מיקרו-מחשב

מיקרו-מחשב הוא מחשב שבליבו מצוי מיקרו-מעבד (הנקרא גם מיקרופרוססור או בקיצור µP) המשמש כיחידת עיבוד מרכזית. מיקרו-מחשבים הם קטנים ותופסים מעט מקום בהשוואה למחשבים מרכזיים ולמיני-מחשבים. מיקרו-מחשבים רבים (כאשר הם מצוידים במקלדת ומסך) הם גם מחשבים אישיים.

השימוש במונח מיקרו-מחשב פחת משמעותית מאז אמצע שנות ה-80 וכבר אינו נפוץ. הוא בדרך כלל מקושר לדור הראשון של המחשבים הביתיים. היות שמגוון הולך וגדל של מחשבים המבוססים על מיקרו-מעבד מתאים להגדרה של מיקרו-מחשב, כבר אין מכנים אותם כך בדיבור יום-יומי.

היסטוריה

המיקרו מעבד הראשון היה אינטל 4004 שיצא לשוק בשנת 1971. שנה אחריו יצא אינטל 8008 שהיה המיקרו מעבד הראשון עם רוחב פס 8 ביט. ה-8080 כבר היה מעבד עצמאי למדי עם ביצועים משופרים. עד אמצע שנות ה-70 קמו למיקרו מעבד זה של אינטל מספר מתחרים: מעבד ה-6800 מתוצרת מוטורולה, ה-6502 של חברת Mos Technology וה-Z80 החזק במיוחד של Zilog.

מערכת מיקרו מחשב מיקצועית משנת 1977 המבוססת על מעבד Z80, על אפיק נתונים S-100 BUS ועל מערכת הפעלה CP/M

במהלך שנות ה-70 הופיעו עשרות רבות של דגמים שונים של מיקרו-מחשבים. בהתחלה הם כללו מעגל מודפס בודד וחשוף, שכלל גם תצוגה ולוח מקשים כמו של מחשבון או לחלופין התחבר למסוף אלפא נומרי באמצעות RS-232. בהמשך נוצר תקן S-100 BUS לחיבור כמה כרטיסים כאלה. המיקרו-מחשבים שימשו הן חובבי אלקטרוניקה לכתיבת תוכניות קטנות באסמבלר והן לשימושים מקצועיים. המערכות המקצועיות התחרו בהדרגה במיני מחשבים כמחשבים רב תכליתיים בתעשייה ובאוניברסיטאות. הם חוללו מהפכה בכך שהפכו את המחשב ממכשיר יקר ונדיר למכשיר שימושי ונפוץ יחסית. מחיר מערכת מקצועית אופיינית בסוף שנות ה-70 היה כמה אלפי דולר, היא תקשרה עם מסוף אלפא-נומרי ב־RS-232, היה לה כונן תקליטוני 8 אינץ' וזיכרון נדיף 64 קילובייט. מערכת ההפעלה הנפוצה ביותר למחשבים תעשייתיים/מחקריים אלו הייתה CP/M, ה"אמא" הרוחנית של ה MS-DOS.

במקביל, במחצית השנייה של שנות ה-70, יוצרו ונמכרו עשרות דגמים שונים של מיקרו מחשבים לשוק הצרכנים הביתי. הבולטים בהם היו: ה-TRS-80 של Radio Shack, ה-ZX80 של Sinclair-Research וה-PET של קומודור אינטרנשיונל. "מחשבים ביתיים" אלו היו ארוזים במארז סגור והתאימו לשוק רחב יחסית. רובם באו עם מקלדת, התחברו לטלוויזיה, כללו תוכנות משחקים ב-CARTRIDGE, אפשרו תיכנות בשפת BASIC ושמרו תוכניות על קלטות טייפ. מחשב האפל הראשון היה שחקן די זניח בקבוצה זו אך האפל II הצליח מעל ומעבר למתחריו. הוא היה מבוסס על מעבד חלש יחסית ה-6502, אך כונן הדיסקים שכלל, הממשק בצבע, המוניטור הייעודי ותוכנת VisiCalc (שהייתה הגיליון האלקטרוני הראשון) הפכו אותו לפופולרי ביותר.

עידן זה הסתיים עם הופעתו של המחשב האישי של IBM (חומרה) ומיקרוסופט (תוכנה). ה-IBM-PC השתלט על השוק הביתי, המסחרי, התעשייתי והמחקרי בזכות הפיכתו לסטנדרט שכל יצרני החומרה והתוכנה מתאימים עצמם אליו. המונח מיקרו מחשב כבר אינו בשימוש כיום. המונח מיקרו מעבד עדיין מיוחס לרכיבי CPU אינטגרליים המשולבים כיום כמעט בכל מכשיר אלקטרוני מסביבנו.

מבנה המיקרו-מחשב

כל מיקרו-מחשב מכיל ארבעה מרכיבים עיקריים והם: מיקרו-מעבד הכולל גם יחידה אריתמטית-לוגית ויחידת נקודה צפה (Floating-point), זיכרונות, יחידת קלט (Input) ויחידת פלט (Output), בדומה לארכיטקטורת פון נוימן.

בנוסף, מאחר שהמיקרו-מעבד צריך לבצע חישובים רבים, לפנות לזיכרונות ולהתקני קלט/פלט (I/O), חברת אינטל פיתחה רכיבים היקפיים (פריפרייליים) חכמים שיעזרו וייקלו על עבודת המיקרו-מעבד. יתר על כן, רכיבים אלו נחוצים ומייעלים את עבודת המערכת, ובלעדיהם המערכת תעבוד לאט ובצורה לא יעילה.

הרכיבים ההיקפיים הם מתוכנתים (באמצעות פקודות ניתן לשלוט על תצורת העבודה של הרכיב). ברוב מערכות המיקרו-מחשבים הראשונות השתמשו ברכיבים הבאים: מונה מתוכנת מסוג 8254, בקר קלט/פלט מסוג 8255, בקר פסיקות מסוג 8259, בקר תקשורת טורית מסוג 8251 ובקר גישה ישירה לזיכרון (DMA – Direct Memory Access) מסוג 8237.

סוגי מיקרו-מחשבים

מערכות עיבוד נתונים – במערכות כאלה חשוב רוחב הזיכרון ומהירות החישוב. לדוגמה: ב-8086 רוחב הזיכרון הוא 16 ביט, החל מה80386 רוחב הזיכרון הוא 32 ביט, וכיום במעבדים החדשים רוחב הזיכרון שלהם הוא 64 ביט. כמו כן חשוב הקצב של אות השעון (תדר השעון של המעבד), אשר גדלה בכל דור של מעבדים.
מערכות מכשור ובקרה – במערכות כאלה מחברים יותר התקני קלט/פלט (I/O) ופחות זיכרונות. מאחר שברוב התקני ה-I/O רוחב אפיק הנתונים (Data Bus) הוא 8 ביט, לא נדרש מהמעבד רוחב זיכרון גדול, וברוב המערכות מספיק רוחב של 8 ביט. מהירות המעבד לא חשובה כל כך מאחר שרוב התקני ה-I/O איטיים יחסית למהירות פעולת המעבד (למעט מערכות עם מספר רב של התקני I/O). במיקרו-קונטרולרים כדוגמת ה-8051, יש דגש על פניה להתקני I/O הכוללים: פורטים, פקודות על ביטים בודדים וכו'.

במקרים בודדים דרוש גם רוחב זיכרון גדול וגם מהירות גבוהה. לדוגמה: אם רוצים לדגום בתדר מקסימלי רכיב המרה A/D בעל 16 ביט. במקרים כאלה אפשר לחבר מעבדים מהירים יותר ועם רוחב Data Bus של 16 ביט (לדוגמה: 80151 או 80251).

ראו גם

ננו-מחשב

לקריאה נוספת

מיכאל קונג'ה, מערכות מיקרו מחשבים, הוצאת שורש, 2012.
מיכאל קונג'ה, מחשבים ספרתיים ומיקרו מחשבים, הוצאת שורש, 2008.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מיקרו-מחשב בוויקישיתוף

מיקרו-מחשב, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
מיקרומחשבים, דף שער בספרייה הלאומית