2

Spis treści………………………………………….………………………2

Co to w ogóle jest mikroprocesor? ………….……………….3

Początki…………………………….………………………………………4

Mikroprocesory 8-bitowe………………………………………...5

Mikroprocesory 16-bitowe……………………………………….6

Mikroprocesory 32-bitowe……………………………………….7

Budowa typowego mikroprocesora………………………….8

Wykres wydajności..………….………………………………………9

Galeria…….………………………………………………………………10

Bibliografia……………………………………………………….……..11

Mikroprocesor –układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim

stopniu integracji (LSI) zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według

dostarczonego ciągu instrukcji.

Mikroprocesor łączy funkcje centralnej jednostki obliczeniowej (CPU) w

pojedynczym półprzewodnikowym układzie scalonym. Pierwszy mikroprocesor

działał w oparciu o słowa 4-bitowe, dzięki czemu tranzystory tworzące jego

obwody logiczne mogły zmieścić się w jednym układzie.

Mikroprocesor umożliwił rozwój mikrokomputerów w połowie lat 70. XX w. Przed

tym okresem, elektroniczne CPU były konstruowane z zajmujących wiele miejsca

indywidualnych urządzeń przełączających, z których każde było odpowiednikiem

zaledwie kilku tranzystorów. Poprzez zintegrowanie procesora w jeden lub kilka

obwodów scalonych o coraz wyższej skali integracji (zawierających odpowiednik

tysięcy lub milionów tranzystorów), stosunek możliwości do

ceny procesora znacząco wzrósł. Od połowy lat

siedemdziesiątych, dzięki intensywnemu rozwojowi układów

scalonych, mikroprocesor stał się najbardziej

rozpowszechnioną formą CPU, prawie całkowicie zastępując

wszystkie inne.

Ewolucję mikroprocesora dobrze opisuje prawo Moore’a mówiące o wzroście

wydajności na przestrzeni lat. Mówi ono, że złożoność układów scalonych (liczba

tranzystorów), przy zachowaniu minimalnego kosztu składników, będzie się

podwajać co 18 miesięcy. Stwierdzenie to zachowuje prawdziwość od czasu

wczesnych lat 70. Począwszy od układów porównywalnych z prostymi

kalkulatorami, mikroprocesory osiągały coraz wyższą moc obliczeniową, co w

rezultacie doprowadziło do ich dominacji nad każdą inną formą komputera.

4

Idea mikroprocesora była naturalną konsekwencją rozwoju techniki – jej

urzeczywistnienie było jedynie kwestią czasu. Pracę nad prototypem

mikroprocesora rozpoczęły trzy konkurujące ze sobą firmy. W efekcie, w

zbliżonym czasie pojawiły się pierwsze układy nadające się do produkcji seryjnej.

Intel (układ4004), Texas Instruments TMS 1000

Intel:

Jednym z twórców idei mikroprocesora był Marcian „Ted” Hoff z nowo powstałej firmy Intel. Wpadł on na pomysł by zamiast 12 niezależnych układów scalonych do kalkulatorów zaprojektowad jeden, który będzie w stanie pełnid funkcje wszystkich tych elementów razem wziętych. Rezultatem prac Hoffa oraz Federico Fagginiego było powstanie 15 listopada 1971 r. pierwszego komercyjnego mikroprocesora czterobitowego o nazwie 4004. Zawierał on 2300 tranzystorów i wykonany był w technologii p-MOS. Miał zbiór 46 rozkazów (instrukcji) i działał przy maksymalnej częstotliwości taktowania 740 kHz z prędkością wykonania 60 tys. rozkazów na sekundę. Został wykorzystany do kalkulatorów firmy BUSICOM. Pierwszym na świecie procesorem był jednak składający się z sześciu układów MOS układ F14 CADC używany w samolocie Grumman F-14 Tomcat.

Texas Instruments:

TI zbudowało 4-bitowy mikroprocesor TMS 1000 oraz wyposażyło go w

odpowiedni kod źródłowy. W ten sposób 17 września 1971 r. powstał układ

TMS1802NC, który posłużył jako scalony rdzeń kalkulatora TI-35. Pod

względem pełnionej funkcji był to zatem odpowiednik intelowskiego 4004.

5

Według „Historii Komputerów” (MIT Press), strony 220–221, Intel zawarł kontrakt z

Computer Terminals Corporation, zwaną później Datapoint z San Antonio (Texas), dotyczący

układu do terminalu, który właśnie opracowywała ta firma. Datapoint zrezygnował z

późniejszego wykorzystywania tego chipu natomiast Intel w kwietniu 1972 r. nadał mu nazwę

8008. Był to pierwszy na świecie mikroprocesor 8-bitowy. Stał się on podstawą sławnego

MARK-8, zestawu komputerowego przedstawionego w magazynie Radio-Elektronika w 1974

r. Układ scalony 8008 oraz jego następca, sławny na cały świat Intel 8080 otworzyły rynek

mikroprocesorów.

Procesory 8008 stały się prekursorami bardzo udanej serii Intel

8080(1974 r.), Zilog Z80(1976 r.) oraz pochodnych 8-bitowych

procesorów Intela. Konkurująca z tym układem Motorola 6800

została wypuszczona na rynek w kwietniu 1974 roku.

Architektura 6800 została rozbudowana przez firmę MOS

Technology, założoną przez wcześniejszych pracowników

Motoroli– powstał w ten sposób układ MOS 6501, a następnie, po

konflikcie dotyczącym praw autorskich , układ MOS 6052, który

ujrzał światło dzienne w 1975 roku, stając się konkurencją dla

Z80 pod względem ceny(i następnie – popularności). „Intel 8008”

Zarówno komputery oparte na Z80, jak i 6502 mogły być produkowane względnie tanio

dzięki prostocie magistrali oraz zintegrowaniu elementów, które w alternatywnych projektach

trafiały poza CPU (np. kontrolera pamięci w Z80). Były to cechy, które pozwoliły w latach

80. na przeprowadzenie rewolucji w postaci dostarczania do domów prostych komputerów

jako zestawów do samodzielnego montażu, ewentualnie dostarczanie gotowych produktów

(komputerów domowych) w cenie 99$.

Western Digital Center, Inc. (WDC) zaprezentował w 1982 roku oparty na technologii

CMOS WDC 65C02 oraz sprzedał licencje kilku firmom, które to stały się rdzeniem

komputerów osobistych Apple IIc oraz IIe, klasy wszczepialnych medycznych rozruszników

serca i defibrylatorów, przemysłowych, konsumenckich i samochodowych urządzeń. WDC

zapoczątkował licencjonowanie technologii mikroprocesorowych, która była potem

kontynuowana przez ARM oraz innych producentów w latach 90. XX wieku

Atutem Motoroli w świecie 8-bitowym był wprowadzony do produkcji w 1978 roku

MC6809, dość kontrowersyjnie uważany za najmocniejszy i najlepszy spośród kiedykolwiek

wyprodukowanych procesorów 8-bitowych. Jest on także uważany za najbardziej

skomplikowany układowo projekt, który kiedykolwiek wprowadzono do użycia w

mikroprocesorach. W nowszych układach skomplikowana logika układowa była już

sukcesywnie zastępowana przez mikroprogramowanie, pozwalające na realizację tych samych

operacji w układach zawierających znacznie mniej bramek logicznych.

Kolejnym wczesnym 8-bitowym mikroprocesorem był Signetics 2650, który cieszył się

sporym zainteresowaniem ze względu na swą innowacyjność oraz rozbudowaną listę

rozkazów.

6

Pierwszym 16-bitowym mikroprocesorem segmentowym (składającym się z kilku układów

scalonych) był wyprodukowany przez National Semiconductor IMP-16 przedstawiony na

początku 1973 roku. 8-bitowa wersja tego układu została przedstawiona w 1974 roku jako

IMP-8. W tym samym roku National zaprezentował także pierwszy jednoukładowy 16-bitowy

mikroprocesor, PACE, zastąpiony później wersją NMOS o nazwie INS8900.

Pierwszym jednoukładowym 16-bitowym mikroprocesorem był TMS 9900 (TI), który by

także kompatybilny z linią minikomputerów TI-990. TMS 9900 został użyty w

minikomputerze TI-990/4, komputerze domowym TI-99/4A, oraz linii OEM płyt

mikrokomputerowych TM990. Układ został zamknięty w sporej ceramicznej 64-pinowej

obudowie typu DIP, podczas gdy większość ówczesnych mikroprocesorów 8-bitowych

mieściła się w tańszych i bardziej rozpowszechnionych plastikowych obudowach DIP 40-pin.

Następca TMS9900, TMS 9980, został zaprojektowany jako konkurencja dla Intelowskiego

8080, zawierał pełen zestaw instrukcji 16-bitowych, jednak posiadał jedynie 8-bitową szynę

danych i przestrzeń adresową ograniczoną do 16KB. Trzeci układ, TMS 9995, został

zaprojektowany od nowa. Rodzina rozszerzyła się później o układy 99105 oraz 99110.

Western Design Center (WDC) zaprezentowało oparty na

technologii CMOS układ 65815, będący 16-bitowym

ulepszeniem WDC CMOS 65C02 w roku 1984. 16-bitowy

65816 stał się sercem Apple IIgs a później także Konsoli Super

Nintendo stając się w ten sposób najbardziej popularnym

układem 16-bitowym. „WDC 65C02”

Intel podążył inną ścieżką, nie próbował on naśladować minikomputerów. Zamiast tego

rozszerzył swój 8080 do 16-bitowego 8086, pierwszego członka rodziny x86, która

opanowała rynek nowoczesnych komputerów PC. Intel wprowadził 8086 jako układ

przedłużający życie programom napisanym na 8080. Z kolei układ 8088, używająca 8-bitowej

szyny danych wersja procesora 8086, była pierwszym procesorem zastosowanym w

wyprodukowanym przez IBM PC , modelu IBM 5150. Następcy 8086 i 8088 to Intel 80186,

80286 oraz wypuszczony w 1985 roku 32-bitowy 80386. Procesory te umocniły swoją

dominację na rynku PC głównie dzięki kompatybilności wstecznej.

Zintegrowana jednostka do zarządzania pamięcią mikroprocesora została wynaleziona przez

Intela i opatentowana jako U.S. patent 4,442,484.

7

Następną generację stanowią mikroprocesory 32-bitowe, z których najbardziej popularne to

Intel 80386 i Motorola 68020 / Motorola 68030. Zwiększeniu szyny adresowej i szyny

danych do 32 bitów uległo także zwiększenie częstotliwości taktowania zegara. Układ 68020

pracujący przy 20 MHz osiągał szybkość 4 MIPSów. Unowocześnieniem jego był MC68030

zawierający 300 tys. tranzystorów i pracujący przy 30 MHz przez co osiągał moc

obliczeniową 7 MIPS. Dla porównania układ 80386 zawierał 275 tys. tranzystorów i przy 20

MHz osiągał 5 MIPS-ów. W 1989 roku został wprowadzony przez firmę Intel mikroprocesor

80486 (1,2 mln tranzystorów, 25 MIPS przy 33 MHz) zastosowany do budowy nowej

generacji komputerów PC 486. W 1990 Motorola wypuściła MC68040. W 1993 Intel wydaje

mikroprocesorjPentium60MHz.

„Intel 80286” „ Intel Pentium MMX” “Motorola MC68040”

8

W prawie każdym mikroprocesorze możemy wyróżnić następujące bloki:

ALU – jednostka arytmetyczno-logiczna (Arithmetic Logic Unit), wykonuje

ona operacje logiczne na dostarczonych jej danych, podstawowy zestaw to:

dodawanie, podstawowe operacje logiczne (AND, XOR, OR, NOT), oraz

przesunięcia bitowe w lewo i w prawo. W bardziej złożonych mikroprocesorach

zestaw ten jest znacznie bogatszy.

CU – układ sterowania (Control Unit), zwany też dekoderem rozkazów.

Odpowiedzialny jest on za dekodowanie dostarczonych mikroprocesorowi

instrukcji i odpowiednie sterowanie pozostałymi jego blokami (na przykład jeśli

zdekodowaną instrukcją będzie dodawanie, CU odpowiednio ustawi sygnały

sterujące, by ALU wykonała tę właśnie operację)

Rejestry – umieszczone wewnątrz mikroprocesora komórki pamięci o

niewielkich rozmiarach (najczęściej 4/8/16/32/64/128 bitów) służące do

przechowywania tymczasowych wyników obliczeń (rejestry danych) oraz adresów

lokacji w pamięci operacyjnej (rejestry adresowe). Proste mikroprocesory mają

tylko jeden rejestr danych zwany akumulatorem. Oprócz rejestrów danych i

rejestrów adresowych występuje też pewna liczba rejestrów o specjalnym

przeznaczeniu:

PC – licznik rozkazów (Program Counter) – zawiera on adres komórki pamięci

zawierającej następny rozkaz do wykonania

IR – rejestr instrukcji (Instruction Register) – zawiera on kod aktualnie

wykonywanej przez procesor instrukcji.

SP – wskaźnik stosu (Stack Pointer) – zawiera adres wierzchołka stosu

Mikroprocesor komunikuje się z otoczeniem za pomocą szyny danych i szyny

adresowej.

Generalnie każdy bardziej skomplikowany mikroprocesor można zaklasyfikować

do jednej z trzech architektur:

CISC (Complex Instruction Set Computers)

RISC (Reduced Instruction Set Computers)

VLIW (Very Long Instruction Word)

9

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Intel4004

Intel4040

TMS1000

Intel8008

MOS6502

WDC65C02

RCA1802

Signetics2650

TMS9900

Wydajnośd

10

Intel 4004 Intel 4040 TMS 1000

Intel 8008 MOS 6502 WDC65C02

RCA 1802 Signetics 2650 TMS 9900

11

- wikipedia.org

-infobit.pl

-własna wiedza zdobyta przez kilka lat