Процессор – это главная часть цифровой ЭВМ, осуществляющая сложную переработку информации. В него входит также устройство управления ЭВМ. Процессор не только обрабатывает информацию и управляет данным процессом, но и обеспечивает при этом взаимодействие с устройствами памяти, ввода и вывода.
В ЭВМ первых поколений, построенных на дискретных (т. е. отдельных) элементах (электронных лампах, полупроводниковых триодах), процессор представлял собой большое устройство, состоявшее из нескольких электронных плат с размещенными на них навесными компонентами радиоэлектроники. Кроме ламп и транзисторов на этих платах находились диоды, резисторы, конденсаторы. Все соединения между отдельными компонентами осуществлялись с помощью пайки и проводов, а позднее – печатным монтажом.
Успехи микроэлектронных технологий позволили в одном элементе объединять несколько транзисторов, диодов, резисторов и соединений между ними. Таким образом, появились так называемые интегральные схемы (ИС). С годами степень интеграции (т.е. число элементов в одной ИС) возрастала, появились большие интегральные схемы (БИС), а затем и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).
Основой ИС является кристалл полупроводника, на котором формируются полупроводниковые переходы, выполняющие роль транзисторов и диодов. На том же кристалле создаются микрообласти с добавлением примесей, осуществляющие функции резисторов и конденсаторов; выполняются также электрические соединения между ними. Если в первых ИС на одном кристалле размещалось до десятка транзисторов, то в современных — сотни миллионов элементов. Использование СБИС позволяет значительно повысить эффективность цифровых систем: увеличить их производительность и надежность, уменьшить габаритные размеры, массу и потребляемую мощность.
Современные технологии изготовления СБИС очень сложны и требуют дорогостоящего оборудования. Создание завода по производству СБИС обходится в миллиарды долларов. Но стоимость цифровой техники, построенной на СБИС, неуклонно снижается. Объясняется это следующим обстоятельством. Интегральная схема, содержащая большое число элементов, является универсальной, т.е. находит применение в самых разных устройствах.
Следовательно, ее можно выпускать огромными тиражами — миллионами штук, а при массовом выпуске экономически оправдано использование высокопроизводительных автоматических и робототехнических линий и участков производства.
Применение СБИС оказало большое влияние на принципы построения цифровых систем, их архитектуру, логическую структуру, математическое обеспечение. Появился новый подход к проектированию таких систем – на основе программируемой логики. Этот подход предполагает использование при построении систем одной (или очень малого количества) стандартной универсальной СБИС, управляемой программно. Специализация системы осуществляется программой, которая управляет стандартной универсальной СБИС.
В 1970-х годах появилась СБИС, которая в значительной степени была способна выполнять функции процессора. Такая интегральная схема получила название микропроцессор(МП).
Уже треть века истории развития микропроцессорной техники на ведущую позицию в этой области претендует американская фирма Intel.
Если к микропроцессору добавляется память (запоминающее устройство) и устройство ввода-вывода, то такая система может выполнять функции ЭВМ. Созданные на основе микропроцессора вычислительные машины стали называться микроЭВМ. Именно благодаря появлению микропроцессоров удалось сделать доступные для многих ЭВМ, получившие название «персональный компьютер».
Итак, микропроцессор — это выполненное по интегральной технологии цифровое устройство, обрабатывающее информацию в соответствии с программой и управляющее вводом и выводом информации.
Наибольшее распространение получили микропроцессоры, выполненные на одном кристалле, или однокристальные МП. О них в дальнейшем и пойдет речь.
Микропроцессор представляет собой неразъемный конструктивный элемент, подсоединяемый к другим элементам вычислительной машины с помощью выводов.
Корпус МП сделан обычно из пластмассы или керамики.
Число выводов может быть разным: 28, 40, 64 и больше. Первые МП имели выводы с двух сторон корпуса, по одному ряду с каждой стороны. Современные МП имеют выводы на нижней плоскости с четырех сторон, по несколько рядов с каждой стороны.
С ростом числа компонентов в одном МП (счет, как уже отмечалось, идет на миллионы) увеличивается и число выводов. В современных МП число выводов более тысячи. По соображениям удобства на число выводов стараются наложить ограничения.
Непрерывное совершенствование интегральных технологий приводит к изменениям в структуре микропроцессора.
Наибольшее распространение получили микропроцессоры, выполненные на одном кристалле, или однокристальные МП. О них в дальнейшем и пойдет речь.