1. Однокристальні універсальні мікропроцесори

1. Класифікація мікропроцесорів (мп)

Найважливішою складовою частиною будь-якого персонального комп'ютера (ПК) є його центральний процесор. Розвиток інтегральної технології привів до появи великих і надвеликих інтегральних схем (ВІС і НВІС), що містять на одному кристалі (в одному корпусі - чіпі) десятки, сотні тисяч, а в останніх виробах і кілька мільйонів елементарних транзисторів. На базі таких схем і були створені мікропроцесори (МП), в яких на одному чіпі реалізовані функції центрального процесора комп'ютера і тому вони називаються однокристальними. Перший однокристальний чотирирозрядний МП i4004 був розроблений компанією Інтел (Intel) в 1971 році, яка до теперішнього часу є безумовним лідером в проектуванні сучасних МП. Незабаром компанія Інтел випускає восьмирозрядний мікропроцесор i8008 і його вдосконалений варіант i8080. Класична архітектура останнього МП справила величезний вплив на розвиток однокристальних МП, проте для свого першого персонального комп'ютера IBM PC компанія IBM вибрала інший мікропроцесор i8088, випущений компанією Intel в 1977 році, який належить до першого покоління 16-розрядних МП і є модифікацією процесора i8086, який з'явився роком раніше. Обидва процесора підтримували область пам'яті в 1 Мбайт і мали відповідно 8 і 16-розрядну шину даних. З програмної точки зору ці МП ідентичні, їхня система команд і набір процесорних регістрів включена в усі вироби PC сумісних комп'ютерів; їх по праву називають родоначальниками сімейства х86 мікропроцесорів.

МП типу 80286 представляє друге покоління 16-розрядних МП, був випущений в 1982 році. Найсуттєвішою відмінністю від МП типу 8086 була наявність механізму управління адресацією пам'яті, підтримка віртуальної пам'яті, забезпечення чотирирівневої системи захисту. Використання виконавчої адреси розрядністю 24 біта дозволяло адресувати 16 Мбайт фізичної пам'яті. Спеціальні засоби МП підтримували механізм перемикання завдань (Task switching). 286 МП використовує розширену систему команд, включаючи всі команди 8086 МП.

Історія 32-розрядних МП почалася з процесора Intel 386, який був випущений в 1985 році. Друге покоління 32-розрядних МП представляв процесор Intel 486, в якому використовувалася внутрішня кеш-пам'ять і арифметичний співпроцесор.

Процесори Pentium - п'яте покоління сімейства 80х86, що складається з процесорів P5, P54, Pentium MMX. З моменту появи МП Pentium Pro прийнято відлічувати початок шостого покоління P6. Процесор Pentium II, який був випущений в 1997 р. представляє собою поєднання архітектури процесорів Pentium Pro з технологією MMX. Наведемо в таблиці 1.1 порівняльні характеристики процесорів Intel сімейства 80х86 і Pentium.

Таблиця 1.1 - Основні характеристики процесорів Intel.

тип	8080	8086	8088	80186	80286	80386DX	80386SX	80486DX	80486SX	80486DX2	P5	Pro	P II
рік	1973	1976	1979	1981	1983	1985	1988	1989	1991	1992	1994	1995	1997
число транзис-торів	5 тыс	29	29	–	134 тыс	275 тыс	275 тыс	1,2 млн	1,18	1,38 млн	3,1	5,5/15,5/31 млн	–
число виходів	40	40	40	68	68	132	100	168	168	168	273	387	242
F	2	5,8, 10	5,8, 10	5, 10	8, 12, 20, 25	16,20, 25,33, 40	16,20, 25, 33	20,25, 33,40, 50	16,20, 25, 33	50, 60	60,66, 100, 133	166, 180, 200	233/2,300
A/D	16/8	20/16	20/8	20/16	24/16	32/32	24/16	32/32	32/32	32/32	32/64	64/64	64/64
продук-тивність(млн. оп/сек.)	0,03	0,33	0,33	0,6	1,2	6	4,5	20	16,5	54	112	250	–

Традиційними розробками універсальних однокристальних процесорів із «звичайним» набором команд, які називаються CISC-процесорами, є, крім Intel, компанії AMD і Cyrix, що випускають «інтелоподібні» процесори. Найбільшими розробниками універсальних комп'ютерів з скороченим набором команд, які називаються RISC-процесорами, вважаються Sun Microsystems (процесори UltraSparc), Digital Equipment (процесори Alpha) MIPS Technology (процесори Rxx00), Hewlett Packard (процесори PA-RISC x000), IBM і Motorola (процесори Power PC 6xx), які випустили кілька поколінь своїх виробів. На початку 80р в класі однокристальних приладів крім МП, з'явилися мікросхеми, що отримали назву мікроконтролерів. Фактично це ті ж однокристальні мікропроцесорні БІС, розширені схемами оперативної і постійної пам'яті, інтерфейсними схемами для підключення пристроїв вводу/виводу. Часто ці БІС називають все в одному (All in one).

Компанія Intel також випустила кілька поколінь мікроконтролерів: восьмирозрядних (8048, 8051), 16-розрядних (80188, 80186), 32-розрядних (80386EX).

Особливу групу складають процесори спеціального призначення, а саме, процесори для цифрової обробки сигналів, що називаються сигнальними процесорами (DSP). Провідна роль у випуску сигнальних процесорів належить компаніям Analog Devices (DSP типу 21хх і 210хх), Texas Instruments (DSP типу TMS320Cxx) і Motorola (56002,96002). Таким чином, в даний час можна виділити 3 напрямки розвитку МП-виробів інтегральної електроніки: однокристальні універсальні мікропроцесори з фіксованим числом розрядів (8, 16, 32, 64), зі звичайним набором команд - CISC, зі скороченим - RISC.

Однокристальні мікроконтролери, до складу яких включені, крім власне процесора, порти вводу/виводу, модулі оперативної і постійної пам'яті, схеми послідовного і паралельного інтерфейсів.

Процесори спеціального призначення називаються процесорами для цифрової обробки сигналів або сигнальними процесорами.