【中華百科全書●工學●微處理機】

楊籍富

【中華百科全書●工學●微處理機】

 

微處理機是七○年代的新產物，但卻將深深地影響八○年代人民的生活。

 

它是一部縮小了的計算機，包含構成計算機核心的算術邏輯單元、控制單元、處理記憶器及控制輸入輸出的能力。

 

實際上，它是在一片不到原子筆筒面積大的晶片上，生長了數以千萬計電晶體的積體電路，它與一般計算機最主要的不同是體積小、消耗功率低、價錢便宜，並能深入一般計算機所無法到達的領域。

 

微處理機的誕生有其時代背景，首先是對半導體物質物理特性的了解及積體電路製造技術的突破。

 

尤其是矽晶的純化，有效的積體電路設計，不但成本降低，可靠度也提高；

 

其次是電子計算器之突飛猛進與大量生產的結果，由於小型手上計算器逐步取代機械式桌上計算器，因此六○年代末期對計算機及微處理機核心元件的需求大幅增加，大大地刺激了市場，造成善的因果循環；

 

模式化的系統需要也是原因之一，傳統的數位系統設計，均由二極體、電晶體、小型積體電路或中型積體電路組成。

 

早期需求不殷，個別化的設計成本尚低，散亂式的邏輯尚可支應，但隨著工業之繼續前進，積體電路製造日增，卻沒有標準的設計模式，製造費用昂貴，因此設計工程師們便想到利用可規畫的模式來取代傳統式的設計，基於這三個原因。

 

微處理機應運而生。

 

世界第一片微處理機－四○○四－是美國因特爾公司於西元一九七一年首先推出，該晶片是由日本巴斯孔計算器公司為能適應廣泛科學計算機應用市場，而委託因特爾公司製造的，當時因受合約限制，因特爾公司無法大力推展，但卻已看出它的潛在市場，乃投下極大的人力、財力從事這方面的開發。

 

並於一九七一年以優異的記憶器製造經驗，取得了數據點公司所設計八○○八的製作權。

 

基本上，四○○四類似於五○年代末期的大眾化科學用計算機，但它的大小卻僅有一一○乘一五○毫吋，它是一個四位元的裝置，配合著記憶器、移位暫存器等，可組成一部小型的計算機系統，一般稱之為微電腦。

 

而八○○八則為八位元的裝置，其大小僅為一二五乘一七○毫吋。

 

由於四○○四、八○○八的相繼推出，使得微電子的發展過程邁入了微處理機階段。

 

其後數年內有很多的半導體公司投入了這一行列，生產了各式各樣的微處理機。

 

位元寬度有四位元、八位元、十二位元，甚至十六位元的。

 

幾年間，微處理機的市場不僅在量的方面提高了，質方面也提高。

 

如初期組成一部微電腦可能需要六十個左右的另件配合。

 

但是現在則一般只需三至五個。

 

甚至有很多單晶片的微電腦，只要一個晶片，便可承擔計算的任務，指令的執行時間，也由二十微秒降至低於一微秒以下。

 

微處理機的應用相當廣泛，它不僅能執行單調、簡單的工作，也能從事繁瑣的任務。

 

家電產品減化了控制線路，降低成本，增加功能，並可節約能源；

 

個人電腦或小型商用電腦使得每人一部電腦的理想得以實現，提高了人民的生活品質與娛樂境界；

 

智慧型終端機不但執行傳統終端機的任務，並兼具非線上編輯、正文格式化、繪圖與顏色的功能，降低了主計算機的負載，使其得以專心於較複雜的運算工作，提高系統的產量；

 

汽車電腦不但可以控制旅程，並可控制引擎與污染，尚可提高行車安全，保障人命；

 

微電腦機械工具取代了傳統機械式的感測、監視與控制，以往需要昂貴的迷你窗腦才可實現的數值控制，可個別裝置於機器內，程序控制、機器人等微處理機產品使邁向全自動生產的目標指日可待；

 

軍事上的應用使得巡弋飛彈能夠擊中數千里以外的目標，電腦飛航控制系統使得被擊中的戰鬥機得免於完全失去控制所造成的嚴重後果，影像處理、導向飛彈、無人飛機、模擬飛行與砲位測定等，均是微處理應用到軍事上最顯著的實例；

 

其他如儀器、通訊、辦公室自動化、資料處理等方面的應用，亦在在顯示微處理機的無孔不入。

 

微處理機之所以能在短短幾年內，受到大眾如此的偏好，主要因為設計工程師在其設計的產品中，加入微處理機後可得到下列的好處：一、易於實現複雜功能的線路；

 

二、高度可變性與適當性；

 

三、系統自動校準與測試能力；

 

四、縮短產品開發與製作時間；

 

五、降低產品成本。

 

當然使用微處理機也有它的限制，例如，每個微處理機的位語長度不一樣，中斷結構、輸入輸出亦異，記憶定址能力、計算能力都不同，增加了選擇上與學習上的麻煩，他如軟體價格的不斷攀升與周邊裝置的價格居高不下，也限制了微處理機的應用。

 

（謝忠健）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=8312