Pengenalan Dasar Arsitektur Mikroprosessor dari Sisi bit Komputasi.

Mikroprosessor

            Mikroprosessor ditemukan secara rampung pada kisaran tahun 1960 sampai 1970, biasanya terhubung dengan papan PCB utama lewat sambungan soket, solder, atau dengan metode lainnya. Mikroprosessor dibuat berdasarkan arsitektur tertentu menurut ketentuan manufakturnya, seperti PowerPC, x86, x86-64, dan sebagainya. Manufaktur pembuat mikroprosessor antara lain adalah seperti AMD, Analog Devices, Atmel, Cypress, Fairchild, Fujitsu, Hitachi, IBM, Ifineon, Intel, Intersil, ITT, Maxim, Microchip, Mitsubishi, Mostek, Motorola, National, NEC, NXP (Phillips), OKI, Renesas, Samsung, Sharp, Siemens, Signetics, STM, Synertek, Texas, Toshiba, TSMC, UMC, Winbond, Zilog, dan lainnya.

            Mikroprosessor adalah sebuah chip yang menyatukan seluruh fungsi dari CPU, pertama kali digunakan sebagai inti dari sebuah kalkulator, lalu sebagai komputer dan alat lainnya.

Tipe awal  

            Umumnya ada tiga buah mikroprosessor yang diluncurkan pada saat yang sama yaitu Intel 4004, Texas Instrumen TMS 1000, dan Garrett AiResearch’s Central Air Data Computer (CADC). Garrett AiResearch’s Central Air Data Computer (CADC) yang dirancang oleh Ray Holt and Steve Geller, digunakan pada kendali utama US Navy's new F-14 Tomcat fighter. Mikroprosessor ini menggunakan MOS sebagai kendali utamanya. Chip ini didesain 20 kali lebih baik daripada sistem mekanik biasa. Spesifikasinya adalah 20-bit, pipelined, parallel multi-microprocessor. Sistem yang dibuat ini sangat baik hingga pihak US Navy baru membocorkan konfigurasinya pada tahun 1997. Texas Instrumen 4bit TMS 1000 digunakan pada kalkulator dan Intel 4004 4-bit yang diluncurkan pada 15 November 1971 dikembangkan oleh Federico Faggin dan Marcion Hoff, dan dimanajeri oleh Leslie L. Vadász pada tim perancangnya.

8-bit

            Akhirnya pada tahun 1972, Intel 8008 diluncurkan adalah dua kali dari Intel 4004, sehingga menghasilkan mikroprosessor 8-bit. Sementara itu Intel  8080 (1974) yang merupakan perkembangan arsitektur baru  oleh Intel, Zilog Z80 (1976), dan prosessor deivatif lainnya yang berbasiskan 8-bit. Solusi ini memberikan  efek penurunan harga hingga Sinclair ZX-81 dijual dengan harga hanya 99 US$. Motorola 6800 dan kembarannya MOS Technology diluncurkan Agustus 1975, The Western Design Center, Inc memperkenalkan CMOS 65C02 pada tahun 1982 dan menjadi inti dari mesin Apple IIc dan IIe personal computers, dan pada berbagai alat medis. Diikuti oleh ARM dan Intellectual Property pada awal 1990. Mikroprosessor 8-bit lainya seperti Signetics 2650 yang terkenal dengan arsitektur instruction sets yang inovatif dan kuat. RCA 1802 yang cukup terkenal pada pesawat luar angkasa seperti pada Voyager dan Viking dan Galileo yang mendarat di Jupiter. RCA COSMAC pertama kali mengimplementasikan teknoligi C-MOS. CDP1802 sangat sukses karena kebutuhan daya yang rendah. RCA 1802 menggunakan desain statik yang memungkinkan frekuensi klok sangat rendah mendekati 0 Hz. Hal ini menyebabkan perubahan tingkat kerja sesuai dengan kebutuhan sehingga lebih menghemat daya.

Desain 16-bit

            Multi-chip 16-bit pertama adalah National Semiconductor IMP-16 yang dikenalkan pada 1973. Kemudian pada tahun 1974 IMP-8 dikenalkan dan sebagai mikroprosessor 8-bit. Untuk chip tunggal 16-bit pertama adalah TMS 9900 juga kompatibel dengan TI-990. Chip 9900 digunakan pada TI 990/4 minicomputer, TI-99/4A home computer, dan TM990 OEM microkomputer boards. Chip ini dipaketkan dalam 64-pin DIP package yang terbuat dari keramik, berbeda dengan chip 8080 yang menggunakan wadah plastik yang lebih mudah. Chip lainnya yang cukup terkenal adalah CMOS 65816 16-bit yang digunakan pada Super Nintendo Entertainment System.

            Sementara itu Intel meningkatkan chip 8080 mereka menjadi Intel 8086 16-bit, yang adalah anggota pertama keluarga x86. Intel 8088 muncul sebagai versi yang lebih sempurna dari Intel 8086, yaitu dengan data bus 8-bit. Intel 8088 inilah yang pertama kali digunakan pada IBM PC 5150. Kemudian Intel mengeluarkan 80186, 80286 di tahun 1985. Memory Management Unit (MMU) yang dikembangkan oleh Childs et al dari Intel dan diberikan US patent number 4,442,484.

Desain 32-bit

            Chip Intel 32-bit pertama adalah Intel 80386, meskipun chip yang cukup signifikan adalah MC68000 yang dikenalkan pada tahun 1979. Chip ini memiliki 32-bit registers, menggunakan 16-bit internal data paths, dan sebuah 16-bit external data bus. Namun Motorola menyebut chip ini sebagai chip 16-bit padahal sebenarnya menggunakan chip 32-bit. Mikroprosessor 32-bit iAPX 432 buatan Intel secara komersial tidak sukses dan kalah oleh pesaingnya Motorola 68000. Motorola MC68010 dikenalkan dengan tambahan virtual memori.

            Chip yang benar-benar penuh dengan seluruh fiturnya 32-bit (32-bit mikroprosessor, 32-bit data path, 32-bit addresses) adalah AT&T Bell labs BELLMAC-32A yang pertama kali dikenalkan tahun 1980 dan diproduksi umum pada tahun 1982. Pada tahun 1984 diubah namanya menjadi WE32000 karena adanya perubahan dari AT&T dan berkembang menjadi 32100 dan WE 32200.  Kedua chip mikroprosessor tersebut digunakan pada 3B5 dan 3B15 minicomputers dan komputer desktop pertama yaitu Companion dan Alexander. Seluruhnya berjalan pada UNIX System V.

            MC68020 yang dirancang Motorola menggunakan 32-bit data dan address busses penuh. MC68030 ditambahkan MMU dan keluarga 68K dari Motorola ini menjadi prosessor segala guna tanpa menjalankan DOS. Sukses selanjutnya MC68040 ditambahkan FPU untuk penghitungan yang lebih baik. MC68060 diluncurkan ke pasaran dengan bentuk RISC dan 68K perlahan-lahan mulai hilang pada tahun 1990.

            Perusahaan lain mengembangkan 68020 dan menjadi prosessor embedded dengan core ColdFire dan lebih umum digunakan pada peralatan embedded dari pada Intel Pentium.

            National Semiconductor memperkenalkan NS 16032 (32016), dan 32-bit dengan fitur penuh NS 32032. Namun perlahan-lahan hilang pada tahun 1980.

            MIPS R2000 (1984) dan R3000 (1989) adalah mikroprosessor 32-bit RISC yang cukup sukses dan digunakan pada banyak workstation dan server oleh SGI.

            Zilog Z8000, muncul di pasaran dan hilang dengan cepat. Dari tahun 1985 hingga 2003 32-bit x86 menjadi populer di pasaran dan di produksi Intel dan dengan pesaingnya yaitu AMD dan Cyrix dengan arsitektur mereka sendiri.

Desain 64-bit pada Personal Computer

            Mikroprosessor 64-bit digunakan sejak tahun 1990 dan pada tahun 2000 memasuki pasaran. Dimulai dengan AMD menggunakan 64-bit arsitektur dengan Backwards-compatible dengan x86, yaitu X86-64 pada AMD64 pada September 2003. Diikuti Intel dengan 64-bit extentions yaitu IA-32e atau EM64T) yang dinamakan Intel 64. Keduanya dapat menjalankan baik sistem 32 dan 64 bit tanpa perubahan performa dan berkerja baik pada beberapa Operating System Windows XP x64, Windows Vista x64, LINUX, dan BSD, dan MAC OS X. Tentunya desain ini memiliki tambahan register umum baru.

            PowerPC dibuat pada tahun 1990 namun kurang kompatibel.

Desain multicore

          Cara lain untuk meningkatkan performa komputer adalah dengan menambahkan prosessor tambahan. Dengan symmetric multiprocessing yang cukup populer  di server dan worksation pada tahun 1990.  Sebuah chip multicore memiliki lebih dari 1 core sebagai intinya. Pada tahun 2005 dan mulai digunakan secara umum pada 2007. Sun Microsystems meluncurkan Niagara dan Niagara 2 chip. Sedangkan Intel Xeon yang menggunakan soket LGA 771 seperti Core 2 Extreme QX9775 juga Mac Pro yang diproduksi Apple dan Intel Skulltrail motherboard.

RISC

            Pada pertengahan 1980 menuju ke 1990 munculah RISC seperti IBM 801 dan lainnya. RISC mikroprosessor pertama kali digunakan pada komputer dengan tujuan khusus dan UNIX workstations. Mikroprosessor komersial pertama adalah MIPS Technologies R2000 dengan arsitektur 32-bit. R3000 dibuat dengan desain praktis dan R4000 memperkenalkan desain 64-bit pertama. Proyek yang menghasilkan IBM POWER dan Sun SPARC, menghasilkan desain RISC pertama seperti AT&T CRISP, AMD 29000, Intel i860, dan Intel i960, Motorole 88000, DEC Alpha dan HP-PA.

Pada tahun 2007 64-bit RISC arsitektur masih diproduksi untuk SPARC dan Power Architecture. RISC Itanium diproduksi dalam jumlah yang lebih sedikit.

Desain kegunaan khusus

            Meskipun kata mikroprosessor secara tradisional merujuk pada chip CPU atau SoC (System on a Chip). Dengan contohnya adalah mikrokontroler, DSP (Digital Signal Processor) dan GPU (Graphiccs Processing Units). Dengan beberapa contoh dapat diprogram atau memiliki fasilitas program terbatas. Tidak ada konsensus umum yang mendefinisikan “mikroprosessor”.