Βασικά Εξαρτήματα Μικροεπεξεργαστών

Η Intel παρουσίασε τον πρώτο μικροεπεξεργαστή το 1971 και τον ονόμασε chip 4004. Οι σημερινοί μικροεπεξεργαστές, με διαστάσεις μικρότερες από μια δεκάρα, προσφέρουν περισσότερη ισχύ και δυνατότητες. Το κέντρο του υπολογιστή, η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) αποτελείται από έναν ή περισσότερους μικροεπεξεργαστές. Κατασκευασμένοι από ένα τσιπ σιλικόνης που περιέχει εκατομμύρια τρανζίστορ, οι μικροεπεξεργαστές μετακινούν δεδομένα από μια διεύθυνση μνήμης σε μια άλλη θέση. Οι CPU λαμβάνουν αποφάσεις και στη συνέχεια προχωρούν στην εργασία σε νέες οδηγίες και υπολογισμούς.

Η "αριθμητική και λογική μονάδα" (ALU) εκτελεί μαθηματικούς υπολογισμούς, όπως αφαίρεση, πρόσθεση, διαίρεση και συναρτήσεις Boolean. Οι συναρτήσεις Boole είναι ένας τύπος λογικής που χρησιμοποιείται για σχέδια κυκλωμάτων. Η ALU εκτελεί επίσης συγκρίσεις και λογικές δοκιμές. Ο επεξεργαστής μεταδίδει σήματα στην ALU, η οποία ερμηνεύει τις οδηγίες και εκτελεί τους υπολογισμούς.

Οι μικροεπεξεργαστές έχουν προσωρινές θέσεις αποθήκευσης δεδομένων που ονομάζονται μητρώα. Αυτές οι περιοχές μνήμης διατηρούν δεδομένα, όπως οδηγίες υπολογιστή, διευθύνσεις αποθήκευσης, χαρακτήρες και άλλα δεδομένα. Ορισμένες οδηγίες υπολογιστή ενδέχεται να απαιτούν τη χρήση ορισμένων καταχωρητών ως μέρος μιας εντολής. Κάθε καταχωρητής έχει μια συγκεκριμένη λειτουργία, όπως καταχωρητή εντολών, μετρητή προγράμματος, συσσωρευτή και καταχωρητή διευθύνσεων μνήμης. Για παράδειγμα, ένας καταχωρητής προγράμματος διατηρεί τη διεύθυνση των εντολών που λαμβάνονται από τη μνήμη τυχαίας πρόσβασης.

Οι μονάδες ελέγχου (CU) λαμβάνουν σήματα από την CPU, η οποία δίνει εντολή στη μονάδα ελέγχου να μετακινεί δεδομένα από μικροεπεξεργαστή σε μικροεπεξεργαστή. Η μονάδα ελέγχου κατευθύνει επίσης την αριθμητική και λογική μονάδα. Οι μονάδες ελέγχου αποτελούνται από πολλαπλά εξαρτήματα, όπως αποκωδικοποιητή, ρολόι και λογικά κυκλώματα ελέγχου. Σε συνεργασία, αυτές οι συσκευές μεταδίδουν σήματα σε ορισμένες θέσεις στον μικροεπεξεργαστή.

Για παράδειγμα, ο αποκωδικοποιητής λαμβάνει εντολές από μια εφαρμογή. Ο αποκωδικοποιητής ερμηνεύει τις οδηγίες και κάνει μια ενέργεια. Στέλνει σήματα στην ALU ή κατευθύνει καταχωρητές για την εκτέλεση συγκεκριμένων εργασιών. Η μονάδα λογικής ελέγχου μεταδίδει σήματα σε διαφορετικά τμήματα του μικροεπεξεργαστή και καταχωρεί, τα οποία ενημερώνουν αυτά τα στοιχεία για την εκτέλεση ενεργειών. Το ρολόι στέλνει σήματα που συγχρονίζουν και διασφαλίζουν την έγκαιρη εκτέλεση εντολών και διαδικασιών.

Οι μικροεπεξεργαστές έχουν ένα σύστημα διαύλων, που μετακινούν δεδομένα. Τα λεωφορεία αναφέρονται σε ταξινομήσεις καλωδιώσεων που έχουν συγκεκριμένες εργασίες και λειτουργίες. Ο δίαυλος δεδομένων μεταφέρει δεδομένα μεταξύ της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας και της μνήμης τυχαίας πρόσβασης (RAM) -- της κύριας μνήμης του υπολογιστή. Ο δίαυλος ελέγχου στέλνει τις απαραίτητες πληροφορίες για τον συντονισμό και τον έλεγχο πολλαπλών εργασιών. Ο δίαυλος διευθύνσεων μεταδίδει τη διεύθυνση μεταξύ της CPU και της μνήμης RAM για τα δεδομένα που υποβάλλονται σε επεξεργασία.

Ορισμένοι προηγμένοι μικροεπεξεργαστές διαθέτουν κρυφές μνήμες, οι οποίες διατηρούν τα τελευταία δεδομένα που χρησιμοποίησε η CPU. Οι κρυφές μνήμες μνήμης επιταχύνουν τη διαδικασία υπολογισμού, επειδή η CPU δεν χρειάζεται να πάει στην πιο αργή μνήμη RAM για να ανακτήσει δεδομένα. Πολλοί υπολογιστές διαθέτουν κρυφές μνήμες επιπέδου 1 ή επιπέδου 2. Ορισμένα συστήματα έχουν κρυφές μνήμες επιπέδου 3. Το επίπεδο κρυφής μνήμης υποδεικνύει τη σειρά με την οποία η CPU ελέγχει για δεδομένα, ξεκινώντας από το επίπεδο 1. Οι κατασκευαστές συχνά ενσωματώνουν κρυφές μνήμες επιπέδου 2 και επιπέδου 3 στον μικροεπεξεργαστή, γεγονός που ενισχύει την ταχύτητα επεξεργασίας.