Микрообработувач

Микрообработувач или микропроцесор (од анг. microprocessor) — главниот дел од сметачот кој е задолжен за извршувањето на наредбите и сметачките програми. Тоа е микрочип кој извршува аритметичко-логички операции. Првите микрообработувачи се произведени на почетокот на 70-тите години за употреба во дигитрони користејќи 4-битни зборови. Од тогаш па досега микрообработувачите бележат постојан развој достигнувајќи 64-битна должина на зборовите и неколку гигахерци работна честота.

Пентиумски обработувач од Intel

Микрообработувачите работат со битови, односно просто речено има струја или нема струја. Користат 3 вида на магистрали и тоа адресна, податочна и контролна. За негова успешна работа мора да е поврзан со сметачко памтење и влезно-излезни единици.

Микрообработувачите физички се изградени од милиони делови од силициум. Силициумот се користи бидејќи е полуспроводник, па соодветно при различни услови може да биде или проводник или изолатор. Тој содржи милиони транзистори меѓусебно поврзани со тенки жици од алуминиум или бакар. Големината на транзисторите со текот на развитокот се менувала од неколку микрометри па стигна сè до моменталната 45 нм (нанометарска) технологија која се користи денес.

За директно програмирање на микрообработувачот програмерите користат составувачки јазик (уште наречен и „асемблер“ или машински јазик) за комуникација со програмите и нивните задачи. Во денешно време за програмирање може да се искористи кој било од поновите програмски јазици кои имаат соодветен преведувач во машински јазик. Но внатре во микрообработувачот се користи микројазик, врежан во ROM памтењето на микрообработувачот. Микројазикот е микронаредба која е помала и поедноставна наредба од асемблерската, која има за цел отворање на одредени порти (врски) во одреден временски момент, внатре во магистралите на обработувачот, при што се активираат одредени памтилни регистри. Составена низа од такви микронаредби дава една составувачка наредба.

Историја

4-битни обработувачи

Обработувач Intel C4004

Првиот микрообработувач е Интеловиот 4004 кој беше измислен во ноември 1971 година. Тој процесираше 4-битни податоци, но неговите наредби беа 8-битни и беше првично наменет за употреба во дигитрон.

Во 1972 Texas Instruments го направи TMS 1000, микрообработувач кој е сличен на Интеловиот и е прв микрообработувач кој вклучува доволно РАМ и место за програмско РОМ складиште за да може да работи самостојно без потреба за додавање на надворешни чипови.

8-битни обработувачи

Наследници на Интеловиот 4004 биле обработувачите 8008/8080 произведени во април 1972 година. Разликата меѓу нив е што 8008 користи 14-битна адресна магистрала додека 8080 користи 16-битна адресна магистрала. И двата имаат 8-битна податочна магистрала. Внатрешно овие обработувачи имаат седум 8-битни обработувачки регистри, еден 16-битен складиштен покажувач кон памтењето кај 8080, а 8-битен кај 8008, и 16-битен програмски бројач. Исто така имаат 256 влезно/излезни порти, при што влезно/излезните единици можат да се приклучат без да се мешаат во адресниот простор на микрообработувачот. Подоцна во 1976 како надоградена верзија на овие обработувачи Интел го создаде добро познатиот 8085 обработувач. Кај овој обработувач беа додадени 2 нови наредби за вклучување/исклучување на 3-те пинови за прекин и влезно/излезните порти , а и го поедностави хардверот користејќи само струја од +5V (волти), како и додавајќи генератор на временски импулси и кола за контрола на магистралите.

16-битни обработувачи

Обработувач Intel 8086

Во 1978 Интел го промовира новиот обработувач 8086, а година подоцна и 8088 кој од него се разликува само по должината на адресната магистрала. Овој е првиот 16-битен обработувач. 8086-ката има 20-битна податочна магистрала што овозможува запомнување на максимум 2²⁰=1МБ податоци. За информација овој обработувач содржел околу 29 000 транзистори, и од овој чип произлегоа различни обработувач кои работаа на 5,6,8 или 10 MHz (мегахерци) работна честота. Новина кај овие обработувач своевремено претставуваше сегментирањето на помнилниот простор, односно неговата поделба на 4 сегменти од по 2¹⁴B (бајти).

• 80186 е наредниот на списокот на Интеловите обработувачи произведени во 1980 година. Кај овој микрообработувач немаше некои поголеми подобрувања освен подобрувањето на брзината и речиси и не се употреби во личните сметачи.
• 80286 го најави Интел во 1982 година. Се состоел од 134 000 транзистори, и имал проширување на памтилната способност до 32MB(мегабајти). Кај овој обработувач веќе се забележуваат неколку битни подобрувања како работата со виртуелно памтење,како и можноста да работи повеќе задачи истовремено (multi-tasking). Исто така кај овие обработувач била воведена можноста да работи во „реален“ режим или во „заштитен“ режим. Целта со реалниот режим била да биде компатибилен со претходните обработувачи.

32-битни обработувачи

• 80386 произведен од Интел во 1985 година веќе донесува големи подобрувања во технологијата. Тој е првиот Интелов 32-битен обработувач и предвесник на една експлозивна ера на полето на микрообработувачите. Содржејќи 275 000 транзистори овој обработувач е произведуван во 16, 20, 25 и 33 мегахерцни верзии. 32-битната адресна магистрала овозможува адресирање на памтилен простор од 2³²B=4GB РАМ или 64TB на виртуелно памтење. Овој обработувач покрај „реален“ и „заштитен“ режим може да работи и во „виртуелен“ режим што го користат оперативните системи што извршуваат повеќе задачи истовремено(multitasking).
• 80486-ката е наредниот обработувач на Интел кој е двапати побрз од 386-ката. Тој е првиот обработувач со над милион транзистори, и не доведува до некои поголеми промени.
• Во 1993 година Интел го исфрла во употреба добро познатиот Пентиум обработувач почетно со 60MHz, а подоцна достигнувајќи и до 300-мегахерцни верзии. Интересно е да се напомене дека како наследник на 486-ката првично бил нарекуван 586-ка, но поради одлуката на судот да не ги именува со бројки, Интел решил да го прекрсти во Пентиум, означувајќи ја петтата генерација на обработувач што на грчки „пенте“ значи „пет“.

Тогаш Интел го добива првиот реален конкурент АМД К5 произведен од страна на компанијата АМД. Интересно е што овие обработувачи одговараат совршено и можат да се користат на Интеловата матична плоча за Пентиум обработувачите.

Подоцна следуваат Интеловите Пентиум 2,Пентиум 3 и Пентиум 4 32-битни обработувачи кои ќе бидат уште посовршени и преминувајќи ја брзината над 1 GHz (гигахерц). Во меѓувреме и АМД вади нови обработувачи во моделите K6 и К7 регистрирајќи ги под брендот Атлон.

64-битни обработувачи

Иако 64-битните обработувачи се измислени и користени уште во раните 1990-ти години, нивната експанзија на пазарот започнува после 2000 година.

Во 2003 година АМД следен од Интел ја претстави 64-битната обработувачка архитектура потполно компатибилна со минатите 32-битни обработувачи и со тоа започнува ерата на 64-битните обработувачи. Тие соодветно ги нарекоа АМД64 и Интел64. И двете архитектури поддржуваат 32-битни апликации. Веќе со создавањето на 64-битните оперативни системи Windows XP x64, Windows Vista x64, Linux i MAC OS X започна и создавање на 64-битни програми кои целосно ќе ги искористат можностите на овие обработувачи.

Со преминот кон 64-битни обработувачи не само што се зголеми должината на регистарскиот збор на 64 бита, туку и двојно се зголемија регистрите за општа намена.

Повеќејадрени обработувачи

AMD Athlon 64 X2 3600 обработувач со две јадра

Со константното подобрување на обработувачите дојде време кога се достигнаа крајните физичките можности на технологијата. Меѓутоа производителите за да останат на маркетот и да продолжи нивната огромна продажба смислија нов пристап за нивно подобрување. Тоа е принципот на спојување на повеќе обработувачи со цел да вршат поефикасна работа, односно ги измислија повеќејадрените обработувачи.

Повеќејадрен обработувач е чип кој содржи повеќе од едно обработувачко јадро и со тоа ја зголемува ефикасноста на работата на степен еднаков со бројот на јадрата (доколку се две јадра ефикасноста се зголемува дупло, ако се три тројно итн.). Се разбира ако соодветните програми се направени за целосно да го искористат овој систем. Некои заеднички работи како посредникот на магистралата и меѓускладот (кеш) од второ ниво се делат меѓу обработувачите.

На пазарот првите двојадрени обработувачи се појавија во 2005 година а веќе до 2007 најдоа широка употреба на пазарот. Денес постојат 4-јадрени , 8-јадрени а секојдневно се најавува постојано зголемување на бројот на јадрата од страна производителите.

Извори

• Ендрју С. Таненбаум: Модерни оперативни системи 3и (превод) - Andrew S. Tanenbaum Modern operating systems. Проект на Владата на Р Македонија Превод на 500 стручни, научни книги и учебници Архивирано на 2 мај 2018 г.. Скопје, 2011
• Ендрју С. Таненбаум: Структурирана компјутерска организација (превод) - Andrew S. Tanenbaum Structured computer organization. Проект на Владата на Р Македонија Превод на 500 стручни, научни книги и учебници Архивирано на 2 мај 2018 г.. Скопје, 2011
• Микропроцесор, Дигитален речник на македонскиот јазик. Табернакул, (пристапено 6 септември 2012).
• Д. Јакимовска, С. Ѓорѓиевска, А. Тентов: Имплементација на интеловиот микропроцесор 8085 со употреба на Lisa. Мултиконференција во организација на ЕТАИ (Здружение за Електроника, Телекомуникации, Автоматика и Информатика на Република Македонија) Архивирано на 21 април 2012 г.. Сесија: Компјутерски архитектури, 2011.
• А. Симевски, А. Тентов: RTL опис, синтеза и симулација на интеловиот микропроцесор 8085. Мултиконференција во организација на ЕТАИ (Здружение за Електроника, Телекомуникации, Автоматика и Информатика на Република Македонија) Архивирано на 21 април 2012 г.. Сесија: Вградливи микрокомпјутерски системи и компјутерски архитектури, 2009.
• В. Сарк, Ј. Ќосев, М. Макрадули: Економичен пристап за градба на вградлив микрокомпјутерски систем наменет за работа во IFSF LON податочна мрежа. Мултиконференција во организација на ЕТАИ (Здружение за Електроника, Телекомуникации, Автоматика и Информатика на Република Македонија) Архивирано на 21 април 2012 г.. Сесија: Вградливи микрокомпјутерски системи и компјутерски архитектури, 2009.
• Методија Камиловски: Микропроцесорски систем за управување со брзината на DC-мотор. Мултиконференција во организација на ЕТАИ (Здружение за Електроника, Телекомуникации, Автоматика и Информатика на Република Македонија) Архивирано на 21 април 2012 г.. Сесија: Енергетска електроника, 2011.
• Доц. д-р Г. Наумовски, асс. м-р М. Докмановиќ: Право и информатичката технологија - прв дел. Универзитет „Св. Кирил и Методиј“, Правен факултет „Јустинијан Први“, Скопје, 2007.