A Neumann Társaság blogja az informatika, robotika legmenőbb témaköreiről – újszerű megközelítésben.

Kvantumugrás

Kvantumugrás

Mi a közös a mikrohullámú sütőben és egy ultrahang berendezésben?

2021. július 14. - ferenck

Az okosórától a mikrohullámú sütők vezérléséig, naponta használunk csupán pár előre meghatározott feladatot végrehajtani képes beágyazott rendszerekkel: hálózati routerrel, digitális fényképezőgéppel, GPS-szel, háztartási gépekkel, riasztókkal, orvosi műszerekkel, komputer perifériákkal.

Ezek a rendszerek gyakran tartalmaznak olyan, a csak az adott – speciális – feladat kivitelezésére használt alkatrészeket, amelyeket a normál számítógépeink nem. Processzor, memória és input/output perifériaeszközök kombinációi, sokszor nagyobb mechanikus vagy elektronikus rendszereken belül funkcionálnak. Komplett eszközök beágyazott, a gép tipikusan fizikai műveleteit vezérlő részei. Leegyszerűsítve: a számítógép ezúttal teljes egészében az általa vezérelt eszközben található.

esy2.jpg

Tervezőik tudják, milyen feladatok elvégzéséhez fejlesztik őket, annak függvényében optimalizálják például az ultrahang berendezést vagy a légkondicionálót. Méretük változatos, lehetnek magunkon viselhető, hordozható, kicsi (okostelefon), de lehetnek nagyméretű, helyhez kötött berendezések (közlekedési lámpa, bankautomata, atomerőmű irányítórendszere) is. A ma gyártott mikroprocesszorok nagy többségét beágyazott rendszerekbe szerelik.

esy4.jpg

Általában mikrokontrollereken, például integrált memóriával és periferikus interfészekkel rendelkező mikroprocesszorokon alapulnak, de – különösen bonyolult rendszerekben – a külső memóriachipekkel dolgozó, közönséges mikroprocesszorok sem ritkák.

esy1.jpg

A területben két tényező összekombinálása miatt rejlik komoly potenciál: egyrészt a tervező teljes ellenőrzése alatt tartja mind a hardver, mind a szoftver fejlesztését. Másrészt, a beágyazott rendszerek a számítástudomány több részterületét hozzák közös nevezőre: számítógépes architektúrát, operációs rendszereket, valósidejű rendszereket. A két tényező egybeintegrálásával átjárhatók a diszciplínák közötti határok, létrejön és a rendszerek optimalizálásában szépen tetten érhető a területek szinergiája.

esy0.jpg

Az előrejelezhető jó teljesítmény megvalósítása komoly kihívást jelent. Mivel sok beágyazott rendszernek főként valósidőben kell teljesítenie, ha a számítások nincsenek kész időre, összeomlik az egész. Sajnos pont a személyi számítógépeket felgyorsító, teljesítményüket növelő képességek nehezítik meg a teljesítmény pontos előrejelzését. A fejlesztőknek ezért kell új megközelítéseket kidolgozniuk, vagy a már meglévőket kell pontosabbá tenniük.

Az Apollo 1965 körül az MIT-n (Massachusetts Institute of Technology) fejlesztett irányító számítógépe volt a leghíresebb korai beágyazott rendszer. Mivel az akkor legújabb, monolitikus integrált áramkörökkel dolgozott, a gépet tartották a program legkockázatosabb részének. Ezek az áramkörök tették lehetővé a komputer méret- és tömegcsökkentését.

Még korábbi példa a Minuteman rakéta 1961-ben bemutatott Autonetics D-17 irányító számítógépe, egy tömegtermeléssel gyártott beágyazott rendszer. Az 1966-ben debütált Minuteman II-ben a D-17-et az integrált áramkörök nagymennyiségű alkalmazását elsőként szemléltető, új komputerrel helyettesítették.

esy.jpg

Az 1960-as évek óta drasztikusan esett a beágyazott rendszerek ára, nőtt a feldolgozókapacitás és a funkcionalitás. Az Intel 1971-ben bemutatott (külső memóriával működő) mikroprocesszorát számológépekhez és más kisebb gépekhez tervezték. A memória, az input- és outputrészek ugyanazon chipbe integrálását a korai 1980-as évekre érték el, a processzor ekkor már mikrokontrollerként működött – elsősorban általános rendeltetésű számítógépek számára költséges alkalmazásokban.

esy3.jpg

A mikroprocesszorok és a mikrokontrollerek árának csökkenésével, egyre fontosabbá váltak a beágyazott rendszerek. Egy viszonylag olcsó mai mikrokontroller ugyanazokra a szerepekre programozható, mint sok különálló alkatrész, fogyasztói cikkek helyettesíthetők velük, bár ezek a rendszerek bonyolultabbak, mint a hagyományos beágyazott rendszerek.

A bejegyzés trackback címe:

https://kvantumugras.blog.hu/api/trackback/id/tr9316624940
süti beállítások módosítása