Od 70. rokov. v minulom storočí vyrábalo PC procesory pomerne veľké množstvo rôznych spoločností a každá z nich zaviedla nové technológie do vývoja zariadení. Nie každý však dokázal dobyť svetový trh ako Intel alebo AMD: niektoré spoločnosti začali vyrábať iné produkty, iné jednoducho prestali existovať. Ale najprv, prvé veci.

História procesora

Prvé počítačové procesory z 50. rokov. minulého storočia fungovali na báze mechanického relé, neskôr sa objavili modely, ktoré používali vákuové trubice, potom tranzistory. Samotné počítače využívajúce tieto typy procesorov boli obrovské, veľmi drahé a zložité zariadenia.

Komponenty procesora zodpovedné za výpočty bolo potrebné spojiť do jedného čipu. To sa podarilo až po nástupe integrovaných polovodičových obvodov. Hoci si vývojári spočiatku ani neuvedomili, že by táto technológia mohla byť užitočná, zariadenia sa pomerne dlho vyrábali ako súbor samostatných mikroobvodov.

V roku 1969 si Busicom objednal od Intelu 12 čipov pre vlastný vývoj stolnej kalkulačky. Už vtedy mali vývojári Intelu nápad – spojiť niekoľko čipov do jedného. Myšlienka bola schválená vedením spoločnosti, pretože technológia umožnila veľa ušetriť na výrobe mikroobvodov, navyše odborníci dokázali urobiť procesor univerzálnym a použiť ho v mnohých ďalších zariadeniach, ktoré vykonávajú výpočty.

Takto sa objavil prvý mikroprocesor, ktorý dostal názov . Dokázal vykonať 60 000 operácií za sekundu a spracoval binárne čísla. Ale procesor sa nedal použiť v PC - jednoducho sa vtedy nevyrábali.

"Mark 8" - prvý počítač na svete

Vyvinutý americkým študentom Jonathanom Titusom. Slávny časopis Electronics ho nazval PC „Mark 8“ (z angličtiny „Model 8“). V publikácii bol uvedený aj popis počítača a ukázaný detailný dizajn. Titus chcel zarobiť peniaze predajom dosiek plošných spojov ľuďom, ktorí si potrebovali postaviť vlastný počítač. Ostatné zariadenia si zákazníci museli dokúpiť v obchodoch.

Prirodzene, Model 8 svojmu tvorcovi veľa zisku nepriniesol, no Jonathan preukázal ľudstvu neoceniteľnú službu vytvorením plnohodnotného PC.

História procesorov Intel

Po Intel 4004 sa zrodil procesor Intel 8008, ktorý pracoval na frekvencii 600-800 kHz, obsahoval 3500 tranzistorov a veľmi sa líšil od svojho predchodcu. Intel 8008 sa používal v rôznych digitálnych zariadeniach a kalkulačkách. V tom čase sa na high-tech trhu začali objavovať osobné počítače, a tak sa Intel čoskoro rozhodol, že pre PC budú potrebné oveľa výkonnejšie procesory. Čoskoro bol vyvinutý produktívny Intel 8080, ktorý vo svojich charakteristikách prekonal „808“ asi desaťkrát.

V tom čase bolo zariadenie pomerne drahé, ale podľa odborníkov Intelu bola cena optimálna na použitie procesora v PC. Finančná pozícia korporácie sa vďaka úspešným predajom rýchlo zlepšovala.

Čoskoro prišiel Altair-8800, osobný počítač vydaný spoločnosťou MITS (mimochodom, ktorý bežal na čipe Intel 8800). Začalo to éru PC, ktorá podnietila mnohé spoločnosti, aby začali vyvíjať svoje vlastné mikroprocesory.

Medzitým v ZSSR

Domáca výpočtová technika sa rýchlo rozvíjala až do začiatku 70-tych rokov, v tom čase boli vyvinuté rôzne počítače, ktoré neboli výkonovo horšie ako zahraničné modely. V roku 1970 vláda našej krajiny vydala dekrét „o hardvérovej a softvérovej kompatibilite počítačov“, ktorý prispel k vzniku novej koncepcie počítačov. Boli založené na americkej technológii IBM 360, neskôr bola nahradená architektúrou PDP-11.

Sovietsky vývoj už nebol potrebný, výroba počítačov zahŕňala len kopírovanie dovezených vzoriek, čo viedlo k nevyhnutnému zaostaniu ZSSR za Amerikou v oblasti elektronickej výroby. Technológia PDP-11 úplne zmizla, všetky počítače vydané v 80. rokoch. pracoval na analógoch procesorov Zilog a Intel. Americké technológie boli o viac ako 10 rokov pred domácimi.

História vývoja procesorov

V roku 1974 Motorola vydala svoj prvý vývoj – procesor MC6800, ktorý bol pomerne produktívny (frekvencia 1-2 MHz, 64 KB spracovanej pamäte, 4500 tranzistorov), pracoval so 16-bitovými číslami a mal rovnakú cenu ako Intel 8080, ale predával sa veľmi slabo, preto sa nepoužíval. v PC. Neskôr skrachovaná spoločnosť prepustila viac ako 4 tisíc zamestnancov.

V roku 1975 bývalí zamestnanci Motoroly založili vlastnú spoločnosť s názvom MOS Technology, ktorej prvým procesorom bol Technológia MOS 6501, podobnými vlastnosťami ako MC6800. Hrozby právnych krokov zo strany Motoroly za plagiátorstvo však prinútili spoločnosť odstrániť všetky podobnosti s ich procesorom, takže čoskoro bol vydaný nový model - verzia čipu 6502, ktorý bol relatívne lacný, v dôsledku čoho bol široko používaný na rôznych počítačoch. vrátane počítačov Apple. Procesor sa od predchádzajúcej verzie odlišoval modernejšou výpočtovou technikou a vysokou taktovacou frekvenciou.

Bývalí zamestnanci Intelu sa tiež rozhodli vytvoriť svoj vlastný projekt - v roku 1976 vydali procesor Zilog Z80, ktorý sa veľmi nelíšil od Intel 8080. Zariadenie malo iba jednu napájaciu linku, pomerne nízku cenu a spúšťali všetky rovnaké programy, ktoré a na čipe od Intelu. Navyše bolo možné procesor pretaktovať, teda zvýšiť jeho výkon bez použitia RAM – to všetko viedlo k úspechu spoločnosti Zilog na trhu.

Procesor Z80 sa u nás už dlho používa ako mikrokontrolér vo vojenskej technike, diaľkových ovládačoch a tiež ako procesor pre herné konzoly a rôzne elektronické hry. Z80 bol široko používaný v Rusku v 80. a 90. rokoch.

"Zastaraný" terminátor

Vo filme „Terminátor“ sú scény, v ktorých robot očami skenuje okolie a zároveň mu na obrazovke neustále bežia riadky neznámeho programového kódu. O pár rokov neskôr sa ukázalo, že tieto riadky patria do programu procesora MOS Technology 6502 Tento fakt vyzerá veľmi vtipne, pretože film sa odohráva v ďalekej budúcnosti, kde sa však stále používajú procesory zo 70. rokov.

História vývoja procesorov Intel, Motorola, Zilog

V roku 1979 Intel opäť urobil technologický prielom vývojom nového procesora Intel 8086, ktorú všetci odborníci okamžite nazvali „zabijakom“ technológií Zilog a MOS. Nový čip bol oveľa výkonnejší ako jeho konkurenti, ale nikdy nedosiahol očakávaný úspech, pretože 16-bitová procesorová zbernica vyžadovala zodpovedajúce drahé čipy pre základné dosky. To viedlo k vysokým cenám počítačov s procesorom Intel 8086, ktoré sa následne zle predávali. To však nepopiera veľké prednosti nového procesora - nastavil veľmi vysokú latku výkonu a potomkovia Intel 8086 pevne zaujímajú vedúce postavenie na trhu mikroprocesorov pre PC.

Ďalší čip je Intel 8088 – pracoval na chybách a mal úspech v predaji. Obsahoval 30 000 tranzistorov a pracoval na frekvencii 10 MHz. S týmto procesorom pracoval známy IBM PC.

Motorola vydala čip v roku 1979 MC68000, ktorá bola v tom čase najvýkonnejšia - 24-bitová pamäťová zbernica, frekvencia 10-16 MHz. Procesor bol veľmi drahý a vyžadoval si príslušné čipy, no aj tak zožal výrazný úspech a uchvátil používateľov svojimi širokými možnosťami.

V tom istom roku vydal Zilog veľmi kontroverzný procesor - Z8000. Bol pomerne produktívny, no zároveň nebol hardvérovo a softvérovo kompatibilný so Z80, a preto si nový procesor takmer nikto nechcel kúpiť.

Procesory a čísla

Prvé modely mikroprocesorov dokázali spracovať celočíselné a zlomkové čísla, no na ich výpočet bolo potrebné zlomok najskôr previesť na niekoľko celých čísel a po operáciách uviesť výsledné číslo do pôvodnej podoby. Takéto neustále konverzie sú však z hľadiska pamäte PC dosť drahý proces, takže bolo potrebné nejako vylepšiť technológiu procesora. Čoskoro mnohé spoločnosti začali vyvíjať ďalšie čipy špeciálne navrhnuté na výpočty so zlomkami. Najprv sa predávali oddelene od hlavných procesorov, ale neskôr boli výrobcovia schopní spojiť dva čipy do jedného a do hlavného procesora integrovať ďalší procesor. Problém bol vyriešený.

Intel sa stal lídrom medzi výrobcami procesorov

V roku 1982 bol vydaný procesor Intel 80286, ktorý porazil konkurentov ako Motorola a Zilog. Bol oveľa výkonnejší a rýchlejší ako jeho predchodca Intel 8086, zvládal veľké množstvo pamäte a nemal problémy s kompatibilitou hardvéru a softvéru. To znamenalo, že používatelia už nemuseli aktualizovať drahý softvér. To všetko bolo dosiahnuté zavedením nového pracovného režimu procesora, ktorý zabezpečil chod viacerých programov naraz. Chránený režim výrazne zvýšil výkon čipu - to bolo tajomstvo úspechu Intel 80286.

Nová generácia procesorov Intel

Procesor P5 od Intelu bol vydaný v marci 1993 a stal sa známym ako Pentium. Technológie čipu boli prepracované na nepoznanie – bolo možné vykonávať dva príkazy naraz, proces ukladania informácií do vyrovnávacej pamäte sa radikálne zmenil a priepustnosť 64-bitovej zbernice sa zdvojnásobila. Procesory s frekvenciou 60 MHz však neboli úspešné, pretože vyžadovali novú základnú dosku so päticou Socket 4 a tie staré nedokázali Pentium plne využiť. Preto bol koncom roka 1993 vydaný ešte výkonnejší procesor Pentium II a situácia bola napravená.

Čipy od Intelu tak prekonali svojich konkurentov na trhu PC a pevne zaujali vedúcu pozíciu v rýchlych pretekoch vývoja procesorov.

Rozpočtové verzie procesorov Intel

Aby Intel úspešne konkuroval AMD, musel byť lídrom na trhu s lacnými verziami procesorov. Vedenie spoločnosti sa rozhodlo neznižovať ceny, ale vyrábať nie príliš výkonné procesory, ktoré sa stali známymi ako Intel Celeron.

Prvý takýto model vyšiel v roku 1998. Celeron bežal na jadre procesora Pentium II, no chýbala mu vyrovnávacia pamäť a samotný procesor mal skôr priemerný výkon, hoci bol kompatibilný s novými technológiami. Toto je presne ten druh zariadenia, ktoré Intel potreboval, aby naplnil rozpočtový trh a zároveň zabránil znižovaniu cien svojich hlavných produktov.

Cyrix a IDT sú výrobcovia procesorov x86

Spoločnosť Cyrix bola založená v roku 1988. Jeho vývojári vytvorili procesory využívajúce všetky rovnaké technológie ako Intel. Cyrix vyrábal pomocné čipy pre procesory Intel 80286 a Intel 80386, mimochodom, dokázal predať aj koprocesor Intel rovnakej verzie.

Cyrix vydal svoje vlastné procesory - 486DLC a 486SLC - až v roku 1991. Boli kompatibilné so Socket Intel 80386. Dizajn Cyrixu nebol z hľadiska výkonu v žiadnom prípade horší ako čipy Intel a bol pomerne populárny medzi používateľmi, ktorí chceli upgradovať svoje PC.

O štyri roky neskôr spoločnosť vydala dva nové procesory – Cx5x86, s ktorým bolo možné upgradovať z verzie 80486 na Intel Pentium, a Cyrix verziu 6x86. Stal sa prvým čipom, ktorý prekonal procesor Intel Pentium. Ale 6x86 nebolo bez svojich nedostatkov: Pentium ho stále prekonalo v rýchlosti hodín a výkone v 3D hrách.

Výhoda Cyrixu na trhu procesorov skončila koncom 90. rokov, pretože procesorom spoločnosti chýbal výkon a rýchlosť. Cyrix čoskoro získala taiwanská spoločnosť VIA Technologies.

históriu spoločnosti IDT začala v roku 1997, keď vydala Win Chip - tento procesor bol vyvinutý pomocou technológií Pentium. Predával sa za nízku cenu, spotreboval málo energie a mal nízku teplotu, no zároveň mal slabý výkon v porovnaní s konkurenciou. Win Chip nadobudol takéto vlastnosti pomocou šikovnej technológie – jednoduchá sada príkazov bola skombinovaná so špeciálnym zariadením, ktoré prevádza x86 príkazy na vlastné.

Neskôr spoločnosť IDT vydala Win Chip 2, vylepšenú verziu prvého čipu, ale procesor, rovnako ako samotná spoločnosť, nezískal uznanie na trhu, takže po určitom čase IDT pohltila spoločnosť VIA Technologies, aby vyvinula čipy pre svoje vlastné zariadenia. .

História procesorov AMD

AMD vydala svoj prvý mikroprocesor, AMD 9080, v roku 1974. Dá sa povedať, že to bola úplná kópia Intel 8080, ale s ňou boli vyvinuté mikroobvody Am2900, ktoré sa používali v digitálnych zariadeniach. AMD prestalo vyvíjať procesory rodiny Am2900 v 90. rokoch.

V tom čase významní výrobcovia PC prešli na výrobu x86 procesorov a do týchto projektov vrhlo všetku energiu aj AMD. Prvým takýmto procesorom bol AMD K5, ktorý bol produktívnejší ako Intel Pentium (uľahčila to štvorrúrová architektúra procesora). Ďalej AMD kúpilo NexGen, ktorý pod ich vedením neskôr vydal čip K6, ktorý bol plný mnohých nových technológií. Trieda nového produktu sa vyrovnala procesoru Pentium II.

Veční rivali

Po dlhom a vytrvalom boji o prvenstvo medzi výrobcami procesorov sa konečne objavili víťazi – sú nimi Intel a AMD. Obe korporácie si zaslúžia prvé miesto – obe výrazne prispeli k vývoju mikroprocesorov pre PC a ďalšie. V súčasnosti je však Intel so svojimi pokročilými technológiami stále mierne pred AMD. Podarí sa AMD znovu získať rovnováhu? To sa dozvieme v blízkej budúcnosti.

Prvý mikroprocesor bol vytvorený v roku 1971, a s ním sa konečne zrodilo štvrtá generácia počítačov.

CPU(CPU, doslova - centrálna procesorová jednotka) - elektronická jednotka alebo integrovaný obvod (mikroprocesor), ktorý vykonáva strojové inštrukcie (programový kód). Niekedy sa nazýva mikroprocesor alebo jednoducho procesor.

Hlavné charakteristiky centrálnej procesorovej jednotky (CPU) sú: rýchlosť hodín, výkon, spotreba energie a architektúra.

Prvé CPU boli vytvorené ako jedinečné komponenty pre jedinečné, dokonca jedinečné počítačové systémy. Neskôr výrobcovia počítačov prešli od drahej metódy vývoja procesorov určených na spustenie jedného programu k masovej výrobe typických tried procesorov.

Vytvorenie mikroobvodov umožnilo ďalšie zvýšenie zložitosti CPU pri súčasnom znížení ich fyzickej veľkosti.

V roku 1971 Intel vytvoril prvý 4-bitový mikroprocesor na svete, 4004., určené na použitie v mikrokalkulátoroch.



Potom sa to zmenilo 8-bitový Intel 8080 A 16-bit 8086, ktorý položil základy architektúry všetkých moderných stolných počítačov.




Potom prišla jeho úprava, 80186 .
IN procesor 80286 Objavil sa chránený režim, ktorý umožňoval využitie až 16 MB pamäte.

Procesor Intel 80386 sa objavil v roku 1985 a predstavil vylepšený chránený režim, umožňujúci využitie až 4 GB RAM.



Intel486(známy aj ako i486, Intel 80486 alebo jednoducho 486) je mikroprocesor štvrtej generácie kompatibilný s x86 postavený na hybridnom jadre a vydal Intel 10. apríla 1989.

Tento mikroprocesor je vylepšenou verziou mikroprocesora 80386. Prvýkrát bol predstavený na výstave na jeseň roku 1989.

Bol to prvý mikroprocesor so vstavaným matematický koprocesor(FPU). Používal sa najmä v stolných počítačoch, serveroch a prenosných počítačoch (laptopoch a laptopoch).



V osobných počítačoch sa začali používať procesory s architektúrou x86.

Postupne sa takmer všetky procesory začali vyrábať v mikroprocesorovom formáte.

Mikroprocesor Intel Pentium predstavený 22.3.1993.
Nová architektúra procesora zvýšila výkon 5-krát v porovnaní s 33 MHz 486DX.

Počet tranzistorov 3,1 milióna.
Konektor nôh 237/238.

Potom sa objavili 64-bitové procesory (od spoločnosti Intel):
Itanium, Itanium 2, Pentium 4F, Pentium D, Xeon, Intel Core 2, Pentium Dual Core, Celeron Dual Core, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon E3, ...

Viacjadrové procesory obsahujú niekoľko procesorových jadier v jednom balení (na jednom alebo viacerých čipoch).

Prvým viacjadrovým mikroprocesorom bol IBM POWER4, ktorý sa objavil v roku 2001 a mal dve jadrá. 14. novembra 2005 vyšlo Sun osemjadrový UltraSPARC T1.

AMD išlo svojou vlastnou cestou a vyrábalo v roku 2007 štvorjadrový procesor v jednom čipe.

Procesory s 2, 3, 4 a 6 jadrami, ako aj 2, 3 a 4-modulové procesory generácie AMD Bulldozer sa stali široko dostupnými.

Pre servery sú k dispozícii aj 8-jadrové procesory Xeon a Nehalem (Intel) a 12-jadrový Opteron (AMD).

Pre chladič Mikroprocesory využívajú pasívne žiariče a aktívne chladiče.

Intel Core i7- rodina x86-64 procesorov Intel.
Jednočipové zariadenie: Všetky jadrá, pamäťový radič a vyrovnávacia pamäť sú na jednom čipe.
Podpora Turbo Boost, s ktorou procesor automaticky zvyšuje výkon, keď je to potrebné.


Ochranný kryt procesorov pozostáva z poniklovanej medi, substrát je kremík, kontakty sú z pozlátenej medi.
Minimálne a maximálne skladovacie teploty pre Core i7 sú -55 °C a 125 °C.
Maximálny odvod tepla procesorov Core i7 je 130 W.

Intel Core i7 3820 je vybavený štyrmi fyzickými a ôsmimi virtuálnymi procesorovými jadrami s nominálnym taktom 3,6 GHz a dynamickým taktom 3,8 GHz, ako aj desiatimi megabajtmi vyrovnávacej pamäte. Dátum vstupu na trh - 2012.

Moderné počítače malé, pohodlné, vysokorýchlostné spracovanie informácií, veľké množstvo pamäte RAM a fyzickej pamäte.



Moderné procesory možno nájsť nielen v počítačoch, ale aj v autách, mobilných telefónoch, domácich spotrebičoch a dokonca aj v detských hračkách.

Teraz sa bez mikroprocesora nezaobídu ani menej pokročilé mobilné telefóny, nehovoriac o tabletoch, notebookoch a stolných osobných počítačoch. Čo je mikroprocesor a ako sa vyvíjala história jeho vzniku? Zjednodušene povedané, mikroprocesor je zložitejší a multifunkčný integrovaný obvod.

Začína história mikroobvodu (integrovaného obvodu). od roku 1958, keď zamestnanec americkej firmy Texas Instruments Jack Kilby vynašiel isté polovodičové zariadenie obsahujúce v jednom puzdre niekoľko tranzistorov, spojených vodičmi. Prvý mikroobvod - predchodca mikroprocesora - obsahoval iba 6 tranzistorov a bola to tenká doska z germánia s nanesenými stopami zo zlata, to všetko bolo umiestnené na sklenenom substráte. Pre porovnanie, dnes existujú jednotky a dokonca desiatky miliónov polovodičových prvkov.

Do roku 1970 pomerne veľa výrobcov sa zaoberalo vývojom a tvorbou integrovaných obvodov rôznych kapacít a rôznych funkčných oblastí. No tento rok možno považovať za dátum narodenia prvého mikroprocesora. Práve tento rok Intel vytvoril pamäťový čip s kapacitou len 1 Kbit – pre moderné procesory zanedbateľný, no na tú dobu neskutočne veľký. V tom čase to bol obrovský úspech - pamäťový čip bol schopný uložiť až 128 bajtov informácií - oveľa viac ako podobné analógy. Okrem toho približne v rovnakom čase japonský výrobca kalkulačiek Busicom objednal rovnaké mikroobvody Intel 12 rôznych funkčných oblastí. Špecialisti Intelu dokázali implementovať všetkých 12 funkčných oblastí do jedného čipu. Okrem toho sa vytvorený mikroobvod ukázal ako multifunkčný, pretože umožnil programovo meniť jeho funkcie bez zmeny fyzickej štruktúry. Mikroobvod vykonával určité funkcie v závislosti od príkazov odoslaných na jeho ovládacie kolíky.

Do roka v roku 1971 Intel uvádza na trh prvý 4-bitový mikroprocesor s kódovým označením 4004. V porovnaní s prvým mikroobvodom so 6 tranzistormi obsahoval až 2,3 tisíc polovodičových prvkov a vykonal 60 tisíc operácií za sekundu. V tom čase to bol obrovský prelom v oblasti mikroelektroniky. 4-bit znamená, že 4004 dokáže spracovať 4-bitové dáta naraz. O dva roky viac v roku 1973 Spoločnosť vyrába 8-bitový procesor 8008, ktorý už pracoval s 8-bitovými dátami. Začiatok od roku 1976, spoločnosť začína vyvíjať 16-bitovú verziu mikroprocesora 8086 Bol to on, kto sa začal používať v prvých osobných počítačoch IBM a v podstate položil jeden zo stavebných kameňov

Úvod

1 Vývoj mikroprocesorov

2 mikroprocesory i80386

3 mikroprocesory i80486

4 procesory Pentium

5 Výkon procesora

6 Koprocesory

Bibliografia

Úvod

Najdôležitejším prvkom každého PC je mikroprocesor. Do značnej miery určuje možnosti výpočtového systému. Prvý mikroprocesor i4004 bol vyrobený v roku 1971 a odvtedy si Intel pevne drží vedúce postavenie v segmente trhu. Najúspešnejším projektom bol vývoj i8080. Práve na ňom bol založený počítač Altair, pre ktorý B. Gates napísal svoj prvý Basic interpreter. Klasická architektúra i8080 mala obrovský vplyv na ďalší vývoj jednočipových mikroprocesorov. Mikroprocesor i8088, ktorý spoločnosť Intel oznámila v júni 1979, sa stal skutočným priemyselným štandardom pre osobné počítače. V roku 1981 si „modrý gigant“ (IBM) vybral tento procesor pre svoje PC. Spočiatku mikroprocesor i8088 pracoval na frekvencii 4,77 MHz a mal rýchlosť okolo 0,33 Mops, ale potom boli vyvinuté jeho klony, navrhnuté pre vyššiu taktovaciu frekvenciu 8 MHz. Mikroprocesor i8086 sa objavil presne o rok skôr, v júli 1978, a stal sa populárnym vďaka počítaču CompaqDecPro. Na základe architektúry i8086 a s prihliadnutím na požiadavky trhu spoločnosť Intel uviedla na trh i80286 vo februári 1982. Objavil sa súčasne s novým počítačom IBM PC AT. Spolu so zvýšeným výkonom mal chránený režim (používal sofistikovanejšiu techniku ​​správy pamäte). Chránený režim umožňoval programom ako Windows 3.0 a OS/2 pracovať s pamäťou RAM nad 1 MB. Vďaka 16-bitovým dátam na novej systémovej zbernici je možné vymieňať si 2-bajtové správy s riadiacou jednotkou. Nový mikroprocesor umožnil prístup k 16 MB RAM v chránenom režime. Procesor i80286 ako prvý implementoval multitasking a správu virtuálnej pamäte na úrovni čipu. Pri taktovacej frekvencii 8 MHz bol dosiahnutý výkon 1,2 Mips.

1 Vývoj mikroprocesorov

Počítače sa rozšírili od 50-tych rokov. Predtým to boli veľmi veľké a drahé zariadenia, používané len vo vládnych agentúrach a veľkých spoločnostiach. Veľkosť a tvar digitálnych počítačov sa zmenili na nepoznanie v dôsledku vývoja nových zariadení nazývaných mikroprocesory.

Mikroprocesor (MP) je softvérovo riadené elektronické digitálne zariadenie určené na spracovanie digitálnych informácií a riadenie procesu tohto spracovania, vyrobené na jednom alebo viacerých integrovaných obvodoch s vysokým stupňom integrácie elektronických prvkov.

V roku 1970 Marchian Edward Hoff z Intelu navrhol integrovaný obvod podobný svojimi funkciami ako centrálny procesor veľkého počítača - prvý mikroprocesor Intel-4004, ktorý bol uvedený do predaja v roku 1971.

To bol skutočný prielom, pretože Intel-4004 MP, merajúci menej ako 3 cm, bol produktívnejší ako obrovský stroj ENIAC. Pravda, fungoval oveľa pomalšie a dokázal spracovať iba 4 bity informácií naraz (sálové procesory spracovávali 16 alebo 32 bitov súčasne), ale prvý MP bol desaťtisíckrát lacnejší.

Kryštál bol 4-bitový procesor s klasickou počítačovou architektúrou Harvardského typu a bol vyrobený pomocou pokročilej technológie p-channel MOS s konštrukčnými štandardmi 10 mikrónov. Elektrický obvod zariadenia pozostával z 2300 tranzistorov. MP pracoval na frekvencii hodín 750 kHz s trvaním príkazového cyklu 10,8 μs. Čip i4004 mal zásobník adries (počítadlo programov a tri registre zásobníka LIFO), jednotku RON (registre sériovej pamäte alebo súbor registrov - RF), 4-bitovú paralelnú ALU, akumulátor, príkazový register s dekodérom príkazov. a riadiaci obvod, ako aj komunikačný obvod s externými zariadeniami. Všetky tieto funkčné celky boli prepojené 4-bitovou SD. Pamäť inštrukcií dosahovala 4 KB (pre porovnanie: objem pamäte minipočítača na začiatku 70. rokov zriedka prekračoval 16 KB) a RF CPU mal 16 4-bitových registrov, ktoré bolo možné použiť aj ako 8 8-bitových registrov. Táto organizácia RON bola zachovaná v nasledujúcich MP od Intelu. Tri zásobníkové registre poskytovali tri úrovne vnorenia podprogramov. i4004 MP bol osadený v plastovom alebo kovokeramickom DIP (Dual In-line Package) puzdre len so 16 pinmi. Jeho inštruktážny systém obsahoval iba 46 inštrukcií.

Súčasne mal kryštál veľmi obmedzené vstupno-výstupné možnosti a príkazovému systému chýbali logické operácie spracovania dát (AND, OR, EXCLUSIVE OR), a preto museli byť implementované pomocou špeciálnych podprogramov. Modul i4004 nemal schopnosť zastaviť (príkazy HALT) a zvládnuť prerušenia.

Príkazový cyklus procesora pozostával z 8 hodinových cyklov hlavného oscilátora. Existovala multiplexná SHA (adresová zbernica)/SD (dátová zbernica), 12-bitová adresa sa prenášala cez 4-bitové.

1. apríla 1972 začala spoločnosť Intel dodávať prvé 8-bitové zariadenie v odvetví, i8008. Kryštál bol vyrobený pomocou technológie p-channel MOS s konštrukčnými štandardmi 10 mikrónov a obsahoval 3500 tranzistorov. Procesor pracoval na frekvencii 500 kHz s trvaním strojového cyklu 20 μs (10 periód hlavného oscilátora).

Na rozdiel od svojich predchodcov mal MP architektúru počítača typu Princeton a umožňoval použitie kombinácie ROM a RAM ako pamäte.

V porovnaní s i4004 sa počet RON znížil zo 16 na 8 a na uloženie adresy pre nepriame adresovanie pamäte boli použité dva registre (obmedzenie technológie - blok RON, podobne ako kryštály 4004 a 4040 v MP 8008 , bola implementovaná ako dynamická pamäť). Trvanie cyklu stroja sa skrátilo takmer na polovicu (z 8 na 5 stavov). Pre synchronizáciu práce s pomalými zariadeniami bol zavedený signál READY.

Systém príkazov pozostával zo 65 inštrukcií. MP mohol adresovať 16 KB pamäte. Jeho výkon v porovnaní so štvorbitovými MP vzrástol 2,3-krát. Na prepojenie procesora s pamäťou a I/O zariadeniami bolo v priemere potrebných asi 20 stredne integrovaných obvodov.

Schopnosti technológie p-kanálov na vytváranie komplexných vysokovýkonných MP boli takmer vyčerpané, takže „smer hlavného úderu“ bol prenesený na technológiu n-channel MOS.

1. apríla 1974 bol Intel 8080 MP predstavený všetkým zainteresovaným stranám. Vďaka použitiu technológie p-MOS s konštrukčnými štandardmi 6 mikrónov bolo možné na čip umiestniť 6 tisíc tranzistorov. Frekvencia hodín procesora sa zvýšila na 2 MHz a trvanie príkazového cyklu už bolo 2 μs. Množstvo pamäte adresovateľnej procesorom sa zvýšilo na 64 KB.

Použitím 40-pinového balíka bolo možné oddeliť ShA a ShD, celkový počet mikroobvodov potrebných na zostavenie systému v minimálnej konfigurácii sa znížil na 6.

V Ruskej federácii bol zavedený ukazovateľ zásobníka, ktorý sa aktívne používa pri spracovaní prerušení, ako aj dva softvérovo nedostupné registre pre interné prenosy. Blok RON bol implementovaný na statických pamäťových čipoch. Vylúčenie batérie z RF a jej zavedenie do ALU zjednodušilo vnútorný obvod riadenia zbernice.

Novinkou v architektúre MP je použitie viacúrovňového systému vektorových prerušení. Toto technické riešenie umožnilo zvýšiť celkový počet zdrojov prerušení na 256 (pred príchodom radičov prerušení LSI si schéma generovania vektorov prerušení vyžadovala použitie až 10 dodatočných čipov strednej integrácie). Model i8080 zaviedol mechanizmus priameho prístupu do pamäte (DMA) (ako predtým v sálových počítačoch IBM System 360 atď.).

PDP otvorilo dvere pre použitie takých zložitých zariadení v mikropočítačoch, ako sú magnetické diskové jednotky a páskové jednotky a CRT displeje, čím sa mikropočítač zmenil na plnohodnotný výpočtový systém.

Tradíciou spoločnosti, počnúc prvým kryštálom, bolo vyrábať nie samostatný CPU čip, ale rodinu LSI navrhnutých na zdieľané použitie.

Moderné mikroprocesory sú postavené na 32-bitovej architektúre x86 alebo IA-32 (Intel Architecture 32 bit), ale veľmi skoro dôjde k prechodu na pokročilejšiu, produktívnejšiu 64-bitovú architektúru IA-64 (Intel Architecture 64 bit). V skutočnosti sa prechod už začal, čoho dôkazom je masová výroba a predaj nového mikroprocesora Athlon 64 od AMD (Advanced Micro Devices) v roku 2003. Tento mikroprocesor je pozoruhodný tým, že dokáže pracovať s 32-bitovými aj 64-bitové aplikácie. Výkon 64-bitových mikroprocesorov je oveľa vyšší.

2 mikroprocesory i80386

V októbri 1985 Intel oznámil prvý 32-bitový mikroprocesor, i80386. Prvým počítačom, ktorý používal tento mikroprocesor, bol CompaqDeskPro 386. Plne 32-bitová architektúra v novom mikroprocesore bola doplnená o pokročilú jednotku správy pamäte, ktorá bola okrem segmentačnej jednotky doplnená o jednotku na správu stránok. Toto zariadenie vám umožňuje jednoducho preusporiadať segmenty z jedného pamäťového miesta na druhé. Pri taktovacej frekvencii 16 MHz bol výkon 6 Mips. 32-adresových riadkov umožnilo fyzicky adresovať 4Gb pamäte, navyše bol predstavený nový režim správy virtuálnej pamäte V86. V tomto režime je možné vykonať niekoľko úloh pre i8086 súčasne.

Mikroprocesor i80386 vyrobený na 1 čipe s koprocesorom sa volal i80386DX. Lacnejší model 32-bitového mikroprocesora sa objavil až v júli 1988 (i80386SX). Nový mikroprocesor využíval 16-bitovú dátovú zbernicu a 24-bitovú adresovú zbernicu. To bolo vhodné najmä pre štandardné IBM PC AT. Softvér napísaný pre i80386DX bežal na i80386DX. Vnútorné registre boli úplne identické. Index SX pochádza zo slova „šestnásť“ (16-bitová dátová zbernica). Pre i486 začalo SX znamenať absenciu koprocesora. Na jesennej výstave v roku 1989 Intel oznámil i80486DX, ktorý obsahoval 1,2 milióna tranzistorov na jednom čipe a bol plne kompatibilný so zvyšnými 86 procesormi. Nové mikroobvody po prvýkrát skombinovali CPU, koprocesor a vyrovnávaciu pamäť na jednom čipe. Použitie pipeline architektúry, ktorá je vlastná procesorom RISC, čo vám umožní dosiahnuť 4-násobok výkonu bežných 32-bitových systémov. 8 KB vyrovnávacej pamäte na čipe urýchľuje vykonávanie vďaka dočasnému ukladaniu často používaných príkazov a údajov. Pri taktovacej frekvencii 25 MHz mal mikroprocesor vykon 16,5 Mips. Vytvorené v januári 1991 verzia mikroprocesora s hodinovou frekvenciou 50 MHz umožnila zvýšiť produktivitu o ďalších 50 %. Zabudovaný koprocesor výrazne urýchlil matematické výpočty, no neskôr sa ukázalo, že takýto mikroprocesor potrebuje len 30 % používateľov.

Intel založili 18. júla 1968 dvaja inžinieri Gordon Moore a Robert Noyce, ktorí pracovali pre Fairchild. O niečo neskôr spoločnosť získala ďalšieho spoluzakladateľa Andrewa Grovea. Už vtedy mali inžinieri na mysli konkrétny cieľ – urobiť polovodičové pamäte praktickou a cenovo dostupnou. Nápad to bol veľmi ambiciózny, keďže v tom čase stála pamäť polovodičového typu viac ako stokrát viac ako pamäť vytvorená magnetickou technológiou. V tom čase boli náklady na polovodičovú pamäť viac ako jeden dolár za bit.

Procesor Intel 4004

V roku 1970 bol Intel už celkom známy ako úspešný dodávateľ pamäťových čipov, keď ako prvý vytvoril v tom čase najväčší pamäťový modul, 1 kilobajt. Modul, známy ako dynamická pamäť s náhodným prístupom (DRAM), sa stal najpredávanejším polovodičovým čipom roka. V tom momente mala firma už viac ako sto zamestnancov.

Busicom upozornil na produkty Intelu. Čoskoro japonská spoločnosť objednala Intel, aby vyvinul čipy pre celú rodinu programovateľných kalkulačiek. Všetky riadiace čipy boli vtedy vytvorené podľa individuálnych projektov pre požadované úlohy, čo neumožňovalo rozšírenie takýchto čipov.

Spočiatku projekt Busicom znamenal vytvorenie najmenej dvanástich rôznych mikroobvodov jedinečnej architektúry. Tad Hoff, inžinier Intelu, opustil túto myšlienku a navrhol vytvorenie jednočipového univerzálneho zariadenia, ktoré načítava inštrukcie z polovodičovej pamäte. Pomocou iba štyroch čipov (procesor 4004, I/O radič, RAM, ROM) mohol program meniť ich funkcie a vykonávať určité úlohy. Nový čip bol univerzálny, čo umožnilo jeho inštaláciu aj do iných zariadení, nielen do kalkulačiek. Všetky predtým vyvinuté mikroobvody mali podporu pre jedinečnú „pevnú“ sadu inštrukcií a nový vynález poskytoval schopnosť vykonávať rôzne inštrukcie načítané z pamäte.

V apríli 1970 Intel najal inžiniera Frederica Faggina, aby vyvinul riadiaci čip 4004 v súlade s Hoffovou prácou. Faggin, podobne ako zakladatelia Intelu, predtým pôsobil v spoločnosti Fairchild Semiconductor, kde sa priamo podieľal na vývoji technológie kremíkových brán, ktorá zohrala významnú úlohu pri tvorbe mikroprocesorov. Práce na čipoch série 4004 boli ukončené v marci 1971 a sériová výroba začala v júni toho istého roku.

Procesor 4004 bol pôvodne určený na použitie v programovateľných kalkulačkách, no neskôr našiel ďalšie uplatnenie. Čip bol napríklad použitý pri testovaní krvi, na ovládanie semaforov a dokonca aj v rakete Pioneer 10, ktorú vytvorili a vypustili špecialisti NASA.

Ďalšia verzia procesora, 8080, bola predstavená v apríli 1974. Tento čip obsahoval asi 6 tisíc tranzistorov a bol schopný adresovať 64 kilobajtov pamäte. Bol použitý na inštaláciu prvého osobného počítača Altair 8800. Tento počítač používal operačný systém CP/M, ako aj prekladač jazyka BASIC vyvinutý spoločnosťou Microsoft.