المعالج الدقيق

المعالج الدقيق هو وحدة معالجة متعددة الأغراض. وقد تبعته العديد من أجهزة المعالجة المتخصصة:

• معالج الإشارات الرقمية (DSP) متخصص في معالجة الإشارات .
• وحدات معالجة الرسومات (GPUs) هي معالجات مصممة في المقام الأول لعرض الصور في الوقت الفعلي .
• توجد وحدات متخصصة أخرى لمعالجة الفيديو والرؤية الآلية . (انظر: تسريع الأجهزة .)
• وحدات التحكم الدقيقة في الأنظمة المدمجة والأجهزة الطرفية .
• غالبًا ما تدمج الأنظمة على رقاقة (SoCs) نواة واحدة أو أكثر من المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة مع مكونات أخرى مثل أجهزة المودم اللاسلكية ، وتستخدم في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر اللوحية.

يمكن اختيار المعالجات الدقيقة لتطبيقات مختلفة بناءً على حجم الكلمة، وهو مقياس لمدى تعقيدها. تسمح أحجام الكلمات الأكبر لكل دورة ساعة للمعالج بإجراء المزيد من العمليات الحسابية، ولكنها تتطلب رقائق دوائر متكاملة أكبر حجمًا، مع استهلاك أعلى للطاقة في وضع الاستعداد والتشغيل . ^{[ 6 ]} تُستخدم معالجات 4 أو 8 أو 12 بت على نطاق واسع في وحدات التحكم الدقيقة التي تُشغّل الأنظمة المدمجة. عندما يُتوقع من النظام التعامل مع كميات أكبر من البيانات أو يتطلب واجهة مستخدم أكثر مرونة ، تُستخدم معالجات 16 أو 32 أو 64 بت. قد يُفضّل استخدام معالج 8 أو 16 بت على معالج 32 بت في تطبيقات النظام على شريحة أو تطبيقات وحدات التحكم الدقيقة التي تتطلب إلكترونيات منخفضة الطاقة للغاية ، أو التي تُشكّل جزءًا من دائرة متكاملة للإشارات المختلطة مع إلكترونيات تناظرية حساسة للضوضاء على الشريحة، مثل محولات تناظرية إلى رقمية عالية الدقة، أو كليهما. يقول البعض إن تشغيل العمليات الحسابية ذات 32 بت على شريحة ذات 8 بت قد يستهلك طاقة أكبر، لأن الشريحة يجب أن تنفذ برامج ذات تعليمات متعددة. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، يقول آخرون إن الشرائح الحديثة ذات 8 بت أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من الشرائح ذات 32 بت عند تشغيل إجراءات برمجية مكافئة. ^{[ 8 ]}

أنتجت هذه المشاريع معالجات دقيقة في نفس الفترة تقريبًا: حاسوب بيانات الهواء المركزي (CADC) من شركة غاريت إير ريسيرش (1970)، ومعالج TMS 1802NC من شركة تكساس إنسترومنتس (سبتمبر 1971)، ومعالج 4004 من شركة إنتل (نوفمبر 1971، والمبني على تصميم سابق لشركة بوسيكوم يعود لعام 1969 ). ويمكن القول أيضًا أن معالج AL1 من شركة فور فيز سيستمز قد تم إنتاجه في عام 1969.

بيكو/جنرال إنسترومنت (1971)

في عام ١٩٧١، قدمت شركتا بيكو إلكترونيكس ^{[ ٤٠ ]} وجنرال إنسترومنت (GI) أول تعاون بينهما في مجال الدوائر المتكاملة، حيث تم تصنيع دائرة متكاملة كاملة على شريحة واحدة لآلة حاسبة مونرو/ ليتون رويال ديجيتال ٣. ويمكن القول إن هذه الشريحة كانت من أوائل المعالجات الدقيقة أو وحدات التحكم الدقيقة التي احتوت على ذاكرة قراءة فقط ( ROM ) وذاكرة وصول عشوائي ( RAM) ومجموعة تعليمات بسيطة مدمجة. وقد رُسم تخطيط الطبقات الأربع لعملية PMOS يدويًا بمقياس ٥٠٠ ضعف على غشاء مايلر، وهو إنجاز بالغ الأهمية في ذلك الوقت نظرًا لتعقيد الشريحة.

كانت شركة بيكو شركة منبثقة عن خمسة مهندسين تصميم من شركة جي آي، وكان هدفهم ابتكار دوائر متكاملة للحاسبات أحادية الشريحة. وكان لديهم خبرة سابقة واسعة في تصميم شرائح حاسبات متعددة مع كل من جي آي وماركوني-إليوت . ^{[ 41 ]} وكان أعضاء الفريق الرئيسيون قد كُلِّفوا في الأصل من قِبَل شركة إليوت أوتوميشن بإنشاء حاسوب 8 بت باستخدام نظام MOS، وساعدوا في تأسيس مختبر أبحاث MOS في غلينروثيس ، اسكتلندا عام 1967.

أصبحت الآلات الحاسبة أكبر سوق منفردة لأشباه الموصلات، لذا حققت شركتا بيكو وجي آي نجاحًا كبيرًا في هذا السوق المزدهر. وواصلت جي آي ابتكاراتها في مجال المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة، حيث قدمت منتجات مثل CP1600 وIOB1680 وPIC1650. ^{[ 42 ]} وفي عام 1987، تم فصل قسم الإلكترونيات الدقيقة في جي آي ليصبح قسم وحدات التحكم الدقيقة PIC في شركة مايكروشيب .

إنتل 4004 (1971)

يُعتبر معالج إنتل 4004 (خطأً في كثير من الأحيان) أول معالج دقيق حقيقي مبني على شريحة واحدة، [ 43 ^{] [ 44 ] بسعر 60} دولارًا أمريكيًا (ما يعادل 480 دولارًا في عام 2025) . ^{[ 45 ]} يعود تاريخ أول إعلان معروف للمعالج 4004 إلى 15 نوفمبر 1971، ونُشر في مجلة Electronic News . ^{[ 46 ]} صُمم المعالج الدقيق من قِبل فريق ضم المهندس الإيطالي فيديريكو فاجين ، والمهندسين الأمريكيين مارسيان هوف وستانلي مازور ، والمهندس الياباني ماساتوشي شيما . ^{[ 47 ]}

بدأ مشروع إنتاج جهاز 4004 عام 1969، عندما طلبت شركة Busicom اليابانية، المتخصصة في تصنيع الآلات الحاسبة، من شركة Intel تصميم مجموعة شرائح لآلات حاسبة مكتبية عالية الأداء . كان تصميم Busicom الأصلي يتطلب مجموعة شرائح قابلة للبرمجة تتكون من سبع شرائح مختلفة. ثلاث من هذه الشرائح كانت مخصصة لوحدة معالجة مركزية (CPU) ذات غرض خاص، حيث يُخزن برنامجها في ذاكرة قراءة فقط (ROM) وبياناتها في ذاكرة قراءة وكتابة مسجلات الإزاحة. اعتقد تيد هوف ، مهندس Intel المكلف بتقييم المشروع، أن تصميم Busicom يمكن تبسيطه باستخدام ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) لتخزين البيانات، بدلاً من ذاكرة مسجلات الإزاحة، بالإضافة إلى بنية وحدة معالجة مركزية تقليدية للأغراض العامة. اقترح هوف بنية مكونة من أربع شرائح: شريحة ROM لتخزين البرامج، وشريحة ذاكرة وصول عشوائي ديناميكية لتخزين البيانات، وجهاز إدخال/إخراج بسيط ، ووحدة معالجة مركزية (CPU) رباعية البت. على الرغم من أنه لم يكن مصمم شرائح، إلا أنه شعر بإمكانية دمج وحدة المعالجة المركزية في شريحة واحدة، ولكن لافتقاره إلى الخبرة التقنية اللازمة، بقيت الفكرة مجرد أمنية في ذلك الوقت.

بينما استُمدّت بنية ومواصفات MCS-4 من تفاعل هوف مع ستانلي مازور ، مهندس البرمجيات الذي كان يعمل تحت إمرته، ومع ماساتوشي شيما ، مهندس شركة Busicom ، خلال عام 1969، انتقل مازور وهوف إلى مشاريع أخرى. في أبريل 1970، عيّنت شركة إنتل المهندس الإيطالي فيديريكو فاجين قائدًا للمشروع، وهي خطوة ساهمت في نهاية المطاف في تحويل التصميم النهائي لوحدة المعالجة المركزية أحادية الشريحة إلى حقيقة واقعة (في هذه الأثناء، صمّم شيما برنامج Busicom الثابت للحاسبة وساعد فاجين خلال الأشهر الستة الأولى من التنفيذ). كان فاجين، الذي طوّر في الأصل تقنية بوابة السيليكون (SGT) عام 1968 في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات ^{[ 48 ]} وصمّم أول دائرة متكاملة تجارية في العالم باستخدام هذه التقنية، وهي فيرتشايلد 3708، يمتلك الخلفية المناسبة لقيادة المشروع نحو ما سيصبح أول معالج دقيق تجاري للأغراض العامة. بما أن تقنية SGT كانت من ابتكار فاجين نفسه، فقد استخدمها أيضًا لابتكار منهجيته الجديدة لتصميم المنطق العشوائي ، مما مكّن من تنفيذ وحدة معالجة مركزية أحادية الشريحة بالسرعة المناسبة، واستهلاك الطاقة الأمثل، والتكلفة المعقولة. كان ليزلي ل. فاداز مدير قسم تصميم MOS في شركة إنتل وقت تطوير MCS-4، لكن تركيز فاداز كان منصبًا بالكامل على أعمال ذاكرة أشباه الموصلات، لذا ترك قيادة وإدارة مشروع MCS-4 لفاجين، الذي كان مسؤولًا في نهاية المطاف عن قيادة مشروع 4004 حتى إنجازه. تم تسليم وحدات إنتاج 4004 لأول مرة إلى شركة Busicom في مارس 1971، وشُحنت إلى عملاء آخرين في أواخر عام 1971.

بعد معالج إنتل 4004، ظهر معالج إنتل 8008 في عام 1972 ، وهو أول معالج دقيق من إنتل ذو 8 بت . ^{[ 49 ]} مع ذلك، لم يكن المعالج 8008 امتدادًا لتصميم 4004، بل كان تتويجًا لمشروع تصميم منفصل في إنتل، نشأ عن عقد مع شركة Computer Terminals Corporation (CTC) في سان أنطونيو، تكساس، لتصميم شريحة لجهاز طرفي كانوا يصممونه، ^{[ 50 ]} وهو Datapoint 2200. لم تأتِ الجوانب الأساسية للتصميم من إنتل، بل من CTC. في عام 1968، طور فيك بور وهاري بايل من CTC التصميم الأصلي لمجموعة التعليمات وتشغيل المعالج. في عام 1969، تعاقدت شركة CTC مع شركتي إنتل وتكساس إنسترومنتس لتصنيع شريحة واحدة، عُرفت باسم CTC 1201. ^{[ 51 ]} في أواخر عام 1970 أو أوائل عام 1971، انسحبت تكساس إنسترومنتس لعدم قدرتها على تصنيع شريحة موثوقة. في عام 1970، وقبل أن تُسلّم إنتل الشريحة، اختارت CTC استخدام تصميمها الخاص في جهاز Datapoint 2200، معتمدًا على منطق TTL التقليدي (وبالتالي، فإن أول جهاز يُشغّل "كود 8008" لم يكن في الواقع معالجًا دقيقًا، بل تم تسليمه قبل عام). وصل إصدار إنتل من المعالج الدقيق 1201 في أواخر عام 1971، لكنه كان متأخرًا جدًا وبطيئًا، ويتطلب عددًا من شرائح الدعم الإضافية. لم تكن لدى CTC أي رغبة في استخدامه. كانت CTC قد تعاقدت في الأصل مع إنتل لتصنيع الشريحة، وكان من المفترض أن تدفع لها 50,000 دولار أمريكي (ما يعادل 397,494 دولارًا أمريكيًا في عام 2025) مقابل تصميمها. ^{[ 51 ]} لتجنب دفع ثمن شريحة لم يرغبوا بها (ولم يتمكنوا من استخدامها)، فسخت شركة CTC عقدها مع إنتل وسمحت لها باستخدام التصميم مجانًا. ^{[ 51 ]} سوّقت إنتل هذه الشريحة باسم 8008 في أبريل 1972، باعتبارها أول معالج دقيق 8 بت في العالم. وكانت أساسًا لمجموعة الكمبيوتر الشهيرة " مارك-8 " التي تم الإعلان عنها في مجلة الإلكترونيات اللاسلكية عام 1974. احتوى هذا المعالج على ناقل بيانات 8 بت وناقل عناوين 14 بت. ^{[ 52 ]}

كان معالج 8008 بمثابة النواة الأولى لمعالج إنتل 8080 الناجح (1974)، الذي قدم أداءً محسّنًا مقارنةً بمعالج 8008، وتطلب عددًا أقل من رقائق الدعم. وقد ابتكره وصممه فيديريكو فاجين باستخدام ترانزستورات MOS ذات قناة N عالية الجهد. كما كان معالج زيلوج Z80 (1976) من تصميم فاجين أيضًا، حيث استخدم ترانزستورات MOS ذات قناة N منخفضة الجهد مع حمل استنزاف، ومعالجات إنتل 8 بت المشتقة منه: وقد صُممت جميعها وفقًا للمنهجية التي ابتكرها فاجين لمعالج 4004. أصدرت موتورولا معالج 6800 المنافس في أغسطس 1974، وأصدرت شركة MOS Technology معالج 6502 المشابه في عام 1975 (وقد صممهما نفس الفريق إلى حد كبير). ونافست عائلة معالجات 6502 معالج Z80 في شعبيتها خلال ثمانينيات القرن العشرين.

ساهمت التكلفة الإجمالية المنخفضة، وصغر حجم التغليف، وبساطة متطلبات ناقل البيانات ، وأحيانًا دمج دوائر إضافية (مثل دائرة تحديث الذاكرة المدمجة في معالج Z80)، في تسريع "ثورة" الحواسيب المنزلية بشكل حاد في أوائل ثمانينيات القرن الماضي. وقد أدى ذلك إلى ظهور أجهزة رخيصة الثمن مثل سينكلير ZX81 ، الذي بيع بسعر 99 دولارًا أمريكيًا (ما يعادل 350.59 دولارًا أمريكيًا في عام 2025) . استُخدم معالج MOS Technology 6510 ، وهو نسخة معدلة من معالج 6502، في جهاز كومودور 64، بينما استُخدم معالج 8502، وهو نسخة معدلة أخرى، في جهاز كومودور 128 .

طرحت شركة ويسترن ديزاين سنتر (WDC) معالج CMOS WDC 65C02 في عام 1982، ومنحت ترخيص تصميمه لعدة شركات. استُخدم هذا المعالج كوحدة معالجة مركزية في أجهزة الكمبيوتر الشخصية Apple IIe و IIc ، بالإضافة إلى استخدامه في أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة إزالة الرجفان القابلة للزرع في الأجهزة الطبية ، وفي السيارات، والأجهزة الصناعية، والأجهزة الاستهلاكية. كانت WDC رائدة في مجال ترخيص تصاميم المعالجات الدقيقة، وتبعتها لاحقًا شركة ARM (32 بت) وغيرها من مزودي الملكية الفكرية للمعالجات الدقيقة في التسعينيات.

قدمت موتورولا معالج MC6809 في عام 1978. لقد كان تصميمًا طموحًا ومدروسًا جيدًا من 8 بت متوافقًا مع مصدر 6800 ، وتم تنفيذه باستخدام منطق سلكي صلب بحت (عادةً ما استخدمت المعالجات الدقيقة اللاحقة ذات 16 بت التعليمات البرمجية الدقيقة إلى حد ما، حيث أصبحت متطلبات تصميم CISC معقدة للغاية بالنسبة للمنطق السلكي الصلب البحت).

كان المعالج الدقيق Signetics 2650 من أوائل المعالجات الدقيقة ذات 8 بت ، والذي حظي باهتمام قصير الأمد بسبب بنية مجموعة التعليمات المبتكرة والقوية .

كان معالج RCA 1802 (المعروف أيضًا باسم CDP1802 أو RCA COSMAC) من إنتاج شركة RCA (طُرح عام 1976) معالجًا دقيقًا رائدًا في عالم رحلات الفضاء، وقد استُخدم على متن مسبار غاليليو المتجه إلى كوكب المشتري (أُطلق عام 1989 ووصل عام 1995). وكان RCA COSMAC أول معالج يستخدم تقنية CMOS . استُخدم CDP1802 لقدرته على العمل باستهلاك طاقة منخفض للغاية ، ولتوفر نسخة منه مُصنّعة باستخدام عملية إنتاج خاصة، وهي تقنية السيليكون على الياقوت (SOS)، التي وفرت حماية أفضل بكثير ضد الإشعاع الكوني والتفريغ الكهروستاتيكي مقارنةً بأي معالج آخر في ذلك الوقت. ولذلك، يُقال إن نسخة SOS من 1802 هي أول معالج دقيق مُحصّن ضد الإشعاع .

كان معالج RCA 1802 يتميز بتصميم ثابت ، مما يعني إمكانية خفض تردد الساعة إلى أدنى مستوى ممكن، أو حتى إيقافه تمامًا. وقد مكّن هذا مركبة غاليليو الفضائية من استخدام الحد الأدنى من الطاقة الكهربائية خلال فترات طويلة من الرحلة دون أي أحداث تُذكر. وكانت المؤقتات أو أجهزة الاستشعار تُفعّل المعالج في الوقت المناسب لأداء المهام المهمة، مثل تحديثات الملاحة، والتحكم في الوضع، وجمع البيانات، والاتصالات اللاسلكية. كما أن الإصدارات الحالية من معالجي Western Design Center 65C02 و65C816 تتميز بنوى ثابتة ، وبالتالي تحتفظ بالبيانات حتى عند إيقاف الساعة تمامًا.

تألفت عائلة معالجات Intersil 6100 من معالج دقيق 12 بت (6100) ومجموعة من دوائر الدعم الطرفية والذاكرة المتكاملة. كان المعالج الدقيق يدعم مجموعة تعليمات الحاسوب المصغر DEC PDP-8 ، ولذلك كان يُشار إليه أحيانًا باسم CMOS-PDP8 . ولأن شركة Harris Corporation أنتجته أيضًا، فقد عُرف باسم Harris HM-6100 . وبفضل تقنية CMOS ومزاياها، تم دمج المعالج 6100 في بعض التصاميم العسكرية حتى أوائل ثمانينيات القرن العشرين.

كان أول معالج دقيق متعدد الرقاقات ذو 16 بت هو معالج National Semiconductor IMP-16 ، الذي طُرح في أوائل عام 1973. وطُرحت نسخة ذات 8 بت من مجموعة الرقاقات في عام 1974 باسم IMP-8. ومن المعالجات الدقيقة المبكرة الأخرى متعددة الرقاقات ذات 16 بت، معالج MCP-1600 الذي استخدمته شركة Digital Equipment Corporation (DEC) في عام 1975 لمجموعة لوحات LSI-11 OEM والحاسوب المصغر PDP-11/03 المُعبأ .

في أواخر عام 1974، قدمت شركة ناشيونال أول معالج دقيق أحادي الشريحة 16 بت، وهو PMOS National Semiconductor PACE ، ^{[ 53 ]} والذي تبعه لاحقًا إصدار NMOS ، وهو INS8900 .

ومن تصميمات الشريحة الواحدة الأخرى تصميم General Instrument CP1600 ، الذي تم إصداره في فبراير 1975، ^{[ 54 ]} والذي تم استخدامه بشكل رئيسي في وحدة تحكم Intellivision .

كان معالج TMS 9900 من شركة TI، وهو معالج دقيق أحادي الشريحة ذو 16 بت من عام 1976 ، متوافقًا أيضًا مع سلسلة الحواسيب الصغيرة TI-990 . استُخدم المعالج 9900 في الحاسوب الصغير TI 990/4، والحاسوب المنزلي TI-99/4A ، وسلسلة لوحات الحواسيب الصغيرة TM990 المُصنّعة من قِبل الشركات المصنّعة الأصلية. كانت الشريحة مُغلّفة في حزمة DIP خزفية كبيرة ذات 64 طرفًا ، بينما استخدمت معظم المعالجات الدقيقة ذات 8 بت، مثل Intel 8080، حزمة DIP بلاستيكية أكثر شيوعًا وأصغر حجمًا وأقل تكلفة ذات 40 طرفًا. صُمّمت شريحة TMS 9980 اللاحقة لمنافسة Intel 8080، وكانت تحتوي على مجموعة تعليمات TI 990 الكاملة ذات 16 بت، وتستخدم حزمة بلاستيكية ذات 40 طرفًا، وتنقل البيانات بمعدل 8  بتات في المرة الواحدة، ولكنها لا تستطيع عنونة سوى 16 كيلوبايت . أما الشريحة الثالثة، TMS 9995، فكانت بتصميم جديد. ثم توسعت العائلة لاحقاً لتشمل الشريحتين 99105 و99110. 

ومن الأمثلة الأخرى على تطبيق المعالج الدقيق للحاسوب المصغر، معالج Fairchild Semiconductor MicroFlame 9440 ، الذي تم تقديمه في عام 1977. وقد قام بتنفيذ مجموعة تعليمات Nova 2 .

في عام 1978، طورت إنتل تصميمها 8080 ليصبح معالج إنتل 8086 ذو 16 بت ، وهو أول معالج من عائلة x86 ، التي تُشغل معظم أجهزة الكمبيوتر الشخصية الحديثة . قدمت إنتل معالج 8086 كوسيلة فعالة من حيث التكلفة لنقل البرامج من سلسلة 8080، ونجحت في كسب حصة كبيرة من السوق بناءً على هذا الأساس. كان معالج 8088 ، وهو نسخة من 8086 تستخدم ناقل بيانات خارجي 8 بت، هو المعالج الدقيق في أول جهاز كمبيوتر شخصي من IBM . ثم أصدرت إنتل معالجات 80186 و 80188 ، و 80286 ، وفي عام 1985، معالج 80386 ذو 32 بت ، مما عزز هيمنتها على سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية بفضل التوافق مع الإصدارات السابقة لعائلة المعالجات. كان معالجا 80186 و80188 في الأساس نسختين من معالجي 8086 و8088، مع تحسينات في بعض الأجهزة الطرفية المدمجة وبعض التعليمات الجديدة. على الرغم من أن معالجي إنتل 80186 و80188 لم يُستخدما في تصميمات أجهزة الكمبيوتر الشخصية من نوع IBM، إلا أن النسخ المُعاد إنتاجها من شركة NEC، وهما V20 وV30، استُخدمت بكثرة. تميّز معالج 8086 والمعالجات اللاحقة له بأسلوب مبتكر ولكنه محدود لتقسيم الذاكرة ، بينما قدّم معالج 80286 وحدة إدارة ذاكرة مجزأة (MMU) كاملة الميزات . أما معالج 80386 فقد قدّم نموذج ذاكرة مسطح 32 بت مع إدارة ذاكرة مُجزأة.

لا تتضمن معالجات Intel x86 ذات 16 بت، حتى معالج 80386، وحدات الفاصلة العائمة (FPUs) . وقد طرحت Intel المعالجات المساعدة الرياضية 8087 و 80187 و 80287 و 80387 لإضافة إمكانيات الفاصلة العائمة والوظائف المتسامية إلى معالجات 8086 إلى 80386. يعمل المعالج 8087 مع معالجي 8086/8088 و80186/80188، ^{[ 55 ]} ويعمل المعالج 80187 مع معالج 80186 فقط، ^{[ 56 ]} ويعمل المعالج 80287 مع معالج 80286، ويعمل المعالج 80387 مع معالج 80386. يشكل الجمع بين معالج x86 ومعالج x87 المساعد معالجًا دقيقًا متعدد الرقاقات. تُبرمج الشريحتان كوحدة واحدة باستخدام مجموعة تعليمات متكاملة واحدة. ^{[ 57 ]} يتصل المعالجان المساعدان 8087 و80187 بالتوازي مع ناقلي البيانات والعناوين للمعالج الرئيسي، وينفذان التعليمات المخصصة لهما مباشرةً. أما المعالجان المساعدان 80287 و80387، فيتصلان بوحدة المعالجة المركزية عبر منافذ الإدخال/الإخراج في مساحة عناوين وحدة المعالجة المركزية، وهذا غير مرئي للبرنامج، الذي لا يحتاج إلى معرفة هذه المنافذ أو الوصول إليها مباشرةً؛ إذ يصل البرنامج إلى المعالج المساعد وسجلاته عبر رموز العمليات العادية.

قدم مركز التصميم الغربي (WDC) ترقية CMOS 65816 ذات 16 بت من WDC CMOS 65C02 في عام 1984. كان المعالج الدقيق 65816 ذو 16 بت هو جوهر جهاز Apple IIGS ولاحقًا جهاز Super Nintendo Entertainment System ، مما يجعله أحد أكثر تصميمات 16 بت شيوعًا على الإطلاق.

لم تكن تصميمات 16 بت قد ظهرت في السوق إلا لفترة وجيزة عندما بدأت تطبيقات 32 بت بالظهور.

يُعدّ معالج موتورولا MC68000 ، الذي طُرح عام 1979 ، أهمّ تصميمات المعالجات ذات 32 بت. كان هذا المعالج، المعروف باسم 68k، يحتوي على سجلات 32 بت في نموذج برمجته، ولكنه استخدم مسارات بيانات داخلية 16 بت، وثلاث وحدات حسابية منطقية 16 بت، وناقل بيانات خارجي 16 بت (لتقليل عدد الأطراف)، وكان يدعم خارجيًا عناوين 24 بت فقط (بينما كان يعمل داخليًا بعناوين 32  بت كاملة). في الحواسيب المركزية المتوافقة مع IBM والمبنية على نظام التشغيل PC، تم تعديل الشفرة الدقيقة الداخلية لمعالج MC68000 لمحاكاة نظام التشغيل System/370 من IBM ذي 32 بت. ^{[ 58 ]} وصفته موتورولا عمومًا بأنه معالج 16 بت. وقد جعله الجمع بين الأداء العالي، وسعة الذاكرة الكبيرة (16 ميجابايت أو 2 × ^{24 بايت)، والتكلفة المنخفضة نسبيًا} ، تصميم وحدة المعالجة المركزية الأكثر شيوعًا في فئته. استخدمت تصميمات Apple Lisa و Macintosh معالج 68000، كما فعلت تصميمات أخرى في منتصف الثمانينيات، بما في ذلك Atari ST و Amiga .  

كان معالج AT&T Bell Labs BELLMAC-32A أول معالج دقيق أحادي الشريحة في العالم يعمل بكامل طاقته 32 بت، مع مسارات بيانات 32 بت، وحافلات 32 بت، وعناوين 32 بت، وقد ظهرت أولى عينات منه في عام 1980، وبدأ إنتاجه بشكل عام في عام 1982. ^{[ 59 ] [ 60 ]} بعد انفصال AT&T عنه في عام 1984، أعيد تسميته إلى WE 32000 (WE اختصارًا لشركة Western Electric )، وأصدر منه جيلان لاحقان، هما WE 32100 وWE 32200. استُخدمت هذه المعالجات الدقيقة في أجهزة الكمبيوتر المصغرة AT&T 3B5 و3B15؛ وفي جهاز 3B2، أول كمبيوتر مكتبي فائق في العالم؛ وفي جهاز "Companion"، أول كمبيوتر محمول في العالم يعمل بمعالج 32 بت ؛ وفي "ألكسندر"، أول حاسوب صغير فائق بحجم كتاب في العالم، والذي يتميز بخرطوشات ذاكرة ROM-pack مشابهة لأجهزة ألعاب الفيديو الحالية. جميع هذه الأنظمة كانت تعمل بنظام التشغيل UNIX System V.

كان أول معالج دقيق تجاري أحادي الشريحة كامل 32 بت متاح في السوق هو HP FOCUS .

كان أول معالج دقيق من إنتل ذو 32 بت هو iAPX 432 ، الذي طُرح عام 1981، ولكنه لم يحقق نجاحًا تجاريًا. تميز ببنية متطورة تعتمد على القدرات وتعتمد على البرمجة كائنية التوجه ، إلا أن أداءه كان ضعيفًا مقارنةً بالبنى المعاصرة، مثل معالج إنتل 80286 (الذي طُرح عام 1982)، والذي كان أسرع منه بأربعة أضعاف تقريبًا في اختبارات الأداء المعيارية. مع ذلك، يُعزى ضعف أداء iAPX 432 جزئيًا إلى مُترجم لغة آدا الذي طُوّر على عجل، وبالتالي لم يكن مثاليًا .

أدى نجاح موتورولا مع معالج 68000 إلى ظهور معالج MC68010 ، الذي أضاف دعمًا للذاكرة الافتراضية . ثم ظهر معالج MC68020 عام 1984، والذي أضاف ناقلات بيانات وعناوين كاملة 32 بت. حقق معالج 68020 شعبية هائلة في سوق الحواسيب الصغيرة الفائقة التي تعمل بنظام يونكس ، وقامت العديد من الشركات الصغيرة (مثل ألتوس ، وتشارلز ريفر داتا سيستمز ، وكروميمكو ) بإنتاج أنظمة بحجم أجهزة سطح المكتب. بعد ذلك، ظهر معالج MC68030 ، الذي حسّن التصميم السابق من خلال دمج وحدة إدارة الذاكرة (MMU) في الشريحة. أدى النجاح المتواصل إلى ظهور معالج MC68040 ، الذي تضمن وحدة معالجة الفاصلة العائمة (FPU) لتحسين الأداء الحسابي. فشل معالج 68050 في تحقيق أهداف الأداء المرجوة، ولم يُطرح في الأسواق، بينما طُرح معالج MC68060 اللاحق في سوق مشبعة بتصاميم RISC الأسرع بكثير. تراجع استخدام عائلة معالجات 68k في أوائل التسعينيات.

قامت شركات كبرى أخرى بتصميم معالج 68020 وما تلاه من معالجات لاستخدامه في الأجهزة المدمجة. في فترة من الفترات، كان عدد معالجات 68020 في الأجهزة المدمجة يفوق عدد معالجات إنتل بنتيوم في أجهزة الكمبيوتر الشخصية. ^{[ 61 ]} وتُعد أنوية معالجات ColdFire مشتقة من معالج 68020.

خلال هذه الفترة (أوائل إلى منتصف ثمانينيات القرن العشرين)، طرحت شركة ناشيونال سيميكوندكتور معالجًا دقيقًا داخليًا 32 بت، ذو 16 بت، يُسمى NS 16032 (أُعيدت تسميته لاحقًا إلى 32016)، بينما سُميت النسخة الكاملة ذات 32 بت NS 32032. لاحقًا، أنتجت ناشيونال سيميكوندكتور معالج NS 32132 ، الذي سمح بتشغيل وحدتي معالجة مركزية على نفس ناقل الذاكرة مع آلية تحكيم مدمجة. تفوق أداء NS32016/32 على MC68000/10، لكن NS32332 - الذي صدر في نفس وقت MC68020 تقريبًا - لم يكن أداؤه كافيًا. أما شريحة الجيل الثالث، NS32532، فكانت مختلفة، إذ بلغ أداؤها ضعف أداء MC68030 تقريبًا، الذي صدر في نفس الفترة تقريبًا. أثر ظهور معالجات RISC مثل AM29000 و MC88000 (وكلاهما توقف إنتاجهما الآن) على بنية النواة النهائية، NS32764. على الرغم من أنها كانت متطورة تقنيًا - مع نواة RISC فائقة القياس، وناقل 64 بت، وسرعة داخلية مُعززة - إلا أنها كانت لا تزال قادرة على تنفيذ تعليمات السلسلة 32000 من خلال الترجمة في الوقت الحقيقي.

عندما قررت شركة ناشيونال سيميكوندكتور الانسحاب من سوق أنظمة يونكس، أُعيد تصميم الشريحة لتصبح معالج سوردفيش المدمج مع مجموعة من الأجهزة الطرفية المدمجة. لكن تبين أن الشريحة باهظة الثمن بالنسبة لسوق طابعات الليزر ، فتوقف إنتاجها. انتقل فريق التصميم إلى شركة إنتل، حيث صمموا معالج بنتيوم، الذي يشبه إلى حد كبير نواة NS32764 داخليًا. كان النجاح الكبير لسلسلة 32000 في سوق طابعات الليزر، حيث تميز معالج NS32CG16 المزود بتعليمات BitBlt المُبرمجة بدقة عالية من حيث السعر والأداء، واعتمدته شركات كبرى مثل كانون. في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، طرحت شركة سيكوينت أول حاسوب من فئة خوادم SMP باستخدام معالج NS32032. كان هذا أحد النجاحات القليلة للتصميم، واختفى في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. أما معالجا MIPS R2000 (1984) و R3000 (1989) فكانا من المعالجات الدقيقة RISC ذات 32 بت، وقد حققا نجاحًا باهرًا. استُخدمت هذه المعالجات في محطات العمل والخوادم المتطورة من قِبل شركة SGI ، وغيرها. ومن بين التصاميم الأخرى معالج Zilog Z80000 ، الذي وصل إلى السوق متأخرًا جدًا بحيث لم يُكتب له النجاح، وسرعان ما اختفى.

ظهر معالج ARM لأول مرة عام 1985. ^{[ 62 ]} وهو تصميم معالج RISC ، الذي هيمن منذ ذلك الحين على سوق معالجات الأنظمة المدمجة 32 بت ، ويعود ذلك في جزء كبير منه إلى كفاءته في استهلاك الطاقة، ونموذج الترخيص الخاص به، ومجموعة واسعة من أدوات تطوير الأنظمة المتاحة. عادةً ما يقوم مصنّعو أشباه الموصلات بترخيص النوى ودمجها في منتجاتهم الخاصة من أنظمة على شريحة واحدة ؛ ولا يُرخّص إلا لعدد قليل من الموردين، مثل شركة Apple، بتعديل نوى ARM أو إنشاء نوى خاصة بهم. تحتوي معظم الهواتف المحمولة على معالج ARM، وكذلك العديد من المنتجات الأخرى. توجد نوى ARM موجهة لوحدات التحكم الدقيقة بدون دعم الذاكرة الافتراضية، بالإضافة إلى معالجات تطبيقات متعددة المعالجات متناظرة (SMP) مزودة بذاكرة افتراضية.

بين عامي 1993 و2003، هيمنت معمارية x86 ذات 32 بت بشكل متزايد على أسواق أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة والخوادم ، وأصبحت هذه المعالجات الدقيقة أسرع وأكثر كفاءة. كانت شركة إنتل قد رخصت إصدارات مبكرة من هذه المعمارية لشركات أخرى، لكنها رفضت ترخيص معالج بنتيوم، لذا قامت شركتا AMD و Cyrix بتطوير إصدارات لاحقة من هذه المعمارية بناءً على تصاميمهما الخاصة. خلال هذه الفترة، ازدادت هذه المعالجات تعقيدًا (عدد الترانزستورات) وقدرة (التعليمات في الثانية) بمقدار ثلاثة أضعاف على الأقل. ربما تكون سلسلة معالجات بنتيوم من إنتل هي أشهر نماذج معالجات 32 بت وأكثرها شهرة، على الأقل بين عامة الناس.

في حين أن تصميمات المعالجات الدقيقة 64 بت كانت مستخدمة في العديد من الأسواق منذ أوائل التسعينيات (بما في ذلك جهاز ألعاب نينتندو 64 في عام 1996)، شهدت أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين طرح معالجات دقيقة 64 بت تستهدف سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

مع إطلاق AMD لبنية 64 بت المتوافقة مع الإصدارات السابقة x86، x86-64 (المعروفة أيضًا باسم AMD64 )، في سبتمبر 2003، تلتها امتدادات Intel المتوافقة تمامًا تقريبًا مع بنية 64 بت (التي سُميت في البداية IA-32e أو EM64T، ثم أُعيد تسميتها لاحقًا إلى Intel 64 )، بدأ عصر أجهزة سطح المكتب ذات بنية 64 بت. يمكن لكلا الإصدارين تشغيل التطبيقات القديمة ذات بنية 32 بت دون أي تأثير على الأداء، بالإضافة إلى تشغيل البرامج الجديدة ذات بنية 64 بت. ومع أنظمة التشغيل Windows XP x64 و Windows Vista x64 و Windows 7 x64 و Linux و BSD و macOS التي تعمل بنظام 64 بت بشكل أصلي، فإن البرامج مُهيأة أيضًا للاستفادة الكاملة من إمكانيات هذه المعالجات. إن الانتقال إلى بنية 64  بت ليس مجرد زيادة في حجم المسجلات مقارنةً ببنية IA-32، بل إنه يُضاعف أيضًا عدد المسجلات العامة.

كان الانتقال إلى 64  بت في معالجات PowerPC مُخططًا له منذ تصميمها في أوائل التسعينيات، ولم يكن سببًا رئيسيًا لعدم التوافق. تم توسيع سجلات الأعداد الصحيحة الحالية، وكذلك جميع مسارات البيانات ذات الصلة، ولكن كما كان الحال مع IA-32، كانت وحدات الفاصلة العائمة ووحدات المتجهات تعمل عند 64  بت أو أعلى لعدة سنوات. على عكس ما حدث عند توسيع IA-32 إلى x86-64، لم تتم إضافة أي سجلات للأغراض العامة جديدة في معالجات PowerPC ذات 64 بت، لذا فإن أي تحسن في الأداء عند استخدام وضع 64 بت للتطبيقات التي لا تستخدم مساحة العناوين الأكبر يكون ضئيلاً.

في عام 2011، قدمت شركة ARM بنية ARM الجديدة ذات 64 بت.

في منتصف ثمانينيات القرن العشرين وحتى أوائل تسعينياته، ظهرت مجموعة من المعالجات الدقيقة الجديدة عالية الأداء ذات مجموعة التعليمات المختصرة ( RISC )، متأثرة بتصاميم وحدات المعالجة المركزية المنفصلة الشبيهة بـ RISC مثل IBM 801 وغيرها. استُخدمت معالجات RISC الدقيقة في البداية في أجهزة ذات أغراض خاصة ومحطات عمل يونكس ، ثم حظيت بقبول واسع في أدوار أخرى.

أُصدر أول تصميم تجاري لمعالج دقيق RISC في عام 1984 من قِبل شركة MIPS Computer Systems ، وهو معالج R2000 ذو 32 بت (لم يُصدر معالج R1000). وفي عام 1986، أصدرت شركة HP أول نظام لها بمعالج PA -RISC . وفي عام 1987، حقق جهاز Acorn Archimedes، وهو جهاز كمبيوتر غير تابع لنظام Unix، نجاحًا تجاريًا كبيرًا في أجهزة Acorn، حيث كان يعمل بمعالج ARM2 ذي 32 بت، وكان آنذاك بدون ذاكرة تخزين مؤقتة، ويعتمد على معمارية ARM2 ؛ وكان أول معالج ARM1 سيليكوني يُطرح في الأسواق عام 1985. وقد جعل معالج R3000 التصميم عمليًا للغاية، بينما قدم معالج R4000 أول معالج دقيق RISC تجاريًا في العالم ذو 64 بت. وأدت المشاريع المنافسة إلى ظهور معماريتي IBM POWER و Sun SPARC . وسرعان ما بدأ كل مورد رئيسي في إصدار تصميم RISC، بما في ذلك AT&T CRISP و AMD 29000 و Intel i860 و Intel i960 و Motorola 88000 و DEC Alpha .

في أواخر التسعينيات، لم يكن يتم إنتاج سوى بنيتين من بنى RISC ذات 64 بت بكميات كبيرة للتطبيقات غير المدمجة: SPARC و Power ISA ، ولكن مع ازدياد قوة ARM، أصبحت في أوائل العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين ثالث بنية RISC في قطاع الحوسبة العامة.

المعالجة المتعددة المتناظرة SMP ^{[ 63 ]} هي تكوين من اثنين أو أربعة أو أكثر من وحدات المعالجة المركزية (في أزواج) والتي تستخدم عادة في الخوادم وبعض محطات العمل وفي أجهزة الكمبيوتر الشخصية المكتبية منذ التسعينيات. المعالج متعدد النوى هو وحدة معالجة مركزية واحدة تحتوي على أكثر من نواة معالج دقيق واحدة.

صدرت هذه اللوحة الأم الشهيرة ثنائية المقابس من شركة Abit عام 1999 كأول لوحة أم للحاسوب تدعم تقنية المعالجة المتعددة المتناظرة (SMP)، وكان معالج Intel Pentium Pro أول معالج مركزي تجاري يُطرح لبناة الأنظمة وهواة الحاسوب. تدعم لوحة Abit BP9 معالجين من نوع Intel Celeron، وعند استخدامها مع نظام تشغيل يدعم تقنية SMP (مثل Windows NT/2000/Linux)، تُحقق العديد من التطبيقات أداءً أعلى بكثير من المعالج المركزي الواحد. كانت معالجات Celeron الأولى قابلة لكسر السرعة بسهولة، وقد استخدمها الهواة بترددات تصل إلى 533 ميجاهرتز، وهو ما يتجاوز بكثير مواصفات Intel. بعد اكتشاف إمكانيات هذه اللوحات الأم، قامت Intel بإزالة خاصية مُضاعِف التردد في المعالجات اللاحقة.

في عام ٢٠٠١،  أطلقت شركة IBM معالج POWER4 ، وهو معالج طُوّر على مدار خمس سنوات من البحث، بدأ في عام ١٩٩٦ بمشاركة فريق من ٢٥٠ باحثًا. وقد تعززت الجهود المبذولة لتحقيق هذا الإنجاز من خلال تطوير التعاون عن بُعد وتكليف مهندسين شباب بالعمل جنبًا إلى جنب مع مهندسين أكثر خبرة. وقد حقق عمل الفريق نجاحًا باهرًا مع المعالج الدقيق الجديد Power4، وهو معالج ثنائي الوظائف، ضاعف الأداء بأكثر من الضعف بنصف سعر المنافسين، ما يمثل نقلة نوعية في عالم الحوسبة. وكتبت مجلة الأعمال eWeek : "يمثل معالج Power4 الجديد بتردد ١ جيجاهرتز قفزة هائلة مقارنةً بسابقه" . وقال براد داي، محلل الصناعة في مجموعة Giga Information Group: "تتبنى IBM نهجًا تنافسيًا للغاية، وهذا الخادم سيغير قواعد اللعبة".

فاز جهاز Power4 بجائزة "اختيار المحللين لأفضل معالج محطة عمل / خادم لعام 2001"، وحطم أرقامًا قياسية ملحوظة، بما في ذلك الفوز في مسابقة ضد أفضل اللاعبين في برنامج Jeopardy! ^{[ 64 ]} التلفزيوني الأمريكي.

أُطلقت معالجات إنتل ، التي تحمل الاسم الرمزي Yonah، في 6 يناير 2006، وصُنعت باستخدام شريحتين مُدمجتين في وحدة متعددة الرقاقات . وفي سوق شديدة التنافس، أطلقت AMD وغيرها من الشركات إصدارات جديدة من المعالجات متعددة النوى؛ ففي عام 2001، أطلقت AMD معالجات Athlon MP التي تدعم تقنية SMP من سلسلة AthlonXP ، بينما أطلقت Sun معالجي Niagara و Niagara 2 بثمانية أنوية، وفي يونيو 2007، أطلقت AMD معالج Athlon X2. كانت الشركات تخوض سباقًا محمومًا نحو السرعة، إذ تطلبت البرامج الأكثر تطلبًا قدرة معالجة أكبر وسرعات أعلى للمعالج.

بحلول عام 2012، شاع استخدام المعالجات ثنائية ورباعية النواة في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة، حيث تتميز المعالجات الأحدث - المشابهة لمعالجات Intel Xeon الاحترافية عالية التكلفة - بنوى إضافية تُنفذ التعليمات بالتوازي، مما يُحسّن أداء البرامج عادةً، شريطة أن يكون البرنامج مصممًا للاستفادة من الأجهزة المتقدمة. وقد وفرت أنظمة التشغيل دعمًا للمعالجات متعددة النوى ووحدات المعالجة المركزية المدمجة (SMD)، وتمت برمجة العديد من تطبيقات البرامج، بما في ذلك التطبيقات ذات الأحمال الكبيرة والمستهلكة للموارد - مثل ألعاب ثلاثية الأبعاد - للاستفادة من أنظمة المعالجات متعددة النوى.

تتصدر كل من آبل وإنتل وإيه إم دي حاليًا سوق معالجات سطح المكتب ومحطات العمل متعددة النوى. ورغم تنافسها المستمر على الصدارة في الأداء، تحافظ إنتل على ترددات أعلى، ما يمنحها أسرع أداء أحادي النواة ^{[ 65 ]} ، بينما غالبًا ما تتصدر إيه إم دي أداء العمليات متعددة الخيوط بفضل بنية مجموعة التعليمات الأكثر تطورًا وتقنية التصنيع المستخدمة في معالجاتها.

ترتبط مفاهيم المعالجة المتعددة لتكوينات المعالجات متعددة النوى/متعددة وحدات المعالجة المركزية بقانون أمدال .