微处理器是计算机的大脑，它负责所有工作。它是一种计算机处理器，在单个IC(集成电路)或最多几个IC上集成了CPU(中央处理单元)的所有功能。微处理器于1970年代初首次引入。 4004是英特尔用于制造个人计算机的第一个通用微处理器。低成本通用微处理器的到来已对现代社会的发展起到了重要作用。

我们将详细研究微处理器的特性和组件。

微处理器特性

微处理器是可以设计用于通用或专用功能的多功能设备。笔记本电脑和智能手机的微处理器是通用的，而用于图形处理或机器视觉的微处理器则是专用的。所有微处理器都有一些共同的特征。

这些是微处理器最重要的定义特征-

• 时钟速度
• 指令系统
• 字数

时钟速度

每个微处理器都有一个内部时钟，该时钟调节其执行指令的速度，并使其与其他组件同步。微处理器执行指令的速度称为时钟速度。时钟速度以MHz或GHz为单位，其中1 MHz表示每秒1百万个周期，而1 GHz等于每秒10亿个周期。在此，周期是指单个电信号周期。

当前，微处理器的时钟速度在3 GHz范围内，这是当前技术可以达到的最高速度。速度超过此速度会产生足够的热量，从而损坏芯片本身。为了克服这个问题，制造商正在使用多个在芯片上并行工作的处理器。

字数

处理器在单个指令中可以处理的位数称为其字长。字长决定了一次可以访问的RAM数量以及微处理器上的引脚总数。输入和输出引脚的总数反过来决定了微处理器的体系结构。

第一个商用微处理器Intel 4004是4位处理器。它有4个输入引脚和4个输出引脚。输出引脚数始终等于输入引脚数。当前，大多数微处理器使用32位或64位体系结构。

指令系统

赋予数字机器对一条数据进行操作的命令称为指令。微处理器旨在执行的基本机器级指令集称为其指令集。这些指令确实执行这些类型的操作-

• 数据传输
• 算术运算
• 逻辑运算
• 控制流
• 输入/输出和机器控制

微处理器组件

与第一个微处理器相比，当今的处理器非常小，但它们仍然具有第一个模型中的这些基本部件-

• 中央处理器
• 总线
• 记忆

中央处理器

CPU被制造为超大规模集成电路(VLSI)，具有以下部分-

• 指令寄存器-它保存要执行的指令。

• 解码器-解码(转换为机器级语言)指令，并将其发送到ALU(算术逻辑单元)。

• ALU-它具有执行算术，逻辑，存储器，寄存器和程序排序操作的必要电路。

• 寄存器-它保存程序处理期间获得的中间结果。寄存器用于保存这种结果，而不是用于保存结果，因为访问寄存器的速度几乎是访问RAM的十倍。

总线

用于连接微处理器芯片内部部件的连接线称为总线。微处理器中有三种类型的总线-

• 数据总线-往来于存储器的数据传输线称为数据总线。它是宽度等于微处理器字长的双向总线。

• 地址总线-它是单向的，负责将内存位置或I / O端口的地址从CPU传送到内存或I / O端口。

• 控制总线-承载诸如时钟信号，中断信号或就绪信号之类的控制信号的线路称为控制总线。它们是双向的。表示设备已准备好进行处理的信号称为就绪信号。指示设备中断其过程的信号称为中断信号。

记忆

微处理器具有两种类型的存储器

• RAM-随机存取存储器是易失性存储器，在关闭电源后会被擦除。所有数据和指令都存储在RAM中。

• ROM-只读存储器是非易失性存储器，即使关闭电源，其数据也保持不变。微处理器可以随时从中读取信息，但无法对其进行写入。它用最基本的数据(如制造商的启动顺序)进行了预编程。