Une puce à circuit intégré qui intègre une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des ports d'entrée/sortie et un système d'interruption est appelée micro-ordinateur monopuce. Les micro-ordinateurs sont devenus populaires dans les années 1970 et 1980 grâce à la puissance croissante des microprocesseurs. Les micro-ordinateurs monopuces sont passés de conceptions 4 bits et 8 bits à l'actuel micro-ordinateur monopuce haute vitesse de 300 M.
Histoire du micro-ordinateur monopuce
Le micro-ordinateur monopuce a été développé pour la première fois au début des années 1970. Les premiers exemples étaient l'Intel 4004 et le Motorola 6800, tous deux commercialisés en 1971. Ces premiers micro-ordinateurs étaient principalement utilisés pour des applications scientifiques et industrielles.
Intel 4004 - 1971
Le développement du microprocesseur au début des années 1970 a rendu possible la création de micro-ordinateurs à puce unique. Le microprocesseur est un processeur informatique fabriqué sur un seul circuit intégré. Le premier microprocesseur fut l'Intel 4004, commercialisé en 1971.
Commodore PET - 1977
Le premier micro-ordinateur monopuce produit en série fut le Commodore PET, commercialisé en 1977. Le PET fut suivi par l'Apple II, commercialisé en 1978. L'Apple II fut le premier micro-ordinateur conçu pour un usage domestique. Il fut rapidement suivi par d'autres ordinateurs personnels tels que le TRS-80 et le Commodore 64.
Le micro-ordinateur monopuce a révolutionné l'industrie informatique. Il est beaucoup plus petit et moins cher que les ordinateurs précédents, et consomme moins d'énergie. Cela le rend idéal pour une utilisation dans une grande variété d'appareils électroniques, notamment les automobiles, les appareils électroménagers et les jouets.
À mesure que les microprocesseurs sont devenus plus puissants, les micro-ordinateurs à puce unique se sont perfectionnés. Ils ont pu effectuer des tâches plus complexes et sont devenus plus puissants. Aujourd'hui, les micro-ordinateurs à puce unique comptent parmi les ordinateurs les plus populaires et les plus utilisés au monde.
Structure de base
La structure de base d'un micro-ordinateur monopuce comprend généralement une unité centrale (CPU), une mémoire morte (ROM), une mémoire vive (RAM), des ports d'entrée/sortie (E/S) et un contrôleur d'interruption.
- Le CPU est le cerveau du micro-ordinateur, chargé d'exécuter les instructions d'un programme.
- La ROM stocke les instructions du programme qui indiquent à la CPU ce qu'elle doit faire.
- La RAM est utilisée pour stocker les données et les programmes auxquels le CPU peut accéder et qu'il peut modifier.
- Les ports E/S permettent au micro-ordinateur de communiquer avec le monde extérieur.
- Le contrôleur d'interruption est chargé de gérer les interruptions, qui sont des signaux spéciaux indiquant qu'un événement nécessitant l'attention du micro-ordinateur s'est produit.
Caractéristiques principales
- Petit et compact : ils sont très compacts et nécessitent très peu de circuits externes. Cela les rend particulièrement adaptés aux applications où l'espace est limité, comme les appareils portables ou les systèmes embarqués.
- Relativement peu coûteux : leur production peut être très peu coûteuse, car tous les composants sont contenus dans un seul circuit intégré.
- Faible consommation d'énergie : ils consomment généralement moins d'énergie qu'un microprocesseur classique. Cela s'explique par le fait que les composants individuels de la puce sont beaucoup plus petits et nécessitent moins d'énergie pour fonctionner.
Applications
Les micro-ordinateurs monopuces sont présents dans une grande variété d'appareils et d'applications. Ils sont utilisés dans tous les domaines, des systèmes de contrôle des moteurs automobiles aux appareils électroniques grand public portables.
Appareils électroniques grand public
Les micro-ordinateurs monopuces sont présents dans de nombreux produits électroniques grand public, tels que les appareils photo numériques, les lecteurs multimédias portables et les appareils GPS. Dans ce cas, ils remplissent toutes les fonctions d'un ordinateur complet, telles que le traitement des données, le stockage des informations et l'exécution d'applications.
Automobile
Un micro-ordinateur peut être utilisé pour contrôler le moteur et la transmission d'une voiture, il gère et coordonne le fonctionnement des autres appareils du système.
Contrôle industriel
Les micro-ordinateurs monopuces sont souvent utilisés dans les systèmes embarqués car ils sont petits, peu gourmands en énergie et peu coûteux. Un système embarqué est un système informatique conçu pour effectuer une ou plusieurs tâches spécifiques au sein d'un système plus vaste.
Équipement médical
Les micro-ordinateurs à puce unique sont de plus en plus courants dans les équipements médicaux, principalement en raison de la surveillance intelligente des données physiques des patients, dont certaines peuvent être portées par le patient et collecter des données provenant de son corps. Ces données sont ensuite traitées par le système de contrôle en arrière-plan.
Intel MCS 51
L'Intel MCS-51 (également appelé 8051 mcu) est une architecture de microcontrôleur 8 bits développée par Intel au début des années 1980. Il s'agissait de l'un des premiers microcontrôleurs sur le marché et il est rapidement devenu populaire grâce à ses nombreuses fonctionnalités et son faible coût. Le microcontrôleur 8051 a été initialement conçu pour être utilisé dans des systèmes embarqués, mais il a rapidement trouvé des applications dans divers autres domaines, notamment l'automobile et le contrôle industriel.
Histoire du MCS 51
Le 8051 a été initialement développé comme contrôleur pour le nouveau processeur 8086 d'Intel. Le 8086 était un processeur 16 bits, ce qui signifie qu'il pouvait traiter deux octets (16 bits) de données à la fois. Le 8051 a été conçu pour être une alternative plus efficace et moins coûteuse au 8086 pour les applications qui ne nécessitaient pas la puissance de traitement supplémentaire du processeur 16 bits.
Il existe trois versions : le 8051 standard, le 8052 à faible consommation et le 8031 à haute vitesse. Le 8052 était identique au 8051, à l'exception d'un oscillateur intégré qui réduisait le besoin de composants externes. Le 8031 était conçu pour les applications qui nécessitaient un 8051 à haute vitesse et comprenait un multiplicateur d'horloge intégré qui augmentait la vitesse d'horloge interne de 6 MHz à 12 MHz.
Le 8051 était très populaire et est rapidement devenu le microcontrôleur standard pour un large éventail d'applications. En 1998, Intel a lancé une version mise à jour du 8051, appelée MCS-51. Le MCS-51 comprenait un certain nombre d'améliorations par rapport au 8051 original, notamment une mémoire intégrée plus importante, un jeu d'instructions amélioré et la prise en charge de vitesses d'horloge plus élevées.
Architecture MCS 51
Les composants logiques du microcontrôleur MCS-51 comprennent un processeur 8 bits et un oscillateur intégré, une mémoire ROM masquée 80514B, une mémoire EPROM 87514KB, une mémoire ROM 8031, un registre de fonctions spéciales SFR128BRAM, des temporisateurs/compteurs T0 et T1, une interface d'E/S parallèle : P0, P1, P2, P3 ; une interface série : TXD, RXD ; un système d'interruption : INT0, INT1.
Fonctions
Le 8051 dispose d'un large éventail de capacités et peut être programmé pour effectuer diverses tâches.
- CPU avec bus de données 8 bits et bus d'adresse 16 bits ;
- Possède une capacité de traitement booléen et une capacité de traitement de bits ;
- Structure Harvard adoptée, espace d'adressage de la mémoire programme et de la mémoire données indépendants, ce qui facilite la programmation ;
- Mémoire programme de 64 Ko et mémoire de données de 64 Ko à la même adresse ;
- Mémoire programme intégrée de 0 à 8 Ko (le 8031 n'en a pas, le 8051 en a 4 Ko, le 8052 en a 8 Ko, le 89C55 en a 20 Ko) ;
- Mémoire de données intégrée de 128 octets (8051 en a 256 octets) ;
- 32 lignes d'E/S bidirectionnelles et adressables par bit ;
- Deux temporisateurs/compteurs 16 bits (le 8052 en a 3) ;
- Une interface E/S série full-duplex ;
10. La structure d'interruption de plusieurs sources d'interruption comporte deux priorités d'interruption ;
11. Oscillateur d'horloge intégré.
