Процессор кто изобрел: Эволюция процессоров. Часть 1: 8-битная эпоха: Обзоры: Компьютеры — Ferra.ru

Содержание

Эволюция процессоров. Часть 1: 8-битная эпоха: Обзоры: Компьютеры — Ferra.ru

Источник изображения

Процессор использовался в огромном количестве персональных компьютеров. Среди них были и платы разработки MEK6800D2, SWTPC 6800, и компьютеры Ohio Scientific, Midwest Scientific и Smoke Signal Broadcasting, а также решение MITS Altair 680. Последний являлся полным аналогом системы Altair-8800. Как вы уже догадались единственным исключением было то, что использовался процессор 6800 вместо 8080.

На базе решения Motorola были изготовлены несколько микроконтроллеров, которые использовались в промышленных роботах и некоторых персональных компьютерах. Например, чип 6801 включал в себя, помимо процессора, 2 Кбайт ПЗУ, 128 байт ОЗУ и поддерживал аппаратно реализованное умножение.

Как и Intel, Motorola предоставляла лицензии на производство клонов 6800 сторонним компаниям. Поэтому на рынке появились копии процессора от Freescale и Hitachi, поддерживавшие более богатый набор функций. Например, они работали с расширенным набором команд.

Процессор MOS Technology 6502

В то же время дела внутри компании шли не так гладко. И в 1974 году команда разработчиков процессора 6800 в полном составе присоединилась к компании MOS Technology. Сразу же началась работа над чипом, схожим по архитектуре с решением Motorola. И в 1975 году свет увидел процессор 6501.

Однако продажи «камня» были прекращены вскоре после его анонса. Причиной этого стал иск Motorola к MOS Technology из-за совместимости процессора 6501 с системами на базе 6800. Прошло еще несколько месяцев, прежде чем в продажу поступила обновленная версия устройства MOS Technology с индексом 6502.

Характеристики этого чипа были намного скромнее таковых у Intel 8080 и Motorola 6800. «Пятьсот второй» представлял собой 8-разрядный процессор с 16-битной адресной шиной с поддержкой адресации до 64 Кбайт оперативной памяти. Его тактовая частота составляла всего 1 МГц, однако за счет доработанных способов адресации памяти и коротких циклов исполнения команд он не так сильно уступал в производительности конкурирующим решениям. Как и все процессоры 70-х годов, 6502 имел CISC-архитектуру, однако некоторые режимы адресации кристалла впоследствии были характерны для RISC-архитектур.

О советских микропроцессорах или кто изобрел Pentium

А знаете ли вы, что в середине 80-х СССР значительно опережал страны Запада в разработке новейших микропроцессоров ?

В 1986 г. в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) началась разработка компьютеров на базе принципиально новой процессорной архитектуры — «Эльбрус-3». В новом компьютере был реализован так называемый «постсуперскалярный» подход. Именно такой архитектурой в будущем обладали процессоры Intel Itanium и чипы компании Transmeta. Но компании Intel, HP, Transmeta приступили к реализации работ в этом направлении лишь в 1995г.

Работы по созданию 32-разрядного процессора Эль-90 для «Эльбруса-3» возглавил Владимир Пентковский, принимавший участие в создании суперкомпьютеров «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». Он же является разработчиком языка программирования Эль-76 для этих компьютеров.

К 1987 г. работы над созданием архитектуры нового микропроцессора были завершены. В 1990г. выпущены первые его прототипы.

В 1991 г. были начаты работы над процессором Эль-91С. Но работы были остановлены решением руководства страны.

С 1993 г. Пентковский начинает работать в компании Intel, где разработал процессоры Pentium. Презентация процессоров Pentium состоялась 22 марта 1993 г., в том же году появились первые компьютеры, построенные на их основе.

«Эльбрус-3» так никогда и не был запущен в серийное производство. Его единственный экземпляр был построен к 1994 г. В это же время был разработан процессор «Эльбрус-2000» , известный так же как Е2К. Российский процессор был готов к серийному производству раньше, чем Intel Itanium. Но т.к. конкурент западным процессорам был никому не нужен… Все планы остались на бумаге.

В 1995 г. Intel представила процессор Pentium Pro, который по своим характеристикам был аналогичен советскому процессору 1987 года — Эль-90. Главный архитектор данного процессора явился Пентковский.

 

КАКИМ БЫЛ ПЕРВЫЙ В ИСТОРИИ МИКРОПРОЦЕССОР И КТО ЕГО ИЗОБРЕЛ? — ПРОЦЕССОРЫ

Микропроцессор был ключевым элементом в вычислительной технике, каким мы его знаем сегодня, поскольку это целое произведение искусства, внутри которого скрыты миллиарды электрических цепей, которые называются транзисторами или позволяют выполнять огромное количество операций в секунду. В этом посте мы даем обзор того, каким был первый микропроцессор в отрасли и кто был его создателем .

Intel 4004 был первым микропроцессором в истории

Чтобы обнаружить происхождение микропроцессора, мы должны вернуться к ноябрю 1971 года, когда Intel анонсировала первый в истории микропроцессор Intel 4004 . Этот первый процессор дал начало вычислительным процессам, какими мы его знаем сегодня, с невероятными для того времени функциями, такими как способность выполнять 60 000 операций в секунду и способность обрабатывать до 640 байтов памяти .

Совместно разработанный Федерико Фагжином, Тедом Хоффом и Стэнли Мазором, Intel 4004 представлял собой 4-разрядный 16-контактный микропроцессор, работающий на частоте 740 кГц

и предлагающий восемь тактов на цикл инструкций , что означает, что Чип был способен выполнять до 92 600 инструкций в секунду . В Intel 4004 использовалась усовершенствованная технология PMOS (Silicon Gate Technology — SGT), технология, которую Фаггин усовершенствовал на Fairchild Semiconductor в 1968 году, и это был первый в мире процесс получения оксида металла (MOS) . Это продвижение позволило 4004 включить 2300 транзисторов с функциональным размером 10 микрон .

Мы рекомендуем прочитать наш пост о лучших процессорах на рынке (апрель 2018 года)

Для сравнения, на чипе Sandy Bridge имеется полмиллиарда транзисторов, каждый из которых имеет размер всего 0, 032 микрона . Учитывая, что человеческий волос составляет около 100 микрон. Тот факт, что он был сделан из одного куска кремния, сделал Intel 4004 поистине впечатляющим.

Позже, в апреле 1972 года, Intel 8008, более усовершенствованная версия предыдущего микропроцессора, была объявлена ​​для улучшения его возможностей, и этой модели удалось умножить на два транзистора своего предшественника до 3500 транзисторов . Этот второй процессор мог обрабатывать не менее 200 000 операций в секунду

и был первым, предназначенным для общего использования. Широкие возможности этого чипа позволили Intel продать несколько десятков тысяч устройств за несколько месяцев, предоставив многим пользователям возможность приобрести свой первый ПК.

Оттуда жестокая гонка начала предлагать все более мощные процессоры с меньшим или равным энергопотреблением . Ключом ко всему этому процессу был кремний, очень специальный материал, который пропускает или не пропускает ток в зависимости от нескольких переменных. Производственные процессы также непрерывно развивались, делая интегральные схемы внутри процессоров все меньше и меньше, что позволяет интегрировать большее количество в одном пространстве.

На этом заканчивается наш пост о том, каким микропроцессором был первый в истории и кто был его изобретателем, не забудьте поделиться им в социальных сетях, чтобы он мог охватить больше пользователей.

Кто изобрел микропроцессор

Микропроцессор – это двигатель всех современных компьютеров, включая настольные компьютеры, ноутбуки и смартфоны. Микропроцессор – это компонент компьютеров, который выполняет все функции центрального процессора (ЦП). Микропроцессор – это один из типов интегральных схем. Интегральная схема – это набор схем на кремниевом кристалле. Типичная интегральная схема может соединять миллиарды транзисторов структурированным образом для формирования различных логических вентилей и выполнения различных операций.

Микропроцессоры следуют машинным инструкциям и могут выполнять одну из трех основных функций. Первая функция вычисляет различные математические операции, которые выполняет Арифметико-логический блок. Следующая функция перемещает данные в разные регистры памяти. Последняя функция микропроцессора – читать инструкции и при необходимости переходить к новым инструкциям.

История изобретения микропроцессора тенденциозна и противоречива; изобретение транзистора было первым шагом. Они начали производство в 1947 году, задолго до появления микропроцессоров. Эти оригинальные транзисторы были биполярными транзисторами. Интегральные схемы, содержащие несколько биполярных транзисторов, были разработаны в 1960-х годах. В 1960-х годах также был изобретен транзистор металл-оксид-полупроводник (МОП). Изначально эти транзисторы были медленными, ненадежными и дорогими, но быстрые инновации сделали их к середине десятилетия лучшим вариантом транзисторов.

В 1967 году компьютер D200 от Autonetics стал первым компьютером, построенным на МОП-транзисторах. Компьютер использовался в авиации и навигации. В какой-то момент он даже был кандидатом на использование на космическом шаттле. Эта реализация компьютера с 24 МОП-микросхемой породила гонку вооружений. Последующие разработки компьютеров соревновались в снижении требований к конструкции 24 MOS-микросхем D200 до максимально возможного значения, близкого к 1.

Инженер Intel, Тед Хофф, является одним из лучших кандидатов на роль изобретателя микропроцессоров, и историки технологий часто его признают. Хофф был 12-м сотрудником Intel. Его лично возглавлял соучредитель Intel Роберт Нойс. После регистрации он убедил японскую компанию BUSICOM профинансировать проект по созданию единственного чипа. Он разработал микропроцессор, который стал Intel 4004, и возглавил команду, которая отвечала за его создание. В его команду входили сотрудники Intel: Федерико Фаггин, Стэнли Мазор и Масатоши Шима. Г-н Фаггин, в частности, признан важным сотрудником на раннем этапе разработки. После финансирования ранних стадий проекта для команды Теда Хоффа, BUSICOM все более скептически относился к необходимости финансирования такого радикального проекта.

Процессор Intel 4004, первый в мире микропроцессор

 

В 1971 году Intel выпустила 4004 с одним процессором. Это был отмечен как первый микропроцессор. Компьютер представлял собой 4-битный микропроцессор, допускающий только символы шириной 4 бита. Сам 4004 использовался в очень небольшом количестве коммерческих приложений, потому что в течение нескольких месяцев после выпуска он уступил место более совершенным микропроцессорам. Известные варианты использования 4004 включают автомат для игры в пинбол и текстовый процессор. В 2010 году президент США Барак Обама наградил Хоффа Национальной медалью за технологии и инновации за свои усилия.

Следуя 4-битной конструкции, 8-битные микропроцессоры вскоре стали стандартом для всех вычислений. В 1970 году корпорация Computer Terminal наняла Intel для создания единственного MOS-чипа для замены процессора их компьютера Datapoint 2200. Конструкцией стал 8-разрядный микропроцессор Intel 8008. В то же время компания Texas Instruments получила контракт на разработку микропроцессора. Год спустя, до разработки чипа Intel, компания Texas Instruments разработала TMC 1795. Computer Terminal Corporation отказалась от этой конструкции в пользу своей более старой модели. Микросхема Texas Instruments так и не нашла покупателя, хотя ясно, что Texas Instruments заслуживает похвалы за первый 8-битный микропроцессор.

Intel поспешила коммерциализировать микропроцессор 8008 после выкупа прав у Computer Terminal Corporation. Intel 8008 был первым коммерчески успешным микропроцессором. К апрелю 1972 года у Intel были сотни тысяч чипов 8008, готовых к отправке. Успех 8008 привел к появлению 8080, а затем 8086, который в конечном итоге стал x86.

Тем не менее, еще один соперник вступил в спор изобретения и сделал борьбу за патентные права на микропроцессор вытягивается и очень сутяжническом. Компания Texas Instruments изначально получила несколько патентов на свой TMC 1795. В 1990 году малоизвестный изобретатель из Ла-Пальмы, штат Калифорния, по имени Гилберт Хаятт, получил патент на однокристальный процессор. Спорный патент № 4942516 был выдан на компьютер, который он построил в 1969 году с использованием биполярных ДСП. Хаятт начал работу над созданием микропроцессора в 1967 году и оставил свою работу в 1968 году, чтобы основать компанию по созданию первого микропроцессора. Компания Hyatt Microcomputer Inc. получила финансовую поддержку от основателей Intel Гордона Мура и Роберта Нойса. Патент мог привести к расчетам на миллиарды долларов в пользу г. Hyatt от производителей компьютеров. В конце концов, Texas Instruments удалось аннулировать патент Hyatt в 1996 году после затяжного судебного разбирательства и выплатить Hyatt значительные гонорары. Хаятт до сих пор утверждает, что его конструкция была первым микропроцессором, и что он не смог добиться коммерческого успеха только из-за споров с другими спонсорами его компании.

Гилберт Хаятт из Microcomputer Inc.

 

Intel по-прежнему остается одним из крупнейших разработчиков микропроцессоров. Они успешно опередили масштабные технологические изменения. В 1965 году Гордон Мур, один из основателей Intel, опубликовал статью, в которой предсказывал, что количество транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться каждый год. Десять лет спустя, в 1975 году, он предсказал, что удвоение будет происходить каждые два года. Его прогноз до сих пор почти полностью верен. Спор по поводу изобретателя микропроцессора, возможно, никогда не будет полностью урегулирован, но очевидно, что разработка микропроцессоров с меньшими и более дешевыми транзисторами изменила мир, возвестив компьютерную революцию и появление персональных компьютеров.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Кто создал первый процессор. История микропроцессора

Без современной электроники жизнь человека уже сложно представить. Конечно, существует немало мест, где о современных технологиях до сих пор и не слышали, не то, чтобы пользоваться. Но все же подавляющая часть населения Земли так или иначе связана с электроникой, ставшей неотъемлемой частью нашего быта и работы.

Человек издревле использовал различные приспособления для того, чтобы сделать какие-то производственные процессы более эффективными или же сделать более комфортным свое собственное существование. Настоящий прорыв случился в конце 40-х годов 20-го века, когда были изобретены транзисторы. Первыми были биполярные транзисторы , используемые до сих пор. За ними последовали МОП-транзисторы (металл-оксидид-полупроводниковые).

Первые транзисторы такого типа были более дорогими и менее надежными, чем их биполярные «родственники». Но, начиная с 1964 года, в электронике стали использовать интегральные микросхемы, основой которых как раз и стали МОП-транзисторы. Это впоследствии позволило снизить стоимость производства электронных устройств и значительно снизить размеры гаджетов и систем с одновременным снижением энергопотребления. С течением времени микросхемы становились все более сложными и совершенными, заменяя собой крупные блоки транзисторов, что открыло возможность уменьшать размеры электронных устройств.

К концу 60-х годов стали распространяться микросхемы с довольно большим числом логических вентилей (большим для того времени): 100 и больше. Это позволило использовать новые элементы для создания компьютеров. Разработчики электронных вычислительных машин относительно быстро признали, что увеличение плотности размещения транзисторов в микросхеме позволит, в конце концов, создать компьютерный процессор в виде одного-единственного чипа. Изначально интегральные микросхемы с МОП-транзисторами использовались для создания терминалов, калькуляторов, их стали применять разработчики бортовых систем пассажирского и военного транспорта.

Ключевой момент

Сегодня большинство специалистов электронщиков признают, что старт качественно нового этапа развития электроники начался в 1971 году, когда появился 4-х битный процессор 4004 от Intel, впоследствии замененный 8-битным чипом 8008. Он появился после того, как небольших размеров японская компания с названием Nippon Calculating Machine, Ltd. (впоследствии Busicom Corp.) заказала всего 12 микросхем у Intel. Компании эти микросхемы были нужны для своих калькуляторов, а логический дизайн чипов был разработан сотрудником компании-заказчика). В то время для каждого устройства разрабатывался новый набор микросхем, выполнявших узкоспециализированные функции.

При выполнении заказа Маршиан Эдвард Хофф предложил снизить число микросхем для нового устройства японской компании, введя использование центрального процессора. Именно он, по задумке инженера, должен был стать центром обработки данных и выполнения арифметических и логических функций. Процессор должен был заменить собой сразу несколько микросхем. Руководства обеих компаний одобрили эту идею. Осенью 1969 года Хофф при помощи Стэнли Мэйзора предложил новую архитектуру микросхем, число которых было сокращено всего до 4. Часть предложенных элементов — 4-х разрядный центральный процессор, ПЗУ и ОЗУ.

Сам процессор смог разработать Федерико Фаджин, физик из Италии, который стал главным проектировщиком семьи MCS-4 в Intel. Именно он, благодаря знанию технологии МОП смог создать процессор, реализовав идею Хоффа. Кстати, первая в мире коммерческая микросхема, где использовалась технология кремниевых затворов, была разработана тоже им. Она носила название Fairchild 3708.

Фаджин, будучи сотрудником Intel, смог создать новый метод проектирования систем произвольной логики. Ему в его работе помогал Масатоси Сима, работавший в то время инженером в Busicom. Фаджин и Сима разработали впоследствии микропроцессор Zilog Z80 , который, кстати, производится и сейчас.


Архитектура процессора Intel 4004

Но главное случилось 15 ноября 1971 года. Это дата появления первого микропроцессора от Intel, чипа 4004 . Его стоимость на то время составила 200 долларов. Всего на одном кристалле были реализованы практически все функции процессора большой ЭВМ. Его анонсировали в ноябре 1971 года в журнале Electronic News.

Характеристики процессора:

  • Дата появления: 15 ноября 1971 года
  • Количество транзисторов: 2300
  • Площадь кристалла: 12 мм²
  • Техпроцесс: 10 мкм (P-channel silicon pie MOS technology)
  • Тактовая частота: 740 кГц (конкретно от 500 до 740,740… кГц, так как clock period 2..1,35мкс (или 92,6кГц?)
  • Разрядность регистров: 4 бит
  • Количество регистров: 16 (16 четырёхбитных могут быть использованы как 8 восьмибитных)
  • Количество портов: 16 четырёхбитных входных и 16 четырёхбитных выходных
  • Разрядность шины данных: 4 бита
  • Разрядность шины адреса: 12 бит
  • Гарвардская архитектура
  • Стек: внутренний 3-уровневый
  • Память команд (ПЗУ/ROM): 4 килобайта (32768 бит)
  • Объём адресуемой памяти (ОЗУ/RAM): 640 байт (5120 бит)
  • Количество инструкций: 46 (из которых 41 — 8-разрядные и 5 — 16-разрядные)
  • Цикл инструкций: 10,8 микросекунд
  • Напряжение питания: −15 В (pMOS)
  • Рабочая температура: от 0 до +70C
  • Условия хранения и эксплуатации: от -40 до +85C
  • Разъём: DIP16 (микросхема непосредственно впаивалась в печатную плату либо устанавливалась в специальный слот)
  • Корпус: 16-контактный DIP (1 вид пластиковый или 3 вида керамического, например, C4004(белая керамика с серыми полосками), С4004(белая керамика), D4004 (черно-серая керамика), P4004 (чёрный пластик))
  • Тип поставки: отдельно и в комплектах MCS-4 (ROM, RAM, I/O, CPU)
В секунду этот процессор выполнял от 60 000 до 93 000 инструкций. В то же время, один из первых электронных компьютеров, ЭНИАК , мог выполнять лишь 5000 инструкций в секунду. При этом ЭНИАК занимал 280 квадратных метров, весил 27 тонн и потреблял 174 кВт энергии.

4004 процессор не стал слишком популярным. Повсеместно стал использоваться 8080-й чип, который можно назвать «правнуком» 4004-го.

Калькуляторы и компьютеры

В 1971 году у компании Intel были конкуренты. Например, Mostek, компания, разрабатывавшая полупроводниковые элементы и устройства на их основе, создала первый в мире «калькулятор на чипе», MK6010 .

В июне 1971 года компания Texas Instruments запустила медиакампанию, посвященную преимуществам ее процессора. В то время Datapoint 2200 на основе TMX 1795 описывался, как «мощный компьютер, превосходящий оригинальный вариант», где имелось в виду, что возможности Datapoint 2200 на основе TMX 1795 значительно превосходили возможности Datapoint 2200 на основе биполярных транзисторов. Но СТС, после проверки работы нового чипа, отвергла его, продолжив использовать биполярные чипы. Intel все еще работала над собственным процессором.

Спустя некоторое время TI, убедившись в отсутствии спроса на TMХ 1795 (впоследствии — TMC 1795), завершила медиакампанию и прекратила производство системы. Но в историю вошел именно этот чип в качестве первого 8-битного процессора.

В 1971 году СТС потеряла интерес к единому процессору для своих систем, передав все права на новый чип Intel. Компания не стала отказываться от этой возможности, и продолжила разработку 8008 чипа , успешно предложив его ряду других компаний. В апреле 1972 года ей удалось поставить сотни тысяч таких процессоров. Два года спустя 8008 процессор был заменен на новый 8080, после чего пришел 8086 и началась эра систем на x86 архитектуре. Сейчас, работая на мощном ПК или ноутбуке, стоит помнить, что архитектура такой системы была разработана много лет назад для программируемого терминала Datapoint 2200.

Intel тогда использовала более совершенную технологию, которая и обеспечила преимущество ее процессоров. Они были быстрыми и относительно экономными в плане потребления энергии. Плюс ко всему, в микросхемах Intel плотность размещения транзисторов была выше, чем в чипе TI, что позволило снизить размеры процессоров. Плюс ко всему, важную роль играл и маркетинг, в этой сфере Intel тоже сделала ряд удачных шагов, что обеспечило известность разработок компании.

Как бы там ни было, ситуация с первенством в разработке первых процессоров далеко не так однозначна, как принято считать. Здесь было сразу несколько первопроходцев, но популярной в последствии стала разработка только одного из них. Собственно, с модернизированными «потомками» этой технологии, мы все имеем дело сегодня, в 21-м веке.

Теги: Добавить метки

Cтраница 1

Первые микропроцессоры на четыре разряда (бита) состояли из одного кристалла.  

Первые микропроцессоры были выполнены на р — МОП-схе-мах. Современные микропроцессоры выполняются на и — МОП-схемах, имеющих низкую стоимость и среднее быстродействие, на предельно-маломощных КМОП-схемах и на ТТЛ-схемах с высоким быстродействием.  

Первые микропроцессоры (МП) появились в начале 70 — х годов в результате совместных усилий системотехников, решающих проблемы архитектурной организации средств вычислительной техники, и схемотехников, занимающихся вопросами конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств.  

Первый микропроцессор — 4-разрядный Intel 404 — поступил на неподготовленный к этому событию рынок в 1971 г. МП 4004 разработанный с ориентацией на требования изготовителей калькуляторов, предстал перед миром как знамение новой эры интегральной электроники.  

В первых микропроцессорах применялся способ управления памятью, известный как чисто машинный.  

Стоит напомнить, что первые микропроцессоры, импортированные в Японию в 1971 г., стоили около тысячи долларов.  

За более чем 30 лет, прошедших с момента появления первых микропроцессоров, были выработаны определенные правила обмена, которым следуют и разработчики новых микропроцессорных систем. Правила эти не слишком сложны, но твердо знать и неукоснительно соблюдать их для успешной работы необходимо.  

Операционные системы создаются для какого-либо типа микропроцессоров на основе той системы команд, которая закладывается в микропроцессор при разработке. Первый микропроцессор был создан в фирме Intel, лидировавшей в производстве микросхем.  

Может ли какое-либо техническое достижение компьютерной эры соперничать по своей значимости с микропроцессором. Первые микропроцессоры, короткая история которых началась всего десятилетие назад, основывались главным образом на достижениях микроэлектроники — технологии, возникшей гораздо позднее появления самих ЭВМ и в значительной степени независимо от них. С самого начала конструкторы и изготовители микропроцессоров вызывали бурное одобрение, как только им удавалось продемонстрировать, что каждая их новая разработка еще на какой-то шажок становится ближе по структуре к современной средней или большой вычислительной машине. Наблюдатели без труда приходили к выводу, что если плотность монтажа, быстродействие и возможности автоматического проектирования будут продолжать возрастать в соответствии с ожиданиями, то микропроцессоры вскоре по мощности и логике сравняются с крупными мини — ЭВМ, а возможно, и с большими вычислительными машинами.  

В 1970 г. был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004 (см. рис. справа), который был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоящий прорыв, ибо микропроцессор Intel-4004 размером менее 3 см был производительнее гигантской машины ENIAC. Правда, возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора больших компьютеров того времени, — он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших компьютеров обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле.  

Создание такой операционной системы, как PC-DOS, не является ни делом случая, ни результатом чисто технократического планирования. Экономическая конкуренция давно привела к появлению операционных систем для больших ЭВМ еще до появления первых микропроцессоров.  

Он представляет собой одну-единственную микросхему, управляющую всем, что происходит в ПК. Микросхема эта работает на определенной тактовой частоте, измеряемой некоторым количеством мегагерц. По сегодняшним меркам первые микропроцессоры (8088 или 80286) были до ужаса медлительны и не смогли бы управлять современными программами.  

Переконструировать большую интегральную схему всякий раз, когда компания пожелает обновить ассортимент выпускаемой продукции, что случается очень часто, действительно колоссальная работа. Микропроцессор появился на свет благодаря идее, выдвинутой специалистами из Бизиком: необходимо CKOEI-струировать такую интегральную схему, которую легко можно приспособить к любому новому изделию, осваиваемому их фирмой. Увы, тогда Япония была еще слишком слаба в сфере опытно-конструкторских разработок; поэтому Соединенным Штатам удалось подхватить мячик и убежать, создав первый микропроцессор.  

Однако фирма Intel продолжала придерживаться прототипа, средства на разработку которого уже были израсходованы. Таким образом, хорошо известный МП Intel 8008 стал первым микропроцессором на мировом рынке.  

Сейчас, даже более мене продвинутые мобильные телефоны не обходятся без микропроцессора, что уже говорить о планшетных, переносных и настольных персональных компьютерах. Что же такое микропроцессор и как развивалась история его создания? Если говорить на понятном языке, то микропроцессор – это более сложная и многофункциональная интегральная схема.

История микросхемы (интегральной схемы) начинается с 1958 года , когда сотрудник американской фирмы Texas Instruments Джек Килби изобрел некое полупроводниковое устройство, содержащее в одном корпусе несколько транзисторов, соединенных между собой проводниками. Первая микросхема – прародительница микропроцессора – содержала всего лишь 6 транзисторов и представляла собой тонкую пластину из германия с нанесёнными на неё дорожками, выполненными из золота, Расположено всё это было на стеклянной подложке. Для сравнения, сегодня счет идет на единицы и даже десятки миллионов полупроводниковых элементов.

К 1970 году достаточно много производителей занимались разработкой и созданием интегральных схем различной емкости и разной функциональной направленности. Но именно этот год можно считать датой рождения первого микропроцессора. Именно в этом году фирма Intel создает микросхему памяти емкостью всего лишь 1 Кбит – ничтожно мало для современных процессоров, но невероятно велико для того времени. На то время это было огромнейшее достижение – микросхема памяти способна была хранить до 128 байт информации – намного выше подобных аналогов. Кроме этого примерно в тоже время японский производитель калькуляторов Busicom заказала той же Intel 12 микросхем различной функциональной направленности. Специалистам Intel удалось реализовать все 12 функциональных направленностей в одной микросхеме. Более того, созданная микросхема оказалась многофункциональной, поскольку позволяла программно менять свои функции, не меняя при этом физической структуры. Микросхема выполняла определенные функции в зависимости от подаваемых на ее управляющие выводы команд.

Уже через год в 1971 Intel выпускает первый 4-разрядный микропроцессор под кодовым именем 4004. По сравнению с первой микросхемой в 6 транзисторов, он содержал аж 2,3 тыс. полупроводниковых элементов и выполнял 60 тыс. операций в секунду. На то время – это был огромнейший прорыв в области микроэлектроники. 4-разрядный означало то, что 4004 мог обрабатывать сразу 4-х битные данные. Еще через два года в 1973 фирма выпускает 8-ми разрядный процессор 8008, который работал уже с 8-ми битными данными. Начиная с 1976 года , компания начинает разрабатывать уже 16-разрадную версию микропроцессора 8086. Именно он начал применяться в первых персональных компьютерах IBM и, по сути заложил один из кирпичиков в историю ЭВМ.

Типы микропроцессоров

По характеру исполняемого кода и организации устройства управления выделяется несколько типов архитектур:

    Процессор со сложным набором инструкций. Эту архитектуру характеризует большое количество сложных инструкций, и как следствие сложное устройство управления. В ранних вариантах CISC-процессоров и процессоров для встроенных приложений характерны большие времена исполнения инструкций (от нескольких тактов до сотни), определяемые микрокодом устройства управления. Для высокопроизводительных суперскалярных процессоров свойственны глубокий анализ программы, внеочередное исполнение операций.

    Процессор с упрощённым набором инструкций. В этой архитектуре значительно более простое устройство управления. Большинство инструкций RISC-процессора сожержат одинаковое малое число операций (1, иногда 2-3), а сами командные слова в подавляющем числе случаев имеют одинаковую ширину (PowerPC, ARM), хотя бывают исключения (Coldfire). У суперскалярных процессоров — простейшая группировка инструкций без изменения порядка исполнения.

    Процессор с явным параллелизмом. Отличается от прочих прежде всего тем, что последовательность и параллельность исполнения операций и их распределение по функциональным устройствам явно определены программой. Такие процессоры могут обладать большим количеством функциональных устройств без особого усложнения устройства управления и потерь эффективности. Обычно такие процессоры используют широкое командное слово, состоящее из нескольких слогов, определяющих поведение каждого функционального устройства в течение такта.

    Процессор с минимальным набором инструкций. Эта архитектура определяется прежде всего свехмалым количеством инструкций (несколько десятков), и почти все они нуль-операндные. Такой подход даёт возможность очень плотно упаковать код, выделив под одну инструкцию от 5 до 8 бит. Промежуточные данные в таком процессоре обычно хранятся на внутреннем стеке, и операции производятся над значениям на вершине стека. Эта архитектура тесно связана с идеологией программирования на языке Forth и обычно используется для исполнения программ, написанных на этом языке.

    Процессор с изменяемым набором инструкций. Архитектура, позволяющая перепрограммировать себя, изменяя набор инструкций, подстраивая его под решаемую задачу.

    Транспорт-управляемый процессор. Архитектура изначально ответвилась от EPIC, но принципиально отличающаяся от остальных тем, что инструкции такого процессора кодируют функциональные операции, а так называемые транспорты — пересылки данных между функциональными устройствами и памятью в произвольном порядке.

По способу хранения программ выделяется две архитектуры:

    Архитектура фон Неймана . В процессорах этой архитектуры используется одна шина и одно устройство ввода-вывода для обращения к программе и данным.

    Гарвардская архитектура. В процессорах этой архитектуры для выборки программ и обмена данным существуют отдельные шины и устройства ввода-вывода. Во встроенных микропроцессорах, микроконтроллерах и ПЦОС это также определяет существование двух независимых запоминающих устройств для хранения программ и данных. В центральных процессорах это определяет существование отдельного кэша инструкций и данных. За кэшем шины могут быть объединены в одну посредством мультиплексирования.

Сейчас, даже более мене продвинутые мобильные телефоны не обходятся без микропроцессора, что уже говорить о планшетных , переносных и настольных персональных компьютерах. Что же такое микропроцессор и как развивалась история его создания? Если говорить на понятном языке, то микропроцессор – это более сложная и многофункциональная интегральная схема .

История микросхемы (интегральной схемы) начинается с 1958 года , когда сотрудник американской фирмы Texas Instruments Джек Килби изобрел некое полупроводниковое устройство, содержащее в одном корпусе несколько транзисторов, соединенных между собой проводниками . Первая микросхема – прародительница микропроцессора – содержала всего лишь 6 транзисторов и представляла собой тонкую пластину из германия с нанесёнными на неё дорожками, выполненными из золота, Расположено всё это было на стеклянной подложке. Для сравнения, сегодня счет идет на единицы и даже десятки миллионов полупроводниковых элементов .

К 1970 году достаточно много производителей занимались разработкой и созданием интегральных схем различной емкости и разной функциональной направленности. Но именно этот год можно считать датой рождения первого микропроцессора. Именно в этом году фирма Intel создает микросхему памяти емкостью всего лишь 1 Кбит – ничтожно мало для современных процессоров, но невероятно велико для того времени. На то время это было огромнейшее достижение – микросхема памяти способна была хранить до 128 байт информации – намного выше подобных аналогов. Кроме этого примерно в тоже время японский производитель калькуляторов Busicom заказала той же Intel 12 микросхем различной функциональной направленности. Специалистам Intel удалось реализовать все 12 функциональных направленностей в одной микросхеме. Более того, созданная микросхема оказалась многофункциональной, поскольку позволяла программно менять свои функции, не меняя при этом физической структуры. Микросхема выполняла определенные функции в зависимости от подаваемых на ее управляющие выводы команд.

Уже через год в 1971 Intel выпускает первый 4-разрядный микропроцессор под кодовым именем 4004. По сравнению с первой микросхемой в 6 транзисторов, он содержал аж 2,3 тыс. полупроводниковых элементов и выполнял 60 тыс. операций в секунду. На то время – это был огромнейший прорыв в области микроэлектроники . 4-разрядный означало то, что 4004 мог обрабатывать сразу 4-х битные данные. Еще через два года в 1973 фирма выпускает 8-ми разрядный процессор 8008, который работал уже с 8-ми битными данными. Начиная с 1976 года , компания начинает разрабатывать уже 16-разрадную версию микропроцессора 8086. Именно он начал применятся в первых персональных компьютерах IBM и, по сути заложил один из кирпичиков в

Прошли те времена, когда актуальный и ретроспективный обзор существующих процессоров на рынке был плевым делом. Сегодня, задавшись целью рассмотреть все результаты деятельности чипмейкеров, приходится взваливать на свои плечи практически непосильный труд. Я долго откладывал данную статью, хотя с периодичностью несколько раз в месяц приходят письма о востребованности подобного материала. Что ж, попробую описать не только все (!!!) современные процессоры, но и построить их полное «генеалогическое древо».

Часть I. Как все начиналось…

По большому счету историю процессоров надо начинать с тех «лохматых времен», когда электротехника еще была наукой эмпирической. Да-да, можно сказать, что современными процессорами мы обязаны и препарированным лягушкам Гальвани, и воздушным змеям Франклина, и когорте славных и немного безбашенных теоретиков и практиков от Ампера до Яблочкова. Благодаря им электротехника стала точной наукой, породив из себя радиотехнику, та в свою очередь дала начало электронике, откуда и вышла, наконец, микроэлектроника. В генеалогическом древе всех современных процессоров должно найтись место и примитивным формам жизни, как, например, лейденская банка или детекторный диод, тупиковым ветвям типа электронных ламп, этим неандертальцам электронного мира. И, разумеется, первому полупроводниковому транзистору и первой интегральной микросхеме.

Идея объединить несколько дискретных элементов в единую схему пришла в 1958 году в голову сразу двум великим инженерам. Одного из них звали Роберт Нойс и он работал директором фирмы Fairchild Semiconductors. Независимо от него Джек Килби из Texas Instruments также придумал нечто, названное интегральной схемой (или микросхемой, или чипом, как чаще их называют сегодня).

А в 1961 году компанией Fairchild Semiconductor Corporation было начато массовое производство микросхем.

Первые микропроцессоры Intel

i4004

До 1971 года микросхемы выполняли узкоспециальные, раз и навсегда «зашитые» в них функции, пока молодая компания Intel, взявшись за исполнение заказа японской компании Busicom, не столкнулась с серьезными трудностями. Заказчику требовалось 12 различных микросхем для одной из моделей программируемого калькулятора, а ресурсы Intel не позволяли освоить подобный масштабный заказ. Идея, пришедшая в голову одному из сотрудников Intel, Тедду Хоффу, блестяще решила эту проблему и положила начало всей микропроцессорной индустрии. Мысль, что и говорить, была просто шикарная – создать универсальную схему, которая могла бы выполнять арифметические и логические функции сразу нескольких микросхем.

Вначале был F-14 CADC…

Если верить некоторым источникам, творцами первого микропроцессора были вовсе не инженеры фирмы Intel, а два американских инженера Рэй Холт и Стив Геллер. Еще в 1968 году они якобы создали 20-разрядный чип SLF (Special Logic Function), который содержал арифметическое вычислительное устройство (ALU), декодер инструкций и поддерживал управляемую логику.

Работы над чипом были строго засекречены, что не удивляет, поскольку он разрабатывался для нужд военной промышленности. Точнее, чип SLF был основой бортового компьютера CADC (Central Air Data Computer) и предназначался для использования в принципиально новом для того времени истребителе F-14 с изменяемой геометрией крыла.

Для нужд бравых американских летчиков требовался не абы какой чип, а поддерживающий слова длиной как минимум 20 разрядов, сопрягавшийся с аналоговой и цифровой аппаратурой, умеющий решать задачи в масштабе реального времени и вдобавок оптимизированный для одновременного выполнения нескольких интенсивных вычислительных процессов (так, в F-14 из-за больших объемов вычислений использовалось одновременно три (!) синхронно работающих микропроцессора SLF). Чип якобы также обладал специально разработанным для него математическим сопроцессором.

Как также сообщается, по окончании работ над CADC Рэй Холт устроился в компанию AMI, которая в 1972 году сочла, что у микропроцессоров нет будущего, и закрыла это направление.

А рассекречены данные по F-14 CADC были только в 1998 году.

Доверять подобной информации? Я не решаюсь…

Так 15 ноября 1971 года на свет появился первый в мире микропроцессор — четырехразрядное детище фирмы Intel i4004.

Чип представлял собой 4-разрядный процессор с классической Гарвардской архитектурой. Микропроцессор i4004 насчитывал 2300 транзисторов, изготавливался по технологии 10 мкм, работал на тактовой частоте 108кГц и был упакован в пластмассовый или металлокерамический DIP-корпус с 16 выводами. Напряжение питания составляло 15В.

Микропроцессор имел трехуровневый адресный стек, блок из 16-ти 4-битных регистров общего назначения (РОН), 4-разрядное параллельное АЛУ, аккумулятор, регистр команд с дешифратором команд и схемой управления, а также схему связи с внешними устройствами. Все функциональные узлы объединялись между собой 4-разрядной шиной данных. Память команд составляла 4 Кбайт. При этом чип мог адресовать до 640 байт памяти.

Набор инструкций i4004 по нашим меркам негуст — всего 46 инструкций (41 — 8-разрядные, 5 — 16-разрядные)

Как видим, i4004 обладал всеми функциями центрального процессора и мог быть с успехом применен для создания действующих компьютеров. Тем не менее, он не нашел себе применения в компьютерной индустрии – его вычислительной мощности с избытком хватало для превосходства над компьютерами 50-х годов, но на дворе было начало семидесятых – мощности ЭВМ были совсем иными. Применялся же микропроцессор в основном в калькуляторах, для управления бытовой электроникой и промышленным оборудованием.

Кстати, микропроцессор i4004 поставлялся и работал в комплекте со вспомогательными микросхемами (i4001 (ROM), i4002 (RAM), i4003 (расширитель ввода-вывода), i4008 (фиксатор адреса) и i4009 (преобразователь доступа ввода-вывода)). Семейство i400x было фактически первым чипсетом и получило специальное название MCS-4.

Хотя сама идея показала себя весьма многообещающей, чипсет MCS-4 так и не стал хитом продаж.

i4040

В начале 1972 года корпорация Intel выпустила более продвинутую модель – i4040. Конструктивно i4040 стал вдвое шире и обзавелся 24-ми ножками. По сравнению с предшественником, некоторые его параметры были улучшены. Набор инструкций был расширен до 60 команд, ПЗУ увеличилось вдвое, стек стал восьмиуровневым, а количество регистров возросло до 24. Но главным нововведением в процессоре стала поддержка прерываний, без которых не обходится практически ни один компьютер современности. Набор вспомогательных микросхем, получивший наименование MSC-40, также был расширен до 9 чипов.

Как и i4004, i4040 использовался не в компьютерной технике, а в управлении оборудованием, игрушках и т.д.

i8008

1 апреля 1972 г. Intel выпускает 8-битную версию процессора i4004, назвав его, не мудрствуя лукаво, i8008. Точно так же и набор микросхем получил название MSC-8.

В отличие от своих четырехбитных предшественников, новый микропроцессор имел архитектуру ЭВМ принстонского типа. Он допускал применение в качестве памяти комбинации ПЗУ и ОЗУ. Переход на одношинную архитектуру не привел к какому-либо снижению производительности. i8008 работал приблизительно в два с половиной раза быстрее, чем i4004, в первую очередь за счет увеличения вдвое разрядности чипа, поднятия рабочей частоты до 500 кГц и уменьшения почти в два раза длительности машинного цикла.

Некоторые ключевые характеристики также были улучшены: количество инструкций было расширено до 65, адресуемая память увеличилась до 16 кБ, не разделяясь более на память команд и данных, появилась возможность адресовать 8 портов ввода и 24 порта вывода. Чудо инженерной мысли содержало 3500 транзисторов и было упаковано в 18-контактный керамический DIP-корпус.

Такой процессор уже мог составить серьезную конкуренцию обычной в то время элементной базе во многих секторах рынка, включая контрольно-измерительное оборудование и системы управления технологическими процессами. Однако i8008, как и i4004/i4040 вынужден был общаться с внешними устройствами через узкий интерфейс, что влекло за собой шифрацию сигналов, а значит, и большое количество вспомогательных чипов. В среднем требовалось до двух десятков микросхем для сопряжения процессора с памятью и устройствами ввода/вывода.

Вскоре увидел свет модернизированный вариант данного процессора, i8008-1. Частота модифицированного чипа была увеличена до 800 кГц, что способствовало его активному использованию в различных областях торговли, промышленности, медицины. Также чип нашел применение и в военной электронике.

Однако, несмотря на непрекращающуюся агитацию фирмы Intel, в первые годы продвижения микропроцессоров на рынок они никак не приживались в компьютерах – ЭВМ тех лет по-прежнему были большими.

И вот, наконец, в 1974 г. на базе микропроцессора i8008 появились сразу два персональных компьютера – Mark-8 и Scelbi-8N. Mark-8 считается первым в мире промышленно производимым персональным компьютером – по сегодняшним меркам, весьма тяжёлым в сборке, использовании и обслуживании.

Конкуренты Intel

Intel недолго была одинока – начиная с 1972 года еще несколько фирм-производителей выпустили свои процессоры. Необходимо отметить, что в те времена еще не существовало наработанных решений, стандартов и традиций – каждая компания разрабатывала свою продукцию «как Бог на душу положит», закладывая в нее самые разные функции. Одни из них оказались непонятыми и соответственно невостребованными, другие же определили пути развития индустрии на долгие годы.

1972 год – появился микропроцессор TMS1000 от компании Texas Instruments . Это был первый микропроцессор «все в одном», не требующий дополнительных микросхем. В самом чипе были реализованы ОЗУ (32 байта), ПЗУ (1 кбайт), часы и поддержка ввода/вывода. Это дает нам все основания считать TMS1000 первым микроконтроллером (см. врезку). Также в нем впервые была реализована возможность изменения набора инструкций, тем самым TMS1000 породил целый класс чипов с микропрограммным управлением.

Микроконтроллеры

Микроконтроллер (МК) – представляет из себя компьютер на одном кристалле. Применяется для управления различными электронными устройствами. В отличие от микропроцессора (МП), микроконтроллер содержит встроенные дополнительные устройства. К ним относятся различные устройства памяти (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ и т.п.), порты ввода/вывода, интерфейсы связи (параллельные, последовательные, АЦП и ЦАП, устройства управления дисплеями и т.п.), таймеры, системные часы. Разумеется, эти устройства быстрее и надежнее внешних аналогов.

Микроконтроллеры применяются практически повсеместно: в промышленном и торговом оборудовании (станки, кассовые аппараты, детекторы валют, электронные весы), бытовой технике (холодильники, стиральные машины, кухонные комбайны, телевизоры, видеомагнитофоны и т.п.), на транспорте, короче говоря, везде, где от прибора требуется хоть какой-то уровень интеллекта.

Правда, во всем остальном архитектура чипа оставляла желать лучшего – он представлял собой 4-битный процессор, имевший 9 разновеликих регистров: 4-pазpядный регистр Y и 2-х или 3-х разрядный регистр X (объединявшиеся для создания 6 или 7-pазpядного индексного регистра), 4-разрядный аккумулятор, однобитный регистр состояния, 6-pазpядный счетчик, 4-pазpядный регистр страницы, 1-pазpядный регистр банка, 6-pазpядный регистр возврата из подпрограммы и 4-pазpядный буфер страницы.

Его набор команд состоял из 12 жестко заданных 8-разрядных инструкций и 31 программируемой инструкции. Процессор не поддерживал прерывания.

Тем не менее, этот микропроцессор, точнее микроконтроллер, имел немалый успех. Он широко применялся в игровых консолях, бытовых приборах, микрокалькуляторах и других электронных устройствах – за все время было продано более 10 миллионов штук TMS1000.

3 квартал 1972 года – появился 4-битный микропроцессор PPS-4 от компании Rockwell . Он, правда, несколько запоздал – Intel уже щеголяла 8-битным i8008, продукт же Rockwell мог составить конкуренцию разве что i4004. Процессор, тем не менее, за счет грамотно разработанной архитектуры получился довольно-таки резвым, что сразу же привлекло к нему внимание разработчиков систем. В нем были реализованы некоторые интересные идеи, в частности, возможность использования под стек оперативной памяти.

Система команд данного процессора имела уклон в сторону вычислительных задач, что не удивительно – чип изначально разрабатывался для применения в калькуляторах. По этой же причине у него отсутствовала поддержка прерываний.

4 квартал 1972 года – 8-битный микропроцессор 7200 от компании AMI . Первый так называемый секционный процессор. Он был реализован не как монокристальный процессор, а состоял из трех частей: блока регистров с арифметико-логическим устройством (RALU), блока управления (CU) и микропрограммного ПЗУ (MROM). Как и PPS-4, он был микропроцессором с микропрограммным управлением.

1 квартал 1973 года – появился микропроцессор IMP-4 от компании National Semiconductor . IMP-4 по многим заложенным в него возможностям опередил свое время на несколько лет. Как и Ami 7200, IMP-4 состоял из трех частей – блока регистров с арифметико-логическим устройством (RALU) на 4-битном чипе IMP-00A, блока сопряжения с памятью и периферией (FILU) и модуля управления с ПЗУ (CROM), который позволял разработчику зашивать в ПЗУ свой собственный набор команд. Выпускалось несколько стандартных вариантов набора команд — изначально IMP-4A/521 (4-битный стандартный набор), позднее появились IMP-8A/520 (8-битный стандартный набор), IMP-16A/521 (16-битный стандартный набор) и IMP-16A/522 (16-битный расширенный набор).

Как и Ami 7200, IMP-4 был одним из первых секционных (bit-slice) микропроцессоров с микропрограммным управлением.

Его набор регистров включал в себя целых четыре аккумулятора, также IMP-4 обладал достаточно мощными встроенными средствами обработки прерываний.

Разумеется, секционная и микропрограммная архитектура давали мощные средства в руки разработчиков. Но были у них и серьезные минусы. Уровень технологий того времени не позволил разработчикам объединить все составные части в монокристальный процессор, что отрицательно сказалось на стоимости решений, а также на простоте построения систем на их основе. К тому же использование микропрограммного управления не было оправдано при построении простых 4-разрядных систем, где в основном и применялись данные комплекты.

PPS-4, Ami 7200 и IMP-4 стали предшественниками i3000 и AMD Am2900, но сами, к сожалению, не оказали серьезного влияния на рынок.

1 квартал 1973 года – появился первый японский микропроцессор uPD751 (uCOM-4) от компании NEC . 4-битный процессор работал на частоте 1 MHz и мог адресовать 4 kb памяти. Он не использовал прерывания и имел набор из 55 инструкций. Использовался в POS-терминалах.

1 квартал 1974 года – 8-битный микропроцессор 5065 от компании Mostek .

2 квартал 1974 года – 12-битный микропроцессор TLCS-12A (T3190) от компании Toshiba .

3 квартал 1974 года – 16-битный микропроцессор CP1600 от компании General Instrument . Работал на частоте 0.89 MHz. Применялся в игровых консолях, управлении бытовой техникой, микрокомпьютерах, в более поздних компьютерах (типа ZX-Spectrum) использовался в музыкальном синтезаторе.

1974 год – 8-битный микропроцессор PPS-8 от компании Rockwell . Более продвинутая версия PPS-4

Заключение

Как видим, к 1974 году немало фирм, оценивших перспективность данного сектора рынка, начало подтягиваться и пробовать свои силы в производстве микропроцессоров. Все упомянутые в первой части статьи процессоры относятся к первому поколению. Во второй части статьи я расскажу о появлении второго поколения микропроцессоров и нешуточных «силиконовых» войнах, вспыхнувших в середине 70-х.

Эволюция процессоров Intel | Gadgets News

Отцом (этаким папой Карло) первого в мире коммерческого микропроцессора, Intel 4004 (1971), является итальянский физик и электротехник Федерико Фаджин, который, в числе прочего, изобрел технологию кремниевого затвора и свел архитектуру ЦПУ в единственный чип. Intel 4004 выполнял до 93 тысяч операций в секунду (0.093 MIPS). Для сравнения ЭНИАК (1946), который принято считать первым в истории компьютером, выполнял до 5 тысяч операций в секунду, занимал 280 м², весил 27 тонн и потреблял 174 кВт энергии (согласно Википедии). А 30 лет спустя (1976) суперкомпьютер Cray-1 имел производительность 160 млн FLOPS — при том, что весил 5.5 т, потреблял 115 кВт и стоил больше $33 млн (в ценах 2019 года).

197119791988200620152021
Модель40048086386DXCore 2 Duo (E6700)Core i7-5775CCore i9-12900K
Площадь кристалла12 мм216/30 мм239/104 мм2143 мм2167 мм2215 мм2
АрхитектураConroeBroadwellAlder Lake
Разрядность4 бит16 бит32 бит64 бит64 бит64 бит
Техпроцесс10 тыс нм3 тыс нм1.5 тыс нм65 нм14 нм10 нм
Кол-во транзисторов2.25 тыс29 тыс275 тыс291 млн1.9 млрд?
Кол-во ядер111248 + 8
Тактовая частота ядер (максимальная)0.0000926 ГГц0.005 ГГц0.025 ГГц2.66 ГГц3.6 ГГц5.1 ГГц
3.9 ГГц
Энергопотребление0.63 Вт1.75 Вт1.95 Вт65 Вт65 Вт125 Вт
Кэш L14 Кб??2 x 32 Кб
2 x 32 Кб
4 x 32 Кб
4 x 32 Кб
8 x 40 Кб
8 x 40 Кб
Кэш L24 Мб4 x 256 Кб14 Мб
Кэш L36 Мб30 Мб
Кэш L4 (eDRAM)128 Мб
Встроенное ГПУIris Pro 6200UHD Graphics 770
Производительность (с 2006 — Geekbench 5)93 тыс IPS330 тыс IPS (3.5x)8.5 млн IPS (26x)286
521
1057 (4x)
4301 (8x)
1990 (2x)
17595 (4x)
Цена$200$87$300$106$366$600

IPS — операций в секунду, FLOPS — операций с плавающей точкой в секунду (здесь — с точностью FP32)

См. также:


Спустя 50 лет после выпуска 10-мкм (10 тыс нм) процессора 4004, Intel освоила массовое производство 10-нм Core i9-12900K. Если перевести нанометры в метры, то речь идет о миниатюризации техпроцесса с высоты полета пассажирских самолетов (около 10 км) до высоты 5-этажного дома (10 м).

Поколение (Core i3/i5/i7/i9)Год релизаСемействоМикроархитектураТехпроцесс
1-е2008
2010
Nehalem
Westmere
Nehalem
Westmere
45 нм
32 нм
2-е2011Sandy BridgeSandy Bridge32 нм
3-е2012Ivy BridgeIvy Bridge22 нм
4-е2013HaswellHaswell22 нм
5-е2015BroadwellBroadwell14 нм
6-е2015SkylakeSkylake14 нм
7-е2017Kaby LakeSkylake14 нм
8-е2017
2018
2018
Coffee Lake
Cannon Lake (U)
Whiskey Lake (U)
Skylake
Palm Cove
Skylake
14 нм
10 нм
14 нм
9-е2018Coffee Lake RefreshSkylake14 нм
10-е2020
2020
Ice Lake (G)
Comet Lake
Sunny Cove
Skylake
10 нм
14 нм
11-е2020Tiger Lake (H, G)
Rocket Lake
Willow Cove
Cypress Cove
10 нм SF
14 нм
12-е2021-2022Alder Lake
Raptor Lake
Golden Cove
Golden Cove
7 нм (ex 10 нм ESF)
7 нм (ex 10 нм ESF)
13-е2022-2023Meteor Lake
Arrow Lake
?4 нм (ex 7 нм)
20A (2 нм)
14-е2024Lunar Lake?18A

История процессоров

История развития процессоров

Характеристики МП

Контрольные вопросы

История развития процессоров с 1971 года до наших дней

Интересен тот факт, что первый процессор был выпущен на 10 лет раньше первого ком­пьютера IBM PC. Компания Intel создала свой первый процессор в 1971 году, а компания IBM свой первый ПК — в 1981 году. Но даже теперь, спустя более четверти века, мы продол­жаем использовать системы, в той или иной мере сходные по архитектуре с первым ПК. Про­цессоры, установленные в наших компьютерах сегодня, большей частью имеют обратную совместимость с процессором 8088, который компания IBM выбрала для своего первого персо­нального компьютера в 1981 году.

15 ноября 2001 года микропроцессор отпраздновал свое 30-летие. За эти годы его быстро­действие увеличилось более чем в 18500 раз (с 0,108 МГц до 2 ГГц). Процессор 4004 был представлен 15 ноября 1971 года; он работал на частоте 108 кГц (108000 тактов в секунду, или всего 0,1 МГц). Про­цессор 4004 содержал 2300 транзисторов и производился с использованием 10-микронной технологии. Это означает, что все линии, дорожки и транзисторы располагались от других элементов на расстоянии около 10 микрон (миллионная часть метра). Данные передавались блоками по 4 бит за такт, а максимальный адресуемый объем памяти составлял 640 байт. Процессор 4004 предназначался для использования в калькуляторах, однако в конечном ито­ге нашел и другие применения в связи с широкими возможностями программирования. На­пример, процессор 4004 использовался для управления светофорами, при анализе крови и даже в исследовательской ракете Pioneer 10, запущенной NASA!

В апреле 1972 года Intel выпустила процессор 8008, который работал на частоте 200 кГц. Он содержал 3500 транзисторов и производился все по той же 10-микронной технологии. Шина данных была 8-разрядной, что позволяло адресовать 16 Кбайт памяти. Этот процессор предназначался для использования в терминалах и программируемых калькуляторах.

Следующая модель процессора, 8080, была анонсирована в апреле 1974 года. Этот процессор содержал 6000 транзисторов и мог адресовать уже 64 Кбайт памяти. На нем был собран первый персональный компьютер (не PC) Altair 8800. В этом компьютере использовалась операционная система CP/M, а Microsoft разработала для него интерпретатор языка BASIC. Это была первая массовая модель компьютера, для которого были написаны тысячи программ.

Со временем процессор 8080 стал настолько известен, что его начали копировать. В конце 1975 года несколько бывших инженеров Intel, занимавшихся разработкой процессора 8080, создали компанию Zilog. В июле 1976 года эта компания выпустила процессор Z-80, который представлял собой значительно улучшенную версию 8080. Этот процессор был несовместим с 8080 по контактным выводам, но сочетал в себе множество различных функций, например интерфейс памяти и схему обновления ОЗУ (RAM), что давало возможность разрабатывать более дешевые и простые компьютеры. В Z-80 был также включен расширенный набор ко­манд процессора 8080, позволяющий использовать его программное обеспечение. В этот про­цессор вошли новые команды и внутренние регистры, поэтому программное обеспечение, разработанное для Z-80, могло использоваться практически со всеми версиями 8080. Перво­начально процессор Z-80 работал на частоте 2,5 МГц (более поздние версии работали уже на частоте 10 МГц), содержал 8500 транзисторов и мог адресовать 64 Кбайт памяти.

Компания Intel не остановилась на достигнутом, и в марте 1976 года выпустила процессор 8085, который содержал 6500 транзисторов, работал на частоте 5 МГц и производился по 3-микронной технологии. Несмотря на то что он обогнал процессор Z-80 на несколько меся­цев, ему так и не удалось достичь популярности последнего. Он использовался в основном в качестве управляющей микросхемы различных компьютеризованных устройств.

В этом же году компания MOS Technologies выпустила процессор 6502, который был аб­солютно не похож на процессоры Intel. Он был разработан группой инженеров компании Mo­torola. Эта же группа работала над созданием процессора 6800, который в будущем трансфор­мировался в семейство процессоров 68000. Цена первой версии процессора 8080 достигала 300 долларов, в то время как 8-разрядный процессор 6502 стоил всего около 25 долларов. Та­кая цена была вполне приемлема для Стива Возняка (Steve Wozniak), и он встроил процессор- 6502 в новые модели Apple I и Apple II. Процессор 6502 использовался также в системах, соз­данных компанией Commodore и другими производителями. Этот процессор и его преемники с успехом работали в игровых компьютерных системах, в число которых вошла приставка Nintendo Entertainment System (NES). Компания Motorola продолжила работу над созданием серии процессоров 68000, которые впоследствии были использованы в компьютерах Apple Macintosh. Второе поколение компьютеров Mac использовало процессор PowerPC, являю­щийся преемником 68000. Сегодня компьютеры Mac снова перешли на архитектуру PC и ис­пользуют с ними одни процессоры, микросхемы системной логики и прочие компоненты.

В июне 1978 года Intel выпустила процессор 8086, который содержал набор команд под ко­довым названием х86. Этот же набор команд до сих пор поддерживается в самых современных процессорах Core 2 и AMD Athlon 64 X2. Процессор 8086 был полностью 16-разрядным — внут­ренние регистры и шина данных. Он содержал 29000 транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Благодаря 20-разрядной шине адреса он мог адресовать 1 Мбайт памяти. При создании про­цессора 8086 обратная совместимость с 8080 не предусматривалась. Но в то же время значи­тельное сходство их команд и языка позволили использовать более ранние версии программ­ного обеспечения. Это свойство впоследствии сыграло важную роль для быстрого перевода программ системы CP/M (8080) на рельсы PC.

Несмотря на высокую эффективность процессора 8086 его цена была все же слишком вы­сока по меркам того времени и, что гораздо важнее, для его работы требовалась дорогая мик­росхема поддержки 16-разрядной шины данных. Чтобы уменьшить себестоимость процессо­ра, в 1979 году Intel выпустила процессор 8088 — упрощенную версию 8086. Процессор 8088 использовал те же внутреннее ядро и 16-разрядные регистры, что и 8086, мог адресовать 1 Мбайт памяти, но в отличие от предыдущей версии использовал внешнюю 8-разрядную шину данных. Это позволило обеспечить обратную совместимость с ранее разработанным 8-разрядным процессором 8085 и тем самым значительно снизить стоимость создаваемых системных плат и компьютеров. Именно поэтому IBM выбрала для своего первого ПК «урезанный» процессор 8088, а не 8086.

Это решение имело далеко идущие последствия для всей компьютерной индустрии. Про­цессор 8088 был полностью программно-совместимым с 8086, что позволяло использовать 16-разрядное программное обеспечение. В процессорах 8085 и 8080 использовался очень по­хожий набор команд, поэтому программы, написанные для процессоров предыдущих версий, можно было легко преобразовать для процессора 8088. Это, в свою очередь, позволяло разра­батывать разнообразные программы для IBM РС, что явилось залогом его будущего успеха. Не желая останавливаться на полпути, Intel была вынуждена обеспечить поддержку обратной совместимости 8088/8086 с большинством процессоров, выпущенных в то время.

В те годы еще поддерживалась обратная совместимость процессоров, что ничуть не меша­ло вводить различные новшества и дополнительные возможности. Одним из основных изме­нений стал переход от 16-разрядной внутренней архитектуры процессора 286 и более ранних версий к 32-разрядной внутренней архитектуре 386-го и последующих процессоров, относя­щихся к категории IA-32 (32-разрядная архитектура Intel). Эта архитектура была представ­лена в 1985 году, однако потребовалось еще 10 лет, чтобы на рынке появились такие операци­онные системы, как Windows 95 (частично 32-разрядные) и Windows NT (требующие ис­пользования исключительно 32-разрядных драйверов). И только еще через шесть лет появилась операционная система Windows XP, которая была 32-разрядной как на уровне драйверов, так и на уровне всех компонентов. Итак, на адаптацию 32-разрядных вычислений потребовалось 16 лет. Для компьютерной индустрии это довольно длительный срок.

Теперь наблюдается очередной «скачок» в развитии архитектуры ПК — компании Intel и AMD представили 64-разрядные расширения 32-разрядной архитектуры Intel IA-64 (Intel Archi­tecture, 64-bit — 64-разрядная архитектура Intel), выпустив процессоры Itanium и Itanium 2. Од­нако данная архитектура была абсолютно несовместима с существовавшей 32-разрядной. Архи­тектура IA-64 была анонсирована в 1994 году в рамках проекта по разработке компаниями Intel и HP нового процессора с кодовым именем Merced; первые технические детали были опубликованы в октябре 1997 года. В результате в 2001 году был выпущен процессор Itanium, поддерживающий архитектуру IA-64.

К сожалению, IA-64 не являлась расширением архитектуры IA-32, а была совершенно но­вой архитектурой. Это хорошо для рынка серверов (собственно, для этого IA-64 и разрабаты­валась), однако совершенно неприемлемо для мира ПК, который всегда требовал обратной совместимости. Хотя архитектура IA-64 и поддерживает эмуляцию IA-32, при этом обеспечи­вается очень низкая производительность.

Компания AMD пошла по другому пути и разработала 64-разрядные расширения для архи­тектуры IA-32. В результате появилась архитектура AMD64 (которая также называется x86-64). Через некоторое время Intel представила собственный набор 64-разрядных расширений, кото­рый назвала EM64T (IA-32e). Расширения Intel практически идентичны расширениям AMD, что означает их совместимость на программном уровне. В результате впервые в истории сложи­лась ситуация, когда Intel следовала за AMD в разработке архитектуры ПК, а не наоборот.

Для того чтобы 64-разрядные вычисления стали реальностью, необходимы 64-разрядные операционные системы и драйверы. В апреле 2005 года компания Microsoft начала распро­странять пробную версию Windows XP Professional x64 Edition, поддерживающую дополни­тельные инструкции AMD64 и EM64T. Основные производители компьютеров уже постав­ляют готовые системы с предустановленной Windows XP Professional x64 и с 64-разрядной системой Windows Vista; они также разработали 64-разрядные драйверы для достаточно со­временных моделей устройств. Выпускаются и 64-разрядные версии Linux, благодаря чему каких-либо серьезных препятствий для перехода к 64-разрядным вычислениям нет.

Последним достижением можно считать выпуск компаниями Intel и AMD двух- и четы-рехъядерных процессоров. Они содержат два или четыре полноценных ядра на одной под­ложке; в результате один процессор теоретически может выполнять работу двух или четырех процессоров. Хотя многоядерные процессоры не обеспечивают значительного увеличения быстродействия в играх (которые в основном предполагают выполнение данных в один по­ток), они просто незаменимы в многозадачной среде. Если вы когда-нибудь пытались одно­временно выполнять проверку компьютера на наличие вирусов, работать с электронной по­чтой, а также запускать какие-то другие приложения, то наверняка знаете, что такая нагрузка может «поставить на колени» даже самый быстрый одноядерный процессор. Поскольку двухъядерные процессоры сейчас выпускаются обеими компаниями, Intel и AMD, шансы на то, что вам удастся выполнить работу гораздо быстрее благодаря многозадачности, значи­тельно возрастают. Современные двухъядерные процессоры также поддерживают 64-разряд­ные расширения AMD64 или EM64T, что позволяет воспользоваться преимуществами как двухъядерности, так и 64-разрядных вычислений.

Персональные компьютеры прошли долгий путь развития. Первый используемый в ПК процессор 8088 содержал 29 тыс. транзисторов и работал с частотой 4,77 МГц. Процессор AMD Athlon 64 FX содержит больше 105 млн. транзисторов, процессор Pentium 4 670 (ядро Prescott) работает с частотой 3,8 ГГц и содержит 169 млн. транзисторов, преимущественно благодаря наличию кэш-памяти второго уровня L2 объемом 2 Мбайт. Двухъядерные процес­соры, содержащие два ядра и кэш-память на одной подложке, характеризуются еще большим количеством транзисторов. Процессор Intel Pentium D содержит 230 млн. транзисторов, а AMD Athlon 64 X2 — более 233 млн. Последние процессоры Core 2 Duo и Core 2 Quad содер­жат 291 и 582 млн. транзисторов соответственно; при этом в последний интегрирована кэш­память второго уровня объемом 8 Мбайт. Многоядерная архитектура и постоянно растущий объем кэш-памяти второго уровня приводят к постоянному росту количества транзисторов. Скоро эта отметка перевалит за один миллиард. Все это является практическим подтвержде­нием закона Мура, в соответствии с которым быстродействие процессоров и количество со­держащихся в них транзисторов удваивается каждые 1,5-2 года.

ПРИМЕЧАНИЕ В сфере выпуска микропроцессоров с фирмой Intel постоянно конкурирует фирма AMD. Микропроцессоры фирмы AMD выпуска 2003- 2004 годов (Athlon ХР, Athlon 64) мало в чем уступают процессорам Pentium 4, а в некоторых режимах работы даже превосходят последние по быстродействию. Но, как и прежде, МП AMD сильнее греются (их штатная температура — 55-80 °С, в то время, как у МП Pentium 30-60 °С), поэтому для них необходим мощный вентилятор и надежная система защиты от катастрофического перегрева. Все МП Pentium такой системой снабжены: у них имеется датчик, который при превышении температуры 120-130 °С мгновенно выключает МП, спасая его от «сгорания». У МП Pentium есть еще более совершенная система — Thermal Monitor, принудительно замедляющая работу микропроцессора при превышении допустимой температуры

Современные решения в сфере автоматизации, роботизации и электропривода невозможно представить без использования микропроцессорных средств и систем. Весомый вклад в развитие полупроводниковой микросхемотехники внесла известная американская компания Intel, основанная в 1968 году. Это было время появления новых технологий, благодаря которым появилась возможность создавать миниатюрные полупроводниковые устройства – микросхемы. Их применение открывало новые перспективы во всех областях техники, в т. ч. и в автоматизации. Начиналась эра цифровой машинной обработки информации. Первый компьютер ENIAC, созданный в 1946 году, весил около 30 т и занимал большое помещение. В 1968 году в мире насчитывалось уже 30 тыс. компьютеров. Это были преимущественно большие универсальные ЭВМ (электронные вычислительные машины) и «мини-компьютеры» размером со шкаф. Неприятной особенностью этих ЭВМ были частые аварийные ситуации из-за перегрева ламп и большого числа разъемов. Поэтому появление интегральной электроники было обусловлено объективными причинами.


Рис. 1. Первый электронный цифровой компьютер общего назначения ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer))

Основателями фирмы Intel были талантливые ученые и изобретатели Роберт Нойс, Гордон Мур и Эндрю Гроув. Именно Роберт Нойс в 1959 году изобрел интегральную микросхему. В середине 60 х годов Нойс работал менеджером американской компании Fairchild Semiconductor, известной своими разработками в сфере электронных технологий. Гордон Мур возглавлял научные исследования и конструкторские разработки в Fairchild Semiconductor, был одним из восьми основателей Fairchild. Энди Гроув, уроженец Венгрии, был специалистом по разработке технологических процессов. Он пришел в компанию Fairchild Semiconductor после того, как получил в университете Беркли степень доктора наук в области химических технологий.

В конце 60 х много талантливых инженеров увольнялись из Fairchild Semiconductor и создавали собственные фирмы. Роберт Нойс и Гордон Мур основали Intel и стали ее первыми сотрудниками. Со временем к ним присоединился и Энди Гроув. Стартовый капитал (2,5 млн. долларов) фирме предоставил финансист из Сан-Франциско Артур Рок.

Фирма Intel специализировалась на производстве полупроводниковых запоминающих устройств. Первым серийным устройством была микросхема «3101» 64 разрядной Шоттки-биполярной статической оперативной памяти. Особенное же место, которое заняла Intel в мире электроники, связано с другими устройствами – микропроцессорами. Именно они стали технической базой нынешней компьютерной научно-технической революции.

Толчком к созданию микропроцессора оказался контракт с японской фирмой Busicom, специализировавшейся на выпуске калькуляторов. Busicom заказала Intel разработку двенадцати специализированных микросхем, однако для выполнения такого крупного заказа Intel не имела достаточно человеческих, финансовых и производственных ресурсов. Тогда талантливый инженер Тед Хофф предложил вместо двенадцати специализированных микросхем создать одну универсальную, которая сможет их заменить. Р. Нойс и Г. Мур оценили утонченность предложенного Т. Хоффом решения. Идея удовлетворила и компанию Busicom, которая финансировала работу. Таким образом, Intel начала разработку универсальной микросхемы, которую можно запрограммировать на выполнение тех или иных команд. Впервые отпала необходимость в аппаратной реализации алгоритма работы устройства: все операции по обработке числовых данных теперь велись в соответствии с определенной программой, что обещало экономию средств и времени. Над реализацией задуманного Т. Хоффом работала группа инженеров и конструкторов Intel, которую возглавлял Федерико Феджин. Через 9 месяцев напряженного труда появился первый в мире микропроцессор «4004». Он насчитывал 2300 полупроводниковых транзисторов, но спокойно умещался на ладони. В производительности же новый процессор не уступал компьютеру ENIAC, занимавшему 85 кубических метров и состоявшему из 18000 вакуумных ламп. Тед Хофф разработал архитектуру первого процессора, Стен Мейзор – систему его команд, а Федерико Феджин спроектировал кристалл процессора.

Оценив преимущества использования микропроцессоров, руководство Intel пошло на переговоры с компанией Busicom, вследствие которых Intel приобрела все права на процессор «4004» за 60 тысяч долларов (следует отметить, что вскоре Busicom обанкротилась). После этого началась широкая рекламная компания, целью которой было донести инженерному сообществу большой потенциал программируемых устройств в разных сферах – от управления дорожным движением до автоматизации сложных производственных процессов. Intel проводила семинары для инженеров, публиковала рекламные материалы и справочные пособия по использованию микропроцессоров. В некоторые недели фирма продавала больше справочной документации, чем самих микропроцессоров. Через определенное время они получили очень широкое распространение.

Таким образом, микросхема «4004» стала первым микропроцессором. Приблизительно через полгода о появлении подобных устройств объявили еще несколько фирм. Эти микропроцессоры, исполненные по р-МОП технологии, были четырехразрядными, т. е. за один раз могли обрабатывать только 4 бита информации. Длина программы и набор команд были ограничены, первые процессоры не имели многих функций, обязательных для современных микропроцессоров. В 1972 году фирма Intel выпустила процессор «8008», который унаследовал основные черты «4004». Это был первый 8 разрядный процессор, который сегодня относят к процессорам первого поколения. Он уже имел аккумулятор, шесть регистров общего назначения, указатель стека, восемь регистров адреса и специальные команды для ввода/вывода данных, но и этот процессор не стал широкоупотребительным в коммерческих разработках.

В конце 1973 года фирмой Intel разрабатывается новый 8-разрядный микропроцессор «8080». Его архитектура и система команд оказались настолько удачными, что и сегодня он считается классическим.

Широкое применение микропроцессоров в технике началось именно с появлением чипа «8080», который принадлежал к процессорам третьего поколения, но был не единственным удачным 8 разрядным процессором. Спустя полгода появился микропроцессор «6800» американской фирмы Motorola, который составил жесткую конкуренцию интеловскому процессору. Как и «8080», микропроцессор «6800» был выполнен по n МОП технологии, требовал наличия отдельного тактового генератора, имел трехшинную структуру с 16 разрядной шиной адреса, хорошо развитую архитектуру и систему команд. Его главными преимуществами были более мощная, чем у «8080» система прерываний и одно (а не три, как у «8080») напряжение питания. Принципы внутренней архитектуры «6800» также значительно отличались от «8080» прежде всего отсутствием регистров общего назначения, в которых, в зависимости от поставленных задач, могла сохраняться как адресная информация, так и числовые данные. Вместо них в состав процессора добавился второй равноценный аккумулятор для обработки данных и специализированные 16 разрядные регистры, где хранилась только адресная информация. Данные для обработки выбирались из внешней памяти и туда же возвращались после обработки. Команды работы с памятью были проще и короче, но пересылка байта в память занимала больше времени, чем обмен между внутренними регистрами «8080». Архитектура ни одного из двух упомянутых процессоров не имела существенных преимуществ, и каждый из них стал родоначальником двух больших семейств микропроцессоров – Intel и Motorola, представители которых конкурируют по сей день.

В 1978 году на фирме Intel был изготовлен первый 16 разрядный микропроцессор «8086», использованный компанией International Business Machines (IBM) для создания персональных компьютеров, а 16 разрядный чип «68000» фирмы Motorola был применен в известных компьютерах Atari и Apple. Что касается «домашних» компьютеров, то они широко распространились с появлением модели ZX Spectrum (на базе процессора «Z80») английской фирмы Sinclair Research Ltd, основателем которой был талантливый инженер сэр Клайв Синклер. Идея применить телевизор вместо дорогого монитора и бытовой магнитофон для хранения программ и данных значительно удешевила домашний компьютер и сделала его доступным для среднего покупателя.

Рис. 2. Линейка ключевых моделей микропроцессоров и микроконтроллеров

Через год после создания микропроцессора «8080» несколько инженеров Intel перешли в фирму Zilog и начали работать над созданием нового процессора, опираясь на свои предыдущие разработки. Вследствие этого в 1977 году появился микропроцессор «Z80», который стал лучшим представителем 8-разрядных процессоров. В сравнении с «8080» он требовал только одного напряжения питания, имел более мощную и гибкую систему прерываний, втрое более высокую тактовую частоту, два аккумулятора и двойной набор регистров общего назначения. Система команд «Z80» вмещала все 78 команд микропроцессора «8080» и почти такое же число дополнительных команд, поэтому программы, созданные для «8080», без каких либо изменений переносились на «Z80».

Позднее (середина 70-х) возникла еще одна тенденция в развитии микропроцессоров, имеющая непосредственное отношение к автоматизации и появлению процессоров для встраиваемых решений. Начало ей положил процессор «8085» фирмы Intel. Сначала он задумывался как продолжение чипа «8080», но через некоторое время появился «Z80» и новый микропроцессор «6809» фирмы Motorola. Оба они значительно превосходили «8085» в производительности, что побудило Intel взяться за разработку первого 16- разрядного микропроцессора «8086», но с разработкой периферийных микросхем «8156» и «8755» процессор «8085» получил новые перспективы. Первая микросхема содержала статическое ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) объемом 256 байт, два 8 разрядных, побитно настраиваемых на ввод/вывод порта и программируемый таймер-счетчик. В состав второй входили три многоразрядных порта ввода/вывода и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) емкостью 2 Кбайта с ультрафиолетовым стиранием. Объединив соответствующим образом выводы этих трех микросхем, разработчики электронной аппаратуры получали функционально завершенный модуль – микроконтроллер, который можно встроить в любой прибор: вольтметр, частотомер, в разного рода усилительные устройства или преобразователи. Несколько фирм выпустили экономичные по питанию k МОП версии этого семейства. Это дало возможность создавать микропроцессорные приборы с автономным батарейным питанием. Наконец, в конце 70 х годов Intel «объединила» эти три микросхемы в один чип и создала однокристальную микро ЭВМ (микроконтроллер) «8048», в состав которой вошли ОЗУ и ПЗУ, арифметико-логическое устройство, встроенный тактовый генератор, таймер-счетчик, порты ввода/вывода. Далее были разработаны подобные сорок восьмому микроконтроллеры «8035» и «8748». Система команд однокристальных микроконтроллеров была значительно слабее, чем у процессора «8085», объем ОЗУ и ПЗУ, количество портов ввода/вывода также было меньшим, чем у выше упомянутого трехкорпусного модуля, но все это размещалось в одном чипе, что значительно упрощало разработку и производство новых устройств на базе однокристальных микро ЭВМ. Идея создания универсальных аппаратных средств с программной настройкой на конкретные задачи, которая стала толчком к появлению микропроцессоров, получила наивысшую степень реализации именно в однокристальных микроконтроллерах.

В начале 80 х годов Intel выпустила более мощный микроконтроллер «8051, а вскоре – и его модификации «8031» и «8751». Ядро микро ЭВМ этой серии стало классическим для микроконтроллеров. С точки зрения технологии микроконтроллер «8051» был для своего времени очень сложным устройством MCS 51 – безусловный лидер по числу разновидностей и компаний, выпускающих его модификации. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров MCS 51, которые выпускаются почти 20 ведущими фирмами-производителями электронных компонентов (Atmel, Infineon Technologies, Philips, Hyundai, Dallas Semiconductor, Temic, TDK, Oki, AMD, MHS, LG, Winbond, Silicon Labs, и др.). Получили свою нишу также и микроконтроллеры оригинальной архитектуры фирм Motorola, Zilog, Analog Devices, Microchip, Scenix, Holtec.

Боб Нойс (Bob Noyce)

Известен своими новаторскими взглядами на пути развития полупроводниковых технологий. Именно Роберт Нойс в 1959 году изобрел интегральную микросхему. В середине 60 х Нойс был менеджером влиятельной фирмы Fairchild Semiconductor. В дальнейшем – один из основателей фирмы Intel.

Гордон Мур (Gordon Moore)

Талантливый и трудолюбивый инженер, пользовавшийся большим авторитетом среди коллег. Один из основателей фирмы Intel.
«Мы – настоящие революционеры. Ведь эти новейшие до-стижения электроники изменяют мир значительно быстрее, чем всякие политические события».

Енді Гроув (Andy Grove)

Энергичный и предприимчивый Эндрю Гроув работал в фирме Fairchild Semiconductor специалистом по разработке технологических процессов. Гроув пришел в Fairchild после того, как получил в университете Беркли ученую степень доктора в области химических технологий. Один из основателей Intel.

Тед Хофф (Ted Hoff)

Тедди Хофф – один из изобретателей микропроцессора. Именно он предложил концепцию универсальной микро-схемы и разработал архитектуру первого процессора.
«Больше всего лично мне импонирует то, что, благодаря микропроцессорам, компьютеры стали массовым доступ-ным продуктом».

Рис. 3. Выдающиеся ученые-изобретатели, революционеры в области микроэлектроники

Создание микропроцессора признано одним из выдающихся достижений ХХ века. Ежегодно в мире продаются сотни миллионов микропроцессоров и миллиарды микроконтроллеров. По данным журнала «мир компьютерной автоматизации», средний американец на протяжении дня около 300 раз (!) имеет дело с микроконтроллерами, встроенными буквально повсюду – от стиральных машин, лифтов и телефонов до светофоров, автомобилей и промышленных станков.

Журнал «Обзор состояния дел в полупроводниковой промышленности и торговле» («Semiconductor Industry and Business Survey») считает: если бы автомобилестроение и авиационная промышленность развивались такими же темпами, как производство полупроводников на протяжении 30 лет, то автомобиль «Роллс-ройс» стоил бы 2 доллара 75 центов и, используя всего лишь один литр бензина, мог бы проехать почти полторы тысячи километров, а самолет «Боинг 767» стоил бы 500 долларов и мог бы облететь вокруг земного шара за 20 минут, истратив лишь канистру керосина. В 1996 году имена создателей микропроцессора доктора Тедда Хоффа, доктора Федерико Феджина и Стена Мейзора были занесены в Национальный зал славы изобретателей США (г. Эйкрон, Огайо) и встали в ряд с именами Томаса Эдисона, братьев Райт и Александра Белла.

Еще одно направление развития микропроцессорных систем зародилось в 1969 году, что было обусловлено необходимостью замены на промышленных предприятиях сложных, громоздких и ненадежных релейно-контакторных схем автоматического управления. Именно в этом году компания General Motors подготовила тендерный запрос на разработку универсального микропроцессорного устройства для нужд промышленного производства.

Тендер виграла компания Bedford Associates из штата Массачусетс, которую на то время возглавлял Ричард Морли. Они разработали микропроцессорное устройство (контроллер), которое позволяло коммутировать присоединенные к нему сигнальные провода в разных комбинациях. Эти комбинации задавались программой управления, которая составлялась на компьютере, а потом загружалась в память контроллера. Таким образом, с помощью одного микропроцессорного устройства с загруженной в него программой стало возможно реализовать систему управления, для разработки которой ранее приходилось коммутировать десятки или даже сотни разнообразных электромеханических компонентов, таких как реле, таймеры, счетчики, регуляторы и т. п. При этом один и тот же контроллер можно было бы использовать для управления разнообразными машинами и механизмами только лишь изменяя загруженную в него программу. Так в мире появился первый программируемый логический контроллер (ПЛК), который компания Bedford Associates окрестила «Проектом 084».

Компания стала развивать производство промышленных контроллеров и позднее была переименована в «Modicon» (сокращение от «Modular Digital Controller», т. е. модульный цифровой контроллер). В 1977 году бренд “Modicon” был продан компании Gold Electronics, позднее его выкупила известная немецкая фирма “AEG”. В итоге, бренд «Modicon» перешел в собственность французской компании “Schneider Electric ”, которая владеет им до сего дня. Следует отметить, что «Schneider Electric» является одним из мировых лидеров в сфере разработки, производства и внедрения технических средств электроснабжения, электропривода и автоматизации.

В тендере по заявке General Motors также принимала участие еще одна фирма, которая и сейчас занимает высокие позиции среди лидеров производителей компонентов для автоматизации. Речь идет про Allen Bradley. Хотя фирма и проиграла тендер, работы в этом направлении выполнялись дальше. Руководство Allen Bradley приобрело контрольные пакеты акций компании Information Instruments и корпорации Bunker-Ramo, которые на то время уже разработали контроллер «PDQ II» (сокращение от «Program Data Quantizer», программный модулятор данных). Эта модель контроллера оказалась слишком громоздкой и сложной в программировании. Однако Allen Bradley проявила настойчивость и в 1970 году на базе «PDQ II» был разработан контроллер «PMC» («Programmable Matrix Controller», или программируемый матричный контроллер). Однако и эта модель не слишком соответствовала требованиям заказчиков для управления технологическими агрегатами. После доработки на свет появилась модель, названная PLC 1 («Programmable Logic Controller», программируемый логический контроллер). Именно это название и аббревиатура PLC утвердились в сфере автоматизации и используются специалистами для обозначения такого класса устройств.

а) б)

В середине 70 х годов прошлого века рынок программируемых логических контроллеров начал стремительно расти и у Modicon и Allen Bradley появился ряд конкурентов, среди которых следует отметить General Electric, Siemens, Square D, Industrial Solid State Controls, и др.

Значительным шагом к упрощению применения программируемых логических контроллеров стало введение международного стандарта IEC 61131 3, который декларирует языки программирования для ПЛК. Благодаря этому инженер любого профиля (технолог, электрик, химик, и т. п.) может с легкостью создавать программы для управления технологическими установками даже без знания тонкостей программирования. Также обозначенные языки универсальны для ПЛК разных производителей.

История появления и развития первых процессоров для компьютеров берет своё начало в середине двадцатого века. Сейчас уже невозможно себе представить, что как-то можно обойтись без персональных компьютеров, но не так давно, всего каких-то сорок лет назад, слова «компьютер» и «процессор» были известны лишь узкому кругу специалистов. И лишь в 1971 году произошло знаковое событие — никому тогда ещё неизвестная фирма Intel из американского города Санта-Клара дала жизнь первому микропроцессору , благодаря чему в дальнейшем различных типов, конфигураций и назначения, прочно вошли в нашу жизнь, и ими пользуются все и везде, от учащихся школ до инженеров и ученых.

Процессоры с применением электромеханических реле, вакуумных ламп, ферритовых сердечников (то есть специальных устройств памяти)

Данный этап эволюции процессоров затронул период с сороковых по самый конец пятидесятых годов. Такие процессоры устанавливали в специальные разъёмы на отдельных модулях, которые были собраны в стойки. Огромное количество подобных стоек, соединённых проводниками, в совокупности представляли собой процессор. Отличительной чертой являлась их низкая надёжность, небольшое быстродействие, а также огромное выделение теплоты.

Процессоры на транзисторах

Это был второй этап эволюции процессоров, который длился, начиная с середины пятидесятых годов до середины шестидесятых. Транзисторы монтировали уже на платы весьма близкие к нынешним платам по облику, которые устанавливались в стойки. Как и раньше, процессор в среднем состоял из нескольких подобных стоек. Выросло быстродействие, повысился уровень надёжности, уменьшился уровень энергопотребления.

Процессоры на микросхемах

Это был третий этап эволюции процессоров, который наступил в середине шестидесятых годов. Первоначально применялись микросхемы с низкой степенью интеграции, которые содержали простейшие транзисторные, а также резисторные схемы. Потом по мере развития технологий, стали применять микросхемы, которые реализовывали отдельные части цифровой схемотехники. По началу элементарные ключи, а также различные логические элементы, потом более элементы посложнее — элементарные регистры, сумматоры, счётчики, позднее возникли микросхемы, которые содержали функциональные блоки самого процессора — арифметическо-логическое устройство, микропрограммное устройство, регистры, а также устройства для работы с шинами данных и различных команд.

Микропроцессоры

Четвёртым этапом, в самом начале семидесятых годов, было создание микропроцессора, то есть специальной микросхемы, на кристалле у которой физически были расположены все главные элементы, а также блоки процессора. Корпорация Intel в 1971 году смогла создать первый во всем мире четырехразрядный микропроцессор 4004, который состоял из 2300 транзисторов, имел рабочую частоту 108 кГц — это 0,108 МГц или 0,000108 ГГц (где-то в 20000 раз меньше частоты ). Производился этот 4-битный процессор по 10-микронной технологии и был предназначен для применения в микрокалькуляторах. В последствии Intel 4004 стали использовать в анализаторах крови, в схемах управления светофоров и даже на межпланетных космических станциях.

Со временем почти все процессоры стали выпускать в формате таких микропроцессоров. Исключением длительное время были только лишь малосерийные процессоры, которые аппаратно оптимизировались для решения различных специальных задач. К примеру, суперкомпьютеры или процессоры для осуществления решения целого ряда военных задач, или же какие-нибудь процессоры, к которым, как правило, предъявлялись некие особые требования по уровню надёжности, своему быстродействию, либо же защите от воздействия электромагнитных импульсов, а также воздействия ионизирующей радиации. С удешевлением, а также распространением самых современных технологий, данные процессоры тоже начинают делать в формате микропроцессора.

Развитие микропроцессоров

Процесс перехода к микропроцессорам дал возможность создавать персональные компьютеры, проникшие сейчас практически в каждый дом. Самым первым общедоступным микропроцессором явился четырехразрядный Intel 4004, который весной 1972 года сменил восьмибитный Intel 8008, состоявший из 3500 транзисторов и работавший на частоте 200 кГц, имел 8-разрядную шину данных, хотя и производился также по 10-микронной технологии. Сфера его применения ограничивалась терминалами и программируемыми калькуляторами.

Следующим шагом в развитии микропроцессоров стало создание в 1974 году Intel 8080. Новый 8-битный процессор содержал уже 6000 транзисторов и мог адресовать 64 Кбайт памяти. Кроме всего прочего, это был первый микропроцессор, который уже мог делить числа. Именно он стал основой для создания первого персонального компьютера Altair 8800, в котором использовалась операционная система СР/М. Простота общения с компьютером Altair 8800 и легкость написания для него программ — заслуга будущих основателей фирмы Мicrosoft Пола Аллена и Билла Гейтса, которые в конце 1975 года создали для него интерпретатор языка Ваsic (Бэйсик), что немало поспособствовало популяризации в то время.

Но история Intel 8080 на этом не закончилась. Кучка бывших инженеров Intel, которые занимались разработкой процессора 8080, объединившись, в конце 1975 года создали компанию Zilog Corporation, которая выпустила микропроцессор Z80, представляющий собой значительно улучшенную версию 8080. Изначально Z80 содержал 8500 транзисторов, работал на частоте 2,5 МГц и мог адресовать 64 Кбайт памяти. Позднее он стал работать уже на частоте 10 МГц. Самым, пожалуй, ярким представителем компьютеров на базе Z80 был «Sinclair ZX Spectrum» английской компании Sinclair Research Ltd.

В 1978 году Intel выпускает новый шестнадцатиразрядный микропроцессор Intel 8086, содержащий набор команд х86, который заложил основы архитектуры всех нынешних настольных процессоров. 8086 работал на частоте 5 МГц и содержал 29000 транзисторов. Он мог адресовать 1 Мбайт памяти благодаря 20-разрядной адресной шине. По причине большой распространённости восьмиразрядных модулей памяти выпущен был весьма дешевый Intel 8088, являющийся упрощенной версией 8086 со всеми теми же характеристиками, но с восьмиразрядной шиной данных. Это дало возможность программной и аппаратной совместимости как с процессором 8086, так и с предыдущими 8-разрядными процессорами 8085 и 8080.

Использование Intel 8088

позволило в значительной мере увеличить потенциал и возможности персональных компьютеров, так как он позволил работать с 1 Мб памяти, тогда, как все имевшиеся на тот момент компьютеры были ограничены 64 Кб. Программное обеспечение для компьютеров на Intel 8088 разрабатывала фирма Microsoft. И в 1981 году для компьютера IBM РС была представлена первая версия операционной системы MS DOS 1.0. Дальше по мере прогресса анонсировались и новые версии DOS, которые предоставляли пользователям дополнительные удобства с учётом новых возможностей компьютеров. Тем самым через пару лет, вытеснив с рынка 8-битовые модели компьютеров, IВМ РС занял ведущее место.

В 1982 году Intel выпускает новый 16-разрядный микропроцессор Intel 80286, разработанный по 1,5 микронной технологии. Он имел 134000 транзисторов, виртуальную память размером до 1 Гб, а также защищённый режим с 24-битной адресацией, который позволял использовать 16 мегабайт памяти на частоте: 8, 12 и 16 МГц.

Процессор типа Intel 80386 возник в 1985 году и смог привнести улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, которая позволила применять до 4 гигабайт оперативной памяти, а также еще и поддержку механизма применения виртуальной памяти. Intel 80386 изготавливался по 1,5 мкм технологии, имел уже 275000 транзисторов и работал на частотах: 16, 20-40 МГц. Данная линейка процессоров была построена на вычислительной регистровой модели. Параллельно шло развитие микропроцессоров, которые взяли за основу вычислительную стековую модель.

В 1989 году увидел свет новый микропроцессор Intel 80486, в котором на одном, изготовленном по 1 мкм технологии, кристалле 1200000 транзисторов, первичный кэш и встроенный математический сопроцессор 80487. 486 работал на частотах: 25, 33, 50 и 66 МГц и, как его предшественник, мог использовать до 4 Гб .

Первые 32-разрядные процессоры Pentium

появились в 1993 году. Они уже имели 3 миллиона транзисторов, были изготовлены по 0,8 мкм технологии, имели частоту 60 и 66 МГц и 64-битную шину данных. В следующем 1994 году вышло второе поколение процессоров Pentium с частотой 75, 90 и 100 МГц, изготовленных по 0,6 мкм технологии, что снизило потребляемую ими мощность.

И вот, последние 20 лет, начиная с 1993 года, с момента появления первого процессора Intel Pentium, прогресс в развитии компьютерных процессоров продвигался так быстро, что сейчас в наших домашних персональных компьютерах уже стоят четырех- , шести- , восьми-ядерные процессоры тактовой частотой более 3 ГГц, созданные по 22 нм технологии, со встроенным видеоядром, но использующие всё ту же х86 архитектуру. И хотя, за время существования микропроцессоров разработано было большое множество разных архитектур, часть из них (в усовершенствованном и дополненном виде) применяется и поныне. К примеру, Intel x86, который развился сначала в 32-битную IA-32, а позднее в 64-битную x86-64 (у Intel получила название EM64T). Процессоры с архитектурой x86 использовались вначале только в компьютерах корпорации IBM (IBM PC), однако, ныне они всё более активно применяются во всех сферах компьютерной индустрии, от огромных суперкомпьютеров до небольших встраиваемых процессоров.

И это далеко не предел. В планах корпорации в ближайшие годы перейти на производство микропроцессоров по 14 нм технологии, далее 10 нм и 8 нм, и соответственно увеличение их производительности с одновременным снижением энергопотребления.

Компания Intel начала свою деятельность в июле 1968 году. Ее основатели, инженеры Гордон Мур и Роберт Нойс, ранее были в штате компании Fairchild. Специалисты сразу обозначили основное направление работы – сделать память на основе полупроводников максимально доступной и практичной. На тот момент память данного типа стоила во много раз дороже, чем память на базе магнитных технологий. В этой статье мы узнаем, как был разработал Первый микропроцессор и кто его создатели.

Позднее деятельностью компании заинтересовалась компания Busicom (Япония), которая заключила с Intel контракт на разработку микросхем для линейки программируемых калькуляторов. В те года такие микросхемы создавались сразу под конкретные устройства.

Весной 1970 года Intel приняла на работу инженера Фредерико Фаггина, чтобы он спроектировал управляющую микросхему 4004 — первый микропроцессор. Фаггин также ранее работал в Fairchild Semiconductor, где изобрел технологию кремниевого затвора. Данные наработки и были использованы в процессе создания новых микрочипов.

Первоначально все права на новую микросхему принадлежали компании Busicom. Фаггин был уверен, что его изобретение найдет в будущем широкое применение, поэтому убедил руководство купить права на чип. У Busicom также были серьезные финансовые проблемы, поэтому она согласилась на компенсацию в размере 60 тысяч долларов.

15 ноября 1971 года был официально анонсирован чип 4004 (самый первый микропроцессор от intel), который использовался в микрокомпьютере MCS-4. Производительность процессора составляла всего 108 кГц. Для создания чипа использовалась 10-микронная технология, что дало возможность разместить 2300 транзисторов. Стоит отметить, что производительность была сопоставима с возможностями ENIAC (1946 год), который использовал 18 тысяч вакуумных ламп и занимал площадь 85 квадратных метров.

Хотя первый микропроцессор предназначался для установки в калькуляторы, позднее он нашел применение в других сферах. Например, чип использовался в медицине при анализе крови, в системе управления дорожным движением и даже в космической ракете «Pioner 10», разработанной NASA для проведения исследований.

Ну, и для знатоков английского видео о процессоре 4004

), начиная от первых графических адаптеров MDA и CGA и заканчивая новейшими архитектурами AMD и NVIDIA. Теперь настала очередь проследить за тем, как развивались центральные процессоры — не менее важная составляющая любого компьютера. В этой части материала речь пойдет о 1970-х годах, а следовательно, первых 4- и 8-битных решениях.

Первые центральные процессоры были многоножками

1940–1960-е годы

Прежде чем углубляться в историю развития центральных процессоров, необходимо сказать несколько слов о развитии компьютеров в целом. Первые CPU появились еще в 40-х годах XX века. Тогда они работали с помощью электромеханических реле и вакуумных ламп, а применяемые в них ферритовые сердечники выполняли роль запоминающих устройств. Для функционирования компьютера на базе таких микросхем требовалось огромное количество процессоров. Подобный компьютер представлял собой огромный корпус размером с достаточно большую комнату. При этом он выделял большое количество энергии, а его быстродействие оставляло желать лучшего.

Компьютер, использующий электромеханические реле

Однако уже в 1950-х годах в конструкции процессоров стали применяться транзисторы. Благодаря их применению инженерам удалось добиться более высокой скорости работы чипов, а также снизить их энергопотребление, но повысить надежность.

В 1960-х годах получила свое развитие технология изготовления интегральных схем, что позволило создавать микрочипы с расположенными на них транзисторами. Сам процессор состоял из нескольких таких схем. С течением времени технологии позволили размещать все большее количество транзисторов на кристалле, в связи с чем количество используемых в CPU интегральных схем сокращалось.

Тем не менее архитектура процессоров была всё ещё очень и очень далека от того, что мы видим сегодня. Но выход в 1964 году IBM System/360 немного приблизил дизайн тогдашних компьютеров и CPU к современному — прежде всего в плане работы с программным обеспечением. Дело в том, что до появления этого компьютера все системы и процессоры работали лишь с тем программным кодом, который был написан специально для них. В своих ЭВМ компания IBM впервые использовала иную философию: вся линейка разных по производительности CPU поддерживала один и тот же набор инструкций, что позволяло писать ПО, которое работало бы под управлением любой модификации System/360.

Компьютер IBM System/360

Возвращаясь к теме совместимости System/360, нужно подчеркнуть, что IBM уделила очень много внимания данному аспекту. Например, современные компьютеры линейки zSeries до сих пор поддерживают работу программного обеспечения, написанного для платформы System/360.

Не стоит забывать и о компании DEC (Digital Equipment Corporation), а именно о ее линейке компьютеров PDP (Programmed Data Processor). Фирма была основана в 1957 году, и в 1960 году выпустила свой первый миникомпьютер PDP-1. Устройство представляло собой 18-битную систему и по размерам было меньше, чем мейнфреймы того времени, занимая «всего лишь» комнатный угол. В компьютер был интегрирован ЭЛТ-монитор. Интересно, что первая в мире компьютерная игра под названием Spacewar! была написана именно под платформу PDP-1. Стоимость компьютера в 1960 году составляла 120 тысяч долларов США, что было значительно ниже цены других мейнфреймов. Тем не менее PDP-1 не пользовался особой популярностью.

Компьютер PDP-1

Первым коммерчески успешным устройством DEC стал компьютер PDP-8, выпущенный в 1965 году. В отличие от PDP-1, новая система была 12-битной. Стоимость PDP-8 составляла 16 тысяч долларов США – это был самый дешевый миникомпьютер того времени. Благодаря столь низкой цене устройство стало доступно промышленным предприятиям и научным лабораториям. В итоге было продано около 50 тысяч таких компьютеров. Отличительной архитектурной особенностью процессора PDP-8 стала его простота. Так, в нем было всего четыре 12-битных регистра, которые использовались для задач различного типа. При этом PDP-8 содержал всего 519 логических вентилей.

Компьютер PDP-8. Кадр из фильма «Три дня Кондора»

Архитектура процессоров PDP напрямую повлияла на устройство 4- и 8-битных процессоров, о которых и пойдет речь далее.

Intel 4004

1971 год вошел в историю как год появления первых микропроцессоров. Да-да, таких решений, которые используются сегодня в персональных компьютерах, ноутбуках и других устройствах. И одной из первых заявила о себе тогда еще только-только основанная компания Intel, выпустив на рынок модель 4004 — первый в мире коммерчески доступный однокристальный процессор.

Прежде чем перейти непосредственно к процессору 4004, стоит сказать пару слов о самой компании Intel. Её в 1968 году создали инженеры Роберт Нойс и Гордон Мур, которые до того момента трудились на благо компании Fairchild Semiconductor, и Эндрю Гроувом. Кстати, именно Гордон Мур опубликовал всем известный «закон Мура», согласно которому количество транзисторов в процессоре удваивается каждый год.

Уже в 1969-ом, спустя всего лишь год после основания, компания Intel получила заказ от японской компании Nippon Calculating Machine (Busicon Corp.) на производство 12 микросхем для высокопроизводительных настольных калькуляторов. Первоначальный дизайн микросхем был предложен самой Nippon. Однако такая архитектура не приглянулась инженерам Intel, и сотрудник американской компании Тед Хофф предложил сократить число микросхем до четырех за счет использования универсального центрального процессора, который бы отвечал за арифметические и логические функции. Помимо центрального процессора, архитектура микросхем включала оперативную память для хранения данных пользователя, а также ПЗУ для хранения программного обеспечения. После утверждения окончательной структуры микросхем продолжилась работа над дизайном микропроцессора.

В апреле 1970 года к команде инженеров Intel присоединился итальянский физик Федерико Фаджин, который до этого также работал в компании Fairchild. У него был большой опыт работы в области логического проектирования компьютеров и технологий МОП (металл-оксид-полупроводник) с кремниевыми затворами. Именно благодаря вкладу Федерико инженерам Intel удалось объединить все микросхемы в один чип. Так увидел свет первый в мире микропроцессор 4004.

Процессор Intel 4004

Что касается технических характеристик Intel 4004, то, по сегодняшним меркам, конечно, они были более чем скромные. Чип производился по 10-мкм техпроцессу, содержал 2300 транзисторов и работал на частоте 740 кГц, что означало возможность выполнения 92 600 операций в секунду. В качестве форм-фактора использовалась упаковка DIP16. Размеры Intel 4004 составляли 3×4 мм, а по бокам располагались ряды контактов. Изначально все права на чип принадлежали компании Busicom, которая намеревалась использовать микропроцессор исключительно в калькуляторах собственного производства. Однако в итоге они позволили Intel продавать свои чипы. В 1971 году любой желающий мог приобрести процессор 4004 по цене примерно 200 долларов США. К слову, чуть позже Intel выкупила все права на процессор у Busicom, предрекая важную роль чипа в последующей миниатюризации интегральных схем.

Несмотря на доступность процессора, его область применения ограничилась калькулятором Busicom 141-PF. Также долгое время ходили слухи, что Intel 4004 применялся в конструкции бортового компьютера беспилотного космического аппарата «Пионер-10», который стал первым межпланетным зондом, совершившим пролет вблизи Юпитера. Эти слухи напрямую опровергаются тем, что бортовые компьютеры «пионера» имели 18- или 16-битную разрядность, тогда как Intel 4004 был 4-битным процессором. Впрочем, стоит отметить, что инженеры NASA рассматривали возможность его использования в своих аппаратах, однако посчитали чип недостаточно испытанным для таких целей.

Процессор Intel 4040

Спустя три года после выхода процессора Intel 4004 увидел свет его преемник — 4-битный Intel 4040. Чип производился по тому же 10-мкм техпроцессу и работал на той же тактовой частоте 740 кГц. Тем не менее, процессор стал немного «сложнее» и получил более богатый набор функций. Так, 4040 содержал 3000 транзисторов (на 700 больше, чем у 4004). Форм-фактор процессора остался прежним, однако вместо 16-пинового стали использовать 24-пиновый DIP. Среди улучшений 4040 стоит отметить поддержку 14 новых команд, увеличенную до 7 уровней глубину стека, а также поддержку прерываний. «Сороковой» использовался в основном в тестовых устройствах и управлении оборудованием.

Intel 8008

Помимо 4-битных процессоров, в начале 70-х годов в арсенале Intel появилась и 8-битная модель — 8008. По своей сути чип представлял собой 8-битную версию процессора 4004 с меньшей тактовой частотой. Не стоит этому удивляться, потому как разработка модели 8008 велась параллельно с разработкой 4004. Так, в 1969 году компания Computer Terminal Corporation (впоследствии Datapoint) поручила Intel создание процессора для терминалов Datapoint, предоставив им схему архитектуры. Как и в случае с моделью 4004, Тэд Хофф предложил интегрировать все микросхемы в один чип, и в CTC согласились с таким предложением. Разработка плавно шла к своему завершению, но в 1970 году CTC отказались как от чипа, так и от дальнейшего сотрудничества с Intel. Причины были банальны: инженеры Intel не вложились в установленные сроки разработки, а функциональность предоставленного «камня» не соответствовала запросам CTC. Договор между двумя компаниями был разорван, права на все наработки остались у Intel. Новым чипом заинтересовалась японская компания Seiko, инженеры которой хотели использовать новый процессор в своих калькуляторах.

Процессор Intel 8008

Так или иначе, но после прекращения сотрудничества с CTC Intel переименовала разрабатываемый чип в 8008. В апреле 1972 года этот процессор стал доступен для заказа по цене 120 долларов США. После того как Intel осталась без поддержки CTC, в стане компании осторожно относились к коммерческим перспективам нового чипа, однако сомнения были напрасны — процессор хорошо продавался.

Технические характеристики 8008 были во многом схожи с 4004. Процессор производился в 18-пиновом форм-факторе DIP по 10-мкм технологическим нормам и содержал 3500 транзисторов. Внутренний стек поддерживал 8 уровней, а объем поддерживаемой внешней памяти составлял до 16 Кбайт. Тактовая частота 8008 была установлена на отметке 500 кГц (на 240 кГц ниже, чем у 4004). За счет этого 8-битный процессор Intel зачастую проигрывал в скорости 4-битному.

На основе 8008 было построено несколько компьютерных систем. Первой из них стал не очень известный проект под названием The Sac State 8008. Эта система разрабатывалась в стенах университета Сакраменто под руководством инженера Билла Пентца. Несмотря на то, что долгое время первым созданным микрокомпьютером считалась система Altair 8800, именно The Sac State 8008 является таковым. Проект был завершен в 1972 году и представлял полностью полноценный компьютер для обработки и хранения медицинских записей пациентов. Компьютер включал в себя непосредственно процессор 8008, жесткий диск, 8 Кбайт оперативной памяти, цветной дисплей, интерфейс для подключения к мейнфреймам, а также собственную операционную систему. Стоимость такой системы была крайне высокой, поэтому The Sac State 8008 так и не смог получить должного распространения, хотя довольно продолжительное время конкурентов в плане производительности у него не было.

Примерно так выглядел The Sac State 8008

Тем не менее, The Sac State 8008 — не единственный компьютер, построенный на базе процессора 8008. Были созданы и другие системы, такие как американская SCELBI-8H, французская Micral N и канадская MCM/70.

Intel 8080

Как и в случае с процессором 4004, спустя некоторое время 8008 также получил обновление в лице чипа 8080. Однако в случае с 8-битным решением изменения, внесенные в архитектуру процессора, были намного более существенные.

Intel 8080 был представлен в апреле 1974 года. Прежде всего, нужно отметить, что производство процессора перевели на новый 6-мкм техпроцесс. Более того, при производстве использовалась технология N-МОП (n-канальные транзисторы) — в отличие от 8008, который производился с помощью P-МОП-логики. Использование нового техпроцесса позволило разместить на кристалле 6000 транзисторов. В качестве форм-фактора использовался DIP с 40 контактами.

Модель 8080 получила более богатый набор команд, который включал 16 команд передачи данных, 31 команду для их обработки, 28 команд для перехода с прямой адресацией, а также 5 команд управления. Тактовая частота процессора составила 2 МГц — в 4 раза больше, чем у предшественника. Также 8080 имел 16-разрядную адресную шину, которая позволяла производить адресацию 64 Кбайт памяти. Эти нововведения обеспечили высокую производительность нового чипа, которая примерно в 10 раз превышала таковую у 8008.

Процессор Intel 8080

Процессор 8080 в своей первой ревизии содержал серьезную ошибку, которая могла приводить к зависанию. Ошибка была исправлена в обновленной ревизии чипа, получившей название 8080А и выпущенной только спустя полгода.

Благодаря высокой производительности процессор 8080 стал очень популярным. Его применяли даже в системах управления уличным освещением и светофорами. Однако в основном его использовали в компьютерных системах, самой известной из которых являлась разработка компании MITS Altair-8800, представленная в 1975 году.

Altair-8800 работал на базе операционной системы Altair BASIC, а в качестве шины использовался интерфейс S-100, который спустя несколько лет стал стандартом для всех персональных компьютеров. Технические характеристики компьютера были более чем скромные. Он обладал всего лишь 256 байт оперативной памяти, у него отсутствовали клавиатура и монитор. Пользователь работал с компьютером путем ввода программ и данных в двоичной форме, щелкая набором маленьких ключей, которые могли занимать два положения: верхнее и нижнее. Результат считывался также в двоичной форме — по погасшим и светящимся лампочкам. Тем не менее, Altair-8800 стал настолько популярным, что такая маленькая компания, как MITS, попросту не успевала удовлетворять спрос на компьютеры. Популярности компьютера напрямую посодействовала его невысокая стоимость — 621 доллар США. При этом за 439 долларов США можно было приобрести компьютер в разобранном виде.

Компьютер Altair-8800

Возвращаясь к теме 8080, нужно отметить, что на рынке присутствовало множество его клонов. Тогдашняя маркетинговая ситуация в корне отличалась от того, что мы наблюдаем сегодня, и Intel было выгодно предоставлять сторонним компаниям лицензии на производство копий 8080. Производством клонов занималось множество крупных компаний, таких как National Semiconductor, NEC, Siemens и AMD. Да, в 70-е годы у AMD еще не было собственных процессоров — фирма занималась исключительно выпуском «ремейков» других кристаллов на собственных мощностях.

Интересно, что существовала и отечественная копия процессора 8080. Она была разработана Киевским НИИ микроприборов и носила название КР580ВМ80А. Было выпущено несколько вариантов этого процессора, в том числе и для применения в военных объектах.

«Незалежный» КР580ВМ80А

В 1976 году появилась обновленная версия чипа 8080, получившая индекс 8085. Новый кристалл изготавливался по 3 мкм техпроцессу, что позволило разместить на чипе 6500 транзисторов. Максимальная тактовая частота процессора составляла 6 МГц. Набор поддерживаемых инструкций содержал 79 команд, среди которых были две новые команды для управления прерываниями.

Zilog Z80

Главным событием после выхода 8080 стало увольнение Федерико Фаджина. Итальянец не был согласен с внутренней политикой компании и решил уйти. Вместе с бывшим менеджером Intel Ральфом Унгерманном и японским инженером Масатоши Шимой он основал компанию Zilog. Сразу после этого началась разработка нового процессора, похожего по своей архитектуре на 8080. Так, в июле 1976 года появился процессор Zilog Z80, бинарно совместимый с 8080.

Федерико Фаджин (слева)

В сравнении с Intel 8080 Zilog Z80 имел много улучшений, например, расширенный набор команд, новые регистры и инструкции для них, новые режимы прерываний, два отдельных блока регистров, а также встроенную схему регенерации динамической памяти. Кроме этого, стоимость Z80 была намного ниже, чем 8080.

Что касается технических характеристик, то процессор производился по 3-мкм технологическим нормам с применением технологий N-МОП и КМОП. Z80 содержал 8500 транзисторов, а его площадь равнялась 22,54 мм 2 . Тактовая частота Z80 варьировалась в пределах от 2,5 до 8 МГц. Разрядность шины данных составляла 8 бит. Процессор обладал 16-битной адресной шиной, а объем адресуемой памяти составлял 64 Кбайт. Z80 производился в нескольких форм-факторах: DIP40 или 44-контактных PLCC и PQFP.

Процессор Zilog Z80

Z80 очень быстро превзошел в популярности все конкурирующие решения, в том числе и 8080. Процессор применялся в компьютерах таких компаний, как Sharp, NEC и других. Также Z80 «прописался» в консолях Sega и Nintendo. Кроме этого, процессор использовался в игровых автоматах, модемах, принтерах, промышленных роботах и многих других устройствах.

ZX Spectrum

Отдельного упоминания достойно устройство под названием ZX Spectrum, несмотря на то, что наше сегодняшнее повествование не касается решений 80-х годов прошлого столетия. Компьютер разрабатывался британской компанией Sinclair Research и был выпущен в 1982 году. ZX Spectrum был далеко не первой разработкой SR. В начале 1970-х годов глава компании и ее главный инженер Клайв Синклейр (Clive Sinclair) занимались тем, что продавали радиодетали по почте. Ближе к середине 70-х Клайв создал карманный калькулятор, который стал первым успешным изобретением фирмы. Отметим, что в компании не занимались непосредственно разработкой калькулятора. Им удалось найти удачное сочетание дизайна, функциональности и стоимости, благодаря которому устройство отлично продавалось. Следующим устройством Sinclair также стал калькулятор, но с более богатым набором функций. Устройство предназначалось для более «продвинутой» аудитории, но снискать особого успеха ему не удалось.

Клайв Синклейр — «отец» ZX Spectrum

После калькуляторов Синклейр решил сосредоточиться на разработке полноценных компьютеров, и в промежутке между 1980 и 1981 годами появились домашние компьютеры линейки ZX: ZX80 и ZX81. Но самым популярным решением стала выпущенная в 1982 году система под названием ZX Spectrum. Изначально она должна была выйти на рынок под названием ZX83, но в последний момент было принято решение переименовать девайс, чтобы подчеркнуть поддержку компьютером цветного изображения.

ZX Spectrum стал популярным, прежде всего, благодаря своей простоте и дешевизне. Компьютер внешне напоминал игровую приставку. К нему через внешние интерфейсы подключались телевизор, который использовался в качестве монитора, и кассетный магнитофон, выполняющий функцию накопителя. На корпусе «Спектрума» располагалась многофункциональная клавиатура на 40 резиновых клавиш. Каждая кнопка имела до семи значений при работе в разных режимах.

Компьютер ZX Spectrum

Внутренняя архитектура ZX Spectrum также была довольно простой. Благодаря использованию технологии ULA (Uncommitted Logic Array) основную часть схемы компьютера удалось разместить на одной микросхеме. В качестве центрального процессора использовался Zilog Z80 с тактовой частотой 3,5 МГц. Объем оперативной памяти составлял 16 или 48 Кбайт. Правда, некоторые сторонние производители выпускали модули памяти объемом 32 Кбайт, которые вставлялись в один из портов расширения «Спектрума». Объем ПЗУ составлял 16 Кбайт, причем в память был вшит диалект языка BASIC под названием Sinclair BASIC. ZX Spectrum поддерживал вывод лишь однобитного звука через встроенный динамик. Компьютер работал лишь в графическом режиме (8 цветов и 2 уровня яркости). Следовательно, поддержки текстового режима не было. Максимальное разрешение при этом составляло 256×192 пикселов.

Начальная цена на ZX Spectrum была установлена на отметке 125 фунтов стерлингов. Интересно, что Sinclair Research всё ещё продавали свои устройства с помощью почты. За первые 17 месяцев после выхода «Спектрума» было продано более миллиона компьютеров.

Кто изобрел микропроцессор?

Микропроцессор является двигателем всех современных компьютеров, включая настольные компьютеры, ноутбуки и смартфоны. Микропроцессор — это компонент компьютеров, который выполняет все функции центрального процессора (ЦП). Микропроцессор является одним из типов интегральных схем. Интегральная схема представляет собой набор микросхем на кремниевой микросхеме. Типичная интегральная схема может структурно соединять миллиарды транзисторов для формирования различных логических элементов и выполнения различных операций.

Микропроцессоры следуют машинным инструкциям и могут включать одну из трех основных функций. Первая функция — вычисление различных математических операций, которые выполняет Арифметико-логическое устройство. Следующая функция — перемещение данных в разные регистры памяти. Последней функцией микропроцессора является чтение инструкций и переход к новым инструкциям при необходимости.

История изобретения микропроцессора тенденциозна и противоречива; изобретение транзистора было первым шагом.Они были запущены в производство в 1947 году, задолго до появления микропроцессоров. Эти оригинальные транзисторы были биполярными транзисторами. Интегральные схемы, содержащие несколько биполярных транзисторов, были разработаны в 1960-х годах. В 1960-е годы также был изобретен транзистор металл-оксид-полупроводник (МОП). Эти транзисторы изначально были медленными, ненадежными и дорогими, но быстрые инновации сделали их лучшим вариантом среди транзисторов к середине десятилетия.

В 1967 году компьютер D200 от Autonetics стал первым компьютером, построенным на МОП-транзисторах.Компьютер использовался для авиации и навигации. В какой-то момент он даже был кандидатом на использование в космическом челноке. Эта реализация компьютера с 24 МОП-чипами положила начало гонке вооружений. Последующие разработки компьютеров конкурировали за то, чтобы снизить требования к конструкции микросхемы 24 MOS для D200 как можно ближе к 1.

Инженер Intel, Тед Хофф, является одним из лучших кандидатов на роль изобретателя микропроцессоров, и историки технологий обычно отдают ему должное. Хофф был 12-м сотрудником Intel.За ним лично охотился соучредитель Intel Роберт Нойс. Подписавшись, он убедил японскую компанию BUSICOM профинансировать проект по созданию одного чипа. Он разработал микропроцессор, который стал Intel 4004, и возглавил команду, которая должна была отвечать за его создание. В его команду входили сотрудники Intel: Федерико Фаггин, Стэнли Мазор и Масатоши Шима. Г-н Фаггин, в частности, известен как ключевой сотрудник на ранних стадиях разработки. Профинансировав ранние этапы проекта для команды Теда Хоффа, BUSICOM стал все более скептически относиться к необходимости финансирования такого радикального проекта.Intel осознала ценность интеллектуальной собственности на дизайн и выкупила права у BUSICOM.

Процессор Intel 4004, первый в мире микропроцессор

В 1971 году Intel выпустила 4004 с одним процессором. Это было отмечено как первый микропроцессор. Компьютер представлял собой 4-битный микропроцессор, допускающий только символы шириной 4 бита. Сам 4004 использовался в очень немногих коммерческих приложениях, потому что в течение нескольких месяцев после его выпуска его опережали более совершенные микропроцессоры.Известные варианты использования 4004 включают автомат для игры в пинбол и текстовый процессор. В 2010 году президент США Барак Обама наградил Хоффа Национальной медалью за технологии и инновации за свои усилия.

Тед Хофф, Стэнли Мазор и Федерико Фаггин награждены Национальной медалью за технологии и инновации за свою работу над Intel 4004

Вслед за 4-битным дизайном 8-битные микропроцессоры вскоре стали стандартом для всех вычислений. В 1970 году компания Computer Terminal Corporation наняла Intel для создания единственной микросхемы MOS для замены процессора их компьютера Datapoint 2200.Дизайн стал чипом Intel 8008, 8-битным микропроцессором. В то же время компания Texas Instruments получила контракт на разработку микропроцессора. Годом позже, до разработки чипа Intel, компания Texas Instruments разработала TMC 1795. Корпорация Computer Terminal отказалась от этой конструкции в пользу более старой модели. Чип Texas Instruments так и не нашел покупателя, хотя ясно, что Texas Instruments заслуживает похвалы за первый 8-битный микропроцессор.

Intel быстро коммерциализировала микропроцессор 8008 после выкупа прав у Computer Terminal Corporation.Intel 8008 был первым коммерчески успешным микропроцессором. К апрелю 1972 года у Intel были готовы к отправке сотни тысяч микросхем 8008. Успех 8008 привел к появлению 8080, а затем 8086, который в итоге стал x86.

Тем не менее, еще один претендент вступил в дебаты об изобретении и сделал битву за патентные права на микропроцессор затяжной и весьма спорной. Первоначально компания Texas Instruments получила несколько патентов на свой TMC 1795. В 1990 году малоизвестный изобретатель из Ла-Пальмы, штат Калифорния, по имени Гилберт Хаятт получил патент на однокристальный процессор.Спорный патент номер 4 942 516 был выдан на основе компьютера, который он построил в 1969 году с использованием биполярных древесностружечных плит. Хаятт начал работать над созданием микропроцессора в 1967 году и уволился с работы в 1968 году, чтобы основать компанию, занимающуюся созданием первого микропроцессора. Компания Hyatt Microcomputer Inc. получила финансовую поддержку от основателей Intel Гордона Мура и Роберта Нойса. Патент мог привести к миллиардным выплатам в пользу г-на Хаятта от производителей компьютеров. В конце концов Texas Instruments добилась аннулирования патента Hyatt в 1996 году после затянувшегося судебного разбирательства и выплаты Hyatt значительных гонораров.Хаятт до сих пор утверждает, что его конструкция была первым микропроцессором и что он не имел коммерческого успеха только из-за споров с другими сторонниками его компании.

Гилберт Хаятт из Microcomputer Inc.

Сегодня Intel по-прежнему является одним из крупнейших разработчиков микропроцессоров. Они успешно опережают массовые технологические изменения. В 1965 году Гордон Мур, один из основателей Intel, опубликовал статью, предсказывающую, что количество транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться каждый год.Десять лет спустя, в 1975 году, он предсказал, что удвоение будет происходить каждые два года. Его предсказание до сих пор было почти полностью верным. Спор об изобретателе микропроцессора, возможно, никогда не будет полностью разрешен, но ясно, что разработка микропроцессоров с более мелкими и дешевыми транзисторами изменила мир, положив начало компьютерной революции и появлению персональных компьютеров.

Первый микропроцессор действительно работал в самолете в 1970 году. За два года до Intel.Полностью задокументировано и проверено. Точно такая же технология, как и в 4004.

Описание микропроцессора — все, что вам нужно знать

3 факта о микропроцессоре

  • Первоначально микропроцессоры назывались «микрокомпьютер на кристалле» до 1972 года.
  • Для создания микропроцессора требуется не менее двух (2) месяцев.
  • Микропроцессоры изготавливаются из кварца, металлов, кремния и других химических веществ.

История микропроцессора

Микропроцессоры — это компьютерные процессоры, содержащие логические, арифметические и управляющие схемы, необходимые для правильной работы ЦП компьютера.По сути, микропроцессор представляет собой многоцелевую, основанную на регистрах, управляемую часами цифровую интегральную схему, которая принимает и обрабатывает двоичные данные в качестве входных инструкций, сохраняет такие инструкции в своей памяти и выдает результаты — в двоичной форме — на выходе.

Бесспорно, внедрение недорогих компьютерных интегральных схем положительно изменило современное общество. Микропроцессоры с момента своего появления были полезны для отображения мультимедиа, вычислений, интернет-коммуникаций, редактирования текста, управления промышленными процессами и т. д.

Когда именно был изобретен микропроцессор? Ответ на этот вопрос заставит нас снова наткнуться на ту же историю, что и с изобретениями интегральной схемы, транзистора и многих других гаджетов, рассмотренных на этом сайте. Несколько человек пришли к этой идее почти одновременно, но только один получил всю славу, и это был инженер Тед Хофф вместе с соавторами Масатоши Шима, Стэнли Мазор и Федерико Фаггин из Intel Corp., базирующейся в Санта-Кларе, Калифорния.

Микропроцессорные процессоры были построены в 1950-х и 1960-х годах с большим количеством микросхем или несколькими микросхемами LSI (крупномасштабная интеграция).В конце 1960-х во многих статьях обсуждалась возможность создания компьютера на микросхеме. Однако все пришли к выводу, что технология интегральных схем еще не готова. Тед Хофф был, вероятно, первым, кто осознал, что новая технология MOS с кремниевым управлением от Intel может сделать возможным создание однокристального процессора, если удастся разработать достаточно простую архитектуру.

В 1990 году другой американский инженер и изобретатель — Гилберт Хаятт из Лос-Анджелеса, после 20-летней борьбы с патентным ведомством, объявил, что наконец-то получил свидетельство об интеллектуальной собственности на однокристальный микропроцессор, который, по его словам, он изобрел. в 1968 году, по крайней мере, за год до начала работы Intel (см.патент С. №4942516). Хаятт утверждал, что он собрал необходимую технологию годом ранее в своей недолговечной компании Micro Computer Inc., среди основных инвесторов которой были основатели Intel Роберт Нойс и Гордон Мур. Компания Micro Computer изобрела цифровой компьютер, который управлял станками, а затем развалилась в 1971 году после спора между Хайаттом и его партнерами по венчурному капиталу по поводу разделения его прав на это изобретение. Нойс и Мур превратили Intel в одного из крупнейших в мире производителей микросхем.«Это исправит историю», — заявил Хайатт. «И это побудит изобретателей придерживаться своих изобретений, когда они противостоят крупным компаниям». Однако из претензий Hyatt на новаторство и лицензионных сборов с производителей компьютеров ничего не вышло.

В 1969 году компания Four-Phase Systems, основанная несколькими бывшими инженерами Fairchild во главе с Ли Бойселом, разработала AL1 — 8-разрядную микросхему с побитовыми срезами, содержащую восемь регистров и АЛУ (см. фото ниже).В то время он был частью девятичипового 24-битного ЦП с тремя AL1. На самом деле AL1 был назван микропроцессором гораздо позже (в 1990-х годах), когда в ответ на судебный процесс Texas Instruments была построена демонстрационная система, в которой один AL1 вместе с устройством ввода-вывода являлся частью демонстрационной компьютерной системы в зале суда. , ОЗУ и ПЗУ. AL1 поставлялся этой компанией в терминалах данных еще в 1969 году.

Термин «микропроцессор» впервые был использован, когда в 1968 году была анонсирована малая компьютерная система Viatron system 21.Следовательно, с 1970-х годов использование микропроцессоров увеличилось, охватив несколько вариантов использования.

Микропроцессор: принцип работы

Принцип работы микропроцессора следует последовательности: выборка, декодирование и выполнение.

Технически сначала микропроцессор последовательно сохраняет входные данные в виде инструкций в памяти компьютера. После этого он извлекает сохраненные инструкции и декодирует их. Декодированные инструкции выполняются до тех пор, пока микропроцессор не встретит команду STOP.Наконец, результаты отправляются в двоичной форме в качестве вывода через выходной порт после выполнения.

Чтобы лучше понять, как работает микропроцессор, необходимо ознакомиться со специфическими терминами, связанными с устройством. Эти основные термины включают:

Набор инструкций : Это наборы команд, понятные микропроцессору. Набор инструкций обычно является интерфейсом между компьютерным программным обеспечением и оборудованием.

Тактовая частота : Это количество операций, которые микропроцессор может выполнить за секунду, выраженное в герцах или кратное этому числу.Тактовая частота также иначе называется Clock Rate.

IPC : Instruction Per Cycle, IPC, измеряет объем инструкций, которые центральный процессор компьютера может выполнить за один такт.

Полоса пропускания : Это количество битов, которое микропроцессор может обработать за одну инструкцию.

Шина : Это проводники, используемые для передачи данных, управления или адресной информации в различных элементах микропроцессора. Как правило, существует три (3) основных типа шин: шина адреса, шина данных и шина управления.

Микропроцессор: историческое значение

Первый работающий ЦП был поставлен компании Busicom в феврале 1971 года. Он назывался «Микрокомпьютер на кристалле» (слово «микропроцессор» не использовалось до 1972 года). Первая известная реклама модели 4004 датируется ноябрем 1971 года; он появился в Электронных новостях. Первым коммерческим продуктом, в котором использовался микропроцессор, был калькулятор Busicom 141-PF. После того, как Intel поставила четыре чипа, Busicom в конечном итоге продала около 100 000 калькуляторов. Умно, Intel решила выкупить права на дизайн и маркетинг 4004 у Busicom за 60000 долларов.Intel следовала умному маркетинговому плану, чтобы стимулировать разработку приложений для чипа 4004, что привело к его широкому использованию в течение нескольких месяцев.

Первый 8-битный микропроцессор снова был изготовлен Intel, на этот раз по контракту с другой компанией — Computer Terminals Corporation, позже названной Datapoint, из Сан-Антонио, штат Техас. Datapoint требовался чип для разрабатываемого ими терминала. Intel продала его как 8008 в апреле 1972 года. Это был первый в мире 8-битный микропроцессор, но CTC отказалась от этого чипа, поскольку он требовал много вспомогательных чипов.

В апреле 1974 года Intel объявила о своем преемнике, всемирно известном процессоре 8080, который открыл рынок компонентов для микропроцессоров. Обладая способностью выполнять 290 000 инструкций в секунду и 64 КБ адресной памяти, 8080 стал первым микропроцессором с такой скоростью, мощностью и эффективностью, который стал жизненно важным инструментом для разработчиков.

Лаборатории разработки, созданные Hamilton/Avnet, первым дистрибьютором микропроцессоров Intel, продемонстрировали 8080 и предоставили широкую клиентскую базу, что способствовало тому, что он стал отраслевым стандартом.Решающим фактором успеха 8080 была его роль в представлении в январе 1975 года MITS Altair 8800, первого успешного персонального компьютера. Он использовал мощный микропроцессор 8080 и установил, что персональные компьютеры должны легко расширяться. Благодаря повышенной сложности, расширяемости и невероятно низкой цене в 395 долларов Altair 8800 доказал жизнеспособность домашних компьютеров.

MITS Altair 8800, первый успешный персональный компьютер

По общему признанию, Intel была первой, но не единственной компанией, производившей микропроцессоры (см. Хронологию микропроцессоров Intel).Конкурирующий Motorola 6800 был выпущен в августе 1974 года, аналогичная MOS Technology 6502 – в 1975 году, а Zilog Z80 – в 1976 году. -битная версия чипсета была представлена ​​в 1974 году как IMP-8. В том же году National представила первый 16-битный однокристальный микропроцессор PACE, за которым последовала версия NMOS INS8900.

PACE, первый 16-разрядный однокристальный микропроцессор

Первым однокристальным 16-разрядным микропроцессором был TMS 9900 компании TI, представленный в 1976 году, который также был совместим с их линейкой мини-компьютеров TI-990.Intel выпустила свой первый 16-битный процессор 8086 в 1978 году. Он был совместим с 8080 и 8085 (производным от 8080). Этот чип, вероятно, оказал большее влияние на современный компьютерный рынок, чем любой другой, хотя вопрос о том, оправдано ли это, является спорным; чип был совместим с 4-летним 8080, и это означало, что он должен был использовать самый необычный процесс регистра перекрывающихся сегментов для доступа к полному 1 мегабайту памяти.

Наиболее значительным 32-битным дизайном является MC68000, представленный в 1979 году.24)) объема памяти и относительно низкая стоимость сделали его самым популярным дизайном ЦП в своем классе. В дизайнах Apple Lisa и Macintosh использовался 68000, как и во множестве других проектов середины 1980-х, включая Atari ST и Commodore Amiga.

Первым в мире однокристальным полностью 32-разрядным микропроцессором с 32-разрядными путями данных, 32-разрядными шинами и 32-разрядными адресами был AT&T Bell Labs BELLMAC-32A, первые образцы которого были выпущены в 1980 г., а массовое производство в 1982 г.

Тед Хофф: рождение микропроцессора и последующие годы

Марсиан «Тед» Хофф (доктор философии ’62 EE) наиболее известен как создатель первого микропроцессора.Intel 4004 был выпущен в ноябре 1971 года, 35 лет назад в этом месяце. История, которую его изобретательность помогла породить, теперь является предметом нового DVD «Микропроцессорные хроники». Хофф приехал в Стэнфорд для работы в аспирантуре после того, как был студентом Политехнического института Ренсселера в северной части штата Нью-Йорк, регионе, где он вырос. Его карьера превратилась из инженера в консультанта по судебным разбирательствам, и его путь полон интересных историй.

Каким был ваш путь к Intel?

Когда я учился в старшей школе, я играл со схемами электронных ламп.Когда я закончил учебу в 1954 году, я устроился на летнюю работу в компанию, где работал мой отец. Я всегда считал, что мне повезло, что я получил эту работу, потому что мне приходилось работать как с магнитными сердечниками, так и с транзисторами. Транзистору было всего семь лет, а основная память была основной технологией для компьютерной памяти. После того, как я получил степень бакалавра, я приехал в Стэнфорд, чтобы сделать дипломную работу в области электротехники. Я получил степень магистра в 1959 году, а затем занимался исследованиями адаптивных систем под руководством профессора Бернарда Видроу.Вместе мы разработали алгоритм LMS для адаптивных систем, который до сих пор используется в модемах и т. д. В 1962 году я получил докторскую степень и продолжал заниматься спонсируемыми государством исследованиями в области адаптивных систем. В то время профессор Боб Причард, который, как мне кажется, пришел в Стэнфорд из Motorola, начал курсы по проектированию интегральных схем. Кто-то предложил мне стать подопытным кроликом для его лабораторного курса. Вроде бы в этом курсе все пошло не так, но он показал, насколько сложно делать интегральные схемы.Это был познавательный опыт. Тем временем я поговорил о технологиях с Рексом Райсом, который часто занимался рекрутингом на кампусе для Fairchild Semiconductor. Одной из вещей, которую мы обсуждали, была возможность полупроводниковой памяти, потому что, работая с магнитными сердечниками и зная, что с ними трудно работать, мне казалось, что полупроводниковая память может быть очень привлекательной. Я понимаю, что Боб Нойс, запуская Intel, обратился к профессору Джиму Энджеллу, который консультировал Fairchild, по поводу того, есть ли в кампусе кто-нибудь, с кем ему следует поговорить, и профессор Энджелл назвал ему мое имя вместе с несколькими другими.В конце концов, в сентябре 1968 года я стал сотрудником Intel под номером 12.

Расскажите нам о том, как появился 4004.

Компания Intel была основана с идеей создания полупроводниковой памяти. До этого времени в большей части компьютерной памяти использовались небольшие магнитные сердечники, натянутые на проволочные массивы. В большинстве случаев они были связаны вручную, и некоторые из этих стержней были не намного больше кончика механического карандаша. Когда я брал интервью у Боба Нойса, он спросил меня, что, по моему мнению, будет следующим важным событием для полупроводников.Я сказал память — удачная догадка, потому что это было до того, как я узнал, зачем была основана Intel. При разработке продуктов памяти руководство Intel чувствовало, что может пройти некоторое время, прежде чем компьютерная индустрия примет полупроводниковую память в качестве альтернативы ядрам. Поэтому было сочтено, что мы должны выполнить некоторую заказную работу, то есть создать чипы в соответствии со спецификациями конкретного заказчика. С нами связалась японская компания по производству калькуляторов, чьи калькуляторы выпускались под названием Busicom.Они сказали, что хотели бы, чтобы мы построили семейство микросхем для целой серии различных моделей калькуляторов, моделей, которые будут различаться по типу дисплея, по тому, есть ли у них принтер или нет, по объему имеющейся у них памяти и так далее. . Контракт на изготовление их чипов был подписан в апреле 1969 года. В июне того же года в Intel приехали три инженера из Японии, и мне поручили выступать в роли их связного. У меня не было ответственности за дизайн или что-то в этом роде. Скорее, если у них была проблема, они должны были прийти ко мне, и я должен был попытаться найти подходящего человека, который мог бы с ней справиться.Однако меня заинтересовал дизайн калькулятора. Я мало что знал об этом, хотя неплохо разбирался в компьютерной архитектуре и был на заседаниях, где обсуждался проект. Чем больше я изучал дизайн, тем больше меня беспокоило то, что я узнал о дизайне Intel, возможностях упаковки и стоимости. Похоже, что будет сложно достичь целей по расходам, которые были установлены в апреле. Японская разработка была программируемой, с использованием постоянной памяти, но мне показалось, что уровень сложности их системы команд был слишком высок, потому что было много случайной логики и много взаимосвязей между разными чипами.Требовалось около дюжины различных дизайнов чипов. Там был специальный чип для подключения клавиатуры, еще один чип для мультиплексного дисплея и еще один чип для одного из этих маленьких барабанных принтеров. Мне казалось, что улучшения могут быть сделаны за счет упрощения набора инструкций и последующего переноса большей части возможностей в постоянную память, возможно, за счет улучшения возможностей подпрограмм набора инструкций. Я рассказал Бобу Нойсу о некоторых своих опасениях и идеях. Он очень подбадривал меня, говоря, что если у меня есть какие-то идеи, чтобы реализовать их, потому что всегда приятно иметь резервный вариант дизайна.Я делал это в течение всего июля и августа. Первоначальная конструкция калькулятора требовала памяти регистра сдвига, но я немного поработал с динамической памятью с произвольным доступом (DRAM). В то время как сдвиговый регистр использовал шесть транзисторов для каждого бита памяти, наша DRAM использовала только три. Мне казалось, что в DRAM есть преимущество. Кроме того, поскольку DRAM допускала произвольный доступ к памяти, ее логика управления была проще, чем необходимая для последовательного доступа к сдвиговому регистру. Мне казалось, что мы можем упростить логику управления, уменьшить количество транзисторов и снизить общую стоимость, перейдя на DRAM.Мы вместе со Стэном Мазором (Стэн присоединился к нам в начале сентября) составили план того, о чем мы говорили, и в середине сентября наш отдел маркетинга предложил альтернативный подход к компании-производителю калькуляторов. В октябре руководство компании по производству калькуляторов приехало в США на встречу, на которой были представлены оба подхода. В тот момент они сказали, что им нравится подход Intel, потому что он представляет собой набор инструкций более общего назначения, более простой процессор, требует разработки меньше микросхем и имеет более широкий спектр приложений.Наше предложение сократило количество необходимых чипов с дюжины до четырех.

Как вы узнали, что то, что у вас получилось, было микропроцессором?

Наша первоначальная цель никогда не заключалась в том, чтобы сделать микропроцессор, а только в том, чтобы решить эту конкретную проблему клиента, эту проблему проектирования калькулятора. Но было несколько аспектов дизайна, которые стали более очевидными по мере его реализации. Первый заключался в том, что, будучи более универсальным и более быстрым, чем первоначальный дизайн, мы решили, что он может быть полезен для более широкого круга приложений, чем просто семейство калькуляторов.Доктор Федерико Фаггин был нанят примерно в апреле 1970 года, и ему было поручено разработать схему и компоновку микросхемы, чтобы превратить эту архитектуру в компоновку физического транзистора. Он разработал ряд методов, чтобы использовать преимущества нового процесса Intel с кремниевым затвором металл-оксид-кремний (MOS) и даже нашел способы повысить производительность с помощью методов, которые другие считали невозможным для кремниевых затворов. Примерно к январю 1971 года у него были рабочие части.

Конечно, в то время вы не представляли ПК.

ПК? Нет. Мы ожидали использования для того, что сегодня называется встроенным управлением. Я виню СМИ в том, что они даже не знают о встроенном управлении, а между тем это огромный рынок микроконтроллеров и микропроцессоров. Не то чтобы нам не хотелось, чтобы наши персональные компьютеры были построены с использованием микропроцессоров, но другие вспомогательные устройства, такие как жесткие или гибкие диски и принтеры, были чрезвычайно дорогими. Если бы кто-то должен был сделать эти инвестиции, было бы лучше использовать мини-компьютер с более высокой производительностью, а не микропроцессор.По сути, проблема периферийных устройств должна была быть решена до того, как персональный компьютер стал экономически целесообразным.

Так сколько транзисторов было в этом процессоре?

С 4004 точное число не знаю. На самом деле, доктор Фаггин и я придумали разные числа. Он использовал форму программируемого логического массива. Мы разработали набор инструкций так, как мы надеялись, что такой массив можно будет использовать. Я полагаю, что доктор Фаггин подсчитал все возможные места в массиве и сообщил о 2300 транзисторах для чипа 4004, в то время как я посчитал только транзисторы, фактически реализованные в массиве, и получил количество 2100, так что это где-то в этом диапазоне.

Как человек, находившийся на первом этаже всего этого, что вы думаете о «законе Мура»?

Гордон показал мне свою схему вскоре после того, как я присоединился к Intel. Первоначально он опубликовал его примерно в 1965 году. В какой-то момент он добавил в него несколько новых частей Intel. Улучшения, связанные с технологией Intel Silicon Gate, показали рост даже быстрее, чем его первоначальный прогноз. Но я не знаю, ожидал ли кто-нибудь из нас, что это будет продолжаться так долго. Мы рассчитывали достичь пределов возможностей интегральных схем.

Как сложилась ваша карьера после проекта 4004?

Примерно в 1975 году Боб Нойс спросил меня, могу ли я взглянуть на телефонную промышленность, чтобы понять, можем ли мы применить нашу полупроводниковую технологию к телефонии. Я нанял людей, имевших опыт работы с телефонией, и после некоторого изучения решил попробовать сделать то, что называется КОДЕК, для кодера/декодера. Кодек выполняет стандартные преобразования между аналоговым и цифровым представлением голосовых сигналов, которые используются в телефонных системах. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровой сигнал со скоростью 64 кбит/с и наоборот.Хотя в большинстве схем для аналоговых приложений использовалась биполярная технология, я разработал некоторые методы цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования в нашей МОП-технологии. А потом мы уговорили профессора Пола Грея из Беркли проконсультировать нас. Он проделал новаторскую работу по использованию МОП-технологии для реализации аналоговых функций, а также разработал методы фильтрации с переключаемыми конденсаторами. Вскоре у меня было две команды разработчиков: одна работала над кодеком, а другая под руководством профессора Грея работала над фильтром, необходимым для использования с кодеком.Я полагаю, что в итоге мы получили первый коммерчески доступный монолитный кодек и первый коммерчески доступный фильтр с переключаемыми конденсаторами для использования с кодеком. Обычно кодеки в то время использовались для передачи между центральными офисами. Мы решили, что можем также спроектировать наш кодек таким образом, чтобы его также можно было использовать в качестве основы для цифровой телефонной станции.

Оттуда вы перешли в Atari?

Интел перенес телефонную группу в Аризону, но мне понравилась Калифорния и я не хотел туда переезжать.Некоторое время у меня была группа в Intel, занимавшаяся распознаванием речи, но потом со мной связался охотник за головами для Atari. Я пришел в Atari в начале 1983 года. У Atari были действительно передовые идеи. К сожалению, у Atari не было ни хорошего финансового контроля, ни хорошей видимости своего рынка. Хотя изначально рынок видеоигр был очень прибыльным, он начал насыщаться. Не видя рынка, Atari инвестировала слишком много. Они снизились с годового дохода более чем в 2 миллиарда долларов до менее 1 миллиарда долларов в течение года.Это очень сложно для компании иметь дело. Примерно в середине 1984 года Warner Communications продала компанию Джеку Тремиэлю, ранее возглавлявшему Commodore. Мне предложили попробовать найти место в новой компании или выкупить мой контракт. Я выбрал последнее.

Теперь ваша карьера связана с консультированием по вопросам интеллектуальной собственности. Как вы сделали этот переход?

Я не юрист и поэтому не могу представить себя экспертом в области права, но я проработал в этой сфере достаточно долго, поэтому знаю изрядное количество жаргона.Я знаю, что они обычно ищут в патентных тяжбах, так что это помогает в общении с адвокатами. У меня также есть обширная домашняя библиотека. У меня есть большая коллекция справочников по полупроводникам, начиная с конца 1960-х и до наших дней. Это что-то около 1700 справочников плюс почти неисчислимое количество таблиц данных и тому подобного. Ключевым элементом информации о патенте является дата подачи заявки. Если вы можете показать что-то, что было в продаже за год или более до подачи заявки на патент, и в котором есть все элементы формулы изобретения, то эти претензии могут быть отклонены.

Это компания, к которой вы присоединились?

Во время работы в Atari Гэри Саммерс возглавлял их деятельность по разработке полупроводников и подчинялся мне. После того, как Atari была продана, мы оба ушли. Примерно через год Гэри основал компанию под названием Teklicon, чтобы консультировать адвокатов, которые искали либо экспертов по свидетельствам, либо совет о том, где найти конкретное искусство. Примерно в 1986 году я начал работать в качестве независимого консультанта, используя Teklicon в качестве агента. В 1990 году я стал сотрудником компании и остаюсь сотрудником по сей день.

Итак, вы перешли от проектирования к консультированию. Должны ли студенты-инженеры стремиться понять бизнес и право?

Я оглядываюсь назад и пытаюсь вспомнить, где я был тогда. Любовь к науке была важнее любви к деньгам, поэтому фондовый рынок и финансы в то время меня не интересовали. Однако, если вы хотите вести хороший образ жизни, неплохо иметь некоторые ресурсы. Один из способов сделать это — ассоциироваться с успешным бизнесом. Так что теперь я оглядываюсь назад и сожалею, что не ценил бизнес больше, чем в то время.Я могу вспомнить решения, принятые коллегами или руководством Intel, значение которых я в то время не оценил. Оглядываясь назад на тот опыт, который у меня сейчас есть, я понимаю, насколько важными могут быть бизнес-решения. Посмотрите на пузырь доткомов и на хаос, который он вызвал здесь, в Силиконовой долине. Я считаю, что многие ошибки произошли из-за игнорирования этих уроков бизнеса. Таким образом, несмотря на то, что наука и технологии прекрасны, что действительно делает их доступными для людей, так это то, что вокруг них строится бизнес.Для этого нужны сообразительные бизнесмены, а также сообразительные технологи.

История микропроцессора Intel 4004

Изобретатели современного компьютера
Интел 4004
Первый в мире однокристальный микропроцессор

В В ноябре 1971 года компания Intel публично представила миру первый одночиповый микропроцессор Intel 4004 (U.патент С. № 3821715), изобрел интел инженеры Федерико Фаггин, Марсиан Э. (Тед) Хофф и Стэн Мазор. После изобретение интегральных схемы произвели революцию в компьютерном дизайне, единственное место, куда можно было пойти, было вниз — по размеру то есть. Чип Intel 4004 уничтожил интегральную схему еще на один шаг, разместив все части, которые заставляли компьютер думать (т. центральный процессор, память, элементы управления вводом и выводом) на одном маленьком чип. Теперь стало возможным программирование разума в неодушевленные объекты.

История Intel

В 1968, Боб Нойс и Гордон Мур были двумя несчастными инженерами, работавшими на Fairchild. Компания Semiconductor, решившая уйти и создать собственную компанию в то время, когда многие сотрудники Fairchild уходили, чтобы создавать стартапы. Такие люди, как Нойс и Мур, получили прозвище «Дети Фэйр».

Боб Нойс напечатал себе на одной странице идею того, что он хочет сделать со своим новым компании, и этого было достаточно, чтобы убедить венчурного капиталиста из Сан-Франциско Art Rock поддержит новое предприятие Нойса и Мура.Рок привлек 2,5 миллиона долларов долларов менее чем за 2 дня.

имя «Мур Нойс» уже было зарегистрировано в сети отелей, поэтому два основатели выбрали название «Intel» для своей новой компании, сокращенное версия « int egrated el ectronics».

Интел Первым продуктом, приносящим деньги, был биполярный 64-битный статический анализатор Шоттки 3101. микросхема оперативной памяти (SRAM). В конце 1969 года потенциальный клиент из Япония позвонила в Busicom и попросила разработать двенадцать нестандартных чипов.Отдельный микросхемы для сканирования клавиатуры, управления дисплеем, управления принтером и др. функции калькулятора производства Busicom.

Интел не было рабочей силы для работы, но у них были умственные способности чтобы придумать решение. Инженер Intel Тед Хофф решил, что Intel может построить один чип, чтобы сделать работу двенадцати. Intel и Busicom договорились и профинансировал новый программируемый логический чип общего назначения.

Федерико Фаггин возглавлял группу дизайнеров вместе с Тедом Хоффом и Стэном Мазором, которые написали ПО для нового чипа.Девять месяцев спустя родилась революция. При ширине 1/8 дюйма и длине 1/6 дюйма, состоящих из 2300 MOS (металлических оксидные полупроводниковые) транзисторы, у детского чипа была такая же мощность, как у ENIAC, который заполнил 3000 кубических футов 18000 вакуумных ламп.

Умно, Intel решила выкупить права на дизайн и маркетинг процессора 4004 у Бусиком за 60 000 долларов. В следующем году Busicom обанкротился, они так и не произвели продукт, использующий 4004. Intel следовала умному маркетинговому плану, чтобы поощрять разработка приложений для чипа 4004, что привело к его широкому распространению. использовать в течение нескольких месяцев.

Интел 4004

4004 был первым в мире универсальным микропроцессором. В конце 1960-х гг. многие ученые обсуждали возможность создания компьютера на чипе, но почти все считали, что технология интегральных схем еще не развита. готовы поддерживать такой чип. Тед Хофф из Intel считал иначе; он был первым, кто осознал, что новая МОП-технология с кремниевым затвором может сделать возможным однокристальный ЦП (центральный процессор).

Хофф и команда Intel разработала такую ​​архитектуру с помощью чуть более 2300 транзисторы на площади всего 3 на 4 миллиметра. Благодаря 4-битному процессору регистр команд, декодер, управление декодированием, контроль управления машиной команд и промежуточного регистра, 4004 был чертовски маленьким изобретением. Современные 64-разрядные микропроцессоры по-прежнему основаны на схожих конструкциях. микропроцессор до сих пор остается самым сложным продуктом массового производства. с более чем 5.5 миллионов транзисторов, выполняющих сотни миллионов расчетов каждую секунду — цифры, которые обязательно быстро устареют.

Космический корабль Pioneer 10 использовал микропроцессор 4004. Он был запущен 2 марта 1972 года и стал первым космическим кораблем и микропроцессором, вошедшим в пояс астероидов.

Родственные Ссылки
Найти больше исследований и материалы для чтения по микропроцессорам, истории компьютеров, интервью с и биографии изобретателей, различные микропроцессоры и многое другое информация по интел.

все работы ©MaryBellis


Предыдущий Функции
Общее Изобретение/Изобретатель Показатель

История Intel® 4004

 

 

 

 

1969: задание

В 1969 году корпорация Nippon Calculating Machine Corporation обратилась к Intel с просьбой разработать 12 нестандартных микросхем для своего нового печатного калькулятора Busicom 141-PF*.Инженеры Intel предложили семейство всего из четырех чипов, в том числе один, который можно было бы запрограммировать для использования в различных продуктах, тем самым приведя в действие инженерный подвиг, резко изменивший ход развития электроники.

Решение Intel

Intel разработала набор из четырех микросхем, известный как MCS-4. Он включал в себя микросхему центрального процессора (ЦП) — 4004, а также поддерживающую микросхему постоянной памяти (ПЗУ) для пользовательских прикладных программ, микросхему оперативной памяти (ОЗУ) для обработки данных и сдвиговую память. чип регистра для порта ввода/вывода (I/O).

1971 год: Эра встроенной электроники

Intel приобрела права у Nippon Calculating Machine Corporation и выпустила процессор Intel® 4004 и его набор микросхем с рекламой в выпуске Electronic News от 15 ноября 1971 года: «Объявление о новой эре в интегрированной электронике».

Именно тогда Intel® 4004 стал первым программируемым процессором общего назначения на рынке — «строительным блоком», который инженеры могли приобрести, а затем настроить с помощью программного обеспечения для выполнения различных функций в самых разных электронных устройствах.

 

 

 

 

 

Intel 4004, первый процессор, сегодня исполняется 40 лет

Этот сайт может получать партнерские комиссионные от ссылок на этой странице.Условия эксплуатации.

Четыре десятилетия назад, 15 ноября 1971 года, компания Intel разместила в Electronic News рекламу первого однокристального процессора Intel 4004. Разработанный Федерико Фаггином, Тедом Хоффом и Стэнли Мазором с фантастическим именем, 4004 представлял собой 4-битный 16-контактный микропроцессор, который работал на мощной частоте 740 кГц и примерно с восемью тактовыми циклами на цикл команд (выборка, декодирование, выполнение). ), это означает, что чип был способен выполнять до 92 600 инструкций в секунду.Мы не можем найти первоначальную прейскурантную цену, но один источник указывает, что производство стоило около 5 долларов, или 26 долларов в сегодняшних деньгах.

В модели 4004 использовалась современная PMOS-логика технологии Silicon Gate Technology (SGT) — метод, который Фаггин усовершенствовал в Fairchild Semiconductor в 1968 году — первый в мире процесс металл-оксид-кремний (MOS). Этот прорыв позволил 4004 иметь не менее 2300 транзисторов и размер элемента 10 микрон. Для сравнения, в чипе Sandy Bridge полмиллиарда транзисторов, и каждый из них равен нулю.032 мкм. Учитывая, что человеческий волос составляет около 100 микрон, 4004 все еще был довольно впечатляющим, но, независимо от размера элемента или количества транзисторов, тот факт, что он был вырезан из цельного куска кремния, сделал 4004 действительно впечатляющим. Фаггин так гордился своим творением, что даже подписал чип «FF», который вы можете видеть в правом верхнем углу изображения ниже.

В реальных условиях 92 600 операций процессора 4004 в секунду приравниваются к сложению двух восьмизначных чисел за 850 микросекунд, или около 1200 вычислений в секунду.Возможно, неудивительно, что впервые процессор 4004 был использован в японском калькуляторе Busicom 141-PF — и фактически именно Busicom первоначально попросил Intel создать 4004, поскольку его штатным инженерам требовалось 12 интегральных схем для создания калькулятора. 141 калькулятор работает. Busicom фактически владел дизайном 4004 и имел эксклюзивные права на его использование, но в конце концов согласился позволить Intel продавать чип на коммерческой основе — и, таким образом, роковое появление той рекламы Electronic News 1971 года.

Несмотря на успех 4004 — и популярность его 8-битных преемников, 8008 и 8080 — в то время Intel все еще была компанией DRAM и SRAM.Только в конце 70-х, когда появился процессор 8088, на котором работал IBM PC и его клоны, Intel решила перейти к микропроцессорам, и, как мы теперь знаем, остальное уже история.

Ознакомьтесь с нашей полной историей процессоров Intel, от 4004 до Sandy Bridge

Узнайте больше на Intel, Intel 4004 и Intel 4004

[Изображение предоставлено: CPU-Zone]

Микропроцессор, изобретатели микропроцессора | edubilla.com

Микропроцессор — это компьютерный процессор, который выполняет функции центрального процессора компьютера (ЦП) на одной интегральной схеме (ИС) или, самое большее, на нескольких интегральных схемах.Микропроцессор представляет собой многоцелевое программируемое устройство, которое принимает цифровые данные на вход, обрабатывает их в соответствии с инструкциями, хранящимися в его памяти, и выдает результаты на выходе. Это пример последовательной цифровой логики, так как он имеет внутреннюю память. Микропроцессоры работают с числами и символами, представленными в двоичной системе счисления.

Тед Хофф, инженер Intel, назначенный для оценки проекта, полагал, что дизайн Busicom можно упростить за счет использования динамического ОЗУ для хранения данных, а не памяти регистра сдвига, и более традиционной архитектуры ЦП общего назначения.Хофф выступил с предложением по архитектуре с четырьмя микросхемами: микросхема ПЗУ для хранения программ, микросхема динамического ОЗУ для хранения данных, простое устройство ввода-вывода и 4-битный центральный процессор (ЦП). Хотя он и не был разработчиком чипов, он чувствовал, что ЦП можно интегрировать в один чип, но, поскольку ему не хватало технических ноу-хау, эта идея пока оставалась просто желанием.

В то время как архитектура и спецификации MCS-4 появились в результате взаимодействия Хоффа со Стэнли Мейзором, инженером-программистом, подчиняющимся ему, и с инженером Busicom Масатоши Шима, в течение 1969 года Мазор и Хофф перешли к другим проектам.В апреле 1970 года Intel наняла инженера итальянского происхождения Федерико Фаггина в качестве руководителя проекта, что в конечном итоге сделало реальностью окончательный дизайн одночипового процессора (тем временем Шима разработал прошивку калькулятора Busicom и помогал Фаггину в течение первых шести месяцев реализации). . Фаггин, который первоначально разработал технологию кремниевых затворов (SGT) в 1968 году в Fairchild Semiconductor и спроектировал первую в мире коммерческую интегральную схему с использованием SGT, Fairchild 3708, имел правильный опыт, чтобы возглавить проект, который впоследствии стал первым коммерческим микропроцессором общего назначения.

Leave a comment