Ποια είναι τα κύρια συστατικά ενός μικροεπεξεργαστή;

Ένας μικροεπεξεργαστής είναι ένα σύνθετο ολοκληρωμένο κύκλωμα, αλλά τα κύρια λειτουργικά του συστατικά μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ευρέως ως εξής:

* Μονάδα αριθμητικής λογικής (ALU): Αυτός είναι ο "εγκέφαλος" του μικροεπεξεργαστή, που εκτελεί αριθμητικές λειτουργίες (προσθήκη, αφαίρεση, πολλαπλασιασμός, διαίρεση) και λογικές λειτουργίες (και, ή όχι, XOR). Είναι όπου συμβαίνουν οι πραγματικοί υπολογισμοί.

* Μονάδα ελέγχου (CU): Αυτό το στοιχείο κατευθύνει τη λειτουργία του ALU και άλλων τμημάτων του μικροεπεξεργαστή. Παίρνει οδηγίες από τη μνήμη, τις αποκωδικοποιεί και συντονίζει την εκτέλεση αυτών των οδηγιών. Σκεφτείτε το ως "ελεγκτή κυκλοφορίας" του επεξεργαστή.

* Μητρώα: Αυτές είναι μικρές τοποθεσίες αποθήκευσης υψηλής ταχύτητας εντός του μικροεπεξεργαστή. Διατηρούν δεδομένα που εργάζεται επί του παρόντος η ALU, ενδιάμεσα αποτελέσματα, διευθύνσεις μνήμης και οδηγίες. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι καταχωρητών (π.χ. καταχωρητές γενικής χρήσης, μετρητής προγράμματος, μητρώο οδηγιών, μητρώο κατάστασης).

* μνήμη cache: Αυτή είναι μια πολύ γρήγορη, μικρή μνήμη που βρίσκεται ή πολύ κοντά στον μικροεπεξεργαστή. Αποθηκεύει συχνά πρόσβαση σε δεδομένα και οδηγίες, επιταχύνοντας σημαντικά την επεξεργασία μειώνοντας το χρόνο που χρειάζεται για την ανάκτηση πληροφοριών από την πιο αργή κύρια μνήμη (RAM). Υπάρχουν διαφορετικά επίπεδα cache (L1, L2, L3), με το L1 να είναι το ταχύτερο και το μικρότερο.

* ρολόι: Ένα κύκλωμα ρολογιού δημιουργεί μια κανονική σειρά παλμών που συγχρονίζουν τη λειτουργία των διαφόρων τμημάτων του μικροεπεξεργαστή. Η ταχύτητα του ρολογιού (μετρούμενη σε GHz) καθορίζει πόσες οδηγίες μπορεί να εκτελέσει ο επεξεργαστής ανά δευτερόλεπτο.

* Μονάδα διεπαφής λεωφορείου (BIU): Αυτό το στοιχείο διαχειρίζεται την επικοινωνία μεταξύ του μικροεπεξεργαστή και άλλων στοιχείων του συστήματος υπολογιστών, όπως οι συσκευές μνήμης και εισόδου/εξόδου. Διαχειρίζεται τη μεταφορά δεδομένων και οδηγιών μέσω λεωφορείων συστήματος.

* Μονάδα κυμαινόμενου σημείου (FPU): (Που δεν υπάρχει πάντοτε σε όλους τους μικροεπεξεργαστές) Μια εξειδικευμένη μονάδα για την εκτέλεση της αριθμητικής κυμαινόμενης σημείας, ζωτικής σημασίας για τον χειρισμό πραγματικών αριθμών με δεκαδικά σημεία, τα οποία είναι απαραίτητα σε επιστημονικές και γραφικές εφαρμογές.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτά τα εξαρτήματα είναι πολύ ενσωματωμένα και συνεργάζονται άψογα. Οι λεπτομέρειες της αρχιτεκτονικής και της εφαρμογής ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ διαφορετικών σχεδίων μικροεπεξεργαστών (π.χ. X86, ARM, RISC-V), αλλά αυτά τα βασικά στοιχεία είναι θεμελιώδη για σχεδόν όλους τους μικροεπεξεργαστές.