Informatica 5 Liceo Scientifico Scienze Applicate/Sistemi a microprocessore: differenze tra le versioni

* Un '''microprocessore''' è un circuito integrato contenente esclusivamente la CPU (central processing unit) del sistema, ed ha bisogno di altri dispositivi esterni per funzionare, quali '''RAM''', '''ROM''' (o '''Flash Disk''') e, se si pensi ad un computer, anche una scheda grafica;

* Un '''microcontrollore''', a discapito del μP, è molto compatto. Infatti al suo interno contiene tutti gli elementi di cui ha bisogno per operare in autonomia, compresa la CPU. Questo però è molto limitato, in capacità di calcolo, RAM e potenzialità esecutive.

* '''CPU''': La CPU o μP è il Microprocessore vero e proprio il quale sovraintende a tutte le funzioni del sistema, acquisisce dati e divide le operazioni. Il dispositivo è molto veloce, infatti riesce ad eseguire un milioni di operazioni al secondo; inoltre è collegato ai "selettori" per verificare il valore di un determinato sensore.

*'''MEMORIA FLASH''': La memoria flash corrisponde a quell'unità di memoria che nei vecchi computer si chiamava ROM. Sostanzialmente la flash è in grado di memorizzare informazioni anche in assenza di alimentazione (come le istruzioni di avvio) con la possibilità di sovrascrivere i dati. La memoria FLASH contiene anche il software del sistema, che permette al microprocessore di svolgere le operazioni nel modo corretto.

*'''RAM''': La RAM (Random Access Memory) è un altro tipo di memoria, molto più veloce della memoria flash. È in grado di memorizzare i dati solo nel momento in cui si sta lavorando su di essi (e solo nel caso il sistema sia alimentato), poi vengono eliminati. La RAM opera più velocemente rispetto alla memoria FLASH, poiché è una memoria ad accesso casuale: le informazioni non devono essere ricercate in sezioni, in reparti precisi della memoria.

* '''START''': Lo start è un elemento fondamentale del sistema e decide in quale istante temporale iniziare a fare la misura del segnale.

* '''PORTE I/O''': Sono le porte Input e Output. Ad esse vengono collegati i dispositivi di Input (ad esempio sensori, o una banale tastiera) e di output. Essi permettono rispettivamente la ricezione di dati e la loro trasmissione. Le porte I/O sono dette "''memory mapped''" quando vengono gestiti come fossero celle di memoria RAM o di scrittura.

* '''IL BUS''': Non meno importante degli altri componenti elencati sopra, il BUS è un canale di comunicazione che trasferisce dati e segnali tra le componenti del sistema a μP o del μC. Un solo bus può connettere simultaneamente più dispositivi. A sua volta un Bus è costituito da molteplici linee:

** '''BUS DATI''': é responsabile del trasferimento di dati;

** '''BUS INDIRIZZI''': comunica la posizione dei dati trasmessi o scritti nella RAM o nelle periferiche I/O.

*'''SENSORI''': i sensori o trasduttori, sono dei dispositivi elettronici in grado di convertire una grandezza fisica in un segnale elettrico come una differenza di potenziale o un'intensità di corrente. È importante sottolineare che il segnale convertito ha una forma d'onda proporzionale e simile al segnale della grandezza percepita. I sensori possono essere di vario tipo: sensori di temperatura; sensori di pressione; sensori di umidità; sensori di forza; sensori di spostamento lineare o angolare; sensori di intensità luminosa; sensori di intensità del campo magnetico...ecc. Molte volte ai sensori è collegato un " blocco di condizionamento" il quale trasforma il segnale elettrico per renderlo nella forma migliore per essere acquisito, tramite traslazioni, ampliamenti e filtri.

* '''L'ADC''' (Analogical to Digital Converter), è un dispositivo elettronico che converte un segnale da analogico (segnale che può assumere tutti i valori compresi tre due estremi) a digitale (segnale che può assumere solamente dei valori discreti compresi in un certo intervallo) eseguendo una misura del segnale analogico in entrata, con le opportune approssimazioni, nel senso che da una misura analogica in ingresso l'ADC la codifica un numero binario . Il risultato quindi è una sequenza binaria, che verrà acquisita dalla CPU tramite le porte I/O.

* '''MUX''': Il multiplexer è un dispositivo elettronico che, come si può vedere dall'immagine, è composto da molti "piedini" d'ingresso e un solo "piedino" d'uscita. Questo congegno, a partire da più segnali in entrata, è in grado di selezionare un solo segnale, che viene quindi trasmesso in uscita in un determinato istante temporale. Inoltre il Multiplexer (nella parte inferiore) presenta dei "selettori" direttamente collegati al μP, che permettono di stabilire in un certo istante temporale quale ingresso è collegato all'uscita del MUX( con 4 selettori si hanno 2^4 bit di possibilità)

* Nel caso in cui il μP emetta segnali di tipo digitale, entra in gioco un "controllo digitale", solitamente un '''RELE'''' (un interruttore a controllo elettronico) il quale trasforma i dati (ricevuti dal μP) codificati in un certo modo, in differenze di potenziale che causano l'apertura o la chiusura dell'intero circuito. In alternativa il segnale digitale può essere inviato ad un dispositivo in grado di convertirlo in altri segnali, quali, ad esempio onde, trasmesse nella realtà esterna tramite delle antenne.

* Nel caso in cui si voglia ottenere dal μP un segnale di tipo analogico, c'è bisogno di un particolare dispositivo detto '''DAC''' (Digital to Analogical Converter) in grado di convertire la grandezza in formato digitale proveniente dal sistema, al formato analogico. In pratica questo dispositivo svolge esattamente la funzione inversa del precedente ADC, trasformando il segnale digitale, ossia la sequenza di bit, in un corrispondente e proporzionale segnale analogico i cui punti vengono raccordati da un filtro detto condensatore. Infine il segnale analogico andrà poi ad attivare un determinato dispositivo detto "attuattore"( sostanzialmente un motore).

* L''''ATTUATORE''' è un meccanismo attraverso il quale il sistema agisce sull'ambiente esterno, che agisce fisicamente sostituendo l'intervento umano con un intervento meccanico automatico, controllato da un microprocessore. Negli attuatori rientrano motori, motori passo passo, servomotori, elettrovalvole, ma anche i relè stessi. In pratica tutto ciò che riesce a convertire segnali elettrici in altre forme di energia, in questo caso meccanica.