الأجهزة المدمجة.. الدليل الكامل

يُطلق على مجموعة من أجهزة وبرامج الكمبيوتر، التي تدمج البرامج في الأجهزة اسم النظام المدمج وهو نظام إلكتروني يمكن برمجته بناء على احتياجاتنا، كما توجد مجموعة من البروتوكولات يمكننا من خلالها تنظيم طريقة العمل والتحكم في النظام من خلالها، لهذا تم تصميم الأجهزة حيث يتم دمج البرنامج بمساعدة متحكم دقيق، عزيزي القارئ لتتعرف على الأجهزة المدمجة وكل ما يتعلق بها، تابع معنا.

يصف النظام المدمج نظام أجهزة كمبيوتر يتحكم فيه المعالج الدقيق ويشغل برنامجا مخصصا لأداء مهمة محددة. كما يعتبرالجهاز المدمج هو الجهاز الذي يعمل عسبمليه هذا البرنامج. يشار أيضاً إلى الأجهزة المدمجة على أنها أجهزة مخصصة أو ذات غرض واحد، كما إنها أنظمة أو أجهزة مستقلة، أو جزء من نظام أو جهاز أكبر مسؤول عن تنفيذ المهمة، وقد تؤدي الدائرة المتكاملة في القلب مهاما تتضمن حساب وظائف الوقت الفعلي.
ويعتمد تعقيد الجهاز المدمج إلى حد كبير على المهام التي تم تصميمه من أجلها، كذلك تتكون بعض الأجهزة من متحكمات دقيقة واحدة، وبعضها الآخر يتكون من عدد من المعالجات، وبعضها يستخدم الأجهزة الطرفية وحتى الشبكات، لكن لا تحتوي جميع الأجهزة المدمجة على واجهة مستخدم، ومع ذلك، هناك أنظمة تستخدم واجهات رسومية معقدة، وبالتالي، هناك العديد من الأنواع المختلفة للأجهزة المدمجة، ويفسر تنوعها الهائل سبب انتشارها في السوق اليوم، ويمكن العثور على أمثلة في منزلك، على سبيل المثال، الميكروويف الخاص بك أو في أماكن أكثر غرابة مثل تكنولوجيا الفضاء، حيث يتم استخدام 98٪ من جميع المعالجات الدقيقة المنتجة اليوم في الأجهزة المدمجة.

الأجهزة والأنظمة المدمجة لها تطبيقات واسعة في المجالات التجارية والاستهلاكية والصناعية والسيارات والرعاية الصحية والعديد من الصناعات الأخرى بسبب طبيعتها الضئيلة وغير الواضحة، بشكل عام أياً كان نظام التشغيل أو البرنامج الثابت الذي يمتلكه الجهاز المدمج، يمكنه تشغيل تطبيق أو غرض واحد فقط من أجل القيام بعمله، وذلك لأن الجهاز من المفترض أن يكون صغيراً جداً، لذلك يجب أن يستهلك كميات صغيرة جدا من الطاقة وأيضا لديه القليل من القوة الحاسوبية، كذلك تبقى الأجهزة الخاصة بهذه الأنواع من الأجهزة صغيرة ورخيصة، على سبيل المثال، بدلاً من وحدة المعالجة المركزية للأغراض العامة، قد يحتوي الجهاز فقط على متحكم 8 بت أو معالج مخصص يسمى دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق (ASIC) أو معالج إشارة رقمية.

اقرأ أيضًا: ما هي وحدات التخزين الثانوية؟

تتكون هذه الأجهزة من العديد من المكونات التي تضمن أن الجهاز يعمل بشكل صحيح دون عطل أو عطل واحد، وفيما يلي قائمة بمكونات الأجهزة المعروفة بتشغيل الأجهزة المدمجة:
• المتحكمات الدقيقة، والمعروفة أيضاً باسم معالجات الإشارات الرقمية (DSP).
• مصفوفات البوابة الميدانية القابلة للبرمجة (FPGA).
• تقنية GPU.
• صفائف البوابة.
• الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC).
ترتبط أنظمة المعالجة المذكورة أعلاه بمكونات أخرى ذات صلة لها مهمة إدارة الواجهات الكهربائية والميكانيكية، كما تُعرف تعليمات البرمجة للأنظمة المدمجة باسم البرامج الثابتة، حيث يتم الاحتفاظ بها في ذاكرة للقراءة فقط أو في شرائح ذاكرة فلاش تعمل على مكونات كمبيوتر أو موارد أجهزة محدودة، ولكي تكون الأجهزة المدمجة مفيدة للمستخدمين، يجب توصيل الأجهزة الطرفية، مثل شاشات العرض.

اقرأ أيضًا: ما هي بطاقة الذاكرة؟

كان أول نظام مدمج تم بناؤه بنجاح هو Apollo Guidance Computer، الذي تم تطويره لبرنامج Apollo في الستينيات من قبل الدكتور الشهير Charles Stark Draper في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
كان الهدف الرئيسي من Apollo Guidance Computer هو جمع البيانات وإجراء العمليات الحسابية المهمة للمهمة لوحدة قيادة أبولو والوحدة القمرية، لكن هذا ليس كل شيء، لأنه في السنوات التالية، وبالتحديد في عام 1971، صنعت Intel أول معالج دقيق، والذي كان يُعرف باسم Intel 4004.
ونظراً لأنه كان معالجاً دقيقاً مبكرا، فإنه لا يزال بحاجة إلى شرائح دعم وذاكرة خارجية، وفي عام 1973، تم تقديم معيار لوحدات التحكم الدقيقة القابلة للبرمجة من قبل الرابطة الوطنية لمصنعي الهندسة، مما أدى إلى تحسين التصميم المدمج، لكن لم يمض وقت طويل قبل أن يتم وضع مكونات النظام بنجاح في نفس الرقائق مثل المعالج لتشكيل متحكم دقيق في أوائل الثمانينيات، و تضمنت هذه المكونات الذاكرة والمدخلات والمخرجات.

بالنظر إلى كل هذا، ما الذي تتوقعه بعد ذلك من الأجهزة المدمجة حسنا، يَعد عالم الأنظمة المدمجة باختراعات جديدة حيث ينمو بوتيرة سريعة ويقوده مواضيع الابتكار مثل الذكاء الاصطناعي (AI) والواقع الافتراضي (VR) والواقع المعزز والتعلم الآلي والتعلم العميق وإنترنت الأشياء كذلك، وفيما يلي مجموعة مختارة من الإنجازات الرئيسية المتوقعة:
• انخفاض استهلاك الطاقة.
• الاتصال السحابي والشبكات المتداخلة..
• تطبيقات التعلم العميق.
• أدوات التصور مع البيانات في الوقت الحقيقي.
• الأمان المتقدم للأجهزة المدمجة.

اقرأ أيضًا: ما هي ذاكرة الروم ROM؟

يمكننا تصنيف الأنظمة المدمجة بناءً على الأداء والمتطلبات الوظيفية وعلى أساس أداء وحدة التحكم الدقيقة، ويعد الميكرو كونترولر مهما لنظام مدمج لأن عمل الأجهزة يعتمد بشكل كامل على وحدة التحكم الدقيقة، كذلك يهتم بالاتصالات والمعالجات اللازمة للنظام، وتعتمد متطلبات المستخدم على وظيفة النظام المدمج. دعونا نلقي نظرة على الأنواع.
1. الأنظمة المدمجة المستقلة
2. الأنظمة المدمجة في الوقت الحقيقي
ولها نوعان وهي:
الأنظمة المدمجة اللينة.
الأنظمة المدمجة الصلبة.
3. أنظمة الشبكة المدمجة.
4. الأنظمة المتنقلة المدمجة.
وتقسم بناءً على أداء الميكرو كونترولر:
• الأنظمة المدمجة ذات الحجم الصغير.
• الأنظمة المدمجة متوسطة الحجم.
• الأنظمة المضمنة المتطورة.

إلى جانب أجهزة كمبيوتر للأغراض العامة، هناك أنواع أخرى من الاجهزة المدمجة و سنذكر بعضاً منها:
• أجهزة التدفئة المركزية.
• أجهزة إدارة المحرك في المركبات.
• الأجهزة المنزلية، مثل غسالات الصحون وأجهزة التلفزيون والهواتف الرقمية.
• ساعات رقمية.
• الآلات الحاسبة الإلكترونية.
• أنظمة GPS.
• أجهزة تتبع اللياقة البدنية.
لا يمكن للمستخدم عادةً برمجة الأجهزة المدمجة، لأن عادة ما تتم البرمجة مسبقاً بواسطة الشركة
يمكن أن تتمتع الأنظمة المضمنة بمزايا أكثر من أجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة من حيث:
• يعني العدد المحدود لوظائفها أنها أرخص في التصميم والبناء.
• تميل إلى طلب طاقة أقل، حيث تعمل بعض الأجهزة من البطاريات.
• لا يحتاجون إلى قوة معالجة كبيرة، قد يمكن بناؤها باستخدام أرخص وأقل قوة معالجات.

وفي الختام، أن الأنظمة المدمجة معروفة بمرونتها وموثوقية النظام، وبدون الأجهزة المدمجة، لا يمكننا تخيل العالم الحقيقي الآن.