Mikroprosessorien

Mikroprosessorit ovat integroidun piirin tyyppejä, jotka toimivat tietokoneiden ja monien muiden elektronisten laitteiden keskusyksikkönä. Ne sisältävät ALU:n (arithmetic logic unit), rekisterit sekä ohjausyksikön, ja usein myös välimuistin. Mikroprosessorit suorittavat ohjelmien ohjeet: ne tulkitsevat käskyt, suorittavat laskutoimituksia, siirtävät tietoa ja ohjaavat laitteen toimintaa.

Mikroprosessorien kehitys alkoi 1970-luvulla. Yleisön käyttöön tarkoitetut ensimmäiset sirut, kuten Intel 4004 (1971) ja 8080 (1974), osoittivat, että täysi suorittimen toiminta voidaan toteuttaa yhdellä sirulla. Tämän jälkeen prosessorit kehittyivät 8-, 16-, 32- ja 64-bittisiksi, ja arkkitehtuuri sekä välimuistit kehittyivät vastaavasti. Nykyisin yleisimpiä ovat x86- ja ARM-pohjaiset prosessorit, joihin sisältyy monia laajennettuja ominaisuuksia kuten pipelining ja moniydinteknologia.

Arkkitehtuuriltaan mikroprosessorit voivat nojata Von Neumann -malliin tai Harvard-tyyppisiin järjestelmiin. Ne ovat usein pipelinoituja ja moniytimisiä, ja niissä on useita välimuistitasoja (L1, L2, L3). Yleisimmät käskyjoukkoarkkitehtuuri ovat x86, ARM, MIPS ja RISC-V, ja monet järjestelmät tukevat rinnakkaista suorittamista sekä useita säikeitä.

Nykytilanteessa kehityksen keskiössä ovat energiatehokkuus, moniytimisyys ja heterogeeniset järjestelmät, joissa CPU:n rinnalle lisätään erikoistuneita acceleratoreita kuten GPU- tai NPU-yksiköitä. Valmistustekniikan kehitys mahdollistaa pienemmän virrankulutuksen ja suuremman suorituskyvyn samankokoisissa siruissa. Tulevaisuudessa odotetaan entistä tiiviimpää integraatiota sekä uusia arkkitehtuuriratkaisuja, mukaan lukien 3D-stacking ja laitteistopohjainen laskennan kiihdytys.