Przeskocz do treści

Delta mi!

Ile mikroprocesorów jest w tym pokoju?

Marcin Peczarski

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: maj 2009
  • Publikacja elektroniczna: 18-06-2010
  • Autor: Marcin Peczarski
    Afiliacja: Instytut Informatyki, Uniwersytet Warszawski

Podobne pytanie zadałem kiedyś moim studentom na egzaminie. Drogi Czytelniku, czy potrafisz udzielić odpowiedzi? Zastanówmy się razem.

Zapewne gdzieś na biurku lub obok stoi komputer osobisty, podobny do tego, na którym piszę teraz ten tekst. W tym komputerze niewątpliwie jest mikroprocesor (ang. CPU – Central Processing Unit), ale czy tylko jeden? Obecnie bardzo popularne są mikroprocesory wielordzeniowe. Taki wielordzeniowy mikroprocesor to właściwie kilka mikroprocesorów umieszczonych razem w jednej strukturze półprzewodnikowej, nazywanej potocznie kością lub czipem (ang. die, chip). Najprawdopodobniej komputer posiada kartę graficzną wyposażoną w specjalizowany wielordzeniowy mikroprocesor graficzny (ang. GPU – Graphics Processing Unit). Specjalizowany mikroprocesor znajdziemy też w innych podzespołach komputera osobistego, np. w klawiaturze i karcie dźwiękowej. Mikroprocesor znajduje się w karcie SIM, która jest w telefonie komórkowym, a w samym aparacie telefonicznym też jest co najmniej jeden. Odtwarzacz plików muzycznych ma w sobie mikroprocesor. Mikroprocesory są również w kartach służących do kontroli dostępu, czyli w kartach zbliżeniowych, które pracownicy w wielu firmach muszą przyłożyć do czytnika, aby wejść do pomieszczenia. W wielu miastach są używane bilety komunikacji w postaci kart mikroprocesorowych. Coraz powszechniejsze są dokumenty tożsamości z mikroprocesorem: legitymacje studenckie, paszporty biometryczne, karty ubezpieczenia zdrowotnego.

Mikroprocesory można też znaleźć w zabawkach. Moim ulubionym przykładem są kolejki elektryczne. Miałem taką kolejkę. Sterowanie odbywało się przez podanie na szyny napięcia elektrycznego. W zależności od polaryzacji tego napięcia i jego wartości lokomotywa jechała do przodu lub do tyłu z różnymi prędkościami. Wszystkie lokomotywy na tym samym torze zasilane były ze wspólnego transformatora i musiały jechać w tym samym kierunku z podobną prędkością (różnice prędkości wynikały tylko z różnej konstrukcji poszczególnych lokomotyw). Obecnie w każdej zabawkowej lokomotywie można zainstalować mikroprocesorowy dekoder sterujący jej pracą. Umożliwia to indywidualne sterowanie poszczególnych modeli, a również niezależne sterowanie światłami czy sygnałami dźwiękowymi.

Jeśli wyjdziemy z pokoju i dobrze rozejrzymy się w mieszkaniu, to znajdziemy mikroprocesory w sprzęcie gospodarstwa domowego, np. w pralce czy kuchence mikrofalowej. Są też w domofonach, instalacjach alarmowych i czujnikach przeciwpożarowych. Są w samochodach w układach sterujących wtryskiem paliwa, kontrolujących pracę hamulców czy poduszek powietrznych oraz mnóstwie innych urządzeń, których na co dzień używamy.

Co sprawia, że mikroprocesory występują tak powszechnie? Ich siła tkwi w tym, że w niewielkiej i taniej w produkcji kostce półprzewodnika realizują idee matematyczne, które narodziły się w latach trzydziestych i czterdziestych ubiegłego wieku. Idee stworzenia maszyny, której można by zadać algorytm i maszyna za nas wykonywałaby cierpliwie i bezbłędnie sekwencje pracochłonnych i monotonnych obliczeń. Współautorami tych idei byli m.in. Alan Turing i John von Neumann (patrz niżej). Algorytm zapisany tak, aby mogła go wykonać maszyna, nazywamy programem. Jednym z najważniejszych pomysłów była decyzja o umieszczaniu programu w pamięci maszyny. Łatwość zmiany zawartości pamięci, a co za tym idzie łatwość zmiany wykonywanego algorytmu, powoduje, że maszyna staje się maszyną uniwersalną, zdolną do wykonywania dowolnego algorytmu. Taki sam mikroprocesor w zależności od zapisanego w pamięci programu może sterować równie dobrze sondą kosmiczną, jak i wiatraczkiem na biurku.

Wielu czytelników zapewne zachwyca się coraz to szybszymi i wydajniejszymi mikroprocesorami oferowanymi do komputerów osobistych. Wielu zawzięcie dyskutuje, czy lepszy jest model firmy X taktowany zegarem 2,4 GHz, czy może produkt firmy Y z zegarem 2,6 GHz? Czy wystarczy, gdy kupię dysk twardy 200 GB, czy kupić 300 GB? Jednak wydaje się, że rewolucja następuje też w zupełnie innym miejscu, jakby w cieniu tych magicznych gigaherców i gigabajtów. Pojawiły się tanie mikrokontrolery, układy scalone mające w sobie mikroprocesor, pamięć i wszystko co niezbędne do zbudowania małego komputera. Do sterowania lodówką nie potrzeba wiele: mikroprocesor taktowany zegarem 8 MHz, 128 bajtów pamięci na dane i 2048 bajtów na program to i tak pewnie za dużo. Taki układ kosztuje obecnie ok. 6 zł. Więc nie zdziw się Drogi Czytelniku, gdy pewnego dnia, próbując ponownie odpowiedzieć na postawione w tytule pytanie, stwierdzisz, że każde urządzenie elektryczne w Twoim mieszkaniu zawiera co najmniej jeden mikroprocesor.