Podstawowe elementy mikroprocesorów

Intel wprowadził pierwszy mikroprocesor w 1971 roku i nazwał go chipem 4004. Dzisiejsze mikroprocesory, o wymiarach mniejszych niż dziesięciocentówka, oferują większą moc i możliwości. Centrum komputera, jednostka centralna (CPU) składa się z jednego lub więcej mikroprocesorów. Wyprodukowane z silikonowego chipa zawierającego miliony tranzystorów, mikroprocesory przenoszą dane z jednego adresu pamięci do innego miejsca. Procesory podejmują decyzje, a następnie przechodzą do pracy nad nowymi instrukcjami i obliczeniami.

Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) wykonuje obliczenia matematyczne, takie jak odejmowanie, dodawanie, dzielenie i funkcje logiczne. Funkcje logiczne są rodzajem logiki używanej do projektowania obwodów. Jednostka ALU wykonuje również porównania i testy logiczne. Procesor przesyła sygnały do ​​jednostki ALU, która interpretuje instrukcje i wykonuje obliczenia.

Mikroprocesory posiadają tymczasowe miejsca przechowywania danych zwane rejestrami. Te obszary pamięci przechowują dane, takie jak instrukcje komputerowe, adresy pamięci, znaki i inne dane. Niektóre instrukcje komputerowe mogą wymagać użycia pewnych rejestrów jako części polecenia. Każdy rejestr ma określoną funkcję, taką jak rejestr instrukcji, licznik programu, akumulator i rejestr adresu pamięci. Na przykład rejestr programu przechowuje adres instrukcji pobranych z pamięci o dostępie swobodnym.

Jednostki sterujące (CU) odbierają sygnały z CPU, które instruują jednostkę sterującą, aby przeniosła dane z mikroprocesora do mikroprocesora. Jednostka sterująca kieruje również jednostką arytmetyczną i logiczną. Jednostki sterujące składają się z wielu elementów, takich jak dekoder, zegar i obwody logiczne sterujące. Współpracując ze sobą, urządzenia te przesyłają sygnały do ​​określonych miejsc w mikroprocesorze.

Na przykład dekoder odbiera polecenia z aplikacji. Dekoder interpretuje instrukcje i podejmuje działanie. Wysyła sygnały do ​​ALU lub kieruje rejestry do wykonania określonych zadań. Sterująca jednostka logiczna przesyła sygnały do ​​różnych sekcji mikroprocesora i rejestrów, które informują te elementy o wykonywaniu działań. Zegar wysyła sygnały, które synchronizują i zapewniają terminową realizację poleceń i procesów.

Mikroprocesory posiadają system magistral, które przenoszą dane. Autobusy odnoszą się do klasyfikacji okablowania, które mają określone zadania i funkcje. Magistrala danych przesyła dane między jednostką centralną a pamięcią o dostępie swobodnym (RAM) — podstawową pamięcią komputera. Magistrala sterująca wysyła informacje niezbędne do koordynowania i sterowania wieloma zadaniami. Magistrala adresowa przesyła adres między procesorem a pamięcią RAM dla przetwarzanych danych.

Niektóre zaawansowane mikroprocesory mają pamięci podręczne, które przechowują ostatnie dane używane przez procesor. Pamięć podręczna przyspiesza proces przetwarzania, ponieważ procesor nie musi korzystać z wolniejszej pamięci RAM, aby pobrać dane. Wiele komputerów ma pamięci podręczne poziomu 1 lub 2; niektóre systemy mają pamięć podręczną poziomu 3. Poziom pamięci podręcznej wskazuje kolejność, w jakiej procesor sprawdza dane, zaczynając od poziomu 1. Producenci często integrują pamięci podręczne poziomu 2 i 3 z mikroprocesorem, co zwiększa szybkość przetwarzania.