מיקרו-בקר

מיקרו-בקר (MC וגם UC) הוא מעבד קטן שמכיל רכיבי חומרה כמו זיכרון, מעבד, ומספר רכיבי קלט/פלט, ותפקידו לשלוט במערכות או מכשירים אלקטרוניים, כך שהוא נמצא במרכז התקשורת בין החומרה לתוכנה.

למעשה, הוא מערכת מחשב פונקציונלית שלמה, המוכללת ברכיב אלקטרוני בודד. כך ניתן למצוא בתוך הרכיב את כל המרכיבים המקובלים של מערכת מחשב, כמו יחידת עיבוד וזיכרון. ההבדל בין מחשב רגיל (או מערכת על שבב) למיקרו-בקר הוא בכך שלמיקרו-בקר יש לרוב ביצועים חלשים יותר. כפי ששמו מרמז, מטרתו של המיקרו-בקר היא לבקר על תהליכים, ולצורך כך, נמצא במיקרו-בקרים גם רכיבי כניסות ויציאות (IO), המשמשים לבקרה ולתקשורת עם העולם החיצוני.

מיקרו-בקרים מצויים כמעט בכל מוצר המכיל אלמנט אלקטרוני או חשמלי כלשהו, כגון כלי-רכב, מכונות ביתיות ומשרדיות וצעצועים. השימוש במיקרו-בקר כמעגל משולב בודד, במקום מספר רכיבים נפרדים (מיקרו-מעבד, זכרונות ובקרי IO), מאפשר להקטין את גודל הייצור של מוצרים ואת עלותם.

מבנה המיקרו-בקר
ההשוואה למיקרו-מעבד ממחישה את מהות המיקרו-בקר.

במיקרו-מעבד נמצאת יחידת העיבוד בלבד, בנוסף לזכרונות קטנים המיועדים לפעולות העיבוד בלבד: אוגרים המכילים את הנתונים עליהם יתבצעו פעולות העיבוד הקרובות, או את תוצאות פעולות העיבוד האחרונות, ולעיתים גם זיכרון מטמון שתפקידו היחיד הוא להאיץ את מהירות העיבוד.

לעומתו, המיקרו-בקר יכיל זיכרון נתונים המשמש לאחסון המידע הזמני כולו, גם זה שלא עובד לאחרונה או יעובד בקרוב, כמו גם את כל התוכנה אותה מריץ הבקר. כאמור, לצורכי בקרת תהליכים, המיקרו-בקר יכיל רכיבי כניסה ויציאה כמו כניסות ויציאות דיגיטליות פשוטות (הפועלות ברמה בינארית), אך על פי רוב גם סוגים מורכבים יותר של כניסות ויציאות, כמו כניסות ויציאות אנלוגיות או ממשקים תקשורתיים טוריים ומקביליים בתקנים שונים. הכניסות והיציאות מאפשרות לבקר להתחבר לרכיבים דוגמת מפסקים או כפתורים, נורות וממסרים, וכיוצא בזה.

דרישות הפעולה עבור מיקרו-בקרים לרוב שונות מאלו של מעבדי מחשב, ושמות דגש רב יותר על מאפיינים כמו עלות, ניצול זיכרון וצריכת אנרגיה. היות שכך, בעוד שמעבדים מודרניים פועלים עם מילים בנות 64 סיביות ויותר, ופועלים במהירויות שעון של גיגה-הרצים, ניתן למצוא מיקרו-בקרים אשר עושים שימוש במילים קטנות עד כדי ארבע סיביות (כדי להגיע לניצול יעיל של הזיכרון), או בקרים המופעלים באמצעות שעון איטי, עד כדי סדר גודל של קילו הרצים בודדים (כדי להקטין למינימום את הצריכה האנרגטית שלהם).

מצב שינה
על פי רוב, הבקרים יאפשרו מצב "שינה", במהלכו הרצת התוכנה מוקפאת. הבקר ישוב לתפקוד רגיל בעקבות עירור חיצוני (כמו שינוי של כניסה, למשל בעקבות הקשה על כפתור) או פנימי (כגון פקיעת קוצב זמן). הצריכה האנרגטית במצב זה מסוגלת להגיע עד כדי ננו ואטים בודדים, כתלות בסוג הבקר והרכיבים המוכללים אשר התוכנה מותירה במצב פעיל בזמן השינה.

פסיקות
לרוב, מיקרו-בקרים נדרשים לספק תגובה בזמן אמת לאירועים אשר קורים במערכת עליה הם שולטים, ועל כן הם יכילו לרוב מערכת פסיקות, אשר יכולה לאותת למעבד להשהות את עיבוד רצף הפקודות השגרתי ולבצע את שגרת הפסיקות (ה-ISR). תפקיד שגרת הפסיקות (אם קיימת) לבצע את העיבוד הנדרש, כאשר מתרחש אירוע כלשהו, בהתבסס על מקור הפסיקה, לפני החזרה לביצוע רצף הפקודות הרגילות. במקורות האפשריים לפסיקות ניתן למנות אירועים כמו גלישה של קוצב זמן פנימי, סיום המרת אות אנלוגי לדיגיטלי, שינוי ברמה לוגית של כניסה, מידע שהתקבל באחד מערוצי התקשורת, ועוד. כאשר המערכת נדרשת לצריכה אנרגטית נמוכה, פסיקות יכולות להעיר את המיקרו-בקר ממצב שינה דל הספק לביצוע שגרת הפסיקה.

קישורים חיצוניים

על ההבדלים בין מיקרו בקר לרכיבים מתוכנתים (FPGA)- http://www.lirtex.com/he/embedded/מאמרים/סקירת-ההבדלים-בין-fpga-רכיב-מיתכנת-ומיקרו/
 הסבר על ארכיטקטורת מיקרו-בקרים וסקירת סוגי מיקרו-בקרים שונים
 סקירת טכנולוגיות נפוצות בעולם המיקרו-בקרים ומיקרו-מעבדים

*