Mikroprosessorit

Mikroprosessorit ovat yhdellä sirulla toteutettu keskusyksikkö (CPU), joka suorittaa ohjelmointikoodia. Ne ovat tietokoneiden ja monien elektronisten järjestelmien sydän, ja ne toimivat usein ulkoisen muistin sekä syöttö- ja tulostuslaitteiden kanssa. Modernit mikroprosessorit sisältävät rekistereitä, ohjausyksikön ja välimuisteja; muisti ja I/O ovat kuitenkin useimmiten erillisillä piireillä tai järjestelmäpiirissä.

Perusrakenne koostuu käskyvalikoista (ISA), rekistereistä, ALU:sta (aritmeettinen/logiikkayksikkö) sekä välimuisteista. Käskyn suoritus tapahtuu ohjauslogiikan ohjaamana ja käyttämällä laskentayksikköä. Monia käskyjä voidaan suorittaa putkitetusti (pipelines) ja nykyaikaiset mikroprosessorit ovat usein moniytimisiä ja sisältävät useita tasoja välimuistia sekä energiatehokkuusparannuksia. Käskykannat ovat usein jaettuja CISC- ja RISC-ryhmiin; yleisiä esimerkkejä ovat x86 (CISC) ja ARM (RISC).

Historia: Ensimmäiset kaupalliset mikroprosessorit olivat Intel 4004 (4-bittinen, 1971) ja sen seuraajat 8008 ja 8080; Zilog Z80 sekä Motorola 6800 olivat 1970-luvun mittaisia edistysaskeleita. Intel 8086/8088 (1978) loi x86-sukupolven. 1980- ja 1990-luvuilla siirryttiin 32- ja 64-bittisiin prosessoreihin. ARM-arkkitehtuuri kehitettiin 1980-luvulla ja on sittemmin vakiinnuttanut asemansa mobiili- ja sulautetuissa järjestelmissä. Nykyään mikroprosessorit ovat useimmiten moniytimisiä ja niissä on yhä kehittyneempi välimuisti ja energiatehokkaat suunnitteluperiaatteet.

Käyttökohteet: tietokoneet, palvelimet sekä valtava joukko sulautettuja järjestelmiä, kuten älypuhelimet, kodin laitteet ja autot. X86-arkkitehtuuri hallitsee pc- ja serverimarkkinoita, kun ARM on vakiinnuttanut asemansa mobiilissa ja monissa sulautetuissa sovelluksissa. Muita käytössä olevia ratkaisuja ovat esimerkiksi PowerPC, MIPS sekä kasvava RISC-V-ekosysteemi.

Tulevaisuudessa kehitys keskittyy energiatehokkuuteen, suureen suorituskykyyn monisäikeisyyden kautta sekä tekoälyä tukeviin erikoisrajoitusten laajentamiseen; yhä suurempi määrä prosessoreita integroidaan järjestelmäpiireihin.