Mikroprozesadorea: Zer den, Nola Egin eta Funtzionamendua

Mikroprozesadorea ordenagailuaren kontrolaz eta ariketa logiko/aritmetikoez arduratzen den txipa da. Euskaraz, PUZ (Prozesatzeko Unitate Zentrala) deitzen zaio, eta CPU ingelesez. Ardura nagusia ordenagailuko beste atal guztiek haien lana egin dezaten arauak ematea da; ordenagailuaren burmuina da. Ordenagailuaren funtsezko atala da. Barnean milioika transistorez osatuta dago. Prisma itxura du eta txartel nagusiaren zuloan sartzen da.

Mikroprozesadorea XX. mendeko aurkikuntzarik garrantzitsuenetarikoa izan da. Gero eta makina gehiagoren nukleoa izanik, teknologia gailuak sortzerakoan ezinbestekoa da. Gaur egun 15.000 milioi mikrotxip erabiltzen dira. Mikroprozesadoreen eguneraketak oso garrantzitsuak dira, gero eta mikro hobeak sortzen baitira.

Historia

Orain dela 25 urte Intel enpresak lehenengo mikroprozesadorea diseinatu zuen. Izan ere, enpresa hau mikroprozesadoreen fabrikazioaren aitzindaria da, merkatuko %90a hartzen baitu.

Mooren Legearen Amaiera

Mooren legeak, lehen uste zenaren kontra, ez du betirako iraungo. Mooren legearen arazo handienak hauek dira:

1. Mikroprozesadoreek gero eta transistore gehiago dituztenez, gero eta energia gehiago behar dute. Hori konpontzeko, hainbat fabrikatzailek bere barneko transistoreak itzali ahal dituzten mikroak sortzen hasi dira.
2. Gero eta zailagoa da mikro hobeak sortzea eta, beraz, gero eta garestiagoa da.
3. Azkenean ez da fisikoki posible izango transistore txikiagoak sortzea eta Mooren legea amaituko da.

Mikroprozesadoreen Fabrikazioa eta Egitura

Fabrikazioa zaila da. Silizio ugari duen hare kantitate bat erabiliz, 20x150 cm-ko monokristalak eratzen dira. 1370ºC-ko tenperaturan urtzen da eta gutxi-gutxika (10 mm-tik 40 mm-ra orduro) kristala sortzen da. Ertzak eta kanpoaldea kentzen dira, zilindro perfektu bat lortuz.

10 mikrako lodierara ebakitzen da. Zati hauei olata (wafer) deitzen zaie. Olata hauetatik ehunka mikroprozesadore egiten dira.

Olata hauek leundu egiten dira azalera laua edukitzeko. Perfekzioa lortu eta gero, silizio oxidozko kapa bat ezartzen zaio isolatzeko.

Hain dira txikiak eta zehatzak prozesadorearen xehetasunak, ezen hauts-mota batek zirkuitu taldeak apurtu ditzakeela. Fabrikatzerakoan, lantokiak hautsik gabeko gelak dira. Gela hauei izen espezifiko batez deitzen zaie. Garbien dagoenak “clase 1” izena du. Hau da, zenbakiak 0,12 mikrako partikula kopurua adierazten du. Konparazio bat etxeekin egiteko, etxeak “clase 1M” izango litzateke.

Proba guztiak pasatu eta gero, olatak ebaki egiten dira eta txipak banandu. Prozesu honetan, mikroprozesadorea plaka txiki bat da, milimetro karratu gutxiko azalerarekin. Plaka bakoitzak plastikozko babes kapsula bat du eta metalezko ehunka pinez konektatuta dago. Konexio hauek alanbre finak erabiliz egiten dira, batzuetan urrezkoak izanik. Beharrezkoa balitz, barreiatzaile termiko bat erabiltzen da txiparen barruko bero transferentzia egokiagoa izateko.

Silizioaz aparte, beste material batzuk ere erabili daitezke. Izan ere, ikertzen ari dira grafenoa sartzea bere ezaugarri bereziengatik.

Mikroprozesadoreak konputagailu digital baten antzerako egitura du. Beste era batera esanda, konputagailu digitalaren historiak mikroprozesadorea ulertzen lagundu zuen eta honi esker oso kalkulagailu eraginkorrak sortu ziren.

Mikroprozesadorearen atal nagusiak hauek dira:

Kanpoko Kapsula

Siliziozko olata inguratzen duena da, trinkotasuna emateko, higadura ekiditeko eta kanpoko konektoreekin lotzeko.

Cache Memoria

Memoria ultrabizkorra da, zeinek mikroprozesadoreak erabiltzen duen hurrengo aurreikusitako operazioetan erabiliak izango diren datuak hartzeko, RAM memoria ez erabiltzearren, horrela datuak lortzeko itxarote denbora murriztuz. Ordenagailuekin bateragarriak diren mikroprozesadore guztiek dute lehenengo mailako barruko cachea. Mikroprozesadore modernoenek ere (Pentium III Coppermine, Athlon Thunderbird, etab.) barruan daramate beste cache maila bat.

Koprozesatzaile Matematikoa

Koma higikorreko unitatea da. Mikroprozesadoreko zati espezializatua da kalkulu matematikoko mota horretarako. Zati hau zati logikoa bezala kontsideratuta dago.

Erregistroak

Memoria txiki mota bat dira, zeinen helburua mikroprozesadorea erabilpen zehatz batzuetarako prest egotea den. Prozesadore bakoitzean erregistro talde ugari daude. Erregistro talde batzuk programatzaileen kontrolerako diseinatuta daude, eta beste batzuk ez dira prozesadoreak kontrolatuak izateko diseinatuak izan, baina PUZk erabiltzen ditu operazio batzuetan. Denetara 32 erregistro izan ohi dira.

Memoria

Prozesadoreak programen instrukzioak eta datuak aurkitzen dituen lekua da. Bai datuak bai instrukzioak memorian gordeta daude.

Ataka

Prozesadorea kanpoko munduarekin komunikatzeko modua da. Ataka telefono linea bat bezalakoa da. Ordenagailuaren zirkuituko edozein zatik, prozesadorearekin komunikatu behar denean, ataka zenbaki bat du esleitua. Zenbaki hau prozesadoreak telefono zenbaki bat bezala erabiltzen du zirkuitu eta zati berezi batzuk izendatzeko.

Funtzionamendua

1. BUSak instrukzioak eta datuak hartzen ditu RAM memoriatik.
2. BUSak instrukzioak instrukzio erregistroan sartzen ditu, banan-banan, kontrol unitatearen barruan.
3. Deskodifikatzaileak instrukzioa deskodifikatzen du.
4. Sekuentziadoreak instrukzioa zati sinpleetan banatzen du eta instrukzio unitatera bidaltzen du.
5. Instrukzio unitateak eskatzen zaizkion eragiketak betetzen ditu eta erantzunak RAM txartelera bidaltzen ditu.

Transistoreak

Oinarrizko unitateak dira. Transistorea elektrizitatearen “garraioa” kontrolatu dezakeen dispositibo elektronikoa da. Material erdieroale batez egina, silizioz edo germanioz, adibidez. Hiru terminal dituzte: batetik elektrizitatea sartzeko, bestetik irteteko eta haien arteko fluxua kontrolatzen duena. Gaur egungoek 2.000 milioi transistore izan ditzakete.