Mikroverwerker
'n Mikroverwerker (Engels microprocessor) is die hart van die gewilde mikrorekenaars wat byvoorbeeld vir videospeletjies en persoonlike rekenaars gebruik word. Dit is 'n elektroniese komponent met 'n geïntegreerde stroombaan, waarvan die individuele komponente mikroskopies klein is, vandaar die gebruik van die voorvoegsel mikro-. Die integrasie van 'n volledige sentrale verwerkingseenheid op 'n enkele geïntegreerde stroombaan deur grootskaalse integrasie (Very Large Scale Integration, VLSI) het die koste van verwerkingskrag drasties verminder.[1]
Die mikroverwerker is in die kenmerkende swart blokkie, met die rye pennetjies aan weerskante, van geïntegreerde stroomkringe gehuisves. Dit is 'n elektroniese komponent waarmee verskillende funksies uitgevoer kan word deur dit van verskillende kodes (instruksies of opdragte) te voorsien. Deur dit byvoorbeeld van kode 000 (binêre kode) te voorsien, sal dit as 'n elektroniese teller werk en tot by 5 tel, terwyl dit met 'n kode soos 001 tot 20 sal tel.
Die tellings word deur 'n ossillator in die mikroverwerker verskaf. Deur die verwerker van kode 100 te voorsien, sal dit as 'n opteller (adder) werk en twee getalle bymekaar tel. Met kode 010 werk die komponent as 'n vergelyker, wat 'n bekende getal met 'n aantal onbekendes vergelyk totdat dit 'n soortgelyke getal vind.
'n Mikroverwerker kan dus van 'n uitgebreide stel opdragte voorsien word, en in die praktyk is daar verwerkers wat tot 255 verskillende opdragte kan uitvoer. 'n Stel opdragte wat chronologies deur 'n mikroverwerker uitgevoer word, word 'n program genoem, en dit is hier waar die verwerker en die rekenaar by mekaar aansluiting vind. Deur die mikroverwerker van 'n geheue en inset/uitset-eenheid te voorsien, kan dit as 'n rekenaar gebruik word.
'n Mikrorekenaar hoef nie slegs vir berekeninge (optel, aftrek, vermenigvuldig, deel) gebruik te word nie, aangesien dit ook oor ander vermoëns beskik. Dit kan byvoorbeeld gebruik word om 'n groot aantal gegewens (data) in die geheue te berg, karakters op 'n televisieskerm te vertoon en hulle te laat beweeg (videospeletjies), ensovoorts.
Deur die verwerker van skakeltoerusting te voorsien (relês, transistors, tiristors, ensovoorts), kan dit gebruik word om ligte, elektriese motors en elektromagnete te beheer, asook kleppe, hidroliese pompe, ensovoorts. 'n Besondere kenmerk van mikroverwerkers is die vermoë om 'n besluit te neem, waardeur dit nie soos 'n gewone outomaat slegs een taak na 'n ander verrig nie, maar 'n taak kan onderbreek om voorkeur aan 'n ander te gee.
Argitektuur
[wysig | wysig bron]'n Mikroverwerker bestaan uit verskeie sleutelkomponente wat deur interne busse verbind word:[2]
| Komponent | Funksie |
|---|---|
| Rekenkundige Logiese Eenheid (RLE, ALU) | Voer rekenkundige bewerkings (optelling, aftrekking) en logiese bewerkings (EN, OF, NIE) uit |
| Beheereenheid (Control Unit) | Interpreteer instruksies en reël die volgorde van uitvoering |
| Registers | Klein, vinnige geheuestorage vir data en instruksies tydens berekening |
| Kasgeheue (Cache) | Hoëspoed-geheue naby die SVE vir gereeld gebruikte data |
| Busse | Verbindingslyne vir data, adresse en beheerseine tussen komponente |
| Klok (Oscillator) | Sinkroniseer alle bewerkings, met spoed gemeet in MHz of GHz |
Die instruksiestelselargitektuur (Instruction Set Architecture, ISA) definieer watter instruksies die verwerker kan uitvoer. Die twee hoof-benaderings is RISC (verminderde instruksiestel) en CISC (komplekse instruksiestel).[1]
Geskiedenis
[wysig | wysig bron]Die Intel 4004 (1971)
[wysig | wysig bron]In 1969 het die Japannese sakrekenaarmaatskappy Busicom Intel genader om 'n stel geïntegreerde stroombane vir sy nuwe Busicom 141-PF-druksakrekenaar te ontwerp.[3] Intel-ingenieur Marcian "Ted" Hoff het voorgestel dat Busicom se ontwerp, wat twaalf skyfies benodig het, vervang word met 'n eenvoudiger vier-skyfie-argitektuur met 'n algemene programmeerbare verwerkingseenheid as middelpunt.[4]
Federico Faggin het in April 1970 by Intel aangesluit en die ontwerp fisies verwesenlik deur gebruik te maak van sy vroeëre werk aan silisiumhek-tegnologie (Silicon Gate Technology, SGT) by Fairchild Semiconductor.[5] Die Intel 4004, die wêreld se eerste kommersieel beskikbare algemene mikroverwerker, is op 15 November 1971 formeel bekendgestel.[6] Dit was 'n 4-bis-verwerker met 2 300 transistors en 'n klokspoed van 740 kHz, en is in 2009 as 'n IEEE-mylpaal erken.[7]
Verdere ontwikkeling in die 1970's
[wysig | wysig bron]Intel het in April 1972 die 8008 bekendgestel, die eerste 8-bis-mikroverwerker, wat die grondslag gelê het vir die eerste kommersiële persoonlike rekenaars. Die opvolger, die Intel 8080 (1974), het die Altair 8800-persoonlike rekenaar van 1975 aangedryf. In 1978 het Intel die 8086 bekendgestel, wat die grondslag van die x86-argitektuur gevorm het wat steeds in persoonlike rekenaars en bedieners gebruik word.[8]
Moore se Wet
[wysig | wysig bron]In 1965 het Gordon Moore, mede-stigter van Intel, waargeneem dat die aantal transistors op 'n geïntegreerde stroombaan ongeveer elke twee jaar verdubbel.[9] Hierdie waarneming, bekend as Moore se Wet, het vir meer as vyftig jaar die koers van mikroverwerkerontwikkeling voorspel en gerig.[1]
Meerkernverwerkers
[wysig | wysig bron]Teen die vroeë 2000's het toenemende kloksnelhede gelei tot probleme met warmteverspreid en kragverbruik. Verwerkerontwerpers het na meerkernargitektuur oorgeskakel, waar verskeie verwerkingskerne op 'n enkele skyfie geïntegreer word om parallelle uitvoering van take moontlik te maak sonder 'n verdere verhoging van klokspoed.[10]
Toepassings
[wysig | wysig bron]Omdat die mikroverwerker opdragte een na die ander uitvoer, kan dit vir prosesbeheer gebruik word, waar dit eentonige, agtereenvolgende take verrig. Deur die verwerker van 'n geheue-kasset te voorsien, soos in die geval van televisiespeelrekenaarspeletjies, kan dit net omgeruil word om 'n ander werking te verkry. Waar dit voorheen nodig was om 'n afsonderlike elektroniese toestel vir elke taak te bou, word 'n enkel toestel gebruik om verskillende funksies te verrig.
Mikroverwerkers word gebruik in onder andere:[2]
- Persoonlike rekenaars en bedieners
- Selfone en tablette
- Motorvoertuigbeheerstelsels
- Mediese toerusting
- Industriële beheerstelsels, relês, tiristors en elektromagnete
- Televisies en huishoudlike elektronika
- Robotte en outomatiese stelsels
Sien ook
[wysig | wysig bron]Verwysings
[wysig | wysig bron]- 1 2 3 Hennessy, John L.; Patterson, David A. Computer Architecture: A Quantitative Approach (5 uitg.). Morgan Kaufmann. ISBN 978-0123838728.
- 1 2 IBM. "What is a microprocessor?". IBM. Besoek op 1 Januarie 2024.
- ↑ "The Intel 4004 Microprocessor". Intel Corporation. Besoek op 1 Januarie 2024.
- ↑ "The Intel 4004 Microprocessor". Intel Corporation. Besoek op 1 Januarie 2024.
- ↑ Faggin, F.; Hoff, M.E.; Mazor, S.; Shima, M. "The History of the 4004". IEEE Micro. 16: 10–20. doi:10.1109/40.546561.
- ↑ "The Intel 4004 Microprocessor". Intel Corporation. Besoek op 1 Januarie 2024.
- ↑ "Milestones: Intel 4004 Microprocessor". IEEE Engineering and Technology History Wiki.
- ↑ "From the Intel 4004 to the Intel 386". History of Information. Besoek op 1 Januarie 2024.
- ↑ Moore, Gordon E. "Cramming More Components onto Integrated Circuits". Electronics. 38: 114–117.
- ↑ "Microprocessor". ScienceDirect. Besoek op 1 Januarie 2024.
Bronnelys
[wysig | wysig bron]- Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409605, volume 19, bl. 76
