A számítógép egyetlen integrált áramkörre (IC) épített központi feldolgozó egységét (CPU) mikroprocesszornak nevezzük.

Az egyetlen mikroprocesszorral rendelkező, CPU-ként működő digitális számítógépet mikroszámítógépnek nevezzük.

Ez egy programozható, többcélú, órajelvezérelt, regiszteralapú elektronikus eszköz, amely bináris utasításokat olvas be a memóriának nevezett tárolóeszközről, bináris adatokat fogad el bemenetként, és az utasításoknak megfelelően feldolgozza az adatokat, majd kimenetként eredményeket szolgáltat.

A mikroprocesszor több millió apró alkatrészt, például tranzisztorokat, regisztereket és diódákat tartalmaz, amelyek együttműködnek.

A mikroszámítógép blokkdiagramja

Mikroprocesszor bevezetés

A mikroprocesszor ALU-ból, vezérlőegységből és regisztertömbből áll. Az ALU aritmetikai és logikai műveleteket végez a bemeneti eszközről vagy memóriából kapott adatokon. A vezérlőegység vezérli az utasításokat és az adatáramlást a számítógépen belül. A regisztertömb pedig a B, C, D, E, H, L betűkkel jelölt regiszterekből és az akkumulátorból áll.

A mikroprocesszorok fejlődése

A mikroprocesszorokat a generációk vagy a mikroprocesszor mérete szerint osztályozhatjuk:

Első generáció (4 – bites mikroprocesszorok)

Az első generációs mikroprocesszorokat 1971-1972-ben az Intel Corporation vezette be. Intel 4004-nek nevezték el, mivel ez egy 4 bites processzor volt.

Ez egy processzor volt egyetlen chipen. Képes volt egyszerű aritmetikai és logikai műveletek elvégzésére, mint például összeadás, kivonás, Boole-féle VAGY és Boole-féle ÉS.

Egy vezérlőegységgel rendelkezett, amely képes volt olyan vezérlési funkciók végrehajtására, mint például egy utasítás lekérése a tároló memóriából, dekódolása, majd vezérlőimpulzusok generálása a végrehajtáshoz.

Második generációs (8 – bites mikroprocesszor)

A második generációs mikroprocesszorokat 1973-ban mutatta be ismét az Intel. Ez volt az első 8 – bites mikroprocesszor, amely 8 bites szavakkal tudott aritmetikai és logikai műveleteket végezni. Ez volt az Intel 8008, és egy másik továbbfejlesztett változata az Intel 8088.

Harmadik generáció (16 – bites mikroprocesszor)

Az 1978-ban bevezetett harmadik generációs mikroprocesszorokat az Intel 8086, a Zilog Z800 és a 80286 képviselte, amelyek 16 – bites processzorok voltak, teljesítményük olyan volt, mint a miniszámítógépeké.

Negyedik generáció (32 – bites mikroprocesszorok)

A 32 bites mikroprocesszorokat több különböző cég is bevezette, de a legnépszerűbb az Intel 80386-os.

Ötödik generáció (64 – bites mikroprocesszorok)

1995-től napjainkig az ötödik generációban vagyunk. A 80856 után az Intel egy új processzorral jelentkezett, nevezetesen a Pentium processzorral, amelyet a Pentium Pro CPU követett, amely lehetővé teszi több CPU egy rendszerben történő többszörös feldolgozását.

A többi továbbfejlesztett 64 bites processzor a Celeron, Dual, Quad, Octa Core processzorok.

Táblázat:

Mikroprocesszor Feltalálás éve Szótávolság Memória Mikroprocesszor Memória Címzési kapacitás Pins Clock Remarks
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Elso mikroprocesszor
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Népszerű 8-bites mikroprocesszor
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Széles körben használt PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB valós, 4 GB virtuális 68 6-12.5 MHz Széles körben használt PC/AT
80386 1985 32-bit 4 GB valós, 64TB virtuális 132 14X14 PGA 20-33 MHz MU-t tartalmaz a chipen
80486 1989 32-bit 4GB valós, 64TB virtuális 168 17X17 PGA 25-100 MHz MMMU-t, gyorsítótárat és FPU-t tartalmaz, 1.2 millió tranzisztor
Pentium 1993 32-bit 4GB valós,32-bit cím,64-bit adatbusz 237 PGA 60-200 Tartalmaz 2 ALU-t,2 Cache-t, FPU-t, 3,3 millió tranzisztort, 3.3 V, 7,5 millió tranzisztor
Pentium Pro 1995 32 bites 64GB valós, 36 bites címbusz 387 PGA 150-200 MHz Ez egy adatfolyam processzor. Másodszintű gyorsítótárat is tartalmaz,3,3 V
Pentium II 1997 32 bites – – 233-400 MHz Minden jellemzője Pentium pro plus MMX technológia,3.3 V, 7,5 millió tranzisztor
Pentium III 1999 32 bites 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz A Pentium II továbbfejlesztett változata; 70 új SIMD utasítás
Pentium 4 2000 32-bit 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz A Pentium III
Itanium 2001 64-bit 64 címsor 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz 64 bites EPIC processzor

Hol,

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

Basic Terms used in Microprocessor

Itt van egy lista a mikroprocesszorban használt néhány alapvető kifejezésről:

Mutasításkészlet – A mikroprocesszor által értelmezhető parancsok csoportját nevezzük utasításkészletnek. Ez egy interfész a hardver és a szoftver között.

Busz – A mikroprocesszor különböző elemei közötti adat-, cím- vagy vezérlőinformációk továbbítására szolgáló vezetékek halmaza. Egy mikroprocesszor háromféle busszal rendelkezik: adatbusz, címbusz és vezérlőbusz.

IPC (Instructions Per Cycle) – Azt méri, hogy a CPU hány utasítás végrehajtására képes egyetlen órajel alatt.

Clock Speed – A processzor által másodpercenként elvégezhető műveletek száma. Megahertzben (MHz) vagy gigahertzben (GHz) fejezhető ki. Órajsebességnek is nevezik.

Sávszélesség – Az egy utasításban feldolgozott bitek számát nevezzük sávszélességnek.

Szólamhossz – A processzor által egyszerre feldolgozni képes bitek számát nevezzük a processzor szóhosszának. A 8 bites mikroprocesszor egyszerre 8 -bites adatot dolgozhat fel. A szóhossz tartománya a mikroszámítógép típusától függően 4 bit és 64 bit között van.

Adattípusok – A mikroprocesszor többféle adattípus formátumot támogat, például bináris, ASCII, előjeles és előjel nélküli számokat.

A mikroprocesszor működése

A mikroprocesszor az utasítás végrehajtásához egy sorrendet követ: Letöltés, dekódolás, majd végrehajtás.

Az utasításokat kezdetben szekvenciális sorrendben tárolja a számítógép tároló memóriájában. A mikroprocesszor lehívja ezeket az utasításokat a tárolt területről (memóriából), majd dekódolja és végrehajtja ezeket az utasításokat, amíg a STOP utasítás nem teljesül. Ezután az eredményt bináris formában elküldi a kimeneti portra. E folyamatok között a regiszter tárolja az ideiglenes adatokat, és az ALU (aritmetikai és logikai egység) végzi a számítási funkciókat.

A mikroprocesszor jellemzői

  • Alacsony költség – Az integrált áramköri technológiának köszönhetően a mikroprocesszorok nagyon alacsony költséggel állnak rendelkezésre. Ez csökkenti a számítógépes rendszer költségeit.
  • Nagy sebesség – A benne lévő technológiának köszönhetően a mikroprocesszor nagyon nagy sebességgel képes dolgozni. Másodpercenként több millió utasítást képes végrehajtani.
  • Kis méret – A mikroprocesszor a nagyon nagyméretű és ultranagyméretű integrációs technológiának köszönhetően nagyon kis alapterületen gyártható. Emiatt a számítógépes rendszer mérete csökken.
  • Sokoldalú – Ugyanaz a chip több alkalmazáshoz is használható, ezért a mikroprocesszorok sokoldalúak.
  • Alacsony energiafogyasztás – A mikroprocesszorok fémoxid félvezető technológiát használnak, amely kevesebb energiát fogyaszt.
  • Kevesebb hőtermelés – A mikroprocesszorok félvezető technológiát használnak, amely nem bocsát ki sok hőt a vákuumcsöves eszközökhöz képest.
  • Megbízható – Mivel a mikroprocesszorok félvezető technológiát használnak, ezért a meghibásodási arány nagyon kicsi. Ezért nagyon megbízható.
  • Hordozható – A kis méret és az alacsony energiafogyasztás miatt a mikroprocesszorok hordozhatóak.