Centralna jednostka przetwarzania (CPU) komputera zbudowana na pojedynczym układzie scalonym (IC) nazywana jest mikroprocesorem.

Komputer cyfrowy z jednym mikroprocesorem, który działa jako CPU, jest nazywany mikrokomputerem.

Jest to programowalne, wielofunkcyjne, sterowane zegarem, oparte na rejestrach urządzenie elektroniczne, które odczytuje instrukcje binarne z urządzenia pamięciowego zwanego pamięcią, przyjmuje dane binarne jako dane wejściowe i przetwarza dane zgodnie z tymi instrukcjami oraz dostarcza wyniki jako dane wyjściowe.

Mikroprocesor zawiera miliony maleńkich elementów, takich jak tranzystory, rejestry i diody, które współpracują ze sobą.

Schemat blokowy mikrokomputera

Mikroprocesor Wprowadzenie

Mikroprocesor składa się z ALU, jednostki sterującej i tablicy rejestrów. Gdzie ALU wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne na danych otrzymanych z urządzenia wejściowego lub pamięci. Jednostka sterująca kontroluje instrukcje i przepływ danych w komputerze. I, tablica rejestrów składa się z rejestrów identyfikowanych przez litery takie jak B, C, D, E, H, L, i accumulator.

Ewolucja mikroprocesorów

Możemy sklasyfikować mikroprocesor według generacji lub według wielkości mikroprocesora:

Pierwsza generacja (4 – bitowe mikroprocesory)

Pierwsza generacja mikroprocesorów została wprowadzona w roku 1971-1972 przez Intel Corporation. Nazwano go Intel 4004, ponieważ był to procesor 4-bitowy.

Był to procesor na pojedynczym układzie scalonym. Mógł wykonywać proste operacje arytmetyczne i logiczne, takie jak dodawanie, odejmowanie, Boolean OR i Boolean AND.

Miał jednostkę sterującą zdolną do wykonywania funkcji kontrolnych takich jak pobieranie instrukcji z pamięci, dekodowanie jej, a następnie generowanie impulsów sterujących w celu jej wykonania.

Druga Generacja (8 – bitowy mikroprocesor)

Druga generacja mikroprocesorów została wprowadzona w 1973 roku ponownie przez Intel. Był to pierwszy 8-bitowy mikroprocesor, który mógł wykonywać operacje arytmetyczne i logiczne na słowach 8-bitowych. Był to Intel 8008, a kolejną ulepszoną wersją był Intel 8088.

Trzecia generacja (16 – bitowy mikroprocesor)

Trzecia generacja mikroprocesorów, wprowadzona w 1978 roku była reprezentowana przez 8086 Intela, Zilog Z800 i 80286, które były 16 – bitowymi procesorami o wydajności jak minikomputery.

Czwarta Generacja (mikroprocesory 32-bitowe)

Kilka różnych firm wprowadziło mikroprocesory 32-bitowe, ale najpopularniejszym z nich jest Intel 80386.

Piąta Generacja (64 – bitowe mikroprocesory)

Od 1995 roku do teraz jesteśmy w piątej generacji. Po 80856, Intel wyszedł z nowym procesorem, a mianowicie procesorem Pentium, a następnie Pentium Pro CPU, który pozwala na wiele procesorów w jednym systemie, aby osiągnąć multiprocessing.

Inne ulepszone 64-bitowe procesory to Celeron, Dual, Quad, Octa Core procesory.

Tabela: Ważne mikroprocesory firmy Intel

Mikroprocesor Rok wynalezienia Długość słowa Pamięć. adresowanie Pojemność Piny Clock Uwagi
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Pierwszy mikroprocesor
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Popularny 8-bitowy mikroprocesor
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Szerzej stosowany w PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB real, 4 GB wirtualne 68 6-12.5 MHz Szeroki zakres zastosowań w PC/AT
80386 1985 32-bit 4GB real, 64TB wirtualny 132 14X14 PGA 20-33 MHz Zawiera MMU na chipie
80486 1989 32-bit 4GB real, 64TB wirtualne 168 17X17 PGA 25-100 MHz Zawiera MMU, cache i FPU, 1.2 mln tranzystorów
Pentium 1993 32-bit 4GB real,32-bit adres,64-bitowa szyna danych 237 PGA 60-200 Zawiera 2 ALU,2 Cache, FPU, 3.3 mln tranzystorów, 3.3 V, 7,5 mln tranzystorów
Pentium Pro 1995 32-bitowy 64 GB rzeczywisty, 36-bitowa szyna adresowa 387 PGA 150-200 MHz Jest to procesor przepływu danych. Zawiera również pamięć podręczną drugiego poziomu,3,3 V
Pentium II 1997 32-bit – 233-400 MHz Wszystkie cechy Pentium pro plus technologia MMX,3.3 V, 7,5 mln tranzystorów
Pentium III 1999 32-bit 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Ulepszona wersja Pentium II; 70 nowych instrukcji SIMD
Pentium 4 2000 32-bit 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Ulepszona wersja Pentium III
Itanium 2001 64-bit 64 linie adresowe 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz 64-bitowy procesor EPIC

Gdzie,

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

Podstawowe terminy stosowane w mikroprocesorach

Tutaj znajduje się lista kilku podstawowych terminów stosowanych w mikroprocesorach:

Zbiór instrukcji – Grupa rozkazów, które mikroprocesor może zrozumieć, nazywana jest zbiorem instrukcji. Stanowi on interfejs między sprzętem a oprogramowaniem.

Bus – Zestaw przewodników przeznaczonych do przekazywania danych, adresów lub informacji sterujących do różnych elementów mikroprocesora. Mikroprocesor będzie miał trzy rodzaje magistral, tj. magistralę danych, magistralę adresową i magistralę sterującą.

IPC (Instructions Per Cycle) – Jest miarą tego, ile instrukcji procesor jest w stanie wykonać w ciągu jednego zegara.

Szybkość zegara – Jest to liczba operacji na sekundę, które procesor może wykonać. Może być wyrażona w megahercach (MHz) lub gigahercach (GHz). Nazywana jest również szybkością zegara (Clock Rate).

Szerokość pasma – Liczba bitów przetwarzanych w pojedynczej instrukcji nazywana jest szerokością pasma.

Długość słowa – Liczba bitów, które procesor może przetwarzać w jednym czasie, nazywana jest długością słowa procesora. Mikroprocesor 8-bitowy może przetwarzać 8 -bitowe dane na raz. Zakres długości słowa wynosi od 4 bitów do 64 bitów w zależności od typu mikrokomputera.

Typy danych – Mikroprocesor obsługuje wiele formatów typów danych, takich jak binarne, ASCII, podpisane i niepodpisane liczby.

Praca mikroprocesora

Mikroprocesor wykonuje sekwencję w celu wykonania instrukcji: Pobieranie, Dekodowanie, a następnie Wykonywanie.

Wstępnie instrukcje są przechowywane w pamięci masowej komputera w kolejności sekwencyjnej. Mikroprocesor pobiera te instrukcje z przechowywanego obszaru (pamięci), następnie dekoduje je i wykonuje te instrukcje do momentu spełnienia instrukcji STOP. Następnie wysyła wynik w postaci binarnej do portu wyjściowego. Pomiędzy tymi procesami rejestr przechowuje dane tymczasowe, a ALU (Arithmetic and Logic Unit) wykonuje funkcje obliczeniowe.

Features of Microprocessor

  • Low Cost – Ze względu na technologię układów scalonych mikroprocesory są dostępne przy bardzo niskich kosztach. To zmniejszy koszt systemu komputerowego.
  • Wysoka prędkość – Ze względu na technologię zaangażowany w nim, mikroprocesor może pracować z bardzo dużą prędkością. Może on wykonywać miliony instrukcji na sekundę.
  • Mały rozmiar – Mikroprocesor jest wytwarzany w bardzo małej przestrzeni dzięki bardzo dużej skali i ultra dużej skali technologii integracji. Z tego powodu rozmiar systemu komputerowego jest zmniejszony.
  • Wszechstronność – Ten sam układ może być używany do kilku zastosowań, dlatego mikroprocesory są wszechstronne.
  • Niskie zużycie energii – Mikroprocesory wykorzystują technologię półprzewodników z tlenków metali, która zużywa mniej energii.
  • Mniejsze wytwarzanie ciepła – Mikroprocesory wykorzystują technologię półprzewodnikową, która nie emituje dużo ciepła w porównaniu z urządzeniami wykorzystującymi lampy próżniowe.
  • Niezawodność – Ponieważ mikroprocesory wykorzystują technologię półprzewodnikową, dlatego wskaźnik awaryjności jest bardzo niski. Stąd jest on bardzo niezawodny.
  • Przenośny – Ze względu na mały rozmiar i niskie zużycie energii mikroprocesory są przenośne.