µP (Mikroprozessor)

Ein Mikroprozessor (MPU) ist eine Hardware-Funktionseinheit, die als integrierte Schaltung (IC) ausgeführt ist. Sie besteht aus logischen Funktionseinheiten, die durch Befehlssätze gesteuert werden und arithmetische Berechnungen ausführen. Ein Mikroprozessor enthält als Funktionseinheiten das Rechenwerk (ALU), das Steuerwerk (CU), die Register und Ein-/Ausgabe-Systeme. Diese Funktionseinheiten werden durch umfangreiche Befehlssätze gesteuert.


Die Leistungskriterien von Mikroprozessoren

Die wichtigsten Leistungskriterien von Mikroprozessoren umfassen den Befehlssatz, die Datenwortbreite des Daten- und Adressbusses und vorallem die Rechenleistung mit der Anzahl der Operationen pro Sekunde. Wobei diese von der Taktfrequenz und der Datenwortbreite bestimmt werden.

Komponenten eines Mikroprozessors

Komponenten eines Mikroprozessors

Daher werden Prozessoren immer mit der internen Datenbusbreite bezeichnet, die die verarbeitende Datenwortbreite angibt: 4-, 8-, 16-, 32- und 64-Bit-Mikroprozessor

Die historische Entwicklung der Mikroprozessoren

Die Entwicklung der Mikroprozessoren begann Anfang der siebziger Jahre und ist geprägt durch die technologischen Fortschritte in der Integrationsdichte, die wiederum unmittelbar mit der realisierbaren Strukturbreite zusammenhängt.

Entwicklung der Integrationsdichte und der Strukturbreite

Entwicklung der Integrationsdichte und der Strukturbreite

Lag die Strukturbreite zu Beginn der Entwicklung noch bei 10 µm , so verringerte sich diese in den 90er Jahren auf unter 1 µm. Im gleichen Zeitraum stieg dank der rapide erhöhten Integrationsdichte die Zahl der Transistoren von einigen tausend, wie beim 4004 in den 80er Jahren, auf einige 100.000, wie beim 80386, der aus 275.000 Transistoren bestand und erlebte in den 90er Jahren mit der SLSI-Technologie eine weitere Steigerung auf mehrere Millionen Transistoren in den 90er und auf 100 Millionen bis hin zu über 1 Milliarde Transistoren bis 2010.

Die rasante Entwicklung der Taktfrequenz

Parallel mit dieser Entwicklung fand durch die rapide steigenden Taktraten und die Erweiterung der Busbreiten von 4 Bit auf bis zu 64 Bit eine wahre Leistungsexplosion statt. Lagen die ersten Taktraten in den 70er Jahren noch bei einigen hundert Kilohertz (kHz), so betrugen sie in den 80er mehrere Megahertz (MHz), in den 90er Jahren hundert und mehr Megahertz und später bei einigen Gigahertz (GHz).

Entwicklung 
   der Leistungsfähigkeit von Prozessoren in MIPS

Entwicklung der Leistungsfähigkeit von Prozessoren in MIPS

Mit all diesen Entwicklungen einher gingen neue Prozessorarchitekturen mit Parallelverarbeitung wie das Pipelining, größere Caches, umfangreichere Befehlssätze und die Leistungssymbiose von zwei und mehr Prozessorkernen in Form von Doppelkern- und Vierkern- und anderen Mehrkernprozessoren, das Multiprocessing und Multithreading, mit denen die Leistungssteigerung auch umgesetzt werden konnte.

Neuere Entwicklungen setzen auf geringere Versorgungsspannungen und die damit verbundene Reduzierung des Energieverbrauchs. Mikroprozessoren werden für bestimmte Anwendungen entwickelt, sie können aber auch universell ausgelegt sein, wie die Zentraleinheiten (CPU) von Computern. Die Einsatzbereich für Prozessoren reichen von der Computertechnik, über die Prozesssteuerung, Konsumelektronik und Kfz-Industrie, über die Mess- und Medizintechnik, die Satelliten- und Nachrichtentechnik, bis in die Haushaltstechnik und Gebäudeautomation. Es gibt kaum einen Lebensbereich in dem keine Prozessoren funktionsunterstützend eingreifen.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Mikroprozessor - µP
Englisch: microprocessor unit - MPU
Veröffentlicht: 16.10.2014
Wörter: 442
Tags: #CPU
Links: 4004, 80386, Adressbus, Befehlssatz, Bit (binary digit)