Permbledhje Sistemet e Nderlidhura (1) PDF

Sistemet e Nderlidhura **Qfarë** **është një sistem?** Një sistem është një mënyrë për të punuar, oraganizuar ose kryer një ose më shumë detyra sipas një plani fiks, program ose grup rregullash. **Shembull:** Ora, Makina larëse etj. **Embedded System** Termi sistem i ngulitur i referohet përdor...

Sistemet e Nderlidhura **Qfarë** **është një sistem?** Një sistem është një mënyrë për të punuar, oraganizuar ose kryer një ose më shumë detyra sipas një plani fiks, program ose grup rregullash. **Shembull:** Ora, Makina larëse etj. **Embedded System** Termi sistem i ngulitur i referohet përdorimit të elektronikës dhe softuerit brenda një produkti në krahasim me një kompjuter me qëllim të përgjithshëm të tilla si një kompjuter llaptop ose desktop. Sistemet e ngulitura shpesh ndërveprojnë me botën e jashtme përmes sensorëve dhe aktuatorëve dhe prandaj janë sisteme tipike reaktive. **Karakteristikat e një sistemi të ngulitur:** **1** Kërkon përformancë në kohe reale. **2** Duhet të ketë disponueshmëri dhe besueshmëri të lartë. **3** Duhet të lidhet me paisje periferike për të lidhur paisjet hyrëse dhe dalëse. **4** Ofron besueshmeri dhe qëndrueshmëri të lartë. **5** Memorie të kufizuar. **6** Kosto të ulët. **Internet Of Things (IOT)** IOT është një term që i referohet zgjerimit të ndërlidhjes së paisjeve intelegjente duke filluar nga paisjet me sensorë të vegjël. Objektet i japin informacione senzorit, senzorët veprojnë në mjedisin e tyre dhe në disa raste modifikojnë veten e tyre për të krijuar menaxhim të përgjithshëm të një sistemi më të madh si një fabrikë ose qytet. IOT drejtohet kryesisht nga paisjet e ngulitura, paisjet komunikojnë me njëra tjetrën dhe sigurojnë të dhëna përmes ndërfaqeve të përdoruesit. **Interneti ka shkuar drejt katër brezeve që përkrah sistemet IOT:** **1 Teknologjia e informacionit:** PC, servera, routera, firewall, etj. **2 Teknologjia operacionale:** Paisje me IT të ngulitur të ndërtuara nga kompani jo-IT,të tilla si makineri mjeksore,SCADA. **3 Teknologji personale:** Telefonat intelegjent, tabletët dhe lexuesit eBook të blera si paisje IT nga konsumatorët. **Sistemet operative te mbyllura** **Ekzistojnë dy qasje të përgjithshme për zhvillimin e një sistemi operativ të ngulitur (OS):** **1** Qasja e parë është marrja e një OS ekzistues dhe përshtatja e tij për aplikacionin e ngulitur. Per shembull, ekzistojnë versione të Linux-it, Windows-it dhe Mac-it për sisteme të ngulitura, si dhe sisteme të tjera operative komerciale dhe pronësore të specializuar për sisteme të ngulitura. **2** Qasja tjetër është të projektohet dhe zbatohet nje OS i destinuar vetëm për përdorim te sistemet e ngulitura, një shembull është TinyOS i pëdorur gjerësisht në rrjetet sensorike pa tel. **Struktura e një sistemi të ngulitur:** **Pavarësisht nga funksioni që kryen një sistem i ngulitur struktura e tij mund të grupohet në dy grupe kryesore, me një bashkëveprim të ngushtë mes përbërësve të tyre:** **1** Një grup i përbërësve të paisjeve që përfshijnë një njesi qëndrore të përpunimit, zakonisht në formën e një mikrokontrolluesi. **2** Një seri programesh softueresh që i japin funksionalitet harduerit. Hyrjet tipike në një sistem të ngulitur janë variablat e procesit dhe parametrat që arrijnë përmes senzorëve dhe poratve hyrëse dhe dalëse. **Pavarësisht nga ngjashmërit dhe ndryshimet në një sistem të ngulitur janë thelbësore tre përbërës apo komponente:** **CPU:** Ekzekuton udhëzimet e softuerit për të përpunuar të dhënat hyrëse të sistemit dhe merr vendime që mundësojnë funksionimin e sistemit. **Memoria:** Ruan programet dhe të dhënat e nevojshme për funksionimin e sistemit. **Memoria e programit:** Ruan programet softuerike të ekzekutuara nga CPU (ROM). **Memoria e të dhënave:** Ruan të dhënat e perpunuara nga sistemi (RAM). Portat hyrëse dhe dalëse lejojnë përcjelljen e sinjaleve ndërmjet CPU-së dhe botës së jashtme të saj. Senzorët dhe aktivizuesit elektromekanik për të bashkëvepruar me mjedisin e jashtëm të sistemit. **Senzoret sigurojnë hyrjen në lidhje me parametrat fizik sic janë:** temperatura, presioni, zhvendosja, rrotullimi etj. **Disa shembuj të aktuatorëve për të marrë rezultate nga portet hyrëse/dalëse të sistemit janë:** kontrolluesit e shpejtësisë së motorit, kontrolluesit e stepper motorit, ndërruesit dhe drejtuesit e energjisë. **Konvertuesit e të dhënave (Analog në Digjital ADC ose Digjita në Analog DAC) për të lejuar bashkëveprimin me senzorë dhe aktuatorë analog.** Kur sinjali që del nga një ndërfaqe e senzorit është analog një ADC e kthen atë në formatin digjital të kuptuar nga CPU. Në mënyrë të ngjashme, kur CPU duhet të komandojë një aktuatorë analog, kërkohet një DAC për të ndryshuar formatin e sinjalit. Komponentët e softuerit të një sistemi të ngulitur përfshijnë të gjitha programet e nevojshme për t'i dhënë funksionalitet harduerit të sistemit. Këto programe shpesh të referuara si ***fireware*** i sistemit dhe ruhen në një memorie të qëndrueshme. Fireware nuk ka për qëllim të modifikohet nga përdoruesit megjithëse disa sisteme mund të sigurojnë mjete për kryerjen e azhurnimeve. Sistemet operative mund të jenë të thjeshta dhe joformale në rastet e aplikacioneve të vogla por ndërsa rritet kompleksiteti i aplikacioneve, sistemi operativ kërkon më shumë strukturë dhe formalitet. **Detyrat e sistemit:** Softueri në sistemet e ngulitura ndahet në një grup programesh më të vegjël të quajtura **Detyrat**.Qdo detyrë merret me një veprim të veqant në sistem dhe kërkon përdorimin e burimeve specifike te sistemit. Detyrat paraqesin kërkesa sherbimi në kërnel në mënyrë që të kryejnë veprimet e tyre të përcaktura. **Kërneli i Sistemit:** Komponenti i softuerit që trajton burimet e sistemit në një aplikacion të ngulitur quhet **Kërnel.** Kërneli merr kërkesa për shërbime nga detyrat dhe i planifikon ato sipas përparësive të diktuara nga menaxheri i detyrave. Kur detyra të shumta pretendojnë për një burim të përbashkët një pjesë e kërnelit përcakton politikën e menaxhimit të burimeve të sistemit. Kërneli siguron një kornizë që mundëson një komunikim të besueshëm ndërmjet detyrave për të shkëmbyer informacione dhe për të koordinuar operacionin bashkëpunues. Sistemet e ngulitura kanë një jetëgjatësi të fundme gjatë të cilës ato i nënshtrohen fazave të ndryshme duke filluar nga konceptimi ose lindja e sistemit tek asgjesimi dhe në shumë raste rilindja. **5 faza mund të identifikohen në cikël:** 1. Konceptimi ose Lindja 2. Projektimi 3. Rritja 4. Pjekuria 5. Rënia **Lindja:** Një sistem i ngulitur së pari konceptohet nga identifikimi i një nevoje për të zgjedhur një problem të veqantë ose nga mundësia për të aplikuar teknologjinë e ngulitur në një problem të vjetër. Shumë sisteme të ngulitura janë konceptuar nga nevoja për të ndryshuar mënyrën se si zgjedhen problemet e vjetra ose nevoja e sigurimit të një zgjedhje me kosto efektive. **Dizajni:** Në fazën e dizajnit sistemi kalon së pari përmes një faze të dizajnit funksional ku zhvillohen prototipe të provës së konceptit. Kjo fazë lejon të akordojnë funksionalitetin e sistemit që të përshtatet për aplikimin për të cilin ishte krijuar. **Faza e rritjes:** Fillon me prodhimin e sistemit për të furnizuar një kërkese të vlerësuar të tregut.Kjo fazë përfshin shpërndarjen,instalimin dhe konfigurimin e sistemit. Përshtatja e sistemit për nevojat e tij origjinale përcakton pranimin e tij duke quar sistemin e ngulitur në fazën e tij të pjekurisë. **Faza e pjekurisë:** Produkti mbahet funksional dhe i azhurnuar. Kjo përfshin sigurimin e mbështetjes teknike,mirëmbajtjen periodike dhe servisimin.Faza e pjekurisë pritet të lejojë drejtimin e produktit me kosto minimale,ndërsa sistemi fillon të plaket,kostot e mirëmbajtjes fillojne të rriten duke sinjalizuar kalimin e tij ne fazën e rënies. **Faza e rënies:** Përbërësit e sistemit bëhen të vjetruara dhe të vështira për tu mbajtur në nivele që afrohen ose tejkalojnë ato të zëvendësimit të të gjithë sistemit. Kjo është pika ku sistemi duhet të tërhiqet nga shërbimi dhe të asgjësohet. Në shumicën dërrmuese të aplikimeve sistem i ngulitur perfundon në zemër të paisjeve elektronike të prodhuara në masë. **Disa shembuj të paisjeve që përfshinë sisteme të tilla janë:** **Paisjet shtëpiake të tilla si:** Furra me mikrovalë Lodrat Makinat e larjes së enëve **Sistemet e automjeteve të tilla si:** Frenat kundër bllokimit Mekanizmat e vendosjes së jastekave të ajrit **Paisjet personale të tilla si:** Telefonat Media player **Kufizimet më të dukshme në list perfshijnë:** **Funksionaliteti:** Aftesia e sistemit për të kryer funksionin për të cilin është krijuar. **Kosto:** Sasia e burimeve të nevojshme për të konceptuar, dizajnuar, prodhuar, mirëmbajtur dhe hedhur poshtë një sistem të ngulitur. **Përformanca:** Aftësia e sistemit për të kryer funksionin e tij në kohë. **Madhësia:** Hapësira fizike e marrë nga një zgjedhje e sistemit. **Fuqia dhe energjia:** Koha që duhet nga konceptimi i sistemit deri tek vendosja. **Mirëmbajtja:** Aftësia e sistemit që të mbahet funksional për sa më gjatë të jetë e mundur gjatë jetës së tij të pjekurisë. **Ekzistojnë dy klasifikime të sistemit të ngulitur si:** 1. Bazuar në përformancë dhe kërkesat funksionale 2. Bazuar në përformancë e mikrokontrolluesit. **Stand-alone Embedded System** Në këtë lloj sistemi të ngulitur nuk ka nevojë për ndonjë sistem pritës sic është kompjuteri, këto sisteme kryejnë vetë aktivitetet e tyre dhe pastaj rezultatet e prodhuara merren përmes paisjeve të lidhura dalëse si monitorët dhe printerët. Në këto lloje të sistemit të ngulitur futja e të dhënave hyrëse realizohet nga portet në formën e sinjaleve dixhitale ose analoge dhe ekzekutimi i tyre bëhet në vetë portin. Sistemi Embedded i pavarur ofron fleksibilitet dhe efikasitet sepse ato funksionojne vetëm. **Disa shembuj ku gjinden këto sisteme janë:** **Lavatriqet dhe mikrovalët** sepse nuk kanë nevojë për ndonjë sistem kompjuterik për funksionimin e tyre. **Kamera dixhitale** **Mp3 players** **Video game consoles** **Sistemet e matjes së temperaturës** **Real-time Embedded System** Sistemet e ngulitura në kohë reale përdoren në zona të tilla ku ka nevojë për rezultat në një periudhë kohe specifike. Pra ky sistem i ngulitur përdoret në sektore ushtarake, mjeksore dhe industrial. **Per të dizajnuar një sistem të ngulitur të tillë duhet:** - **Analizë e kohës së veprimit** - **Dizajn me shumë detyra** - **Korigjim i gabimeve** - **Testimi ndër platformash** - **Dizajni i arkitekturës** **Për të përmirësuar përformancën dhe për të shmangur deshtimet në kuader të harduerit duhet të vendoset sistemi i ngulitur. Shembuj të aplikimit:** Zbatimi për kontrollin e dritave në rrugë. Zbatimi për sistemin e kontrollit të semaforëve Sistemi i kontrollit të trafikut si autostradat, hapsirat ajrore, linjat e transportit dhe linjat hekurudhore. Sisteme me intelegjencë artificiale dhe robotike. Operacione ushtarake si: qitja e raketave, bazat e kontrollit ushtarak Sisteme multimediale që sigurojnë ndërfaqe grafike, video, audio dhe tekste. Sistemet e ngulitura u prezantuan në këtë fushë për të përballur qështjet mjekësore që kërkonin monitorim dhe mirëmbajtje të shpeshta gjatë ditës. Pacientët që janë shtruar në spital kanë nevojë për vëmendje të vazhdueshme gjë që mund të ndodhë duke përdorur teknologji te ngulitura mjekësore. - Sensorët marrin të dhëna në lidhje me shëndetin e pacientëve sic janë rrahjet e zemrës së tyre dhe më pas këto sinjale u dërgohen pa tela mjekëve për shqyrtim. - Paisjet mjekësore në ditët e sotme mbështeten shumë tek sensorët pasi ato ofrojnë ndihmë në monitorim, diagnostifikim dhe trajtimin e shëndetit mjekësor të pacientit. - Disa nga fushat apo aparaturat në mjeksi ku sistemet e ngulitura aplikohen janë Skanuesit MRI (Magnetic Resonance Imaging) dhe CT (Computerised Tomography), Sonografia, Defibrillator. **MRI (Magnetic Resonance Imaging) dhe skanues CT:** Sistemet e ngulitura përdoren në skanuesit MRI dhe CT i cili përdor impulse radiofrekuencore dhe rrezet X për të prodhuar fotografi të hollësishme të pjesëve dhe strukturave brenda trupit. **Sonografia:** Sistemet e ngulitura përdoren gjithashtu në paisjen që përdoret për sonografi i njohur si ultratingull tek të cilat paisje përdoren valë zanore me frekuencë të lartë për të imazhuar indet e buta të tilla si muskujt dhe organet e brendshme në kohë reale. **Defibrillator:** Shumë pacientë me sëmundje të zemrës vdesin për shkak të arrestit kardiak i cili ndodh pa ndonjë paralajmrim,andaj një sistem i ngulitur është përdorur në disa paisje mjekësore të cilat përdoren për të zbuluar anomalitë kardiake.Paisjet e tilla si defibrillatori përfshinë një sistem të ngulitur e cila aparatur përdoret për të monitoruar rrahjet e zemrës së një pacienti. **Digital Flow sensors:** Kjo është një paisje e cila shërben për monitorimin e sistemit të frymëmarrjes së pacientit,në rast të ndonjë frymëmarrjeje të parregullt alarmohet menjëherë mjeku. **Sistemet e ngulitura në kohë reale ndahen në dy kategori:** - **Soft Embedded Systems:** Ky lloj sistemi i konsideron proceset si detyrë kryesore kontrollon plotësisht detyrën.Sistem i butë në kohë reale është një sistem funksional i të cilit prishet nëse rezultatet nuk prodhohen sipas kërkesës së specifikuar të kohës. - **Shembull:** Multimedia Transmission and Reception,Computer Games,Lojrat Online etj. - **Hard Embedded Systems:** Ky lloj sistemi siguron që të gjitha proceset kritike të jenë përfunduar brenda kornizës kohore të dhënë,kjo do të thotë që të gjitha vonesat në sistem janë të kufizuara në kohë.Kufizimet e kohës janë jashtëzakonisht të rrepta dhe dështimi për të përmbushur një afat mund të ketë pasoja serioze të tilla si lëndime njerëzore ose dëmtime të paisjeve.Gjithashtu ka pak ose aspak memorie sekondare dhe të dhënat ruhen në memorien afatshkurtër. - **Shembull:** Sistemi i Kontrollit të Avionëve,Paisjet mjekësore,Sistemet e Mbrojtjes ushtarake dhe Sistemet e kontrollit industrial. Nëse ndonjë program ekzekutohet në paisjet e tjera si një formë rrjeti atëherë quhet **Sistem i ngulitur në rrjet** por këtu ka nevojë për mikroprocesorin ose kontrolluesin për të kontrolluar ato programe në distancë në rrjet. Ky lloj sistemi po rritet më shpejt për shkak të fleksibilitetit të tyre më të mirë. Rrjeti i tërë menaxhohet dhe aksesohet nga shfletuesi i internetit. Llojet më efikase të rrjetit të përdorur në sistemin e ngulitur janë rrjeti BUS dhe një rrjet Ethernet. **Mobile Embedded Systems** Të gjitha paisjet të cilat janë të lëvizshme (pa ndonjë kufizim kohe dhe vendi) dhe që aplikojnë një sistem të ngulitur njihen si **Sisteme te ngulitura mobile.** Sistemet e ngulitura mobile përdoren në paisje të lëvizshme si telefonat celularë,kamerat dixhitale,MP3 player etj. **Aplikimi i këtyre sistemeve mund të gjendet në:** 1. **Sistemet e Airbag** 2. **Sistemet e Navigacionit** 3. **Sistemet Adaptive Cruise Control** 4. **Sistemet e Ndjeshmerisë ndaj shiut** 5. **Sistemet e kontrollit të amortizerëve** 6. **Sistemet e kontrollit motoric** 7. **Sistemet e kontrollit të klimës** **Embedded Airbag System:** Kjo është një paisje e rëndësishme e sigurisë që siguron mbrojtje shtesë kundër përplasjes përball. Ky sistem punon bazuar në urdhërat e pranuara nga mikrokontrolluesi,ku mikrokontrolluesi i këtij sistemi merr energji nga bateria. Nëse sensorët zbulojnë një aksident ky mikrokontrollues aktivizon systemin e jastekëve ajror duke përdorur alternatorin. **Embedded Navigation System:** Një përdorim tjetër i sistemit të ngulitur në automjete ëshë aplikimi në sistemin e navigacionit që funksionon duke përdorur sistemin GPS. Ky sistem navigimi përbëhet nga një marrës GPS i cili merr vlerat aktuale të gjatësisë dhe gjerësisë të cilat krahasohen me hartën e ruajtur. Xhiroskopi dhe sensorët përdoren për të siguruar drejtimin dhe shpejtësinë e lejuar të lëvizjes. **Adaptive Cruise Control (ACC):** Duke përdorur këtë teknologji mund të bëjmë kontrollin e automjeteve pa veprime të shoferit në një realitet dhe shumë prodhues të automjeteve janë gjithashtu të angazhuar tashmë në punën për këto koncepte. Ky kontroll i lëvizjes ju mundëson makinave të mbajnë distancën e sigurisë nga automjetet e tjera në rrugë si p.sh autostradë. Drejtuesit i makinës mund të vendosë shpejtësinë e lëvizjes së automjetit të tij dhe distancën ndërmjet automjetit të tij dhe automjeteve tjera. Kur trafiku ngadalësohet ACC ndryshon shpejtësinë e automjetit duke përdorur frenim të moderuar. **Embedded Rain Sensing System:** Sistemi i ngulitur i ndjeshmërisë ndaj shiut në automjete është një tjetër sistem automatizimi i implementuar me përdorimin e sistemit elektronik. Një sensorë optik vendoset në një zone të vogël të xhamit të përparmë ky sensor optik vendoset në një kënd ku realizon lëshim të rrezeve infra të kuqe si dhe lexon sasinë e dritës që reflektohet prapa,kjo dritë reflektohet në rastet kur xhami i përparmë është i lagësht ose i ndotur. **Sistemi automatik i parkimit:** Ky sistem kryesisht përdor metoda të ndryshme për të zbuluar objektet përreth makinës. Për këtë përdoren sensorët të cilët janë të instaluar në pjesën e përparme të automjetit dhe pjesën e pasme dhe funksionojnë si transmetues dhe marrës,këta sensorë dërgojnë sinjale të cilat do të reflektohen prapa kur të takojnë një pengesë afër automjetit. Kështu sistemet e ngulitura në ditët moderne kanë shënuar një ndryshim revolucionar në qdo aspect të procesece të modelimitdhe prodhimit të automobilave për shkak të adptueshmërisë dhe fleksibilitetit të tyre. **Data Communacation:** Sistemet e integruara të komunikimit të të dhënave janë zhvilluar në kuadër të aplikacioneve duke filluar nga sistemet komplekse të komunikimit satelitor deri tek sistemet e thjeshta të rrjetave shtepiake. **Data (Signal) Processing:** Të dhënat e mbledhura nga sistemi i ngulitur mund të përdoren për lloje të ndryshme të përpunimit të sinjalit,një aparat dixhital dëgjimi është një shembull tipik i një sistemi te ngulitur që përdor përpunimin e të dhënave. **Monitoring:** Të gjitha produktet e ngulitura që vijnë nën domenin mjekësor janë me funksione monitorimi,ato përdoren për përcaktimin e gjendjes së disa variablave duke përdorur sensorë të vendosur p.sh makina e elektrokardiogramit EKG për monitorimin e zemrës së pacientit. **Control:** Sistemi i ngulitur me funksionalitete kontrolli imponon kontroll mbi disa variabla duke regjistruar ndryshoret hyrëse,një sistem me funksionalitet kontrolli përmban edhe sensorë edhe akuatorë. Sensorët janë porta hyrëse për kapjen e ndryshimeve në mjedis. Akuatorët janë portet dalëse që kontrollohen në përputhje me variablat hyrëse. Bashkësia minimale e komponentëve të kërkuar për të krijuar një sistem në informatik është emërtuar si **Mikrokompjuter.** **Konfigurimi minimal i harduerit për një sistem mikrokompjuterik është i përbërë nga tre komponent themelorë:** 1. Njesia Qëndrore e Përpunimit (CPU) 2. Memoria e sistemit 3. Ndërfaqet Input/Output (I/O) Këto komponentë janë të ndërlidhura nga grupe të shumta të linjave të grupuara sipas funksioneve të tyre të cilat njihen si bus të sistemit. Gjithashtu përdoret një grup shtesë i komponentëve që siguron sinkronizimin e energjisë dhe kohës për funksionimin e sistemit. Komponentët e një mikrokompjuteri mund të implementohen në mënyra të ndryshme,ato mund të vendosen me ***chips*** të shumtë në një bord të mikrokompjuterit ose të integrohen në një ***chip*** të vetëm në një strukturë të quajtur mikrokompjuter në ***chip*** ose thjeshtë një mikrokontroller. **Njësia Qëndrore e Përpunimit (CPU):** CPU-ja formon zemrën e sistemit të bazuar në mikrokontroller,ajo tërheq udhëzimet nga memoria e programit i deshifron ato dhe në përputhje me rrethanat operon në të dhëna ose në paisjet periferike në nënsistemin Input-Output për ti dhënë sistemit funksionalitetin. **Memoria e Sistemit:** Vendi ku ruhen programet dhe të dhënat për tu qasur nga CPU-ja është memoria e sistemit. Brenda sistemit identifikohen dy lloje të elementeve të memories: - **Memoria e Programit:** Ruan programet në formëm e një sekuence udhëzimesh. - **Data Memory:** Ruan të dhënat që do të përdoren nga programet. **Nënsistemi Input/Output:** Nënsistemi I/O i quajtur ndryshe Nësistem Periferik përfshin të gjithë përbërësit ose paisjet periferike që lejojnë CPU-në të shkëmbejë informacion me paisje të tjera sisteme ose botën e jashtme. **BUS-et e Sistemit:** Grupi i linjave që ndërlidhin CPU-në,Memorien dhe Nënsistemin I/O janë emërtuar BUS-et e sistemit,ky sistem kryen funksione të ndryshme. **Bazuar në funksionin e tyre bus-et e sistemit ndahen në:** 1. **Bus adresash** 2. **Bus të dhënash** 3. **Bus kontrolli** Për të zhvilluar një sistem bazë duke përdorur një MPU nevojiten të gjithë përbërësit e përveq CPU-së (Bus-et,Memoria dhe Ndërfaqet I/O). Karakteristikë tjetër e MPU-ve është se ata përfshijnë një arkitekturë të optimizuar për të lëvizur kodin dhe të dhëna nga memoria e jashtme në chip sic janë memoriet **CACHE.** Shembuj më të zakonshëm të sistemeve të dizajnuara rreth një MPU janë kompjuterët personal dhe serverët. **Prodhuesit e MPU përfshijnë:** - **INTEL** - **Freescale** - **Zilog** - **Fujitsu** Shumica e sistemeve të vogla të ngulitura nuk kanë nevojë për fuqi të madhe llogaritëse dhe përpunuese që karakterizojnë mikroprocesorët dhe për këtë arsye orientimi është drejtuar drejt mikrokontrolluesve. **Ndër komponentët tjerë që gjenden zakonisht në shumicën e mikrokontrollerëve janë:** - **Kohëmatësi periferik** - **Porta Hyrëse/Dalëse (I/O)** - **Mbajtësi i ndërprerjeve** - **Konvertuesit e të dhënave** Sistemet e mikrokompjuterëve funksionojnë me një softuer i cili mbështetet nga arkitektura e tij harduerike. **Arkitektura e makinave CISC (*Complex Instruction Set Computing*) karakterizohet me:** - Numër të ndryshëm bitësh - Madhësi të vogla kodi - Shfrytëzim më pak të RAM-it - Kërkon cikle të shumtë të clock-ut për ekzekutim të një udhëzimi - Dizajn më të orientuar drejt harduerit Arkitektura CISC përqëndrohet në arritjen e secilit udhëzim në mënyrë që të gjenerojë programe të thjeshta. Ky fokus i kësaj arkitekture ndihmon detyrën e programuesit ndërsa rrit kompleksitetin e harduerit. **Arkitektura e makinave RISC (Reduced Instruction Set Computing) karakterizohet me:** - Udhëzime të thjeshta por kjo rezulton në programe më të gjata - Strukturë të thjeshtuar harduerike - Dizajn më të orientuar drejt softuerit - Numër të fiksuar bitësh - Shfrytëzim më të madh të RAM-it - Një cikël të clock-ut për ekzekutim të një udhëzimi - Më pak mënyra adresimi dhe më shumë regjistra Programuesit e sistemve të ngulitura duhet të bëjnë një hap përpara dhe të marrin në konsideratë qështjet e **harduerit dhe softuerit**,Prandaj ata duhet të shikojnë systemin si nga pikëpamja e harduerit po ashtu edhe e softuerit. **Nga pikëpamja e Harduerit programuesi përqëndrohet në:** - Karakteristikat e Harduerit - Nënsistemet që mbështesin udhëzimet - Bashkëveprimet me botën e jashtme **Nga pikëpamja e softuerit programuesi përqëndrohet në:** - Grupin e udhëzimeve dhe sintaksat - Mënyrat e adresimit - Kohën e transferimeve dhe ekzekutimit **CPU** Njësia Qendrore e Përpunimit (CPU) në një sistem mikrokompjuterik është një njësi mikroprocesori (MPU) ose bërthamë.CPU është njësia e cila realizon përpunimin e udhëzimeve të marra nga njësit tjera. Lista minimale e përbërësve që përcaktojnë arkitekturën e një CPU përfshin: 1. **Komponentët e harduerit** - Një njësi logjike aritmetike (ALU) - Një njësi kontrolli (CU) - Një set regjistrash - Ndërfaqeja logjike e busit (BIL) 2. **Komponentët e softuerit** - Bashkësia e udhëzimeve - Mënyrat e adresimit Këta përbërës lejojnë që CPU-ja të ketë qasje në programet dhe të dhënat e ruajtura diku në memorie dhe të veprojë si një kompjuter në programet e ruajtura. Një program i ruajtur në memorie dikton sekuencën e operacioneve që do të kryhen nga sistemi. Në përpunimin e të dhënave secili component I CPU-së luan një rol të domosdoshëm që plotëson ato të të tjerëve. **CU (Control Unit)** Njësia e kontrollit (CU) menaxhon funksionimin e CPU-së duke punuar si një makinë e kufizuar ashtu që ciklet përgjithmonë të kalojnë nëpër tre gjendje si: 1. Gjendja e marrjes 2. Gjendja e dekodimit 3. Gjendja e ekzekutimit **Gjendja e marrjes:** Gjatë gjendjes së marrjes një udhëzim i ri sillet nga memoria në CPU përmes ndërfaqes logjike të magjistrales (BIL). - Numërues i programit (PC) ofron adresën e udhëzimit që do të merret nga memoria. - Udhëzimi i sapo marrë është lexuar përgjatë magjistrales së të dhënave dhe më pas ruhet në regjistrin e udhëzimeve (IR). **Gjendja e dekodimit:** Pas marrjes së udhëzimit CU kalon në një gjendje dekodimi ku deshifrohet kuptimi i udhëzimit - Informacioni i dekoduar përdoret për të dërguar sinjale te përbërësit e duhur të CPU-së për të ekzekutuar veprimet e specifikuara nga udhëzimi. **Gjendja e ekzekutimit:** Në gjendjen e ekzekutimit CU komandon njësitë përkatëse funksionale të CPU-së për të kryer veprimet e specifikuara nga udhëzimi. - Në fund të fazës së ekzekutimit PC rrit vlerën për të treguar adresën e udhëzimit tjetër në memorie. **Njësia logjike aritmetike (ALU)** ALU është njësi përbërëse e CPU-së ku kryhen të gjitha veprimet logjike dhe aritmetike të mbështetura nga sistemi.ALU mbështet operacionet themelore aritmetike si mbledhje,zbritje por disa sisteme mund ta përfshijnë ALU-në si pjesë të CPU-së për operacione më komplekse si shumëzimi dhe pjesëtimi. Operacionet logjike të kryera në ALU mund të përfshijnë veprime logjike AND,OR,NOT dhe XOR si dhe operacione të regjistrimit si SHIFT dhe ROTATE. **Bus Interface Logic (BIL)** BIL i referohet strukturave të CPU-së që koordinojnë ndërveprime midis magjistraleve të brendshme dhe magjistraleve të sistemit. **BIL përcakton se si funksionojnë:** - Adresimet e jashtme - Të dhënat - Magjistralet e kontrollit Në sistemet e vogla të ngulitura BIL përmban plotësisht brenda CPU-së dhe transparente për projektuesit. Në sisteme të shpërndara dhe me përformancë të lartë BIL mund të përfshijë paisje shtesë periferike të dedikuara për të vendosur ndërfaqen e CPU-së në magjistralen e sistemit. **Regjistrat** Regjistrat janë forma më e shpejtë e ruajtjes së infromacionit në një sistem kompjuterik ndërsa në të njëjtën kohë ato janë mv të voglat në kapacitet. Përmbajtja e regjistrit është e paqëndrueshme që do të thotë se ajo humbet kur CPU nuk furnizohet me energji. Regjistrat e CPU mund të klasifikohen si regjistra me: - Qëllime të përgjithshme - Qëllime të specializuara Regjistrat me qëllim të përgjithshëm GPR (General Purpose Register) janë ata që nuk janë të lidhur me funksione specifike të procesorit dhe mund të përdoren për të ruajtur të dhëna, variabla ose tregues adresash. Regjistrat me qëllime të specializuara kryejnë funksione specifike që i japin funksionalitet CPU-së. Struktura më themelore e CPU-së përfshin katër regjistrat e specializuar të mëposhtëm: 1. Instruction Register (IR) 2. Program Counter (PC) gjithashtu njihet si Instruction Pointer (IP) 3. Stack Pointer (SP) 4. Status Register (SR) **Instruction Register (IR)** Ky regjistër mban udhëzimin që aktualisht po deshifrohet dhe ekzekutohet në CPU. Veprimi i transferimit të një instruksioni nga memoria në IR quhet veprim i marrjes së udhëzimit. Në shumë sisteme të vogla të ngulitura IR mban një udhëzim në të njëjtën kohë, **Program Counter (PC)** Ky regjistër mban adresën e udhëzimit që CPU do të marr nga memoria,ndonjëherë quhet edhe treguesi i udhëzimeve (IP). Sa here që një udhëzim merret dhe deshifrohet njësia e kontrollut rrit vlerën e PC për të treguar udhëzimin tjetër në memorie. Stack Pointer (SP) Stack është një regjistër i specializuar i memories që përdoret për ruajtjen e përkohshme të të dhënave në një sekuencë të vecant. Operacionet e ruajtjes dhe rikuperimit të artikujve sipas kësaj sekuence menaxhohet nga CPU përmes regjistrit **Stack Pointer** (SP). Përmbajtja e SP referohet si Top of Stack (TOS),kjo i tregon CPU-së se ku është ruajtur një e dhënë e re ose lexuar. **Status Register (SR)** Regjistri i statusit përmban një grup bitësh tregues të quajtur flamuj, si dhe bit të tjerë që i përkasin ose kontrollojnë statusin e CPU-së. Një flamur është një bit i vetëm që tregon ndodhjen e një gjendjeje të vecantë, numri i flamujëve dhe kushteve të treguara nga një regjistër i statusit varet nga modeli i MCU dhe nga madhësia e operandëve ALU. Flamujt më të zakonshëm që mund të gjenden në pothuajse të gjitha MCU-të janë: - **Zero Flag (ZF):** Quhet edhe biti zero, vendoset kur rezultati i një operacioni ALU është zero dhe pastrohet, mund të jetë gjithashtu i lidhur me udhëzime të tjera. - **Flag Carry (CF):** Ky flamur vendoset kur një operacion aritmetik ALU prodhon një bartje. Disa operacione jo aritmetike mund të ndikojnë në bartje pa pasur një lidhje të drejtëpërdrejtë me të. - **Negative Flag (NF):** Ky flamur vendoset nëse rezultati I një operacioni ALU është negative dhe pastrohet. Ky flamur në fakt pasqyron pjesën më të rëndësishme të rezultatit. - **Overflow Flag (VF):** Ky flamur sinjalizon tejmbushje përvec mbledhjes ose zbritjes me numra të nënshkruar. Flamuri vendoset nëse operacioni prodhon një tejmbushje dhe pastrohet. - **Interrupt Flag (IF):** Ky flamur i quajtur gjithashtu Aktivizimi i Përgjithshëm i Ndërprerjes (GIE) nuk është i lidhur me ALU.Ai tregon nëse një program mund të ndërpritet nga një ngjarje e jashtme apo jo. **Regjistrat MSP430:** Ekzistojnë 16 regjistra 16-bitësh në CPU-në MSP430 me emrin R0 deri R15. Regjistrat R4 dhe R15 janë regjistra me qëllim të përgjitshëm. Regjistrat për qëllime të specializuara janë: - **Regjistri Program Counter me emrin R0 ose PC** - **Regjistri Stack Pointer me emrin R1 ose SP** - **Regjistri i Statusit me një funksion të dyfishtë edhe si Gjenerator I Vazhdueshëm R2 SR ose CG1** - **Gjenerator i Vazhdueshëm me emrin CG2** Regjistri R3 përdoret ekzkluzuvisht si një gjenerator constant i udhëzimeve dhe nuk përdoret për ruajtjen e të dhënave. Regjistrat PC dhe SP tregojnë gjithmonë një adresë të barbartë dhe kanë më pak domethënie që lidhet me 0 **Regjistri Statusit:** Regjistri SR ka flamujt e përbashkët si: - Carry (C) - Zero (Z) - Sign or Negative (N) - Overflow (V) - General Interupt Enable (GIE) Përvec këtyre ky mikrokontroller përmban edhe një sërë bitësh CPUOFF, OSCOFF, SCG1 dhe SCG0 të përdorur për konfigurimin e operacioneve të CPU oshilatorit dhe të fuqisë. **ALU merret me veprimet aritmetike të:** - **Mbledhje me dhe pa bartje** - **Mbledhje dhjetore me bartje** - **Zbritje me dhe pa bartje** Memoria dhe paisjegt I/O arrihen nga CPU përmes magjistraleve të sistemit, një magjistrale është thjeshtë një grup linjash që kryejnë një funksion të ngjashëm. Magjistralet e sistemit janë grupuar në 3 klasa: 1. Magjistralja e të dhënave 2. Magjistralja e adresave 3. Magjistralja e kontrollit - **Magjistralja e të dhënave** Grupi i linjave që bartin të dhëna dhe udhëzime në ose nga CPU quhet magjistrale e të dhënave, një operacion i leximit ndodh kur informacioni transferohet në CPU. Transferimi i një të dhëne përmes magjistrales së të dhënave nga CPU-ja në memorie ose në një paisje periferike quhet një veprim i shkrimit. Përcaktimi i një transferimi në magjistralet e të dhënave gjatë leximit ose shkrimit bëhet gjithmonë në lidhje me CPU-në. Linja e magjistrales së të dhënave janë përgjithësisht dykahëshe sepse i njëjti grup linjash na lejon të bartim informacione në ose nga CPU-ja. Një transferim i informacionit referohet si transaksion i bus-it të të dhënave. Numri i linjave në magjistralen e të dhënave përcakton gjerësinë maksimale të të dhënave që CPU mund të trajtojë në një transaksion të vetëm. Transferime më të gjera të të dhënave janë të mundshme por kërkojnë transaksione të shumëfishta të magjistraleve të të dhënave. **Shembull:** Një magjistrale e të dhënave 8-bit mund të transferojë të paktën një bajt në një transaksion të vetëm dhe një transaksion 16-bit do të kërkonte dy transaksione të magjistrales së të dhënave. Një magjistrale 16-bitshe e të dhënave do rë ishte në gjendje të transferonte më së shumti dy bajte për transaksion, transferimi i më shumë se 16 bit do të kërkojë transaksione të shumëfishta. - **Magjistralja e adresave** CPU bashkëvepron me vetëm një regjistër memorie ose paisje periferike njëkohësisht, secili regjistër qoftë në memorie ose një paisje periferike identifikohet në mënyrë unike me një identifikues të qujatur adresë. Grupi i linjave që transportojnë këtë informacion të adresës formojnë magjistralen e adresës, këto linja janë zakonisht njëdrejtimore dhe dalin nga CPU-ja. Gjerësia e shiritit të adresimit përcakton madhësinë e hapësirës së memories që mund të adresojë CPU. - **Magjistralja e kontrollit** Magjistralja e kontrollit grupon të gjitha linjat që bartin sinjalet që rregullojnë aktivitetin e sistemit, ndryshe nga linjat e magjistraleve të adresave dhe të dhënave të cilat zakonisht interpretohen si një grup, adresë ose të dhëna, sinjalet e kontrollit zakonisht funksionojnë dhe interpretohen vecmas. **Sinjalet e kontrollit përfshijnë ato:** - Që përdoren për të treguar nëse CPU po kryen njv qasje leximi ose shkrimi. - Që sinkronizojnë transferimet duke thënë se kur fillon dhe mbaron transaksioni. - Që kërkojnë shërbime në CPU dhe detyra tjera. Shumica e linjave të kontrollit janë njëdrejtimëshe dhe hyjnë ose largohen nga CPU në varësi të funksionit të tyre. Numir dhe funksioni i linjave në një magjistrale kontrolli do të ndryshojë në varësi të arkitekturës dhe aftësive të CPU-së.