Die Zentraleinheit (CPU) eines Computers, die auf einer einzigen integrierten Schaltung (IC) aufgebaut ist, wird Mikroprozessor genannt.

Ein digitaler Computer mit einem Mikroprozessor, der als CPU fungiert, wird als Mikrocomputer bezeichnet.

Es handelt sich um ein programmierbares, taktgesteuertes, registerbasiertes elektronisches Gerät, das binäre Anweisungen aus einem Speicher liest, binäre Daten als Eingabe akzeptiert und Daten gemäß diesen Anweisungen verarbeitet und Ergebnisse als Ausgabe liefert.

Der Mikroprozessor enthält Millionen winziger Bauteile wie Transistoren, Register und Dioden, die zusammenarbeiten.

Blockschaltbild eines Mikrocomputers

Mikroprozessor Einführung

Ein Mikroprozessor besteht aus einer ALU, einer Steuereinheit und einem Registerfeld. Die ALU führt arithmetische und logische Operationen mit den von einem Eingabegerät oder Speicher empfangenen Daten durch. Die Steuereinheit steuert die Anweisungen und den Datenfluss innerhalb des Computers. Und das Registerfeld besteht aus Registern, die mit Buchstaben wie B, C, D, E, H, L und Akkumulator gekennzeichnet sind.

Entwicklung der Mikroprozessoren

Wir können den Mikroprozessor nach den Generationen oder nach der Größe des Mikroprozessors kategorisieren:

Erste Generation (4-Bit-Mikroprozessoren)

Die erste Generation der Mikroprozessoren wurde im Jahr 1971-1972 von der Intel Corporation eingeführt. Er wurde Intel 4004 genannt, da er ein 4-Bit-Prozessor war.

Es war ein Prozessor auf einem einzigen Chip. Er konnte einfache arithmetische und logische Operationen wie Addition, Subtraktion, boolesches ODER und boolesches UND durchführen.

Ich hatte eine Steuereinheit, die in der Lage war, Steuerfunktionen auszuführen, wie z.B. einen Befehl aus dem Speicher zu holen, ihn zu dekodieren und dann Steuerimpulse zu erzeugen, um ihn auszuführen.

Zweite Generation (8-Bit-Mikroprozessor)

Die Mikroprozessoren der zweiten Generation wurden 1973 wieder von Intel eingeführt. Es war ein erster 8-Bit-Mikroprozessor, der arithmetische und logische Operationen auf 8-Bit-Wörtern durchführen konnte. Es handelte sich um den Intel 8008, und eine weitere verbesserte Version war der Intel 8088.

Dritte Generation (16-Bit-Mikroprozessor)

Die dritte Generation von Mikroprozessoren, die 1978 eingeführt wurde, wurde durch den Intel 8086, den Zilog Z800 und den 80286 repräsentiert, die 16-Bit-Prozessoren mit einer Leistung wie Minicomputer waren.

Vierte Generation (32-Bit-Mikroprozessoren)

Viele verschiedene Firmen führten 32-Bit-Mikroprozessoren ein, aber der beliebteste ist der Intel 80386.

Fünfte Generation (64-Bit-Mikroprozessoren)

Von 1995 bis heute befinden wir uns in der fünften Generation. Nach dem 80856 brachte Intel einen neuen Prozessor auf den Markt, nämlich den Pentium-Prozessor, gefolgt von der Pentium-Pro-CPU, die mehrere CPUs in einem einzigen System ermöglicht, um Multiprocessing zu erreichen.

Weitere verbesserte 64-Bit-Prozessoren sind Celeron, Dual-, Quad- und Octa-Core-Prozessoren.

Tabelle: Wichtige Intel Mikroprozessoren

Mikroprozessor Jahr der Erfindung Wortlänge Speicher Adressierungskapazität Pins Takt Anmerkungen
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Erster Mikroprozessor
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Beliebter 8-bit Mikroprozessor
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Weit verbreitet in PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB real, 4 GB virtuell 68 6-12.5 MHz Weit verbreitet in PC/AT
80386 1985 32-bit 4GB real, 64TB virtuell 132 14X14 PGA 20-33 MHz Enthält MMU auf Chip
80486 1989 32-bit 4GB real, 64TB virtuell 168 17X17 PGA 25-100 MHz Enthält MMU, Cache und FPU, 1.2 Millionen Transistoren
Pentium 1993 32-bit 4GB real,32-bit Adresse,64-bit Datenbus 237 PGA 60-200 Enthält 2 ALUs,2 Caches, FPU, 3.3 Millionen Transistoren, 3.3 V, 7,5 Millionen Transistoren
Pentium Pro 1995 32-bit 64GB real, 36-bit Adressbus 387 PGA 150-200 MHz Es ist ein Datenflussprozessor. Er enthält auch Second Level Cache,3.3 V
Pentium II 1997 32-bit – – 233-400 MHz Alle Merkmale Pentium pro plus MMX Technologie,3.3 V, 7,5 Millionen Transistoren
Pentium III 1999 32-bit 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Verbesserte Version des Pentium II; 70 neue SIMD-Befehle
Pentium 4 2000 32-bit 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Verbesserte Version des Pentium III
Itanium 2001 64-bit 64 Adressleitungen 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz 64-bit EPIC-Prozessor

wo,

  • PGA – Pin Grid Array
  • MMX – MultiMedia eXtensions
  • EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing
  • SIMD – Single Instruction Multiple Data
  • ALU – Arithmetic and Logic Unit
  • MMU – Memory Management Unit
  • FPU – Floating Point Unit

Basic Terms used in Microprocessor

Hier ist eine Liste mit einigen grundlegenden Begriffen, die in Mikroprozessoren verwendet werden:

Befehlssatz – Die Gruppe von Befehlen, die der Mikroprozessor verstehen kann, wird Befehlssatz genannt. Er ist eine Schnittstelle zwischen Hardware und Software.

Bus – Eine Gruppe von Leitern, die dazu bestimmt sind, Daten, Adressen oder Steuerinformationen an verschiedene Elemente in einem Mikroprozessor zu übertragen. Ein Mikroprozessor hat drei Arten von Bussen, nämlich einen Datenbus, einen Adressbus und einen Steuerbus.

IPC (Instructions Per Cycle) – Ein Maß dafür, wie viele Anweisungen eine CPU in einem einzigen Takt ausführen kann.

Taktgeschwindigkeit – Die Anzahl der Operationen pro Sekunde, die der Prozessor ausführen kann. Sie kann in Megahertz (MHz) oder Gigahertz (GHz) angegeben werden. Sie wird auch als Taktrate bezeichnet.

Bandbreite – Die Anzahl der Bits, die in einem einzigen Befehl verarbeitet werden, wird als Bandbreite bezeichnet.

Wortlänge – Die Anzahl der Bits, die der Prozessor auf einmal verarbeiten kann, wird als Wortlänge des Prozessors bezeichnet. Ein 8-Bit-Mikroprozessor kann 8-Bit-Daten auf einmal verarbeiten. Der Bereich der Wortlänge reicht von 4 Bits bis 64 Bits, je nach Art des Mikrocomputers.

Datentypen – Der Mikroprozessor unterstützt mehrere Datentypen wie Binär-, ASCII-, vorzeichenbehaftete und vorzeichenlose Zahlen.

Arbeitsweise des Mikroprozessors

Der Mikroprozessor folgt einer Sequenz, um den Befehl auszuführen: Holen, Dekodieren und dann Ausführen.

Zunächst werden die Befehle im Speicher des Computers in sequentieller Reihenfolge abgelegt. Der Mikroprozessor holt diese Befehle aus dem Speicher, dekodiert sie und führt sie aus, bis der STOP-Befehl erreicht ist. Dann sendet er das Ergebnis in binärer Form an den Ausgangsanschluss. Zwischen diesen Prozessen speichert das Register die temporären Daten und die ALU (Arithmetic and Logic Unit) führt die Rechenfunktionen aus.

Merkmale des Mikroprozessors

  • Geringe Kosten – Dank der Technologie der integrierten Schaltkreise sind Mikroprozessoren zu sehr niedrigen Kosten erhältlich. Das reduziert die Kosten eines Computersystems.
  • Hohe Geschwindigkeit – Aufgrund der Technologie, die in ihm steckt, kann der Mikroprozessor mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten. Er kann Millionen von Befehlen pro Sekunde ausführen.
  • Geringe Größe – Ein Mikroprozessor wird auf einer sehr kleinen Grundfläche hergestellt, da er in sehr großem Maßstab und in ultragroßem Maßstab integriert wird. Aus diesem Grund ist die Größe des Computersystems reduziert.
  • Vielseitig – Der gleiche Chip kann für mehrere Anwendungen verwendet werden, daher sind Mikroprozessoren vielseitig einsetzbar.
  • Geringer Stromverbrauch – Mikroprozessoren verwenden Metalloxid-Halbleitertechnologie, die weniger Strom verbraucht.
  • Geringe Wärmeentwicklung – Mikroprozessoren verwenden Halbleitertechnologie, die im Vergleich zu Vakuumröhrengeräten nicht viel Wärme abgibt.
  • Zuverlässig – Da Mikroprozessoren Halbleitertechnologie verwenden, ist die Ausfallrate sehr gering. Daher ist es sehr zuverlässig.
  • Tragbar – Aufgrund der geringen Größe und des niedrigen Stromverbrauchs sind Mikroprozessoren tragbar.