mikroprosessor

En mikroprosessor skiller seg fra den mer generelle termen prosessor ved at alle komponentene er samlet på en halvlederbrikke (en integrert krets). Før mikroprosessorene kunne en prosessor ofte være en stor og separat enhet med separate komponenter. Når teknologien rundt mikroprosessorer var ny, var dette skille vesentlig for å markere overgangen. I dag er så godt som alle prosessorer av typen mikroprosessorer, og termene blir mer overlappende.

I datamaskiner omtales som regel prosessoren (mikroprosessoren) som en CPU (Central processing unit). Begrepene benyttes om hverandre, men skal man forsøke skille de to begrepene fokuserer mikroprosessor og prosessor først og fremst på den fysiske brikken, mens CPU fokuserer på rollen den har i datamaskinen. En datamaskin har ofte mange større og mindre prosessorer, mens én av dem har rollen som en CPU.

Ytelsen til en mikroprosessor avhenger av egenskaper som hvor mye data som kan behandles samtidig (ordlengde), klokkefrekvens, antall instruksjoner som kan behandles per klokkesyklus, antall kjerner, størrelse på integrert minne (cache), hvordan instruksjonene er lagt opp, bredde på intern buss, og det interne kontrollprogrammet (mikrokoden). Ytelsen kan imidlertid noe forenklet sies å være noenlunde proporsjonal med antall transistorer.

Fysiske attributter som transistorenes størrelse og innbyrdes avstand bestemmer maksimal klokkefrekvens og strømforbruk. Dess mindre dimensjoner, dess høyere frekvens og dess flere transistorer er det plass til på samme areal. Metoder for å begrense mikroprosessorenes strømforbruk og varmeutvikling har også blitt viktigere etter hvert som størrelsen reduseres.

Det er uenighet om hvem som var først ute med en ekte mikroprosessor, ettersom tre ulike prosjekter fra Intel, Texas Instruments (TI) og Garrett AiResearch utviklet hver sin mikroprosessor omtrent på samme tid. Patentet for mikroprosessoren har vært gjenstand for mange juridiske tvister, og har i løpet av historien vært tildelt flere ulike aktører.

Ser man bort fra patentstriden regnes imidlertid Intel 4004 som den første mikroprosessoren, da dette var mikroprosessoren som først ble kommersielt tilgjengelig i stor skala, og dermed fikk stor utbredelse. Denne ble lansert 15. november 1971.

For ordinære datamaskiner er det i dag stort sett AMD og Intel som leverer prosessorer.

En viktig egenskap ved en prosessor er hvor mange bit som kan behandles samtidig (ordlengde). De aller første mikroprosessorene håndterte fire bit, så kom 8-bits prosessorer i 1972 og 16-bits i 1975. Hjemmedatamaskinene tidlig på 1980-tallet hadde 8-bits mikroprosessorer, mens IBMs første PC brukte en 16 bits mikroprosessor fra Intel, med 8-bits buss. De første 32-bits prosessorer kom rundt 1980, og de første 64-bits prosessorene rundt 1990.

Miniatyriseringen som har preget utviklingen av halvlederteknologien helt fra starten, har gjort det mulig å øke klokkefrekvensen kolossalt. Intels 8088-prosessor fra 1979 som ble brukt i IBMs første PC, hadde en frekvens på 4,77 MHz, mens det i 2005 ble levert PC-prosessorer med en klokkefrekvens på 3,0 GHz (gigahertz). Økningen i klokkefrekvens har stagnert fordi høyere frekvens øker varmeutviklingen som har blitt en begrensende faktor. Dagens prosessorer har vanligvis en klokkefrekvens på opp mot 4 GHz. Klokkefrekvensen er imidlertid ofte redusert, og man har heller flere prosessorer (kjerner) i samme enhet.

I 1971 hadde Intels første mikroprosessor, 4004, 2300 transistorer. I 1989 lanserte Intel 80486 med 1,2 millioner transistorer. PC-prosessoren Core Duo, som Intel introduserte i 2006, hadde 376 millioner transistorer. Intels i9 prosessor, lansert i 2017, har til sammenligning 4,2 milliarder prosessorer.

Fram til år 2005 doblet ytelsen seg omtrent hver 18. måned på grunn av økning i klokkefrekvens og antall transistorer per brikke. Det er basert på en observasjon kjent som Moores lov. Gordon Moores observasjon i 1965 var at antall transistorer per brikke kunne dobles hvert år. En hurtigere vekst ville gi for stor feilrate (kasserte brikker) til at produksjonen ble lønnsom. I 1975 ble Moores lov modifisert til å anta en dobling av transistorantallet hver 24. måned.

Transistortettheten fortsatte å øke selv om klokkefrekvensøkningen stagnerte. Etter hvert ble fokuset dreid over på vekst i ytelsen ved hjelp av mer parallell utførelse. Først ved å effektivisere utførelsen av hver instruksjon, så ved å legge flere prosessorer på samme brikke – en flerkjernet mikroprosessor. IBM var først ute, med den tokjernede Power4 fra 2000. I 2006 tilbød både AMD og Intel tokjernede prosessorer for PC-er og servere, mens Sun introduserte den åttekjernede UltraSparc T1 i 2005. I 2022 har vanlige PC-er maskiner både 8 og 16 kjerner som vanlig spesifikasjon.

• prosessor
• CPU
• datamaskin
• maskinvare