Ποιο είναι το βασικό διακριτικό χαρακτηριστικό ενός μικροεπεξεργαστή;

Ο περισσότερος σύγχρονος εξοπλισμός υπολογιστών έχει έναν μικροεπεξεργαστή στην καρδιά του. Ο μικροεπεξεργαστής δίνει σε έναν υπολογιστή τη δυνατότητα να υπολογίζει, να ταξινομεί δεδομένα και να εκτελεί λογικές συγκρίσεις. Το βασικό χαρακτηριστικό ενός μικροεπεξεργαστή είναι η ολοκληρωμένη φύση του -- ο τρόπος που συνδυάζει πολλά διαφορετικά κυκλώματα σε ένα ενιαίο πακέτο. Η ύπαρξη των βασικών εξαρτημάτων σε μία συσκευή καθιστά τον ψηφιακό εξοπλισμό -- συμπεριλαμβανομένων κινητών τηλεφώνων, προσωπικών υπολογιστών και διακομιστών Web -- μικρότερο, λιγότερο δαπανηρό και ευκολότερο στην κατασκευή.

Πριν από το 1971, τη χρονιά κατά την οποία οι μηχανικοί της Intel ανέπτυξαν τον πρώτο μικροεπεξεργαστή, τα περισσότερα ηλεκτρονικά κυκλώματα εξακολουθούσαν να αποτελούνται από διακριτά μέρη: μεμονωμένα τρανζίστορ, αντιστάσεις και πυκνωτές. Οι υπολογιστές που κατασκευάζονταν τότε χρησιμοποιούσαν πολλά από τα ίδια βασικά λειτουργικά μέρη που χρησιμοποιούνται σήμερα: μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) που αποτελείται από μια αριθμητική και λογική μονάδα (ALU), καταχωρητές διευθύνσεων δεδομένων και μνήμης, έναν μετρητή προγράμματος και άλλα κυκλώματα. Κάθε δομικό στοιχείο θα μπορούσε να αποτελείται από πολλές πλακέτες κυκλωμάτων, καθεμία από τις οποίες περιείχε δεκάδες μεμονωμένα μέρη. Οι πλακέτες κυκλωμάτων συνδέονταν σε ένα κοινό πλαίσιο που μετέφερε ηλεκτρονικά σήματα μπρος-πίσω ανάμεσά τους.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είχαν βελτιωθεί σε σημείο που το καθένα είχε χιλιάδες τρανζίστορ, περίπου τον αριθμό που χρειαζόταν για την κατασκευή ενός απλού υπολογιστή. Οι μηχανικοί δημιούργησαν κυκλώματα που υλοποιούν τις βασικές λειτουργίες ενός υπολογιστή σε ένα μόνο τσιπ πυριτίου. Αντί για έναν υπολογιστή που γέμιζε ένα ντουλάπι, δημιούργησαν έναν υπολογιστή σε μία μόνο συσκευή που χωρούσε στο δάχτυλό σας. Με την εξάλειψη των χιλιάδων συγκολλημένων συνδέσεων μεταξύ των τρανζίστορ σε διακριτά κυκλώματα, οι μηχανικοί βελτίωσαν σημαντικά την αξιοπιστία του υπολογιστή. Μόλις οριστικοποιήσουν τον σχεδιασμό του τσιπ, τα εργοστάσια θα μπορούσαν να τα εξαλείψουν κατά εκατομμύρια, μειώνοντας το κόστος κατά συντελεστές έως και 1.000.

Στις δεκαετίες που ακολούθησαν τη δεκαετία του 1970, οι τεχνικές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων αύξησαν τον αριθμό των τρανζίστορ σε ένα μόνο τσιπ από χιλιάδες σε δισεκατομμύρια. Αν και οι μικροεπεξεργαστές διατηρούν την ίδια βασική οργάνωση όπως πριν, τώρα διαθέτουν χαρακτηριστικά όπως πολλαπλές CPU, μνήμη υψηλής ταχύτητας και εξελιγμένη διαχείριση ενέργειας. Εκτός από το ότι έχουν πιο πολύπλοκα κυκλώματα, έχουν πάνω από 1.000 φορές μεγαλύτερη επεξεργαστική ισχύ από τις παλαιότερες συσκευές.

Δύο παραλλαγές του μικροεπεξεργαστή, το system-on-a-chip (SoC) και ο μικροελεγκτής, προωθούν την έννοια της ολοκλήρωσης, τοποθετώντας περισσότερα λειτουργικά μέρη στο ίδιο τσιπ. Ένα μεμονωμένο SoC μπορεί, για παράδειγμα, να περιέχει έναν μικροεπεξεργαστή, κύκλωμα ραδιοφωνικού σήματος και μνήμη δεδομένων. Μια κάπως παλαιότερη ιδέα, ο μικροελεγκτής, διαθέτει μικροεπεξεργαστή, μνήμη και κύκλωμα για επικοινωνία και οδήγηση εξωτερικών συσκευών.