แนวคิดไมโครโปรเซสเซอร์
Microprocessorคือสมองของคอมพิวเตอร์ซึ่งทำงานทั้งหมด เป็นโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ที่รวมฟังก์ชั่นทั้งหมดของ CPU (Central Processing Unit) ไว้บน IC ตัวเดียว (วงจรรวม) หรือ IC เพียงไม่กี่ตัว ไมโครโปรเซสเซอร์เปิดตัวครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1970 4004 เป็นไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปตัวแรกที่ Intel ใช้ในการสร้างคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล การมาถึงของไมโครโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์ราคาประหยัดเป็นเครื่องมือสำคัญในการพัฒนาสังคมสมัยใหม่ในแบบที่มันมี
เราจะศึกษาลักษณะและส่วนประกอบของไมโครโปรเซสเซอร์โดยละเอียด
ลักษณะของไมโครโปรเซสเซอร์
ไมโครโปรเซสเซอร์เป็นอุปกรณ์อเนกประสงค์ที่สามารถออกแบบมาสำหรับฟังก์ชันทั่วไปหรือเฉพาะทาง ไมโครโปรเซสเซอร์ของแล็ปท็อปและสมาร์ทโฟนนั้นมีวัตถุประสงค์ทั่วไปในขณะที่ไมโครโปรเซสเซอร์ของแล็ปท็อปและสมาร์ทโฟนนั้นมีวัตถุประสงค์เฉพาะ มีลักษณะบางอย่างที่เหมือนกันกับไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งหมด
นี่คือลักษณะการกำหนดที่สำคัญที่สุดของไมโครโปรเซสเซอร์ -
- ความเร็วนาฬิกา
- ชุดคำสั่ง
- ขนาดคำ
ความเร็วนาฬิกา
ไมโครโปรเซสเซอร์ทุกตัวมีไฟล์ internal clockที่ควบคุมความเร็วที่รันคำสั่งและซิงโครไนซ์กับส่วนประกอบอื่น ๆ ความเร็วที่ไมโครโปรเซสเซอร์เรียกใช้คำสั่งเรียกว่าclock speed. ความเร็วสัญญาณนาฬิกาวัดเป็น MHz หรือ GHz โดยที่ 1 MHz หมายถึง 1 ล้านรอบต่อวินาทีในขณะที่ 1 GHz เท่ากับ 1 พันล้านรอบต่อวินาที วงจรในที่นี้หมายถึงวงจรสัญญาณไฟฟ้าเดียว
ไมโครโปรเซสเซอร์ในปัจจุบันมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาอยู่ในช่วง 3 GHz ซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่เทคโนโลยีปัจจุบันสามารถทำได้ ความเร็วที่มากกว่านี้จะสร้างความร้อนเพียงพอที่จะทำให้ชิปเสียหายได้ เพื่อเอาชนะสิ่งนี้ผู้ผลิตใช้โปรเซสเซอร์หลายตัวที่ทำงานควบคู่กันบนชิป
ขนาดคำ
จำนวนบิตที่โปรเซสเซอร์สามารถประมวลผลได้ในคำสั่งเดียวเรียกว่า word size. ขนาด Word กำหนดจำนวน RAM ที่สามารถเข้าถึงได้ในครั้งเดียวและจำนวนพินทั้งหมดบนไมโครโปรเซสเซอร์ จำนวนขาเข้าและขาออกทั้งหมดจะเป็นตัวกำหนดสถาปัตยกรรมของไมโครโปรเซสเซอร์
ไมโครโปรเซสเซอร์เชิงพาณิชย์ตัวแรก Intel 4004 เป็นโปรเซสเซอร์ 4 บิต มีพินอินพุต 4 ขาและขาออก 4 ขา จำนวนพินเอาต์พุตจะเท่ากับจำนวนพินอินพุตเสมอ ปัจจุบันไมโครโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่ใช้สถาปัตยกรรม 32 บิตหรือ 64 บิต
ชุดคำสั่ง
คำสั่งที่กำหนดให้กับเครื่องดิจิทัลเพื่อดำเนินการกับข้อมูลส่วนหนึ่งเรียกว่าไฟล์ instruction. ชุดคำสั่งระดับเครื่องพื้นฐานที่ไมโครโปรเซสเซอร์ออกแบบมาเพื่อดำเนินการเรียกว่าinstruction set. คำแนะนำเหล่านี้ดำเนินการประเภทนี้ -
- การถ่ายโอนข้อมูล
- การคำนวณทางคณิตศาสตร์
- การดำเนินการทางตรรกะ
- การควบคุมการไหล
- อินพุต / เอาต์พุตและการควบคุมเครื่อง
ส่วนประกอบไมโครโปรเซสเซอร์
เมื่อเทียบกับไมโครโปรเซสเซอร์รุ่นแรกโปรเซสเซอร์ในปัจจุบันมีขนาดเล็กมาก แต่ก็ยังมีชิ้นส่วนพื้นฐานเหล่านี้จากรุ่นแรก -
- CPU
- Bus
- Memory
ซีพียู
ซีพียูถูกประดิษฐ์เป็นวงจรรวมขนาดใหญ่มาก (VLSI) และมีชิ้นส่วนเหล่านี้ -
Instruction register - มันเก็บคำสั่งที่จะดำเนินการ
Decoder - ถอดรหัส (แปลงเป็นภาษาระดับเครื่อง) คำสั่งและส่งไปยัง ALU (Arithmetic Logic Unit)
ALU - มีวงจรที่จำเป็นในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ตรรกะหน่วยความจำรีจิสเตอร์และโปรแกรม
Register- เก็บผลลัพธ์ระดับกลางที่ได้รับระหว่างการประมวลผลโปรแกรม รีจิสเตอร์ใช้สำหรับเก็บผลลัพธ์ดังกล่าวมากกว่าแรมเนื่องจากการเข้าถึงรีจิสเตอร์นั้นเร็วกว่าการเข้าถึงแรมเกือบ 10 เท่า
รถบัส
สายเชื่อมต่อที่ใช้เชื่อมต่อชิ้นส่วนภายในของชิปไมโครโปรเซสเซอร์เรียกว่าบัส ไมโครโปรเซสเซอร์มีบัสสามประเภท -
Data Bus- เส้นที่นำข้อมูลเข้าและออกจากหน่วยความจำเรียกว่าบัสข้อมูล เป็นบัสสองทิศทางที่มีความกว้างเท่ากับความยาวคำของไมโครโปรเซสเซอร์
Address Bus - เป็นหน่วยความจำทิศทางเดียวที่รับผิดชอบในการนำแอดเดรสของตำแหน่งหน่วยความจำหรือพอร์ต I / O จาก CPU ไปยังหน่วยความจำหรือพอร์ต I / O
Control Bus - เส้นที่มีสัญญาณควบคุมเช่น clock signals, interrupt signal หรือ ready signalเรียกว่าบัสควบคุม เป็นแบบสองทิศทาง สัญญาณที่บ่งบอกว่าอุปกรณ์พร้อมสำหรับการประมวลผลเรียกว่าready signal. สัญญาณที่บ่งบอกให้อุปกรณ์ขัดจังหวะกระบวนการเรียกว่าไฟล์interrupt signal.
หน่วยความจำ
ไมโครโปรเซสเซอร์มีหน่วยความจำสองประเภท
RAM- Random Access Memory คือหน่วยความจำแบบลบได้ซึ่งจะถูกลบเมื่อปิดเครื่อง ข้อมูลและคำแนะนำทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ใน RAM
ROM- หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวคือหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนซึ่งข้อมูลยังคงอยู่แม้จะปิดเครื่องแล้วก็ตาม ไมโครโปรเซสเซอร์สามารถอ่านได้ทุกเมื่อที่ต้องการ แต่ไม่สามารถเขียนลงไปได้ มีการตั้งโปรแกรมล่วงหน้าด้วยข้อมูลที่สำคัญที่สุดเช่นลำดับการบูตโดยผู้ผลิต