Микропроцессор или просто процессор — это центральная интегральная схема компьютерной системы, в которой выполняются логические и арифметические операции (вычисления), позволяющие выполнять программы, от операционных процессов до прикладного программного обеспечения.
Микропроцессор может работать с одним или несколькими центральными процессорами (центральными процессорами), каждый из которых состоит из регистров, блока управления, арифметическо-логического блока и блока вычисления с плавающей запятой.
Аналогичным образом, он обычно подключается с помощью гнезда к опорной плите или материнской плате вместе с системой теплоотвода, которая соответствует определенным материалам, таким как темика и охладитель вентилятора.
В то время как один и тот же микропроцессор может иметь одно или несколько физических или логических ядер, в которых выполняются все вычислительные работы, одна и та же компьютерная система может иметь несколько процессоров, работающих параллельно.
Производительность этих процессоров нелегко измерить, но тактовая частота часто используется для того, чтобы отличить мощность одних процессоров от мощности других.
История микропроцессора
Микропроцессоры появились как продукт технологической эволюции двух специфических отраслей: вычислительной и полупроводниковой. И то и другое началось в середине ХХ века, в контексте Второй мировой войны, с изобретения транзистора, который заменил вакуумные трубки.
С тех пор кремний использовался для создания простых электронных схем, что привело к созданию первых цифровых схем: транзистор-резисторной логики (RTL), диодной транзисторной логики (DTL), транзисторной логики (TTL) и дополнительной логики передатчика (ECL).
Следующим шагом на пути к микропроцессорам станет изобретение интегральных микросхем (SSI и MSI), что позволит начать агрегацию и миниатюризацию компонентов. Однако для первых калькуляторов, использующих эту технологию, потребовалось от 75 до 100 интегральных схем, что было непрактично. Таким образом, следующим шагом в сокращении вычислительной архитектуры стала разработка первых микропроцессоров.
Первым процессором стал процессор Intel 4004, выпущенный в 1971 году. Он содержал 2300 транзисторов и при емкости всего 4 бита мог выполнять 60 000 логических операций в секунду на тактовой частоте 700 Гц. С тех пор технологическая гонка инвестировала в разработку более совершенных и мощных микросхем: 8-битных, 16-битных, 32-битных и 64-битных, достигающих в настоящее время частот выше 3 ГГц.
Характеристики микропроцессора
Микропроцессоры похожи на маленький миниатюрный цифровой компьютер, представляющий собственную архитектуру и выполняющий операции под управлением программы. Эта архитектура состоит из:
Инкапсуляция. Керамическая крышка, закрывающая кремний и защищающая его от воздействия атмосферного воздуха (например, кислорода).
Кэш. Тип сверхбыстрой памяти, доступной для процессора, так что он не использует оперативную память, но при необходимости, так как на различных уровнях кэша данные памяти хранятся в памяти для немедленного восстановления.
Математический сопроцессор. Называемый модулем с плавающей запятой, это та часть процессора, которая отвечает за логические и формальные операции.
Записи. Короткая рабочая память в процессоре, предназначенная для отслеживания собственной работы и условий эксплуатации.
Порты. Кабелепроводы, позволяющие процессору обмениваться информацией с остальными компонентами системы.
Для чего нужен микропроцессор?
Микропроцессоры — это "мозг" компьютера: его логический центр арифметических и логических операций, где будут выполняться все программы системы, а не только собственные программы операционной системы, но и приложения, выполняемые пользователем. Есть также двоичная логика системы и доступ к памяти. То есть, процессор - это информационный движок компьютера.
Функционирование микропроцессора
Микропроцессор работает на основе серии элементарных инструкций, которые предварительно запрограммированы и сохранены в виде двоичного кода. Эти инструкции будут сгруппированы в оперативную память и даны в соответствии с различными фазами, которые таковыми являются:
Предварительное чтение инструкции из оперативной памяти системы.
Отправка специальной инструкции декодеру.
Декодирование. Перевод команды в серию выполняемых операций и чтение необходимых для этого операндов.
Исполнение. Выполнение инструкций компонентами системы.
Запись. Запись результатов обратно в оперативную память или в регистры.
Эти фазы выполняются в несколько циклов процессора, и их продолжительность зависит от частоты, с которой микропроцессор работает.