רכיבים בסיסיים של מיקרו-מעבדים

אינטל הציגה את המיקרו-מעבד הראשון ב-1971 וקראה לו שבב 4004. המיקרו-מעבדים של היום, עם מימדים קטנים מאגורה, מציעים יותר כוח ויכולות. מרכז המחשב, יחידת העיבוד המרכזית (CPU) מורכבת ממעבד אחד או יותר. מיוצרים משבב סיליקון המכיל מיליוני טרנזיסטורים, מעבדים מעבירים נתונים מכתובת זיכרון אחת למקום אחר. המעבדים מקבלים החלטות ואז ממשיכים לעבוד על הוראות וחישובים חדשים.

ה"יחידה האריתמטית והלוגית" (ALU) מבצעת חישובים מתמטיים, כגון חיסור, חיבור, חילוק ופונקציות בוליאניות. פונקציות בוליאניות הן סוג של לוגיקה המשמשת לעיצובי מעגלים. ה-ALU גם מבצע השוואות ובדיקות לוגיות. המעבד משדר אותות ל-ALU, שמפרש את ההוראות ומבצע את החישובים.

למיקרו-מעבדים יש מקומות אחסון נתונים זמניים הנקראים אוגרים. אזורי זיכרון אלה שומרים על נתונים, כגון הוראות מחשב, כתובות אחסון, תווים ונתונים אחרים. הוראות מחשב מסוימות עשויות לדרוש שימוש באוגרים מסוימים כחלק מפקודה. לכל אוגר יש פונקציה ספציפית, כגון אוגר פקודות, מונה תוכניות, מצבר ואוגר כתובות זיכרון. לדוגמה, אוגר תוכנית מכיל את הכתובת של הוראות שנלקחו מזיכרון גישה אקראית.

יחידות בקרה (CUs) מקבלות אותות מה-CPU, אשר מורה ליחידת הבקרה להעביר נתונים ממעבד למיקרו. יחידת הבקרה מכוונת גם את היחידה האריתמטית והלוגית. יחידות בקרה מורכבות ממספר רכיבים, כגון מפענח, שעון ומעגלי לוגיקה בקרה. בעבודה משותפת, מכשירים אלה משדרים אותות למיקומים מסוימים במיקרו-מעבד.

לדוגמה, המפענח מקבל פקודות מאפליקציה. המפענח מפרש את ההוראות ומבצע פעולה. הוא שולח אותות ל-ALU או מנחה אוגרים לבצע משימות ספציפיות. יחידת הלוגיקה הבקרה משדרת אותות לחלקים שונים של המיקרו-מעבד והאוגרים, מה שמודיע לרכיבים הללו לבצע פעולות. השעון שולח אותות המסנכרנים ומבטיחים ביצוע בזמן של פקודות ותהליכים.

למיקרו-מעבדים יש מערכת של אוטובוסים, המעבירים נתונים. אוטובוסים מתייחסים לסיווגים של חיווט שיש להם משימות ופונקציות ספציפיות. אפיק הנתונים מעביר נתונים בין יחידת העיבוד המרכזית לזיכרון גישה אקראית (RAM) - הזיכרון הראשי של המחשב. אפיק הבקרה שולח מידע הדרוש כדי לתאם ולשלוט במספר משימות. אפיק הכתובות משדר את הכתובת בין המעבד ל-RAM לצורך עיבוד הנתונים.

לחלק מהמיקרו-מעבדים המתקדמים יש מטמון זיכרון, ששומר על הנתונים האחרונים שבהם השתמש ה-CPU. מטמוני זיכרון מאיצים את תהליך המחשוב, מכיוון שה-CPU לא צריך לעבור ל-RAM האיטי יותר כדי לאחזר נתונים. למחשבים רבים יש מטמונים ברמה 1 או רמה 2; לחלק מהמערכות יש מטמונים ברמה 3. רמת המטמון מציינת את הסדר שבו המעבד בודק נתונים, החל מרמה 1. לעתים קרובות יצרנים משלבים מטמונים ברמה 2 ורמה 3 במיקרו-מעבד, מה שמשפר את מהירות העיבוד.