Turinys:
1. Įvadas ___________________________________________________________________ 3
2. Centrinio procesoriaus sandara ir veikimas ______________________________________ 3
3. Mikroprocesorių vystimosi istorija ____________________________________________ 4
4. Šių dienų aktualijos ________________________________________________________ 7
5. Ateities perspektyvos _______________________________________________________ 8
6. Literatūra _______________________________________________________________ 10
1. Įvadas
Šiuolaikiniuose kompiuteriuose yra keletas mikroprocesorių (vaizdo, garso apdorojimo, matematiniai). Kiekvienas iš jų skirtas konkrečiai užduočiai atlikti. Vieni gali būti montuojami atskirose plokštėse (video, audio), kiti bendrame bloke su pagrindiniu (matematiniai). Vartojant žodį procesorius, dažniausiai omenyje turimas centrinis kompiuterio mikroprocesorius. Būtent apie jį ir kalbėsime.
Kalbant apie procesorius, kaip ir apie kitą kompiuterinę įragą, visada reikia atsižvelgti į medžiagos surinkimo datą. Informacinės technologijos keičiasi ir tobulėja ypač sparčiai. Dar 1965 metais vienas iš „Intel“ korporacijos įkūrėjų Gordonas Mūras pastebėjo, kad tranzistorių skaičius modulyje, vėliau mikroschemoje padvigubėja maždaug kas dveji metai. Toks dėsningumas, vadinamas Mūro dėsniu, galioja iki šiol. Naujas kompiuteris morališkai pasensta maždaug per puse metų. Todėl, tai kas nauja ir tobula šiandien, po keleto mėnesių gali visiškai nebeatitikti realybės.[1,2]
2. Centrinio procesoriaus sandara ir veikimas
Procesorius yra vienas sudėtingiausių ir svarbiausių kompiuterio įrenginių. Jis vykdo programą, deriną kompiuterio dalių darbą, atlieka visas matematines ir logines operacijas.
Visuose procesoriuose yra trys pagrindiniai įtaisai.
• Aritmetinis loginis įtaisas ALU (Aritmetic Logic Unity). Jis atlieka aritmetines ir logines operacijas.
• Registrai – tai kelių baitų talpos atmintys. Juose saugomi įvesti duomenys, adresai, skaičiavimų rezultatai.
• Valdymo įtaisas. Jis derina visų procesoriaus įtaisų darbą, valdo programos instrukcijos vykdymą.
Šiuolaikiniuose procesoriuose yra ir daugiau įrenginių. Visų jų charakteristikos priklauso nuo konkretaus mikroprocesoriaus tipo. Visi įtaisai tarpusavyje sujungti vidinėmis duomenų, adresų ir valdymo signalų magistralėmis.
Procesoriaus darbo našumas didžiąja dalimi priklauso nuo „žodžio“ ilgio, bei nuo darbo dažnio. „Žodžio“ ilgis parodo kiek bitų informacijos vienu metu gali apdoroti procesorius. Pradžioje jis tebuvo 4 bitai, vėliau nuosekliai didėjo: 8, 16, 32, 64 bitai. Procesoriaus taktinis dažnis nurodo, kiek operacijų jis gali atlikti per sekundę. Pirmuose lustuose jis nesiekė 1 MHz, šiuo metu dažniai skaičiuojami tūkstančiais MHz.
Didinant taktinius dažnius buvo panaudota technologija, vadinama sinchronizavimo dubliavimu. Esmė ta, kad techniškai labai sunku pasiekti, jog visi kompiuterio įrenginiai dirbtu tokiu pat dideliu dažniu, kaip procesorius. Todėl nustatomi skirtingi darbo dažniai procesoriui ir likusiai įrangai. Operatyvioji atmintis taip pat dirba mažesniu dažniu. Procesorius labai dažnai kreipiasi į šią atmintį ir yra privertas laukti kol ji pateiks reikiamus duomenis. Sprendžiant šią problemą, procesoriuose pradėta montuoti vadinama spartinančioji atmintis (Cache), kuri yra žymiai greitesnė už operatyviąją.
Lusto gamybos technologija, nurodo kokio pločio takeliai naudojami elektros grandinėms. Pirmuose įrenginiuose takeliai buvo 10 mikronų pločio (mikronas yra tūkstantoji milimetro dalis), dabar jie tesiekia 0,13 mikrono. Siaurėjant takeliams, mažėja paties lusto matmenys, galima kurti trumpesnes, mažiau elektros energijos naudojančias grandines, didėja darbo našumas. [1,3]
3. Mikroprocesorių vystimosi istorija
Procesorių istorija ypač susijusi su kompanija „Intel“. Ši firma buvo įkurta 1968 metais, joje dirbo tik 12 žmonių. Kurti tokią įmonę buvo rizikinga, nes puslaidininkių pramonė žengė pirmuosius žingsnius ir niekas netikėjo, kad į salę vos telpantis dinozauras gali tapti kiekvieno biuro neatskiriama dalimi.
Mintis sukurti universalų programuojamą lustą kilo Marcianui E.Hofui, firmai atliekant japonų kompanijos „Busicom“ užsakymą sukonstruoti ir pagaminti 12 skirtingų lustų įvairių tipų skaičiuotuvams. Jis nutarė suprojektuoti vieną, universalų įrenginį, galinti atlikti visų užsakytų lusų funkcijas. Ir jam tai pavyko. Naujas loginis įtaisas tiko ne tik minėtos kompanijos, bet ir kitiems skaičiuotuvams.
Taigi visų mikroprocesorių protėvis „Intel 4004“, buvo pateiktas rinkai 1971 metų lapkričio mėnesį. Tai buvo svarbiausias įvykis po lustų pasirodymo (1958m.). 4004 galėjo apdoroti 4 bitų ilgio informacinius žodžius, dirbo 108 KHz dažniu, turėjo 46 valdymo instrukcijas. Montuojamas buvo į 16 kojelių DIP korpusą. Nors šis įrenginys turėjo tik 2300 tranzistorių, dydžiu prilygo nagui, pajėgumu lenkė elektroninę skaičiavimo mašiną ENIAC, kuri turėjo 18000 lempų, 1500 relių, svėrė 30 tonų, suvartojo 200KW elektros energijos ir kainavo pesę milijono JAV dolerių.
Po metų pasirodė patobulintas „Intel 4040“. Jis turėjo 58 valdymo instrukcijas ir galėjo valdyti 8 KB
atmintį. Šis procesorius erdvėlaiviais „Pioneer 10“ ir „Pioneer 11“ buvo nusiųstas už Saulės sistemos ribų, kaip technologinių laimėjimų Žemėje pavyzdys.
Neilgai trukus „Intel“ pardavė pirmuosius 8008. jis galėjo apdoroti jau 8 bitus informacijos. Visi šie produktai greitai rado nišą elektronikos rinkoje: pasirodė pirmosios elektroninės svarstyklės, pradėti montuoti efektyviau veikiantys šviesoforai, patobulėjo medicinos technika.
1974 metais „Intel“ pradėjo gaminti 8080 procesorius, kurie buvo montuojami į pirmuosius asmeninius kompiuterius „Altair 8800“(1975m.). 1976 metais 8080 buvo patobulintas ir pavadintas 8085. Įrenginiai buvo labai patikimi, todėl NASA būtent šios serijos procesoriui patikėjo valdyti į Marsą nusiųstą autonominį visureigį „Sojourner“. Tais pačiais metais „Motorola“ pradėjo gaminti originalios architektūros 6800 serijos 8 bitų procesorius. Šie buvo dedami į tuomet labai populiarius buitinius kompiuterius „Commodore“ ir „Atari“, taip pat į pirmuosius „Apple“ kompiuterius. „Apple“ ir dabar naudoja „Motorola“ procesorius.
1979 metais „Intel“ pagamino 8088 procesorius, kuriuos IBM korporacija pasirinko IBM PC tipo asmeniniams kompiuteriams.
Garsusis 80286 pagamintas 1981 metais. Tris kartus konkurentus našumu pranokusiame luste buvo sumontuota 134000 tranzistorių, naudojama 1,5 mikrono technologija. 1985 metais išleistame 32 bitų architektūros „Intel 386“ įrenginyje buvo jau 275000 tranzistorių. Per sekundę lustas galėjo įvykdyti iki penkių milijonų instrukcijų, be to galėjo valdyti 4GB atmintį.
1989 metais pasirodžiusiame 1 mikrono „Intel 486“ buvo 1,2 milijono tranzistorių. Našumu jis prilygo didiesiems universaliems kompiuteriams. Net ir to paties dažnio 486 buvo beveik dvigubai spartesnis už 386. Tai tapo įmanoma dėl tobulesnės sandaros ir geresnio operacijų vykdymo organizavimo (konvejerinis duomenų apdorojimas, 8 KB spartinančioji atmintis, matematinis procesorius).
1992 metais dienos šviesą išvydo pirmasis „Pentium“ mikroprocesorius, 1500 kartų pranašesnis už „4004“ įtaisą. Naujas lustas buvo sudarytas iš 3,1 milijono tranzistorių. Jame panaudoti visiškai nauji technologiniai sprendimai. „Pentium“ turi dvi spartinančiąsias atmintis – vieną duomenims, kitą instrukcijoms; 64 bitų duomenų magistralę; įtaisą dviems instrukcijoms tuo pačiu metu apdoroti; daug greitesnį matematinį procesorių ir prognozavimo įtaisą, kuris analizuoja instrukcijų seką ir dažniausiai teisingai nusprendžia, kurias instrukcijas apdoroti, nelaukdamas informacijos iš RAM.