Развитие компьютерных систем и растущие требования к качеству контроля привели к появлению двух направлений в специализированных решениях для контроля. Это программируемые логические контроллеры (ПЛК) и микроконтроллеры. На основе этих тенденций создаются специализированные системы, которые выполняют все функции управления объектами или процессами и тесно связаны с ними.

Встроенная система должна соответствовать определенным требованиям, которые строго определены. Поэтому ее нельзя назвать типичным многофункциональным персональным компьютером.

Каждая встроенная система основана на микропроцессоре (или микроконтроллере), запрограммированном на выполнение ограниченного числа задач или даже только одной задачи.

В зависимости от назначения он может содержать программное обеспечение, предназначенное только для данного устройства (прошивка) или операционная система со специализированным программным обеспечением. Обычно это определяется степенью надежности, которую должна предложить встроенная система.

Как правило, чем менее сложным и специализированным является программное обеспечение, тем надежнее система и позволяет быстрее реагировать на критические события.

Надежность системы можно повысить за счет разделения заданий на более мелкие подсистемы, а также за счет резервирования, которое может заключаться в использовании двух идентичных устройств для одной задачи, одно из которых берет на себя задачи другого в случае его сбоя.

Где применяются встроенные системы?

Встроенные системы используются во многих сферах жизни, и область их применения, наряду с техническим прогрессом, постоянно расширяется.

Такие решения можно найти в измерительном оборудовании, в том числе осциллографах, анализаторах спектра, в автомобилях (например, бортовые компьютеры), компьютерном оборудовании (жесткие диски, оптические приводы, маршрутизаторы), в решениях для телекоммуникаций, в так называемых интеллектуальных зданиях, в устройствах, используемых в медицинской диагностике, системах управления полетом, а также, естественно, в станках с ЧПУ, роботах и промышленных машинах и ряде систем управления в автоматизации.

Главной особенностью, которая отличает встроенные системы от других компьютерных систем, является, помимо специализированного характера, качество программного обеспечения и используемых аппаратных компонентов.

История встроенных систем

Первой современной встроенной вычислительной системой реального времени был компьютер Apollo Guidance Computer, разработанный в 1960-х годах доктором Чарльзом Старком Дрейпером из Массачусетского технологического института для программы Apollo. Управляющий компьютер Apollo был разработан для автоматического сбора данных и выполнения критически важных расчетов для командного модуля Apollo и лунного модуля.

Apollo Guidance Computer

В 1978 году Национальная ассоциация производителей машиностроения выпустила стандарт для программируемых микроконтроллеров, улучшив конструкцию встроенных систем и к началу 1980-х компоненты системы памяти, ввода и вывода были интегрированы в тот же чип, что и процессор, образуя микроконтроллер.

Встроенная система на основе микроконтроллера будет впоследствии включена во все аспекты повседневной жизни потребителей, от устройств чтения кредитных карт и сотовых телефонов до светофоров и термостатов.

Как работает встроенная система?

Встроенные системы управляются микроконтроллерами или процессорами цифровых сигналов (DSP), специализированными интегральными схемами (ASIC), программируемыми логическими матрицами (FPGA). Эти системы обработки интегрированы с компонентами, предназначенными для работы с электрическими и / или механическими интерфейсами.

Инструкции по программированию встроенных систем, называемые микропрограммами, хранятся в постоянном запоминающем устройстве или микросхемах флэш-памяти, работающих с ограниченными аппаратными ресурсами компьютера. Встроенные системы соединяются с внешним миром через периферийные устройства, связывая устройства ввода и вывода.

Как разрабатываются встроенные системы?

Проектирование и создание встроенных систем не укладывается в существующие рамки стандартных дисциплин, с которыми эти решения связаны. Обязательно требуются знания как электроники, так и информатики. Несомненно, наиболее правильным решением было бы заняться вопросами разработки встраиваемых систем после получения подготовки также в области автоматизации и управления, а также мехатроники и робототехники.

Проектирование встроенной системы включает в себя как разработку специального аппаратного уровня, так и соответствующего программного обеспечения. В последнем можно разделить системную область и область приложения.

Системный уровень создает среду выполнения для встроенного приложения и, в зависимости от области приложения, имеет разную степень сложности. Для простых встроенных систем с закрытой не масштабируемой архитектурой системный уровень не является строго отдельным и не содержит механизмов для поддержки разработки приложений.

Передовые системы для медицины, авиации, телекоммуникаций и робототехники реализованы на основе специальных операционных систем или библиотек, которые содержат механизмы и функции, облегчающие разработку приложений и тестирование системы. Тем не менее, разработчик должен расширить системный уровень специальными драйверами.

Популярный онлайн видео курс:

Успех всего проекта во многом зависит от функциональности и удобства использования приложения. Создание встроенной системы требует анализа требований, разработки соответствующей архитектуры и ее сознательной декомпозиции.

Любая ошибка или игнорирование определенных требований на начальных этапах проекта может привести к провалу всего проекта. Плохие дизайнерские решения часто влекут за собой необходимость модификации не только программного, но и аппаратного обеспечения.

В случае систем для критических приложений также существует проблема безопасности, то есть в основном устойчивость системы к сбоям оборудования, электромагнитным помехам и ошибкам реализации.

В случае, если спроектированная система является сложной, например, система управления роботом на производственном предприятии, проект превращается в сложное логистическое мероприятие, требующее координации работы нескольких различных команд инженеров.

Будущие тенденции встраиваемых систем

Ожидается, что индустрия встраиваемых систем будет продолжать быстро расти благодаря постоянному развитию искусственного интеллекта (AI), виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR), машинного обучения, глубокого обучения и Интернета вещей (IoT).

В основе встроенных систем ближайшего будущего будут лежать такие тенденции, как снижение энергопотребления и повышение безопасности встроенных устройств, а также активное использование облачных технологий, приложений для глубокого обучения и инструментов визуализации данных в режиме реального времени.

Источник

Теория: встраиваемые компьютеры и их модули

В последнее время современная вычислительная техника развивается большими темпами. Еще недавно в этой нише главенствовал процессор Pentium III, затем он ушел со сцены. Благодаря новейшим решениям лидеров отрасли, скажем, встраиваемые компьютеры, при небольших объемах и потребления энергии имеет огромные вычислительные мощности.

В этой статье мы не будет подробно говорить о лидерах в этом сегменте (Intel, AMD, VIA), а не немного углубимся в теорию самих встраиваемых компьютеров и их модулей.

Что главное в выборе встраиваемого компьютера?

Сегодня процессоры производят 3 производителя. Среди них Intel, предлагающий во встраиваемых решениях применять самые популярные модели процессоров, снабженных пассивным охлаждением.

Хотя некоторые компоненты используются давно, их популярность в ВК по-прежнему высока. Они будут еще долго востребованы, так как нашли себе свою нишу на рынке ПК.

А теперь – об архитектуре, применяемой в изготовлении встраиваемых компьютеров. Сегодня в ход идут процессорные платы разных форм-факторов и размеров. Этот формат используют, когда нужно создать ответственные системы, скажем, в авиации, или в промышленности, или на транспорте, иными словами, в тех местах, где есть повышенные требования безопасности и стабильности при малых габаритах.

Любая вычислительная техника, в том числе и встраиваемая, имеет в своем составе модули RAM (оперативная память). Большое достоинство ВК в том, что они используют стандартные методы решения с применением модулей оперативной памяти. Ряд изготовителей встраиваемых плат в свою линейку включили продукцию с уже установленными чипами памяти. А пользователи успели оценить это их решение, ведь встраиваемый компьютер эффективен в условиях повышенной вибрации и тряски. Так как не используются переходные сокеты установки модуля памяти. Сокращается и доля неработоспособности устройств.

Операционная система. Без нее ПК – «железо». Работа встраиваемых компьютеров основана на управлении распространенных операционок, скажем, Windows или Linux. Какую из них выбрать? Это определяет направление работы встраиваемого компьютера. При всем том есть возможность пользоваться специализированными операционными системами, настроенным под ту или иную модель ВК. Часть встраиваемых систем базируется на процессорах малой мощности, а потому работают в среде ОС DOS или ее модификаций.

Кого выбрать из производителей оборудования и ВК? Их с каждым годом становится все больше. На рынке продукцию поставляют и опытные компании, которые имеют имидж надежных партнеров, и те, что молоды, но активны в продвижении своего нового продукта и в применении оригинальных ноу-хау. Выбор есть, главное сделать правильный для вашей ситуации и нужд.

Дата: 02.08.2017 Автор/Переводчик: CompMaster

Источник

Встраиваемая система

Встра́иваемая систе́ма (встро́енная систе́ма, англ. embedded system ) — специализированная микропроцессорная система управления, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет.

То есть устройство строится на базе встроенного компьютера, который в то же время не воспринимается пользователем устройства как компьютер (так как не имеет обычного монитора и клавиатуры, не отображает привычной ОС и другого ПО).

Содержание

Особенности

В связи с тем, что система управления будет размещаться внутри более сложного устройства, при её разработке ключевую роль играют следующие факторы:

Основой построения простых встроенных систем часто служат одноплатные (однокристальные) ЭВМ (см.: микроконтроллер), специализированные или универсальные микропроцессоры, ПЛИС. Для построения некоторых видов встроенных систем широко используют микропроцессоры архитектуры ARM.

Широко распространено непосредственное использование или обеспечение значительной степени совместимости с морально устаревшими за долгое время выпуска (десятки лет) устройствами и интерфейсами (например, процессорами семейств Intel 8086, i386, i486, Pentium и их аналогами; шиной ISA и т. п.) из-за низкой стоимости разработки конкретного решения.

Область применения

Областью применения встроенных систем являются:

Безопасность встроенных систем

Некоторые встроенные системы используются в массовых количествах (например, устройства RFID). Встроенные системы являются привлекательной целью для создателей вредоносного кода из-за своей распространённости и относительной беззащитности. Постепенно возникает вредоносный код для встроенных систем (например, RFID-вирус, Cabir). Этот процесс пока затрудняется разнородностью встроенных устройств, отсутствием доминирующего ПО и ограниченной функциональностью некоторых видов устройств. С другой стороны, задача антивирусных компаний и исследователей компьютерной безопасности также осложнена этими обстоятельствами, а также маломощностью встроенных систем, зачастую не позволяющей пользоваться распространённым антивирусным ПО.

ЦПУ для встраиваемых систем

Центральным процессорным устройством для встраиваемой системы могут служить очень многие из современных микропроцессоров и микроконтроллеров. Конкретный вид определяется при проектировании, исходя из целей и задач выполняемых встраиваемой системой.

Ведущие фирмы-производители

Список ведущих фирм — производителей микропроцессоров:

Источник

Встроенный компьютер

Встра́иваемая систе́ма (встро́енная систе́ма, англ. embedded system ) — специализированная микропроцессорная система управления, контроля и мониторинга, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет.

Содержание

Особенности

В связи с тем, что система управления будет размещаться внутри более сложного устройства, при её разработке ключевую роль играют следующие факторы:

Основой построения простых встроенных систем часто служат одноплатные (однокристальные) ЭВМ (см.: микроконтроллер), специализированные или универсальные микропроцессоры, ПЛИС.

Широко распространено непосредственное использование или обеспечение значительной степени совместимости с морально устаревшими за долгое время выпуска (десятки лет) устройствами и интерфейсами (например, процессорами семейств Intel 8086, i386, i486, Pentium и их аналогами; шиной ISA и т. п.) из-за низкой стоимости разработки конкретного решения.

Область применения

Областью применения встроенных систем являются:

Безопасность встроенных систем

Некоторые встроенные системы находят массовое применение, например, устройства RFID. Встроенные системы являются привлекательной целью для создателей вредоносного кода из-за своей распространённости и относительной беззащитности. Постепенно злоумышленники пытаются создать вредоносный код для встроенных систем (например, RFID-вирус, Cabir). Этот процесс пока затрудняется разнородностью встроенных устройств, отсутствием доминирующего ПО и ограниченной функциональностью некоторых видов устройств. С другой стороны, задача антивирусных компаний и исследователей компьютерной безопасности осложнена теми же обстоятельствами, а также маломощностью встроенных систем, зачастую не позволяющей пользоваться распространённым антивирусным ПО.

ЦПУ для встраиваемых систем

Центральным процессорным устройством для встраиваемой системы могут служить очень многие из современных микропроцессоров и микроконтроллеров. Конкретный вид определяется при проектировании, исходя из целей и задач, выполняемых встраиваемой системой.

Ведущие фирмы-производители

Список ведущих фирм — производителей микроконтроллеров:

Источник

Компьютер All-in-One – как выбрать хороший моноблок – избранные модели

Производители компьютерного оборудования пытаются предложить комплексные устройства, обеспечивающие поддержку необычайно разнообразных программ. Одновременно, они стремятся к компактности, ограничению пространства занимаемого оборудованием. Всем этим критериям соответствуют компьютеры All In One.

Компьютер, встроенный в монитор – что это

Компьютеры типа All In One – это устройства размером с монитор, также известные как компьютеры «всё в одном». Внутри корпуса монитора упакованы материнская плата, процессор, накопитель и все остальные компоненты. Без стандартного корпуса, в которой собраны все элементы набора. Всё помещается в мониторе, благодаря чему этот тип устройства экономит место и выглядит очень красиво.

Стоит ли покупать компьютер All In One

Среди пользователей, которые ценят миниатюризацию электронных устройств и стремятся сократить количество кабелей, компьютеры All in One очень популярны. Это устройства, которые имеют много преимуществ, но также имеют и недостатки.

Преимущества и недостатки компьютеров All In One

Преимущества компьютеров All In One:

Недостатки компьютеров All In One:

Основное преимущество компьютеров в мониторах заключается в том, что они просто занимают меньше места, чем обычные компьютерные комплекты. Нам не нужно готовить место на столе или под ним для размещения центрального блока.

Другое преимущество вытекает из ограничения количества отдельных устройств, что также даёт значительно меньшее количество кабелей. Если компьютер будет оснащен беспроводной мышью и клавиатурой, вы можете подключить его только одним кабелем. Это позволяет лучше использовать рабочее пространство.

Компьютер в мониторе может быть подключен к принтеру или другим периферийным устройствам благодаря соответствующим входам, и благодаря этому возможности его использования столь же велики, как и в случае настольных компьютеров.

Дополнительным преимуществом является тот факт, что комплекты All-in-One обычно имеют приятный дизайн и идеально подходят для планирования современного и полезного рабочего пространства.

Для кого предназначен компьютер All-in-One

Компьютер в мониторе – очень хороший выбор для офисов или для домашнего использования. Это решение, которое будет работать, прежде всего, в:

Однако, это решение не будет идеальным для пользователей, которые ожидают высокой производительности. В то время как в офисе эти компьютеры будут работать отлично, обработка графики, фильмов или сложных операций может быть проблемой. Эти компьютеры имеют удовлетворительную производительность, но не такую большую, как традиционные модели.

Компьютер в мониторе или ноутбук

Среди людей, которые ценят миниатюризацию электронных устройств и компактные решения, популярны как компьютеры, встроенные в монитор, так и ноутбуки. Чтобы решить, какое решение лучше, стоит сравнить характеристики обоих типов устройств.

Ноутбук против компьютеров All-in-One

Портативный компьютер (ноутбук):

Компьютер в мониторе позволяет покупателю добиться гораздо большего удобства работы, чем ноутбук. Интересно, что это никак не связано с диагональю экрана. Комплект All-in-One может иметь монитор того же размера, что и ноутбук, и работать с ним будет удобнее и эргономичнее.

Однако, это решение превосходит ноутбуки только в ситуации, когда мы хотим использовать его как стационарный компьютер. К сожалению, его мобильность является скорее иллюзией и может использоваться только за столом. Да, он занимает мало места и компактен, но мы не можем брать его с собой в дорогу.

Это стоит знать!

Часто встречаются компьютеры All In One с сенсорным экраном. Благодаря им, мы можем отказаться от клавиатуры и мыши, однако следует иметь в виду, что комфорт работы на сенсорном экране не всегда будет удовлетворительным, особенно в случае самого дешевого оборудования.

Как выбирать компьютер All-in-One

При покупке компьютера All-in-One необходимо тщательно продумать вопрос о предпочтительных технических параметрах.

Вот особенности, на которые стоит обратить внимание:

Внимание! Большинство компьютеров All In One на рынке имеют предустановленную операционную систему, поэтому вам не нужно покупать её отдельно. В большинстве случаев вы можете найти оборудование с программным обеспечением Windows 10, а также есть комплекты от Apple, использующие Mac OS, и модели с Linux.

Покупка компьютера «всё в одном» является хорошим и разумным решением, когда его параметры полностью вам подходят, и в то же время мы также хотим компактного и эстетичного решения. Конечно, в любом случае стоит обратить пристальное внимание на конкретные технические параметры.

Рекомендуемые компьютеры All In One

Посмотрите этот актуальный список компактных компьютеров All In One.

Источник