Tietokoneen keskusyksikköä (CPU), joka on rakennettu yhdelle integroidulle piirille (IC), kutsutaan mikroprosessoriksi.

Digitaalista tietokonetta, jossa on yksi keskusyksikkönä toimiva mikroprosessori, kutsutaan mikrotietokoneeksi.

Se on ohjelmoitava, monikäyttöinen, kello-ohjattu, rekisteripohjainen elektroniikkalaite, joka lukee binääriohjeita muistiksi kutsutusta tallennuslaitteesta, hyväksyy binääritietoja syötteenä, käsittelee tietoja näiden ohjeiden mukaisesti ja antaa tulokset tulosteena.

Mikroprosessori sisältää miljoonia pieniä komponentteja, kuten transistoreja, rekistereitä ja diodeja, jotka toimivat yhdessä.

Mikrotietokoneen lohkokaavio

Mikroprosessori Johdanto

Mikroprosessori koostuu ALU:sta, ohjausyksiköstä ja rekisteriryhmästä. ALU suorittaa aritmeettisia ja loogisia operaatioita syöttölaitteesta tai muistista saaduille tiedoille. Ohjausyksikkö ohjaa käskyjä ja tiedonkulkua tietokoneen sisällä. Rekisteriryhmä koostuu rekistereistä, jotka on merkitty kirjaimilla, kuten B, C, D, E, H, L, ja akkumulaattori.

Mikroprosessoreiden kehitys

Mikroprosessorit voidaan luokitella sukupolvien tai mikroprosessorin koon mukaan:

Ensimmäinen sukupolvi (4-bittiset mikroprosessorit)

Ensimmäistä sukupolvea olevat mikroprosessorit esiteltiin vuonna 1971-1972 Intel Corporationilla. Sen nimi oli Intel 4004, koska se oli 4-bittinen prosessori.

Se oli yhdellä sirulla oleva prosessori. Se pystyi suorittamaan yksinkertaisia aritmeettisia ja loogisia operaatioita, kuten yhteenlasku, vähennyslasku, Boolen TAI ja Boolen AND.

Se sisälsi ohjausyksikön, joka pystyi suorittamaan ohjaustoimintoja, kuten hakemaan käskyn tallennusmuistista, purkamaan sen ja sitten tuottamaan ohjauspulsseja käskyn suorittamiseksi.

Kakkossukupolvi (8 – bittinen mikroprosessori)

Kakkossukupolven mikroprosessorit toi markkinoille vuonna 1973 jälleen Intel. Se oli ensimmäinen 8 – bittinen mikroprosessori, joka pystyi suorittamaan aritmeettisia ja loogisia operaatioita 8-bittisillä sanoilla. Se oli Intel 8008, ja toinen parannettu versio oli Intel 8088.

Kolmas sukupolvi (16 – bittinen mikroprosessori)

Kolmannen sukupolven mikroprosessoreita, jotka esiteltiin vuonna 1978, edustivat Intelin 8086, Zilog Z800 ja 80286, jotka olivat 16 – bittisiä prosessoreita, joiden suorituskyky muistutti minitietokoneita.

Neljäs sukupolvi (32 – bittiset mikroprosessorit)

Monet eri yritykset toivat markkinoille 32 – bittisiä mikroprosessoreita, mutta suosituin niistä on Intel 80386.

Viides sukupolvi (64 – bittiset mikroprosessorit)

Vuodesta 1995 tähän päivään olemme viidennessä sukupolvessa. 80856:n jälkeen Intel toi markkinoille uuden prosessorin, nimittäin Pentium-prosessorin, jota seurasi Pentium Pro -suoritin, joka mahdollistaa usean suorittimen käytön samassa järjestelmässä moniprosessoinnin aikaansaamiseksi.

Muut parannetut 64-bittiset prosessorit ovat Celeron-, Dual-, Quad-, Octa Core -prosessorit.

Taulukko: Tärkeimmät Intelin mikroprosessorit

Mikroprosessori Keksintövuosi Sanan pituus Muisti osoituskapasiteetti Nastat Kello Huomautukset
4004 1971 4-bitti 1 KB 16 750 KHz Ensimmäinen mikroprosessori
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Suosittu 8-bittinen mikroprosessori
8086 1978 16-bitti 1MB 40 5-8 MHz Laajasti käytetty PC/XT:ssä
80286 1982 16-bittinen 16MB real, 4 GB virtuaalinen 68 6-12.5 MHz Laajasti käytetty PC/AT
80386 1985 32-bittinen 4 Gt todellinen, 64TB virtuaalinen 132 14X14 PGA 20-33 MHz Sisältää MMU:n piirillä
80486 1989 32-bittinen 4GB todellinen, 64TB virtuaalinen 168 17X17 PGA 25-100 MHz Sisältää MMU:n, välimuistin ja FPU:n, 1.2 miljoonaa transistoria
Pentium 1993 32-bittinen 4GB todellinen,32-bittinen osoite,64-bittinen dataväylä 237 PGA 60-200 Sisältää 2 ALU:ta,2 välimuistia, FPU:n, 3.3 milj. transistoria, 3.3 V, 7.5 miljoonaa transistoria
Pentium Pro 1995 32-bittinen 64GB real, 36-bittinen osoiteväylä 387 PGA 150-200 MHz Se on datavirtaprosessori. Se sisältää myös toisen tason välimuistin,3,3 V
Pentium II 1997 32-bittinen – – 233-400 MHz:n taajuusalueella Kaikki piirteet Pentium pro plus MMX-tekniikkaa,3.3 V, 7,5 miljoonaa transistoria
Pentium III 1999 32-bittinen 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Pentium II:n parannettu versio; 70 uutta SIMD-käskyä
Pentium 4 2000 32-bittinen 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Pentium III:n parannettu versio
Itanium 2001 64-bittinen 64 osoitelinjaa 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz 64-bittinen EPIC-prosessori

Missä,

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

Basic Terms used in Microprocessor

Tässä on luettelo joistakin mikroprosessorissa käytetyistä perustermistä:

Käskyjoukko – Mikroprosessorin ymmärtämien käskyjen ryhmää kutsutaan käskyjoukoksi. Se on laitteiston ja ohjelmiston välinen rajapinta.

Väylä – Joukko johtimia, jotka on tarkoitettu tietojen, osoite- tai ohjaustietojen välittämiseen mikroprosessorin eri elementeille. Mikroprosessorissa on kolmenlaisia väyliä: dataväylä, osoiteväylä ja ohjausväylä.

IPC (Instructions Per Cycle, käskyt sykliä kohti) – Se on mittari, jolla mitataan, kuinka monta käskyä prosessori pystyy suorittamaan yhden kellon aikana.

Kellonopeus – Se on operaatioiden määrä sekunnissa, jonka prosessori voi suorittaa. Se voidaan ilmaista megahertseinä (MHz) tai gigahertseinä (GHz). Sitä kutsutaan myös kellotaajuudeksi.

Kaistanleveys – Yksittäisen käskyn käsittelemien bittien määrää kutsutaan kaistanleveydeksi.

Sanan pituus – Prosessorin kerrallaan käsittelemien bittien määrää kutsutaan prosessorin sanan pituudeksi. 8-bittinen mikroprosessori voi käsitellä 8 -bittistä dataa kerrallaan. Sanan pituuden vaihteluväli on 4 bitistä 64 bittiin mikrotietokoneen tyypistä riippuen.

Datatyypit – Mikroprosessori tukee useita eri datatyyppejä, kuten binääri- ja ASCII-formaatteja, sekä ennenmerkittyjä ja ennenmerkitsemättömiä lukuja.

Mikroprosessorin toiminta

Mikroprosessori noudattaa sekvenssiä suorittaakseen käskyn:

Aluksi ohjeet tallennetaan tietokoneen tallennusmuistiin peräkkäisessä järjestyksessä. Mikroprosessori hakee nämä ohjeet tallennetulta alueelta (muistista), sitten purkaa ne ja suorittaa ne, kunnes STOP-ohje täyttyy. Sitten se lähettää tuloksen binäärimuodossa lähtöporttiin. Näiden prosessien välillä rekisteriin tallennetaan väliaikaista dataa ja ALU (Aritmeettinen ja looginen yksikkö) suorittaa laskutoiminnot.

Mikroprosessorin ominaisuudet

  • Alhaiset kustannukset – Integroidun piiritekniikan ansiosta mikroprosessorit ovat saatavilla hyvin edullisesti. Se alentaa tietokonejärjestelmän kustannuksia.
  • Suuri nopeus – Mikroprosessori pystyy työskentelemään erittäin suurella nopeudella siihen liittyvän tekniikan ansiosta. Se voi suorittaa miljoonia käskyjä sekunnissa.
  • Pieni koko – Mikroprosessori valmistetaan hyvin pieneen tilaan erittäin suuren mittakaavan ja erittäin suuren mittakaavan integrointitekniikan ansiosta. Tämän vuoksi tietokonejärjestelmän koko pienenee.
  • Monipuolinen – Samaa sirua voidaan käyttää useisiin sovelluksiin, joten mikroprosessorit ovat monipuolisia.
  • Alhainen virrankulutus – Mikroprosessorit käyttävät metallioksidipuolijohdetekniikkaa, joka kuluttaa vähemmän virtaa.
  • Vähemmän lämpöä – Mikroprosessorit käyttävät puolijohdetekniikkaa, joka ei tuota paljon lämpöä verrattuna tyhjiöputkilaitteisiin.
  • Luotettava – Koska mikroprosessorit käyttävät puolijohdetekniikkaa, vikaantumisprosentti on hyvin pieni. Näin ollen se on erittäin luotettava.
  • Kannettava – Pienen koon ja alhaisen virrankulutuksen ansiosta mikroprosessorit ovat kannettavia.