных. Специфическая организация ввода-вывода информации предопределяет область их применения в качестве специализированных вычислителей, включенных в контур управления объектом или процессом. Структурная организация, набор команд и аппаратно-программные средства ввода-вывода информации этих микросхем лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных. Указанные выше соображения отражают технический уровень микропроцессорных контроллеров в настоящий момент.

Анализ и классификация аппаратных и программных средств контроллеров

Очевидно, что без конкретных потребностей (например, в повышении производительности интеллектуального уровня личного труда, выполнение работы быстрее и экономичнее) едва ли возникла бы необходимость в контроллерах. Внедрение контроллеров позволяет реализовать качественно новую информационную технологию, при которой потребитель информации получает и анализирует интересующие его данные непосредственно в процессе общения с ПЭВМ, что обеспечивает комплексную автоматизацию конкретных задач управления. Работа контроллера помогает лучшему осознанию проблемной ситуации, позволяет частично или полностью решить проблему, подталкивает к оперативному построению модели объекта управления и, тем самым, к грамотному и быстрому принятию решений.

Попытаемся классифицировать контроллеры вообще.

Будем определять контроллеры как совокупность методических, схемотехнических и программных средств, обеспечивающих работу пользователей в некоторой предметной области. Все три компонента совершенно необходимы для функционирования контроллера. Методика проектирования контроллера не может не быть связанной с методикой его функционирования, так как функционирование развитого контроллера не предусматривает возможность его развития самими пользователями. Языковые средства микроконтроллеров являются реализацией методических средств с точки зрения конечного пользователя, и дают возможность конечному пользователю производить все необходимые действия.

В состав методических средств должны входить и средства обучения, диапазон которых может быть очень широк: от бумажных инструкций до самообучающихся систем. Их назначение заключается в том, чтобы пользователь научился эффективно работать в условиях автоматизации полного и частного процесса. Если процесс достаточно сложный, а пользователь не имеет специализированные навыков, возможно применение контроллеров, которые позволяют постепенно ввести пользователя в предметную область его автоматизированного процесса. Чем сложнее проектируется контроллер, тем меньше  функций могут быть реализованы пользователем.

Следующий аспект методического обеспечения - это реализация заданных функций контроллера, т.е. собственно его функционирования. Здесь необходимы методики определения цели текущей деятельности, информационной потребности, всевозможных сценариев для описания процессов ее реализации. Эти методические средства могут явным или неявным образом учитываться пользователем. В первом случае пользователь в значительной степени сам планирует свою деятельность.

Языковые средства контроллера необходимы, прежде всего, для однозначного смыслового соответствия действий пользователя и реакции ПЭВМ. Без них невозможен процесс обучения, организация диалога, обнаружение и исправление ошибок. Сложность разработки таких языков заключается в том, что они должны быть преимущественно непроцедурными. Так как конечные пользователи не знают в деталях процесс реализации информационной потребности, чем выше интеллектуальность контроллера, тем больше непроцедурных возможностей должно быть предусмотрено в его языках.

Как и во всяком языке, основу языков контроллеров должны составлять заранее определяемые термины, а также описания способов, с помощью которых могут устанавливаться новые термины, заменяя или дополняя существующие. Указанное обстоятельство приводит к необходимости при проектировании контроллера определенным образом классифицировать терминологическую основу контроллеров, т.е. определить все основные синтаксические конструкции языка и семантические отношения между терминами и их совокупностями. В связи с этим может возникнуть необходимость в простейшей классификации контроллеров, например, по возможностям представления данных в некоторых пользовательских режимах обработки: числовые, текстовые и смешанные. Возможности языка во многом определяют и список правил, по которым пользователь может строить формальные конструкции, соответствующие реализации информационной потребности.