Datorns centrala bearbetningsenhet (CPU) byggd på en enda integrerad krets (IC) kallas mikroprocessor.

En digital dator med en mikroprocessor som fungerar som CPU kallas mikrodator.

Det är en programmerbar, mångsidig, klockstyrd, registerbaserad elektronisk enhet som läser binära instruktioner från en lagringsenhet som kallas minne, tar emot binära data som inmatning och bearbetar data i enlighet med instruktionerna och ger resultat som utgång.

Mikroprocessorn innehåller miljontals små komponenter som transistorer, register och dioder som arbetar tillsammans.

Blockdiagram över en mikrodator

Mikroprocessor Introduktion

En mikroprocessor består av en ALU, en kontrollenhet och en registermatris. Där ALU utför aritmetiska och logiska operationer på data som tas emot från en inmatningsenhet eller ett minne. Kontrollenheten styr instruktionerna och dataflödet i datorn. Och registermatrisen består av register som identifieras med bokstäver som B, C, D, E, H, L och ackumulator.

Mikroprocessorernas utveckling

Vi kan kategorisera mikroprocessorerna enligt generationerna eller enligt mikroprocessorns storlek:

Första generationen (4-bits mikroprocessorer)

Den första generationens mikroprocessorer introducerades år 1971-1972 av Intel Corporation. Den fick namnet Intel 4004 eftersom det var en 4-bitarsprocessor.

Det var en processor på ett enda chip. Den kunde utföra enkla aritmetiska och logiska operationer som addition, subtraktion, boolesk OR och boolesk AND.

Jag hade en kontrollenhet som kunde utföra kontrollfunktioner som att hämta en instruktion från lagringsminnet, avkoda den och sedan generera kontrollimpulser för att utföra den.

Den andra generationen (8 – bit mikroprocessor)

Den andra generationens mikroprocessorer introducerades 1973, återigen av Intel. Det var en första 8-bitars mikroprocessor som kunde utföra aritmetiska och logiska operationer på 8-bitars ord. Den var Intel 8008, och en annan förbättrad version var Intel 8088.

Den tredje generationen (16-bits mikroprocessor)

Den tredje generationens mikroprocessorer, som introducerades 1978, representerades av Intels 8086, Zilog Z800 och 80286, som var 16-bits processorer med en prestanda som liknar minidatorer.

Fjärde generationen (32 – bitars mikroprocessorer)

Flera olika företag introducerade 32-bitars mikroprocessorer, men den mest populära är Intel 80386.

Femte generationen (64 – bit mikroprocessorer)

Från 1995 till nu befinner vi oss i den femte generationen. Efter 80856 kom Intel ut med en ny processor nämligen Pentium-processor följt av Pentium Pro CPU, som gör det möjligt att använda flera CPU:er i ett enda system för att uppnå multiprocessing.

Andra förbättrade 64-bitars processorer är Celeron-, Dual-, Quad- och Octa-Core-processorer.

Tabell: Viktiga Intel-mikroprocessorer

Mikroprocessor Uppfinnelseår Wordlängd Minne adresseringskapacitet Pins Klocka Märken
4004 1971 4-bit 1 KB 16 750 KHz Första mikroprocessorn
8085 1976 8-bit 64 KB 40 3-6 MHz Populär 8-bitars mikroprocessor
8086 1978 16-bit 1MB 40 5-8 MHz Väldigt använd i PC/XT
80286 1982 16 bit 16MB real, 4 GB virtuell 68 6-12.5 MHz Vidanligt använd i PC/AT
80386 1985 32-bitars 4 GB verklig, 64 TB virtuell 132 14X14 PGA 20-33 MHz Innehåller MMU på chip
80486 1989 32-bitars 4 GB verklig, 64 TB virtuell 168 17X17 PGA 25-100 MHz Innehåller MMU, cache och FPU, 1.2 miljoner transistorer
Pentium 1993 32-bitars 4GB verklig, 32-bitars adress, 64-bitars databuss 237 PGA 60-200 Innehåller 2 ALU:er, 2 cacheminnen, FPU, 3,3 miljoner transistorer, 3.3 V, 7,5 miljoner transistorer
Pentium Pro 1995 32-bitars 64GB real, 36-bitars adressbuss 387 PGA 150-200 MHz Det är en dataflödeprocessor. Den innehåller också andra nivåns cache,3,3 V
Pentium II 1997 32-bitars – – – 233-400 MHz Alla funktioner Pentium pro plus MMX-teknik,3.3 V, 7,5 miljoner transistorer
Pentium III 1999 32-bitars 64GB 370 PGA 600-1.3 MHz Förbättrad version av Pentium II; 70 nya SIMD-instruktioner
Pentium 4 2000 32-bitars 64GB 423 PGA 600-1.3 GHz Förbättrad version av Pentium III
Itanium 2001 64-bitars 64 adresslinjer 423 PGA 733 MHz-1.3 GHz 64-bitars EPIC-processor

Var,

  • PGA – Pin Grid Array
  • MMX – MultiMedia eXtensions
  • EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing
  • SIMD – Single Instruction Multiple Data
  • ALU – Aritmetisk och logisk enhet
  • MMU – Memory Management Unit
  • FPU – Floating Point Unit

Grundläggande termer som används i mikroprocessorer

Här finns en lista över några grundläggande termer som används i mikroprocessorer:

Instruktionsuppsättning – Den grupp av kommandon som mikroprocessorn kan förstå kallas instruktionsuppsättning. Det är ett gränssnitt mellan hårdvara och mjukvara.

Buss – En uppsättning ledare som är avsedda att överföra data, adress- eller styrinformation till olika element i en mikroprocessor. En mikroprocessor har tre typer av bussar, dvs. databuss, adressbuss och kontrollbuss.

IPC (Instructions Per Cycle) – Det är ett mått på hur många instruktioner en CPU kan utföra under en enda klockslag.

Klockhastighet – Det är det antal operationer per sekund som processorn kan utföra. Det kan uttryckas i megahertz (MHz) eller gigahertz (GHz). Det kallas också klockfrekvens.

Bandbredd – Antalet bitar som behandlas i en enskild instruktion kallas bandbredd.

Wordlängd – Antalet bitar som processorn kan behandla åt gången kallas processorns ordlängd. 8-bitars mikroprocessor kan bearbeta 8 -bit data åt gången. Ordlängden varierar från 4 bitar till 64 bitar beroende på mikrodatorns typ.

Datatyper – Mikroprocessorn stöder flera datatypsformat som binära, ASCII, signerade och osignerade tal.

Mikroprocessorns funktion

Mikroprocessorn följer en sekvens för att utföra en instruktion: Hämta, avkoda och sedan utföra.

Instruktionerna lagras inledningsvis i datorns lagringsminne i sekventiell ordning. Mikroprocessorn hämtar dessa instruktioner från det lagrade området (minnet), avkodar dem sedan och utför dessa instruktioner tills STOP-instruktionen uppfylls. Därefter skickar den resultatet i binär form till utgångsporten. Mellan dessa processer lagrar registret tillfälliga data och ALU (Aritmetic and Logic Unit) utför beräkningsfunktionerna.

Mikroprocessorns egenskaper

  • Låg kostnad – På grund av tekniken med integrerade kretsar kan mikroprocessorer fås till en mycket låg kostnad. Det minskar kostnaden för ett datorsystem.
  • Hög hastighet – På grund av den teknik som ingår i den kan mikroprocessorn arbeta med mycket hög hastighet. Den kan utföra miljontals instruktioner per sekund.
  • Liten storlek – En mikroprocessor tillverkas på ett mycket litet fotavtryck tack vare mycket storskalig och ultrastorskalig integrationsteknik. På grund av detta minskar datorsystemets storlek.
  • Mångsidig – Samma chip kan användas för flera tillämpningar, därför är mikroprocessorer mångsidiga.
  • Låg energiförbrukning – Mikroprocessorer använder sig av metalloxidhalvledarteknik, som förbrukar mindre ström.
  • Mindre värmeutveckling – Mikroprocessorer använder sig av halvledarteknik som inte avger mycket värme jämfört med vakuumrörsenheter.
  • Tillförlitlig – Eftersom mikroprocessorer använder sig av halvledarteknik är felfrekvensen därför mycket liten. Därför är den mycket tillförlitlig.
  • Bärbar – På grund av den lilla storleken och den låga energiförbrukningen är mikroprocessorer bärbara.