Микропроцессором называется функционально законченное программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации и управления процессом этой обработки и выполненное в виде большой интегральной схемы.
Микропроцессоры подразделяются на универсальные (применяемые для решения любых задач) и специализированные (для решения ограниченного круга задач).
Основными характеристиками микропроцессора являются его разрядность и тактовая частота, определяющая время выполнения микропроцессором отдельных операций по обработке данных.
В основу устройства и принципа действия микропроцессора положены два постулата:
  1. Наиболее эффективной для представления чисел внутри ЭВМ является двоичная система счисления.
  2. Любой алгоритм обработки информации может быть реализован в виде набора простейших арифметических операций.
Системы счисления
Система счисления — способ представления количественных величин с помощью специальных знаков, например цифр. Наиболее распространены позиционные системы счисления.
В позиционной системе счисления любое число может быть представлено в виде
 (1)

где — представляемая количественная величина (число), — знак, используемый для его представления и занимающий -тую позицию, — основание системы счисления, — количество разрядов (знаков), используемых для представления числа.
В повседневной жизни мы используем десятичную систему счисления, для которой .
Пример 1
Максимальное число, которое может быть представлено разрядами в системе счисления с основанием можно вычислить следующим образом:
 (2)

т.е. разрядов в системе счисления с основанием позволяют представить числа в диапазоне . Так, напрмер, с помощью одного разряда в десятичной системе счисления можно представить числа от 0 до 9 (), с помощью двух разрядов — от 0 до 99 ( ) и т.д.
Система с основанием 2 () называется двоичной системой счисления. Один разряд двоичной системы счисления может иметь лишь два значения: 0 или 1. Число, представленное в двоичной системе счисления, называется двоичным числом.
Попробуем определить, какая система счисления (по какому основанию) наиболее эффективна с точки зрения представления данных.
Итак, пусть мы имеем систему счисления с основанием . Пользуясь формулой для вычисления , мы можем определить, какое количество разрядов необходимо для представления заданного :
 (3)

Для представления числа внутри ЭВМ необходимо определенное количество элементов. Оно может быть оценено по следующей формуле:
 (4)

для двоичной системы

Будем оценивать эффективность различных систем счисления с точки зрения представления информации внутри ЭВМ в сравнении с двоичной системой счисления, то есть в качестве критерия эффективности будем использовать
 (5)

Если показатель будет меньше 1, то соответствующая система счисления более эффективна, чем двоичная (см. табл. 1).
Таблица 1    
2346810
10,94611,1481,331,505

Из таблицы видно, что система счисления по основанию 3 более эффективна, однако она не нашла применения по причине сложности реализации запоминающих устройств, которые должны были бы в этом случае состоять из запоминающих элементов, имеющих три состояния.
Таким образом, двоичная система представляется наиболее эффективной для хранения информации внутри ЭВМ с учетом относительной простоты ее технической реализации.
Большое распространение получила также шестнадцатеричная система счисления (). Для представления числовых величин в ней используются цифры от 0 до 9 и шесть первых заглавных букв латинского алфавита (A, B, C, D, E, F). Шестнадцатиричная система позволяет представлять числа более компактно, нежели двоичная. В то же время, перевод из двоичной системы в шестнадцатеричную намного проще, чем в десятичную. Таким образом, шестнадцатеричная система используется для более компактной записи двоичных чисел (см. табл. 2).
Таблица 2    
Число в десятичной системе счисленияЧисло в двоичной системе счисленияЧисло в шестнадцатеричной системе счисления
000000
100011
200102
300113
401004
501015
601106
701117
810008
910019
101010A
111011B
121100C
131101D
141110E
151111F

При записи числа с использованием шестнадцатеричной системы счисления, на конце числа обычно ставится буква h, при записи в двоичной — буква b. например 1000 — число в десятичной системе счисления, 1000h — в шестнадцатеричной, 1000b — в двоичной.
Реализация алгоритмов в виде элементарных операций
Пример 1. Преобразование координат (рис. 1).
Рис. 1.  
Известны координаты точки в системе координат . Необходимо определить координаты точки в система координат , повернутой на угол :




Таким образом, задача преобразования координат сведена к выполнению элементарных арифметических операций (сложение, вычитание, умножение, деление).
Пример 2. Пропорциональный регулятор (рис. 2).
Рис. 2.  




Выполним замену переменных:

тогда получаем следующую систему:


Запишем выражения для приблизительного вычисления производной:




где — шаг интегрирования.
В результате получим следующую схему интегрирования:


и т.д.
Эта задача также сводится к простейшим арифметическим операциям.
Обобщенная структурная схема микропроцессора
Обобщенная структурная схема микропроцессора представлена на рис. 3.
Рис. 3.  
Микропроцессор состоит из трех основных функциональных блоков: