Microprocesorul

Argument

Microprocesorul: este o componentă electronică ce poate procesa două tipuri de informaţie: date şi comenzi; el primeşte şi trimite aceste informaţii, codate în limbaj binar, prin impulsuri electrice.

În ciuda complexităţii sale, microprocesorul este alcătuit în principal dintr-un singur element de bază: tranzistorul (inventat în 1947). Asamblând milioane de tranzistori, se pot crea comenzi ce analizează starea unor curenţi electrici, rezultând în execuţia pe plan logic a unei adunări, a unei comparaţii între două date etc. Mărimea unui astfel de tranzistor este foarte redusă, de ordinul miilor de atomi. Toate componentele calculatorului, inclusiv procesorul si memoria, sunt sincronizate de impulsurile unui generator de tact.

Când vorbim despre procesoare, ne gândim automat la CPU (Central Processing Unit), însă majoritatea componentelor dintr-un PC sunt dotate cu microprocesoare, acestea controlând placa de sunet, de reţea sau placa grafică (unde este folosită denumirea de GPU - Graphic Processing Unit, procesor ce rivalizează în număr de tranzistori cu un CPU). Circuitele procesoare ale componentelor şi perifericelor sunt atât de specializate încât nu pot comunica direct între ele; în schimb, ele depun informaţiile utile în zone specifice ale memoriei, de unde procesorul le poate extrage, prelucrând şi coordonând activitatea acestora. Deoarece toate informaţiile tranzitează obligatoriu CPU-ul, puterea globală de calcul a calculatorului va depinde de acesta. În contrast, CPU-ul este un procesor cu un grad mai redus de specializare şi, prin urmare, cu o arie foarte largă de utilizare.

Emularea sarcinilor celorlalte componente din sistem este o practică des întâlnită atunci când acestea din urmă nu dispun de resursele necesare; de exemplu, dacă placa grafică nu deţine funcţii capabile pentru afişarea de imagini tridimensionale în jocuri, CPU-ul va prelua această sarcină. Rezultatele sunt, însă, foarte slabe, fiind realizate compromisuri imense de viteză şi calitate, procesorul central nefiind specializat pe astfel de calcule.

CAPITOLUL I

Clasificarea microprocesorului

1.1. Arhitectura internă

Arhitectura internă se împarte schematic în trei mari blocuri de tranzistori, numite şi unităţi:

1) Unităţile de calcul:

- unitatea aritmetică (ALU - Aritmetic Logical Unit), este cea mai importantă, fiind utilizată de toate programele; se ocupă numai de calculele simple, cu numere întregi;

- unitatea de calcul în virgulă mobilă (FPU - Floating Point Unit), era la origine un procesor independent (seria 8087, 80287, 80387) dar a fost integrată în procesorul principal în 1989, odată cu apariţia lui 80486; aceasta este capabilă de operaţii matematice cu virgulă mobilă, precum şi de altele mai avansate, cum ar fi funcţiile trigonometrice;

- unitatea multimedia, nestandardizată; prima astfel de unitate a fost MMX, în 1997, urmată apoi de 3DNow, SSE, 3DNow+, SSE2 şi SSE3; funcţia lor este aceea de a optimiza programele multimedia (sunet, grafică 3D, efecte audio-video).

2) Unităţile de control, care se ocupă cu decodarea instrucţiunilor, accesul la memoria RAM, stabilirea priorităţilor de calcul etc.

3) Unitatea de memorie cache, împărţită în două subunităţi: una pentru comenzi, cealaltă pentru date; memoria cache stochează comenzile şi datele cele mai des utilizate.

Componentele unui microprocesor

Componente traditionale:

-Unitatea de comanda (UC)

-Unitatea aritmetico-logica (UAL)

-Registre generale si speciale (RG, RS)

Componente suplimentare:

-Memorie cache (Cache)

-Coprocesor matematic (CoP)

-Unitatea de management a memoriei (UMM)

-Controlor de intreruperi

1.2.Arhitecturile RISC şi CISC

Aceste arhitecturi definesc felul în care comenzile sunt executate în microprocesor. Arhitectura CISC (Complex Instruction Set Computer) a stat la baza primelor modele. Cu timpul, cercetătorii au constatat faptul că o suită de instrucţiuni simple se poate executa mai rapid decât o singură instrucţiune complexă, iar diminuarea numărului de comenzi şi a complexităţii lor permite reducerea spaţiului utilizat de acestea în procesor, având ca şi consecinţă creşterea vitezei de lucru, astfel apărând arhitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer). Procesoarele uzuale din ziua de azi au la bază o combinaţie a celor două arhitecturi.