Unitatea centrală de procesare a calculatorului (CPU) construită pe un singur circuit integrat (IC) se numește microprocesor.

Un calculator digital cu un singur microprocesor care acționează ca unitate centrală de procesare se numește microcalculator.

Este un dispozitiv electronic programabil, multifuncțional, dirijat de ceas, bazat pe registre, care citește instrucțiuni binare dintr-un dispozitiv de stocare numit memorie, acceptă date binare ca intrare și procesează datele în conformitate cu aceste instrucțiuni și furnizează rezultate ca ieșire.

Microprocesorul conține milioane de componente mici, cum ar fi tranzistori, registre și diode, care lucrează împreună.

Schema bloc a unui microcalculator

Introducere microprocesor

Un microprocesor constă dintr-o ALU, o unitate de control și o matrice de registre. Unde ALU efectuează operații aritmetice și logice asupra datelor primite de la un dispozitiv de intrare sau de la o memorie. Unitatea de control controlează instrucțiunile și fluxul de date în cadrul calculatorului. Iar matricea de registre este formată din registre identificate prin litere precum B, C, D, E, H, L și acumulator.

Evoluția microprocesoarelor

Potem clasifica microprocesorul în funcție de generații sau în funcție de dimensiunea microprocesorului:

Prima generație (microprocesoare de 4 biți)

Prima generație de microprocesoare a fost introdusă în anul 1971-1972 de Intel Corporation. Acesta a fost denumit Intel 4004 deoarece era un procesor pe 4 biți.

Era un procesor pe un singur cip. Putea efectua operații aritmetice și logice simple, cum ar fi adunarea, scăderea, OR boolean și AND boolean.

Avea o unitate de control capabilă să îndeplinească funcții de control cum ar fi preluarea unei instrucțiuni din memoria de stocare, decodificarea acesteia și apoi generarea de impulsuri de control pentru a o executa.

Generația a doua (microprocesor pe 8 – biți)

Generația a doua de microprocesoare a fost introdusă în 1973 tot de Intel. A fost un prim microprocesor de 8 – biți care putea efectua operații aritmetice și logice pe cuvinte de 8 biți. A fost Intel 8008, iar o altă versiune îmbunătățită a fost Intel 8088.

Cea de-a treia generație (microprocesoare pe 16 – biți)

Cea de-a treia generație de microprocesoare, introdusă în 1978, a fost reprezentată de Intel 8086, Zilog Z800 și 80286, care erau procesoare pe 16 – biți cu o performanță asemănătoare cu cea a minicalculatoarelor.

Cea de-a patra generație (microprocesoare pe 32 – biți)

Câteva companii diferite au introdus microprocesoarele pe 32 de biți, dar cel mai popular este Intel 80386.

Cea de-a cincea generație (microprocesoare de 64 – bit)

Din 1995 până în prezent ne aflăm în cea de-a cincea generație. După 80856, Intel a ieșit cu un nou procesor și anume procesorul Pentium, urmat de procesorul Pentium Pro, care permite realizarea multiprocesării cu mai multe procesoare într-un singur sistem.

Alte procesoare îmbunătățite pe 64 de biți sunt procesoarele Celeron, Dual, Quad, Octa Core.

Tabel: Microprocesoare Intel importante

Microprocesor Anul de invenție Lungimea cuvintelor Memorie capacitate de adresare Pini Clock Remarcații
4004 1971 4…bit 1 KB 16 750 KHz Primul microprocesor
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Popular microprocesor pe 8 biți
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Utilizat pe scară largă în PC/XT
80286 1982 16-bit 16MB reali, 4 GB virtuali 68 6-12.5 MHz Utilizat pe scară largă în PC/AT
80386 1985 32-bit 4GB reali, 64TB virtual 132 14X14 PGA 20-33 MHz Conține MMU pe cip
80486 1989 32-bit 4GB real, 64TB virtuali 168 17X17 PGA 25-100 MHz Conține MMU, cache și FPU, 1.2 milioane de tranzistori
Pentium 1993 32 biți 4GB reali, adresă pe 32 de biți, magistrală de date pe 64 de biți 237 PGA 60-200 Conține 2 ALU, 2 cache-uri, FPU, 3,3 milioane de tranzistori, 3.3 V, 7,5 milioane de tranzistori
Pentium Pro 1995 32 biți 64GB reali, magistrală de adrese pe 36 biți 387 PGA 150-200 MHz Este un procesor de flux de date. Conține și cache de al doilea nivel,3,3 V
Pentium II 1997 32 biți – – – 233-400 MHz Toate caracteristicile Pentium pro plus tehnologia MMX,3.3 V, 7,5 milioane de tranzistori
Pentium III 1999 32 biți 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Versiune îmbunătățită a Pentium II; 70 de noi instrucțiuni SIMD
Pentium 4 2000 32-bit 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Versiune îmbunătățită a Pentium III
Itanium 2001 64 biți 64 linii de adrese 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz Procesor EPIC pe 64 de biți

Unde,

  • 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

Termeni de bază utilizați în microprocesor

Iată o listă cu câțiva termeni de bază utilizați în microprocesor:

Set de instrucțiuni – Grupul de comenzi pe care microprocesorul le poate înțelege se numește set de instrucțiuni. Este o interfață între hardware și software.

Bus – Ansamblu de conductori destinat să transmită date, adrese sau informații de control către diferite elemente ale unui microprocesor. Un microprocesor va avea trei tipuri de magistrale, și anume magistrala de date, magistrala de adrese și magistrala de control.

IPC (Instrucțiuni pe ciclu) – Este o măsură a numărului de instrucțiuni pe care o unitate centrală de procesare este capabilă să le execute într-un singur ceas.

Viteza de ceas – Este numărul de operații pe secundă pe care le poate efectua procesorul. Poate fi exprimată în megahertzi (MHz) sau gigahertzi (GHz). Se mai numește și viteză de ceas.

Lărgime de bandă – Numărul de biți procesați într-o singură instrucțiune se numește lățime de bandă.

Lungime de cuvânt – Numărul de biți pe care procesorul îi poate procesa la un moment dat se numește lungimea de cuvânt a procesorului. Microprocesorul pe 8 biți poate procesa date pe 8 -biți la un moment dat. Intervalul lungimii cuvântului este de la 4 biți la 64 de biți, în funcție de tipul microcalculatorului.

Tipuri de date – Microprocesorul suportă mai multe formate de tipuri de date, cum ar fi cele binare, ASCII, numere cu semn și fără semn.

Funcționarea microprocesorului

Microprocesorul urmează o secvență pentru a executa instrucțiunea: Preluare, decodificare și apoi execuție.

Înțial, instrucțiunile sunt stocate în memoria de stocare a calculatorului în ordine secvențială. Microprocesorul preia aceste instrucțiuni din zona stocată (memorie), apoi le decodifică și execută aceste instrucțiuni până când este îndeplinită instrucțiunea STOP. Apoi, trimite rezultatul în formă binară la portul de ieșire. Între aceste procese, registrul stochează datele temporare, iar ALU (Arithmetic and Logic Unit) execută funcțiile de calcul.

Caracteristicile microprocesorului

  • Cost redus – Datorită tehnologiei circuitelor integrate, microprocesoarele sunt disponibile la un cost foarte redus. Acesta va reduce costul unui sistem de calculatoare.
  • Viteză mare – Datorită tehnologiei pe care o implică, microprocesorul poate funcționa la o viteză foarte mare. Acesta poate executa milioane de instrucțiuni pe secundă.
  • Dimensiuni mici – Un microprocesor este fabricat într-o amprentă foarte mică datorită tehnologiei de integrare la scară foarte mare și la scară foarte mare. Din acest motiv, dimensiunea sistemului informatic este redusă.
  • Versatilitate – Același cip poate fi utilizat pentru mai multe aplicații, prin urmare, microprocesoarele sunt versatile.
  • Consum redus de energie – Microprocesoarele utilizează tehnologia semiconductorilor de oxid metalic, care consumă mai puțină energie.
  • Generație mai mică de căldură – Microprocesoarele utilizează tehnologia semiconductorilor, care nu va emite multă căldură în comparație cu dispozitivele cu tuburi de vid.
  • Fiabile – Deoarece microprocesoarele utilizează tehnologia semiconductorilor, prin urmare, rata de defecțiune este foarte mică. Prin urmare, este foarte fiabil.
  • Portabil – Datorită dimensiunilor mici și a consumului redus de energie, microprocesoarele sunt portabile.