மையச் செயற்பகுதி

மையச் செயற்பகுதி (central processing unit)  அல்லது மையச் செயலகம்  என்பது கணினி நிரல்களின் கட்டளைகளை, அந்தக் கட்டளைகள் சுட்டும் எண்ணியல், அளவையியல் (தருக்கவியல்), கட்டுபாட்டியல், உள்ளீட்டு, வெளியீட்டு வினைகளை,  செயற்படுத்தும் ஒரு மின்னனியல் சுற்றமைப்பு ஆகும். இந்தச் சொல்லைக் கணினித் தொழில்துறை 1960 களில் இருந்தே பயன்படுத்திவருகிறது. .  மரபாக இச்சொல் முதன்மை நினைவகம்,  உள்ளீட்டகம், வெளியீட்டகம் ஆகிய கணினியின் புறநிலை அணிகளைத் தவிர்த்து உள்ளகட்டுப் பகுதிகளாகிய செயற்பகுதியையும் கட்டுபாட்டுப் பகுதியையும் மட்டுமே குறித்தது.

மையச் செயற்பகுதி என்பது, அதன் விரிந்த பொருளில், இச்சொல் வழக்கத்துக்கு வருவதற்கு முன்னரே இருந்த தொடக்ககாலக் கணினிகளுக்கும் பொருந்தக் கூடியதே. மையச் செயற்பகுதிகளின் வடிவம், வடிவமைப்பு, செயலாக்கம் ஆகியவை, அவற்றின் தொடக்ககால முன்வடிவுகளிலிருந்து பெருமளவுக்கும் மாற்றம் பெற்றுள்ளன எனினும், அவற்றின் அடிப்படை இயக்கம் கருத்தளவில் பெருமளவுக்கு மாற்றம் அடையவில்லை. மையச் செயலகத்தின் முதன்மை உறுப்புகளாக எண்ணியல்-அளவையியல் அலகும் செயற்பதிவகங்களும் கட்டுபாட்டு அலகும் அமைகின்றன. எண்ணியல்-அளவையியல் அலகு அல்லது அணி எண்ணியல், அளவையியல் வினைகளைச் செய்கிறது. செயற்பதிவகம் செயல்படுத்தவேண்டிய வினைகளை முன்னதற்கு அனுப்புகிறது; மேலும் முன்னதன் வினைகளின் முடிவுகளையும் தேக்கிவைக்கிறது; கட்டுபாட்டு அலகு நினைவகத்தில் இருந்து உரிய வரிசையான கட்டளைகளைக் கொணர்ந்து, மூன்று அணிகளின் வினைகளையும் ஒருங்கிணைத்து நெறிப்படுத்தி அக்கட்டளைகளினை நிறைவேற்றுகிறது.

நிகழ்கால மையச் செயலகங்கள் நுண்செயலகங்களாகச் செயல்படுகின்றன. அதாவது ஒரே ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்ச் சில்லுக்குள் இவை அனைத்தும் உள்ளடக்கப்படுகின்றன. மையச் செயலகத்தைக் கொண்டிருக்கும் ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர், நினைவகம், புறநிலை இடைமுகப்புகள், கணினியின் மற்ர உறுப்புகள் ஆகியவற்றையும் உள்ளடக்கலாம்; இத்தகைய ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்க் கருவிகள் நுண்கட்டுபடுத்திகள்  அல்லது சில்லில் அமைந்த கணினிகள் என வழங்கப்படுகின்றன. சில கணினிகள் பல்லகட்டுச் செயலகங்களைக் கொண்டுள்ளன. இவற்றில் ஒரே சில்லில் இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட செயலகங்கள் அமைந்துள்ளன. இவை  "அகடுகள்"  எனப்படுகின்றன. இத்தகைய தனிச்சில்லுகளை  "மையச் செயலகத் தொகுப்புகள்" எனலாம்.அணிச் செயலகங்கள் அல்லது நெறியச் செயலகங்கள் இணைநிலையில் இயங்கும் பல செயலகங்களைக் கொண்டுள்ளன. இதில் உள்ள எந்த அணியும் மையநிலை வாய்ந்ததல்ல. மெய்நிகர் மையச் செயலகங்கள் எனும் கருத்துப்படிமமும் நிலவுகிறது. இவை தொகுத்தியங்கும் கணிப்பு வளங்களின் நுண்ணிலைக் காட்சியாகும்.

வரலாறு

எனியாக் (ENIAC) போன்ற தொடக்கநிலைக் கணினிகள் வெவ்வேறு பணிகளை நிறைவேற்ற தனித்தனியாக இணைக்கவேண்டி இருந்தது. எனவே இவை "நிலைநிரல் கணினிகள்" எனப்பட்டன. மையச் செயலகம் என்பது பொதுவாக மென்பொருள் (கணினி நிரல்)செயல்படுத்தும் கருவி என வரையறுக்கப்படுவதால், இப்பெயரைக் குறிக்க ஏற்ற மிகப்பழைய கணினிகளாக நிரல் தேக்கவல்ல கணினிகளின் தோற்றத்தில் இருந்து மட்டுமே கூறலாம்.

நிரல் தேக்கவல்ல கணினி எனும் எண்ணக்கரு பிரெசுபர் செக்கர்ட், ஜான் வில்லியம் மவுச்சி இருவரும் உருவாக்கிய  எனியாக் வடிவமைப்பிலேயா அமைந்திருந்தது; அதை விரைவாக செயற்படுத்த நிரல் தேக்கம் முதலில் தவிர்க்கப்பட்டது.எனியாக் உருவாகும் முன்பே, 1945 ஜூன் 30 இல் கணிதவியலாளராகிய ஜான் வான் நியூமேன் எடுவாக் பற்றிய அறிக்கையின் முதல் வரைவு எனும் ஆய்வுத்தாளை அச்சிட்டுப் பலருக்கு வழங்கியுள்ளார். இது பின்னர் 1949 ஆகத்தில் முடிக்கப் போகும்நிரல்-தேக்க்க் கணினியின் உருவரையாகும். எடுவாக் பல்வகையான சில கட்டளைகளைசெய்யும்படி வடிவமைக்கப்பட்டது. எடுவாக் கணினிக்காக எழுதப்பட்ட நிரல்கள் கணினியின் உயர்வேக நினைவகத்தில் தேக்கப்பட உருவாக்கப்பட்டன. அவை கணினியை மீளிணைக்க உருவாக்கப்படவில்லை.குறிப்பிட்ட பணியை நிறைவேற்ற எனியாக் வடிவமைப்பு ஒவ்வொரு முறையும் கணினியை மீளுருவாக்கம் செய்ய எடுக்கும் கணிசமான நேர கட்டுப்பாட்டை எடுவாக் கணினி தவிர்த்தது. வான் நியூமனின் வடிவமைப்பின்படி, எடுவாக் வடிவமைப்பின் நிரலை மாற்றிட, நினைவகத்தில் தேக்கப்பட்டுள்ள  நிரலை மாற்றி அமைத்தாலே பொதுமானதாகும். என்றாலும் எடுவாக் மட்டுமே முதல் நிரல்-தேக்கக் கணினியல்ல; நிரல்-தேக்கக் கணினியின் சிறிய முன்வடிவமான மான்செசுட்டர் சிற்றளவு செய்முறை எந்திரம், தன் முதல் நிரலை 1948 ஜூன் 21 இல் ஓடவிட்டது.இதேபோல, மான்செசுட்டர் மார்க் 1 1949 ஜூன் 16 முதல் 17 வரை தன் முதல் நிரலை ஓட்டிக் காட்டியது.

தொடக்ககால மையச் செயற்பகுதிகள், மிகப் பெரிய கணினிகளின் பகுதிகளாக அவற்றுக்கெனவே வடிவமைப்புச் செய்யப்பட்டவையாக இருந்தன. இவ்வாறு குறிப்பிட்ட கணினிகளுக்காகவே சிறப்பாக வடிவமைக்கும் செலவு கூடிய முறை காலப்போக்கில் கைவிடப்பட்டுப் பேரளவிலான பலநோக்க பயன்பாட்டு மையச் செயற்பகுதிகள் உருவாக்கப்பட்டன. இவ்வாறு தரப்படுத்தும் (standardization) போக்கு திரிதடையத் தலைமைக் கணிப்பொறிகள் (mainframes), சிறு கணிப்பொறிகள் (minicomputers) போன்றவற்றின் அறிமுகத்துடன் உருவாகி, ஒருங்கிணை சுற்றமைப்பின் பரவலான புழக்கத்துடன் மிக வேகமாக வளர்ச்சியடைந்தது. ஒருங்கிணை சுற்றமைப்புக்கள், சிக்கலான மையச் செயற்பகுதிகளைத் துல்லியமாக உருவாக்க வழி கோலின. தரப்படுத்தலும், சிற்றளவாக்கமும் ((miniaturization) மையச் செயற்பகுதிகளை எதிர் பார்த்திராத மீநுண்ணளவுப் பயன்பாட்டுக்கு வழிவகுத்துள்ளன. மையச் செயலகங்களின் சிற்றளவாக்கமும் செந்தரமாக்கமும் கணினியைத் தவிர, நிகழ்கால வாழ்க்கையில் பயன்படும் பல இலக்கவியல் கருவிகளில் இவற்றின் பயன்பாடு பெருகியுள்ளது. இவை தானூர்தியியல் முதல் நகர்பேசிகள், ஏன், இன்று பொம்மைகளிலும் கூட பயன்படுகின்றன.

எடுவாக் கணினியை வடிவமைத்ததால், நிரல்-தேக்கக் கணினியின் கண்டுபிடிப்பாளராகக் கருதப்படுகிறார். இவரது வடிவமைப்பு வான் நியூமன் கட்டமைப்பு என அழைக்கப்படுகிறது. என்றாலும் இவருக்கு முன்பே, கோறாடு சூசே போன்ற பிறரும்,இதையொத்த எண்ணக்கருக்களை பரிந்துரைத்ததோடன்றி நடைமுறைப்படுத்தியும் காட்டியுள்ளனர். ஆர்வார்டு கட்டமைப்பு எனப்பட்ட  ஆர்வார்டு மார்க் I  எடுவாக் கணினிக்கும் முன்பே கட்டி முடிக்கப்பட்டது. இதுவும் நிரல்-தேக்க வடிவமைப்பை துளைநாடாக்களின் வழியே பயன்படுத்தியது. ஆன்னல், இதில் மின்னனியல் நினைவகம் பயன்படுத்தவில்லை. வான் நியூமன் வடிவமைப்புக்கும் ஆர்வார்டு வடிவமைப்புக்கும் இடையில் அமைந்த வேறுபாடு, பின்னது தேக்கத்தில் இருந்து மைசெபவின் கட்டளைகளையும் தரவுகளையும் பிரித்து பயன்படுத்துகிறது. ஆனால் முன்னது அதே நினைவகத்தையே இரண்டுக்கும் பயன்படுத்தியது. பெரும்பால்லன நிகழ்காலக் கணினிகள் வான் நியூமன் கட்டமைப்பையே பின்பற்றுகின்றன. என்றாலும் ஆர்வார்டுக் கணினிக் கட்டமைப்பும் பொதிவு அமைப்புகளில் பயன்படுகிறது; எடுத்துகாட்டாக, அட்மேல் ஏவிஆர் நுண்செயலகங்கள் ஆர்வார்டு கட்டமைப்புச் செயலகங்களைக் கொண்டுள்ளன.

கணினிகளில் நிலைமாற்றி உறுப்புகளாக, உணர்த்திகளும் வெற்றிடக் குழல்களும் வெப்பமின்னணுக் குழல்களும் பயன்படுகின்றன; ஒரு கணினிக்கு ஆயிரம் முதல் பத்தாயிரக் கணக்கில் நிலைமாற்றிகள் தேவைப்படுகின்றன. கணினியின் வேகம் இந்த நிலைமாற்றிகளின் வேகத்தையே சார்ந்துள்ளது. பழுதுற்றதும் சரிசெய்ய, எடுவாக் போன்ற கணினிகளுக்கு எட்டுமணி நேர இடைவெளி தேவைப்படுகிறது. ஆனால், உணர்த்திகளைப் பயன்படுத்தும் முந்தைய வேகம் மட்டான ஆர்வார்டு கட்டமைப்புக் கணினிகள் அருகியே பழுதுறுகின்றன.முடிவில், கணிசமாக வேகங்கூடிய குழல்வகை மையச் செயலகங்களே பரவலான பயன்பட்டுக்கு வந்தன. நம்பதகு இயக்கச் சிக்கல்களை வேகச் செயல்பாடே விஞ்சியது. பெரும்பாலான இவ்வகை ஒருங்கே செயல்படும் தொடக்கநிலை மையச் செயலகங்கள் இக்கால நுண்மின்னனியல் வடிவமைப்புகளோடு ஒப்பிடும்போது மிகவும் குறைந்த வேகத்திலேயே செயல்பட்டன. தர்காலத்தில், வேகம் 100 எர்ட்சு முதல் 4 மெகாஎர்ட்சு வரை பயனில் உள்ளது. இந்த வேக அளவு கணினி பயன்படுத்தும் நிலைமாற்றிகளின் வேகத்தால் வரம்புபடுத்தப்படுகிறது.

திரிதடைய மையச் செயலகங்கள்


பல்வேறு உயர்தொழில்நுட்பங்களால் சிறிய சிறிய நம்பத்தகுந்த மின்னனியல் கருவிகள் உருவாக உருவாக, மையச் செயலகங்களின் வடிவமைப்புச் சிக்கல் கூடலானது. முதல் மேம்பாடு திரிதடையப் பயனுடன் தொடங்கியது. 1950 களிலும் 1960 களிலும் உருவாகிய திரிதடைய மையச் செயலகங்கள் மேலும் மேலும் சிறிய அலவினதாகின, வெற்றிடக் குழல்கள், உணர்த்திகளைப் போன்ற பெரிய, நம்பத்தகாத, மெலிந்த நொறுங்கியல்புள்ள நிலைமாற்றிகளின் பயன்பாடு தேய்ந்து அருகியது. இந்த மேம்பாட்டால், மிகவும் சிக்கலானநமபத்தக்க மையச் செயலகங்கள் தனித்தனி உருப்புகளாலான ஒன்று அல்லது அதற்கும் மேற்பட்ட அச்சிட்ட சுற்றமைப்புப் பலகங்களால் செய்யப்படலாயின.


சிற்றளவு ஒருங்கிணைப்பு மையச் செயலகங்கள்


இந்தக் காலகட்டத்தில், குறுவெளிக்குள் பல திரிதடையங்களை இணைத்து ஒருங்கே உருவாக்கும் தொழில்நுட்ப முறை வளர்த்தெடுக்கப்பட்டது. ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர் ஒரே அச்சில் அல்லது சில்லில் பேரளவு திரிதடையங்களை செய்ய வழிவகுத்தது. முதலில், ஒருங்கிணைந்த சுற்றதராக,  எதிரல்லது வாயில்கள் போன்ற மிக அடிப்படையான இலக்கவியல் சுற்றதர்கள் சிற்றளவாக்கிச் செய்யப்பட்டன. இவ்வகை கட்டமைப்புள்ள ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்களால் ஆகிய மைசெப அணிகள் சிற்றளவு ஒருங்கிணைப்பாக்கக் கருவிகளாகக் கருதப்பட்டன. அப்பொல்லோ வழிகாட்டு கணினியில் அமைந்த இத்தகைய ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்களில் சில டஜன் திரிதடையங்களே அமைந்தன.  இத்தகைய ஒருங்கிணைப்புச் சுற்றதர்களால் மைசெப அணிமுழுவதும் செய்ய பல்லாயிரம் தனிச் சில்லுகள் தேவைப்பட்டன. ஆனாலும் முந்தைய தனித் திரிதடைய வடிவமைப்பைவிட இவ்வமைப்பு குறுகிய இடத்தில் குறைவான மின்திறனில் செயல்பட்டது.

ஐபிஎம் 360 க்குப் பின் வந்த ஐபிஎம் 370,  தனித்திரிதடையப் பெட்டகத்துக்கு மாற்றாக திண்ம ஏரணத் தொழில்நுட்பத்துக்குச் சிற்றளவாக்க  ஒருங்கிணைப்புச் சுற்றதர்களைப் பயன்படுத்தியது. DEC நிறுவனத்தின்  PDP-8/I,  KI10 PDP-10 ஆகியனவும் தனித் திரிதடையங்களுக்கு மாற்றாக சிற்றளவு ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்களைப் பயன்படுத்தின. இவை நடைமுறையில் வெற்றிபெற்றதும், மிகவும் பரவலாகிய PDP-11 அணியும் சிற்றளவு ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்களைப் பயன்படுத்தியது. பிறகு இவ்வணி பேரளவு ஒருங்கிணைப்பு உறுப்புகளைப் பயன்படுத்தியது.

பேரளவு ஒருங்கிணைப்பு மையச் செயலகங்கள்

இலீ பாய்சலின் கட்டுரைகளும் 1967 கொள்கையறிக்கையும் 32 பிட்டு பெருஞ்சட்டகக் கணினியை, மிகவும் குறைந்த எண்ணிக்கையிலான பேரளவு ஒருங்கிணைப்பு சுற்றதர்களில் இருந்து செய்யலாம் என வழிகாட்டின.Ross Knox Bassett.
"To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology".
2007.
p. 127-128, 256, and 314.Ken Shirriff.
"The Texas Instruments TMX 1795: the first, forgotten microprocessor".

நுண்செயலகங்கள்

இண்டெல் 4004  எனும் முதல் வணிக நுண்செயலகம் 1970 இல்  அறிமுகப்படுத்தப்பட்டு, அடுத்து முதலில் மிகப் பரவலாகப் பயன்படுத்திய இண்டெல் 8080 எனும் நுண்செயலகம் 1974 இல் அறிமுகமானதும், இவ்வகை நுண்செயலகங்கள் மற்ற மையச் செயற்பகுதி செய்முறைகளையெல்லாம் பின்னுக்குத் தள்ளி முன்னேறியது.

தனிச்சிறு செயலிகள்

முந்தைய தலைமுறை மைசெப அணிகள் தனித்தனி உறுப்புகளாலும் பல சிற்றளவு ஒருங்கிணைப்பு உறுப்புகளாலும் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட சுற்றதர்ப் பலகங்களில் செய்யப்பட்டன. நுண்செயலகங்கள் மாற்றாக மிகக் குறைந்த எண்ணிக்கை ஒருங்கிணைந்த சுற்றதர்களால் ஏன், வழக்கமாக ஒரேயொரு சில்லில் உருவாக்கப்படுகின்றன.

 மைசெப செயல்திறம்

மேற்கோள்கள்

வெளி இணைப்புகள்

 25 Microchips that shook the world  – an article by the Institute of Electrical and Electronics Engineers.

பகுப்பு:கணினியியல்
பகுப்பு:கணினி வன்கலன்