सूक्ष्मप्रक्रियक

सूक्ष्मप्रक्रियक : (मायक्रोप्रोसेसर). सूक्ष्मप्रक्रियक हा ⇨संकलित मंडल (इंटिग्रेटेड सर्किट आयसी) असलेल्या जटिल इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्तीचा प्रकार आहे. संगणकाचे कार्यमान सतत वाढत असून त्याचा आकार सतत घटत आहे. इलेक्ट्रॉनिकी संकलित मंडलांमधील विकासामुळे हे शक्य होत आहे. या मंडलांच्या प्रत्येक चौरस मिलिमीटर क्षेत्रफळात ट्रँझिस्टर हा मूलभूत घटक किती संख्येने मावू शकतो, या संख्येचे मान (परिमाण) दर अठरा महिन्यांनी दुप्पट होत आहे, हे गॉर्डन मूर यांचे प्रसिद्घ निरीक्षण पन्नास वर्षांहून अधिक काळ लागू होत आहे. आकाराने लहान होत जाणाऱ्या संगणकांना त्यांच्या आकारांवरून विशिष्ट नावांनी ओळखले जाते. पहिल्या पिढीतील संगणक एखाद्या मोठ्या दालनात मावत, त्यांना मेन फ्रेम संगणक म्हटले जाई. एखाद्या कपाटात मावणाऱ्या संगणकांना मिनीकॉम्प्युटर, तर टेबलवर मावू शकणाऱ्या संगणकांना मायक्रोकॉम्प्युटर (सूक्ष्मसंगणक) म्हटले जाऊ लागले. आता नॅनोसंगणकाकडे वाटचाल सुरू आहे.

सूक्ष्मसंगणकामधील केंद्रीय प्रक्रियकाची (सेंट्रल प्रोसेसिंग युनिट सीपीयू याची) सर्व कार्ये संकलित मंडलाच्या एका चिपेवर बसविली गेली व त्यास मायक्रोप्रोसेसर (सूक्ष्मप्रक्रियक) हे नामाभिधान मिळाले. सूक्ष्मप्रक्रियकाची क्षमता सतत वाढती असल्याने आधुनिक मोठे संगणकही एक किंवा अनेक मोठे सूक्ष्मप्रक्रियक वापरून बनविले जातात. संकलित मंडल ही एका संरचनेत आवेष्टित केलेल्या अब्जावधी इलेक्ट्रॉनीय घटकांची जोडणी असते. त्यामुळे त्यांना अतिशय मोठ्या प्रमाणावरील संकलित मंडले (व्हेरी लार्ज स्केल इंटिग्रेटेड सर्किट व्ही. एल्. एस्. आय.सी) म्हणतात. सूक्ष्मप्रक्रियकामध्ये एका चिपेवरील संगणकाच्या सर्व कार्याचे सहसंयोजन करणारी, म्हणजे या कार्यामध्ये सुसूत्रता आणणारी तसेच प्रत्यक्ष संगणनाचे काम करणारी व स्मृती म्हणून कार्य करणारी अशी विविध मंडले असतात. एखाद्या अंकीय संगणकातील केंद्रीय प्रक्रियकाची कामे करण्यासाठी आवश्यक असलेली अंकगणितीय, तार्किक व मंडल योजना सूक्ष्मप्रक्रियकात असते.

अशा प्रकारे सूक्ष्मप्रक्रियक हा संकलित मंडलाचा खास प्रकार असून तो कार्यक्रमणातील सूचनांचा अर्थ लावणे, त्यांची अंलबजावणी करणे तसेच अंकगणितीय क्रिया हाताळणे ही कामे करू शकतो. थोडक्यात, एका सूक्ष्म अर्धसंवाहक चिपेवर किंवा संकलित मंडलावर, ही कार्ये करणारी उपमंडले संकलित असतात. आधुनिक सूक्ष्मप्रक्रियक चिपेचे क्षेत्रफळ २००–५०० चौ.मिमी. अशा आकाराचे असून तिच्यावर अब्जावधी ट्रँझिस्टर, द्विप्रस्थ व रोधक असतात. उदा., एका मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणाऱ्या सूक्ष्मप्रक्रियकाच्या चिपेचे क्षेत्रफळ २६३ चौ. मिमी. असून त्यात ७३ कोटी ट्रँझिस्टर आहेत. सूक्ष्मप्रक्रियकाला चिपेवरील संगणक असेही म्हणतात.

१९७१ सालामध्ये हातात धरता येणाऱ्या गणकांमध्ये वापरण्यासाठी सूक्ष्मप्रक्रियक प्रथम तयार करण्यात आले. प्रगत उत्पादन तंत्रामुळे त्यांचा उत्पादन खर्चही कमी होत गेला. मोठ्या प्रमाणावरील संकलन (लार्ज स्केल इंटिग्रेशन एल्. एस्. आय.) तंत्रामुळे हा विकास होऊ शकला. या तंत्रामुळे ५ चौ. मिमी. पेक्षा कमी क्षेत्रफळाच्या अर्धसंवाहक चिपेवर हजारो ट्रँझिस्टर, द्विप्रस्थ व रोधक बसविणे शक्य झाले. १९८२–८५ दरम्यान अतिशय मोठ्या प्रमाणावरील संकलन तंत्रामुळे सूक्ष्मप्रक्रियकाची मंडल घनता मोठ्या प्रमाणावर वाढली व पुढे वाढतच राहिली.

संगणकाची आवश्यक कामे करताना सूक्ष्मप्रक्रियकाला बाह्य स्मृतिप्रयुक्तीकडून आदेश व प्रदत्त (माहिती) मिळतात. या प्रदत्तावर तो अंकगणितीय व तार्किक क्रिया करतो आणि त्यातून जे फलन मिळते, ते तो बाह्य स्मृतीकडे परत पाठवितो. याशिवाय सूक्ष्मप्रक्रियकाची आणखी काही वैशिष्ट्ये पुढे दिली आहेत.

अंकीय संगणक ज्यावर प्रक्रिया करतो त्या प्रदत्ताच्या मूलभूत एककाला संगणकीय शब्द म्हणतात. संगणकाने हाताळलेल्या सूचना व इतर प्रदत्त अशा शब्दांच्या रूपात असतो. माहितीच्या एककाला बिट (द्विमान अंक) म्हणतात आणि बिटांचा गट म्हणजे शब्द होय. बिट हे ० किंवा १ या द्विमान अंकांच्या रूपात असतात. संगणकाचे काम बिटांच्या आधारे चालते. सुरुवातीच्या सूक्ष्मप्रक्रियकांमध्ये ४ बिटांचे शब्द वापरीत. प्रगत सूक्ष्मप्रक्रियक अधिक लांब म्हणजे ८, १६, ३२ व ६४ बिटांचे संगणकीय शब्द हाताळू शकतात. सूक्ष्मसंगणक एका वेळी एका शब्दावर प्रक्रिया करीत असल्याने सर्वसाधारणपणे शब्दलांबी अधिक असल्यास संगणकाची गती अधिक असते.

बिट स्लाइस प्रकारच्या सूक्ष्मप्रक्रियकांमध्ये २ किंवा ४ बिटांच्या संगणक स्लाइस असलेल्या अनेक चिपा जोडून ८, १२ किंवा १६ अशी इच्छित शब्दलांबी असलेले सूक्ष्मसंगणक तयार करता येतात.

सूक्ष्मप्रक्रियकाच्या योग्य कार्यासाठी अचूक कालस्पंद (क्लॉक) निर्माण करणाऱ्या स्पंदघटीची आवश्यकता असते. स्पंदघटीची गती हे सूक्ष्मप्रक्रियकाचे दुसरे महत्त्वाचे वैशिष्ट्य आहे. हे स्पंदही नियमित कालांतराने घडत असलेली घटना असते व तिला स्पंदघटी आवर्तन म्हणतात. प्रगत सूक्ष्मप्रक्रियकांची अशा प्रकारे चालण्याची गती सेकंदाला तीन कोटी आवर्तने वा अधिक असते. दर सेकंदाला एक कोटी आवर्तने म्हणजे स्पंदाची १ गिगॅहर्ट्‌झ वारंवारता होय.

संगणक प्रणाली किंवा माहितीवर प्रक्रिया करणारी प्रणाली आदेशांच्या ज्या संचावर कार्य करू शकते त्याला आदेश-संच म्हणतात. आदेश हा अंकांचा आकृतिबंध असून तिच्याद्वारे कोणती विशिष्ट क्रिया करावयाची आहे आणि कोणत्या प्रदत्तावर (वा त्यांच्या स्थानांवर) कार्य करायचे आहे ते संगणकाला समजते. जटिल आदेश-संच संगणक (कॉम्प्लेक्स इन्स्ट्रक्शन-सेट कॉम्प्युटर सिस्क) आणि संक्षिप्त आदेश-संच संगणक (रिड्यूस्ड इन्स्ट्रक्शन-सेट कॉम्प्युटर रिस्क) हे सूक्ष्मप्रक्रियकांचे दोन मूलभूत प्रकार आहेत. बहुतेक व्यक्तिगत संगणकांत सिस्क चिपा वापरतात. अभियांत्रिकी कार्य करणारे व काही मुद्रक यांच्यात रिस्क चिपा वापरतात.

सिस्क चिपेमध्ये विस्तृत आदेश-संच असतो. प्रत्येक आदेश अंमलात आणण्यास लागणाऱ्या स्पंदघटी आवर्तनांची संख्या वेगवेगळी असते. रिस्क चिपेमध्ये नेहमी एकाच लांबीच्या सूचना वापरतात आणि एका स्पंदघटी आवर्तनामध्ये त्यांची अंलबजावणी होऊ शकते. रिस्क चिप मंडले आकाराने लहान असल्याने सिस्क चिपांतील मंडलांहून अधिक गतिमान असतात. सिस्क चिप करू शकेल त्यापेक्षा अनेक पटींनी जास्त सूचनांची अंलबजावणी रिस्क चिप दर सेकंदाला करू शकते. याउलट सिस्क चिपेत अधिकाधिक जटिल आदेश कार्यवाहीत आणणारी मंडले असतात. आधुनिक सूक्ष्मप्रक्रियकांमध्ये असलेली इलेक्ट्रॉनीय मंडले विविध कार्ये करतात त्यातील प्रमुख कार्ये अशी आहेत : अंकगणिती व तार्किकी क्रिया करणे, या कार्यादरम्यान नोंदकांमध्ये प्रदत्त तात्पुरता साठविणे, कार्यक्रमणाच्या ओघाचे नियंत्रण करणे, आदेशांचा अर्थ लावून त्यातील क्रिया करण्यासाठी उचित मंडले कार्यवाहीत आणणे, पुनःपुन्हा लागणाऱ्या माहितीसाठी, मुख्य स्मृतीचे संदर्भ कमी करण्यासाठी चिपेवरील गतिमान नक्त स्मृती वापरणे, आदेशांच्या कार्यवाहीच्या कामाचे उपमंडलात योग्य वाटप करणे इत्यादी.