Hvad er en mikroprocessor?

Computerens centrale procesenhed (CPU), der er bygget på et enkelt integreret kredsløb (IC), kaldes en mikroprocessor.

En digital computer med én mikroprocessor, der fungerer som CPU, kaldes mikrocomputer.

Det er en programmerbar, multifunktionel, clockdrevet, registerbaseret elektronisk enhed, der læser binære instruktioner fra en lagerenhed kaldet hukommelse, accepterer binære data som input og behandler data i henhold til disse instruktioner og leverer resultater som output.

Mikroprocessoren indeholder millioner af små komponenter som transistorer, registre og dioder, der arbejder sammen.

Blokdiagram af en mikrocomputer

En mikroprocessor består af en ALU, en kontrolenhed og et registerfelt. Hvor ALU udfører aritmetiske og logiske operationer på de data, der modtages fra en indgangsenhed eller hukommelse. Kontrolenheden styrer instruktionerne og datastrømmen i computeren. Og registermatrixen består af registre, der identificeres ved bogstaver som B, C, D, E, H, L og akkumulator.

Mikroprocessorernes udvikling

Vi kan kategorisere mikroprocessoren efter generationerne eller efter mikroprocessorens størrelse:

Første generation (4 – bit mikroprocessorer)

Den første generation af mikroprocessorer blev introduceret i år 1971-1972 af Intel Corporation. Den blev kaldt Intel 4004, da det var en 4-bit processor.

Det var en processor på en enkelt chip. Den kunne udføre simple aritmetiske og logiske operationer såsom addition, subtraktion, Boolean OR og Boolean AND.

Den havde en kontrolenhed, der kunne udføre kontrolfunktioner som f.eks. at hente en instruktion fra lagringshukommelsen, afkode den og derefter generere kontrolimpulser til at udføre den.

Den anden generation (8 – bit mikroprocessor)

Den anden generation af mikroprocessorer blev introduceret i 1973 igen af Intel. Det var en første 8 – bit mikroprocessor, som kunne udføre aritmetiske og logiske operationer på 8-bit ord. Det var Intel 8008, og en anden forbedret version var Intel 8088.

Tredje generation (16-bit mikroprocessor)

Den tredje generation af mikroprocessorer, der blev introduceret i 1978, blev repræsenteret af Intels 8086, Zilog Z800 og 80286, som var 16-bit processorer med en ydeevne som minicomputere.

Fjerde generation (32 – bit-mikroprocessorer)

Flere forskellige firmaer introducerede 32-bit-mikroprocessorer, men den mest populære er Intel 80386.

Femte generation (64 – bit mikroprocessorer)

Fra 1995 til nu befinder vi os i den femte generation. Efter 80856 kom Intel med en ny processor, nemlig Pentium-processor efterfulgt af Pentium Pro CPU, som giver mulighed for flere CPU’er i et enkelt system for at opnå multiprocessing.

Andre forbedrede 64-bit processorer er Celeron-, Dual-, Quad- og Octa Core-processorer.

Tabel: Vigtige Intel-mikroprocessorer

Hvor,

• PGA – Pin Grid Array
• MMX – MultiMedia eXtensions
• EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing
• SIMD – Single Instruction Multiple Data
• ALU – Aritmetisk og logisk enhed
• MMU – Memory Management Unit
• FPU – Floating Point Unit

Grundlæggende termer, der anvendes i mikroprocessorer

Her er en liste over nogle grundlæggende termer, der anvendes i mikroprocessorer:

Instruktionssæt – Den gruppe af kommandoer, som mikroprocessoren kan forstå, kaldes instruktionssæt. Det er en grænseflade mellem hardware og software.

Bus – Sæt af ledere, der er beregnet til at overføre data, adresse- eller kontrolinformation til forskellige elementer i en mikroprocessor. En mikroprocessor vil have tre typer busser, dvs. databus, adressebus og kontrolbus.

IPC (instruktioner pr. cyklus) – Det er et mål for, hvor mange instruktioner en CPU er i stand til at udføre i et enkelt clock.

Clock Speed – Det er det antal operationer pr. sekund, som processoren kan udføre. Det kan udtrykkes i megahertz (MHz) eller gigahertz (GHz). Det kaldes også Clock Rate.

Bandwidth – Antallet af bits, der behandles i en enkelt instruktion, kaldes Bandwidth.

Word Length – Antallet af bits, som processoren kan behandle ad gangen, kaldes processorens ordlængde. 8-bit Mikroprocessor kan behandle 8 -bit data ad gangen. Ordlængden er fra 4 bit til 64 bit afhængigt af mikrocomputerens type.

Datatyper – Mikroprocessoren understøtter flere datatypeformater som binære, ASCII, signerede og ikke-signerede tal.

Mikroprocessorens funktion

Mikroprocessoren følger en sekvens for at udføre instruktionen: Hentning, afkodning og derefter udførelse.

I første omgang lagres instruktionerne i computerens lagerhukommelse i sekventiel rækkefølge. Mikroprocessoren henter disse instruktioner fra det lagrede område (hukommelsen), afkoder dem derefter og udfører disse instruktioner, indtil STOP-instruktionen er opfyldt. Derefter sender den resultatet i binær form til udgangsporten. Mellem disse processer gemmer registret de midlertidige data, og ALU (Aritmetisk og logisk enhed) udfører beregningsfunktionerne.

Mikroprocessorens egenskaber

• Lave omkostninger – På grund af den integrerede kredsløbsteknologi er mikroprocessorer tilgængelige til meget lave omkostninger. Det vil reducere omkostningerne ved et computersystem.
• Høj hastighed – På grund af den teknologi, der er involveret i den, kan mikroprocessoren arbejde ved meget høj hastighed. Den kan udføre millioner af instruktioner i sekundet.
• Lille størrelse – En mikroprocessor fremstilles på et meget lille areal på grund af meget storskala- og ultrastorskala-integrationsteknologi. Derfor er computersystemets størrelse reduceret.
• Alsidig – Den samme chip kan bruges til flere applikationer, og derfor er mikroprocessorer alsidige.
• Lavt strømforbrug – Mikroprocessorer anvender metaloxidhalvlederteknologi, som forbruger mindre strøm.
• Mindre varmeudvikling – Mikroprocessorer anvender halvlederteknologi, som ikke vil afgive meget varme sammenlignet med vakuumrørsenheder.
• Pålidelig – Da mikroprocessorer anvender halvlederteknologi, er fejlfrekvensen derfor meget lille. Derfor er den meget pålidelig.
• Bærbar – På grund af den lille størrelse og det lave strømforbrug er mikroprocessorer bærbare.