1.3. Мікропроцесори.

Мікропроцесор, інакше, центральний процесор Central Processing Unit (CPU) функціонально закінчений програмно-керований пристрій обробки інформації, виконаний у вигляді однієї або декількох великих (ВІС) або зверхвеликих (СВІС) інтегральних схем.

Для МП на ВІС або ЗВІС характерні:

• простота виробництва (по єдиній технології);

• низька вартість (при масовому виробництві);

• малі габарити (пластина площею декілька квадратних сантиметрів або кубик зі стороною декілька міліметрів);

• висока надійність;

• мале споживання енергії.

Мікропроцесор виконує наступні функції:

• читання і дешифрацію команд з основної пам'яті;

• читання даних з ОП і регістрів адаптерів зовнішніх пристроїв;

• прийом і обробку запитів і команд від адаптерів на обслуговування ВП;

• обробку даних і їх запис в ОП і регістри адаптерів ВП;

• вироблення керуючих сигналів для всіх інших вузлів і блоків ПК. Розрядність шини даних мікропроцесора визначає розрядність ПК загалом; розрядність шини адреси МП його адресний простір.

Перший мікропроцесор був випущений в 1971 р. фірмою Intel (США) МП 4004. У цей час випускається декілька сотень різних мікропроцесорів, але найбільш популярними і поширеними є мікропроцесори фірми Intel і Intel-подібні.

Всі мікропроцесори можна розділити на три групи:

• МП типу CISC (Complex Instmction Set Computing) з повним набором команд;

• МП типу RISC (Reduced Instruction Set Computing) з скороченим набором команд;

• МП типу MISC (Minimum Instruction Set Computing) з мінімальним набором команд і вельми високою швидкодією (в цей час ці моделі перебувають в стадії розробки).

Мікропроцесори типу CISC

Більшість сучасних ПК типу IBM PC (International Business Machine) використовують МП типу CISC, характеристики найбільш поширених з них приведені в табл. 4.5.

Характеристики найбільш поширених CISC МП

Модель МП	Розрядність, біт		Тактова частота, МГц	Число команд	Число елементів	Рік випуску
	даних	адреси
4004	4	4	4,77	45	2300	1971
8080	8	8	4,77		10000	1974
8086	16	16	4,77 і 8	134	70000	1982
8088	8, 16	16	4,77 і 8	134	70000	1981
80186	16	20	8 і 10		140000	1984
80286	16	24	10-33		180000	1985
80386	32	32	25-50	240	275000	1987
80486	32	32	33-120	240	1,210	1989
Pentium	64	32	50-150	240	3, ll06	1993
Pentium Pro	64	32	66-700	240	5,5106	1995

Мікропроцесори типу RISC

Мікропроцесори типу RISC містять набір тільки простих, команд, що частіше за все зустрічаються в програмах. При необхідності виконання більш складних команд в мікропроцесорі проводиться їх автоматичне збирання з простих. У цих МП на виконання кожної простої команди за рахунок їх накладення і паралельного виконання тратиться 1 машинний такт (на виконання навіть самої короткої команди з системи CISC звичайно тратиться 4 такти).

Деякі мікропроцесори типу RISC: один з перших МП ARM (на його основі випускалися ПК IBM PC XT) 32-розрядний МП, що має 118 різних команд. Тимчасові RISC МП (80860, 80960, 80870, Power PC) є 64-розрядними при швидко- дії до 150 млн. оп./с. Мікропроцесори Power PC (Performance Optimized With Enhanced RISC PC) вельми перспективні і вже зараз широко застосовуються в машинах-серверах і в ПК типу Macintosh,

Мікропроцесори типу RISC мають дуже високу швидкодію, але програмно не сумісні з CISC-процесорами: при виконанні програм, розроблених для ПК типу IBM PC, вони можуть лише емулювати (моделювати, імітувати) МП типу CISC на програмному рівні, що приводить до різкого зменшення їх ефективного виробництва.

Все нові МП створюються на основі технологій, що забезпечують формування елементів з лінійним розміром порядку 0,5 мкм (традиційні МП 80486 і Pentium-66 використали 0,8-мкм елементи).

Зменшення розмірів елементів забезпечує можливість:

• збільшення тактової частоти МП до 100 МГц і вище, оскільки гальмом в збільшенні швидкодії вже є недостатня (!) швидкість поширення "світла" (300 000 км/год);

• зменшення перегріву МП, дозволяючи використати знижене напруження живлення до 2 В (замість стандартних 5 В).

Функціонально МП складається з двох частин:

• операційна, що містить пристрій управління, арифметико-логічний пристрій і микропроцессорну пам'ять (за винятком декількох адресних регістрів);

• інтерфейсної, що містить адресні регістри МПП, блок регістрів команд, схеми управління шиною і портами.

Працюють обидві частини паралельно, причому інтерфейсна частина випереджає операційну, так що вибірка чергової команди з пам'яті (її запис в блок регістрів команд і попередній аналіз) проводиться під час виконання операційною частиною попередньої команди. Сучасні мікропроцесори мають декілька груп регістрів в мікропроцесорній частині, працюючих з різною мірою випередження, що дозволяє виконувати операції в конвеєрному режимі. Така організація МП дає можливість значно підвищити його ефективну швидкодію.