Упрощать следует до тех пор, пока это возможно, но не более того (Альберт Эйнштейн)

2.1. Системный уровень

Сам по себе «крошка МК» большой практической ценности не представляет. Это не электрическая лампочка, которая даёт яркий свет, и не резистор, через который протекает ток. МК предназначен для коллективной работы в «команде», по-научному — в цифровой системе обработки информации, управления и контроля.

На Рис. 2.1, а...и приведены типовые схемы включения МК в классической связке «Оператор — Исполнительное устройство — Объект управления». Как видно, ареал распространения МК охватывает практически все виды человеческой деятельности. Если где он пока и не применяется, то только из-за нехватки фантазии или из-за технологических (экономических) ограничений.

Рис. 2.1. Варианты применения МК:

а) система автоматического контроля и управления с обратной связью;

б) автономная измерительная система; в) интеллектуальный индикатор; г) система ручного управления; д) система автоматического контроля;

е) интерактивная система управления без обратной связи с объектом;

ж) интерактивная измерительная система без обратной связи с объектом;

з) программатор/отладчик МК; и) автономный робот.

На Рис. 2.2 показано внутреннее строение МК на системном уровне. Базовым блоком служит ЦПУ, которое включает в себя:

• центральный процессор (он же «вычислитель»);

• внутренние шины адреса, данных, управления;

• формирователь сетки тактовых частот;

• модуль памяти и блок регистров общего назначения;

• блок конфигурации режимов работы, прерываний, рестарта.

Процессорное ядро служит основным отличительным признаком архитектуры. По его характеристикам (и названию) судят о потенциальных возможностях определённого семейства МК. Ядро обслуживается несколькими периферийными модулями или, по-другому, подсистемами. Именно к ним пользователь имеет доступ извне. От того, как правильно будут подключаться к подсистемам внешние цепи, зависят точностные и эксплуатационные параметры всего устройства.

Каждая входящая в МК подсистема важна по-своему. Например, чтобы МК стартовал, надо выполнить следующие действия:

• запрограммировать ячейки памяти ПЗУ (подсистема программирования);

• подать питающее напряжение (подсистема питания);

• запустить тактовый генератор (подсистема синхронизации);

• осуществить начальный сброс (подсистема сброса);

• активизировать интерфейсные цепи (подсистема портов ввода/вывода).

Для уяснения свойств МК предлагается рассматривать его в виде «чёрного ящика». Если вспомнить историю, то в Древней Греции существовала легенда, согласно которой красавица Пандора как-то раз из любопытства открыла амфору, в которую громовержец Зевс спрятал все человеческие пороки. Оказавшись на воле, они мгновенно разлетелись по свету, до сих пор причиняя людям страдания и боль. Мораль истории простая — не ищи ради любопытства приключений на свою голову.

Выражение «амфора Пандоры» или «сосуд Пандоры», как символ вещи с неизвестным внутренним содержанием, стало нарицательным. Со временем оно трансформировалось в «сундук Пандоры», «ящик Пандоры» и, наконец, в «чёрный ящик» (англ. «black box»). В технике широко используется данный термин для обозначения прибора, в котором исследователю доступны для наблюдения только входные и выходные сигналы.

Применительно к МК, каждую подсистему можно приравнять к отдельному «чёрному ящику» и рассматривать упрощённые эквивалентные схемы со стороны доступных выводов. Функциональная структура подсистем детально расшифровываться не будет. За кадром останутся подробности аппаратной начинки, а также конкретные названия регистров общего назначения.

После того, как будут проанализированы все подсистемы, можно синтезировать некую идеализированную модель МК. Она будет простой для понимания и достаточно точной по параметрам. Это позволит отсечь, как «бритвой Оккама», несущественные детали, не упуская из виду главного.