Mikroprosesor

Sebuah mikroprosesor menggabungkan fungsi sebuah komputer 's central processing unit (CPU) pada satu sirkuit terpadu (IC), atau paling banyak beberapa sirkuit terpadu. Semua CPU modern mikroprosesor membuat berlebihan mikro-prefix . Mikroprosesor adalah serbaguna, diprogram perangkat yang menerima data digital sebagai masukan, proses itu sesuai dengan instruksi yang tersimpan dalam memori, dan memberikan hasil sebagai output. Ini adalah contoh dari logika digital sekuensial , karena memiliki memori internal. Mikroprosesor beroperasi pada angka dan simbol terwakili dalam sistem angka biner .

Munculnya komputer murah di sirkuit terpadu telah mengubah masyarakat modern. Tujuan umum mikroprosesor di komputer pribadi yang digunakan untuk perhitungan, mengedit teks, tampilan multimedia, dan komunikasi melalui Internet . Banyak mikroprosesor lebih merupakan bagian dari embedded system , menyediakan kontrol digital atas benda segudang dari peralatan ke mobil untuk telepon selular dan kontrol proses industri.

Intel memperkenalkan 4-bit pertama mikroprosesor 4004 pada tahun 1971 dan yang 8-bit mikroprosesor 8008 pada tahun 1972. Selama tahun 1960, prosesor komputer dibangun dari skala kecil menengah dan IC-masing mengandung dari puluhan transistor untuk beberapa ratus. Ini ditempatkan dan disolder ke papan sirkuit cetak, dan sering beberapa papan yang saling berhubungan dalam chassis. Banyaknya diskrit gerbang logika yang digunakan listrik power-dan karena itu lebih menghasilkan lebih panas daripada desain yang lebih terpadu dengan sedikit IC. Jarak yang sinyal harus perjalanan antara IC pada papan terbatas kecepatan operasi komputer.

Di NASA misi ruang angkasa Apollo ke bulan pada 1960-an dan 1970-an, semua perhitungan onboard untuk bimbingan primer, navigasi dan kontrol yang disediakan oleh prosesor kustom kecil yang disebut "The Apollo Bimbingan Komputer ". Ini digunakan kawat papan sirkuit bungkus yang hanya logika elemen tiga-masukan gerbang NOR .

Integrasi dari seluruh CPU ke sebuah chip tunggal atau beberapa chip sangat mengurangi biaya tenaga pemrosesan. Prosesor Sirkuit terpadu diproduksi dalam jumlah besar oleh proses sangat otomatis, sehingga unit cost rendah. Prosesor single-chip meningkatkan keandalan karena ada banyak sambungan listrik lebih sedikit untuk gagal. Seperti desain mikroprosesor bisa lebih cepat, biaya produksi chip (dengan komponen yang lebih kecil dibangun di atas sebuah chip semikonduktor ukuran yang sama) pada umumnya tetap sama.

Mikroprosesor terintegrasi ke dalam satu atau beberapa IC skala besar arsitektur yang sebelumnya telah dilaksanakan dengan menggunakan banyak sirkuit terpadu skala kecil dan menengah. Terus meningkat dalam kapasitas mikroprosesor telah memberikan bentuk lain dari komputer hampir sepenuhnya usang (lihat Sejarah perangkat keras komputer ), dengan satu atau lebih mikroprosesor yang digunakan dalam segala hal dari yang terkecil embedded system dan perangkat genggam sampai yang terbesar mainframe dan superkomputer .

Mikroprosesor pertama kali muncul pada awal tahun 1970 dan digunakan untuk elektronik kalkulator , menggunakan kode-biner desimal (BCD) aritmatika pada 4-bit kata-kata . Lain tertanam menggunakan 4-bit dan 8-bit mikroprosesor, seperti terminal , printer , berbagai macam otomatisasi dll, mengikuti setelahnya. Terjangkau mikroprosesor 8-bit dengan 16-bit juga menyebabkan tujuan umum pertama mikrokomputer dari pertengahan 1970-an di.

Sejak awal 1970-an, peningkatan kapasitas mikroprosesor telah mengikuti hukum Moore , ini awalnya menyarankan bahwa jumlah komponen yang dapat dipasang ke sebuah chip ganda setiap tahun. Dengan teknologi ini, sebenarnya setiap dua tahun, dan sebagai Moore tersebut kemudian berubah periode dua tahun.

Struktur Mikroprosesor

Sebuah diagram blok dari arsitektur internal mikroprosesor Z80, menunjukkan aritmatika dan logika bagian, daftar berkas, kontrol bagian logika, dan buffer ke alamat dan data garis eksternal

Pengaturan internal mikroprosesor bervariasi tergantung pada usia desain dan tujuan yang dimaksudkan prosesor. Kompleksitas sirkuit terpadu dibatasi oleh keterbatasan fisik jumlah transistor yang dapat dimasukkan ke salah satu chip, jumlah paket pengakhiran yang dapat menghubungkan prosesor ke bagian lain dari sistem, jumlah interkoneksi adalah mungkin untuk membuat pada chip, dan panas yang chip dapat menghilang. Kemajuan teknologi membuat chip yang lebih kompleks dan kuat layak untuk memproduksi.

Sebuah mikroprosesor hipotetis minimal mungkin hanya mencakup unit aritmatika logika (ALU) dan bagian kontrol logika. ALU melakukan operasi seperti penambahan, pengurangan, dan operasi seperti AND atau OR. Setiap operasi ALU menetapkan satu atau lebih bendera dalam register status, yang menunjukkan hasil dari operasi terakhir (nol nilai, angka negatif, overflow. Atau orang lain). Bagian logika mengambil kode operasi instruksi dari memori, dan inisiat urutan operasi dari ALU apa pun membutuhkan untuk melaksanakan instruksi. Kode operasi tunggal dapat mempengaruhi banyak jalan individual data, register, dan elemen lain dari prosesor.

Sebagai teknologi sirkuit terpadu maju, itu layak untuk memproduksi lebih banyak dan lebih kompleks prosesor pada satu chip. Ukuran objek data menjadi lebih besar, memungkinkan lebih banyak transistor pada sebuah chip memungkinkan ukuran kata meningkat dari 4 - dan 8-bit sampai dengan kata-kata 64-bit saat ini. Fitur tambahan yang ditambahkan ke arsitektur prosesor, lebih register on-chip mempercepat program, dan instruksi yang kompleks dapat digunakan untuk membuat program yang lebih kompak. Floating-point aritmatika, misalnya, sering tidak tersedia pada 8-bit mikroprosesor, tetapi harus dilakukan dalam perangkat lunak. Integrasi titik unit floating pertama sebagai sirkuit terpadu yang terpisah dan kemudian sebagai bagian dari chip mikroprosesor yang sama, mempercepat perhitungan floating point.

Kadang-kadang, keterbatasan fisik sirkuit terpadu membuat praktek-praktek seperti bit slice pendekatan yang diperlukan. Alih-alih memproses semua kata yang panjang pada satu sirkuit terpadu, beberapa sirkuit secara paralel olahan subset dari setiap kata data. Sementara logika tambahan ini diperlukan untuk menangani, misalnya, membawa dan melimpah dalam setiap slice, hasilnya adalah sebuah sistem yang bisa menangani, misalnya, kata-kata 32-bit menggunakan sirkuit terpadu dengan kapasitas hanya 4 bit masing-masing.

Dengan kemampuan untuk menempatkan sejumlah besar transistor pada satu chip, menjadi layak untuk mengintegrasikan memori pada die yang sama seperti prosesor. Ini CPU cache memiliki keuntungan dari akses yang lebih cepat daripada memori off-chip, dan meningkatkan kecepatan pemrosesan sistem untuk banyak aplikasi. Umumnya, kecepatan prosesor telah meningkat lebih cepat dari kecepatan memori eksternal, sehingga memori cache diperlukan jika prosesor tidak tertunda oleh memori eksternal lebih lambat.