Історія розвитку мікропроцесорів

Розвиток мікропроцесорів

У 1959 р інженери фірми "Texas Instruments" розробили спосіб, як розмістити всередині одного напівпровідникового кристала кілька транзисторів і з'єднати їх між собою - народилася перша інтегральна мікросхема (ІМС). У порівнянні з функціонально тими ж пристроями, зібраними з окремих транзисторів, резисторів і т.п., ІМС володіє значними перевагами: меншими габаритами, більш високою надійністю і т.д. Не дивно, що кількість випущених мікросхем стало швидко зростати, а їх асортимент неухильно розширюватися. Остання обставина створювало ряд труднощів для споживачів. Важливо навіть не стільки те, що стрімко зростало кількість типів ІМС ускладнювало орієнтацію в море найменувань. Значно більшим недоліком була вузька спеціалізація ІМС, через яку обсяг їх випуску не міг бути більшим, а значить вартість однієї мікросхеми залишалася високою. Поліпшити ситуацію дозволило б створення універсальної логічної ІМС, спеціалізація якої визначалася б не закладеної на заводі внутрішньою структурою, а заданої безпосередньо самим споживачем програмою роботи.

Таким чином, виявляється, що перші мікропроцесори (МП) з'явилися зовсім не для мініатюризації ЕОМ, а з метою створення більш дешевої логічної мікросхеми, легко адаптується до потреб користувача.

Історія створення першого в світі мікропроцесора досить повчальна. Влітку 1969 р японська компанія "Busicom", яка розробляла нове сімейство калькуляторів, звернулася за допомогою у фірму "Intel". На той час "Intel" проіснувала всього близько року, але вже проявила себе створенням самої ємної на той момент мікросхеми пам'яті. Фірмі "Busicom" якраз і було потрібно виготовити мікросхеми, що містять кілька тисяч транзисторів. Для реалізації спільного проекту був залучений інженер фірми "Intel" М.Хофф. Він познайомився з розробками "Busicom" і запропонував альтернативну ідею: замість 12 складних спеціалізованих мікросхем створити одну програмовану універсальну - мікропроцесор. Проект Хоффа переміг і фірма "Intel" отримала контракт на виробництво першого в світі мікропроцесора.

У 1971 році був створений перший мікропроцесор, а разом з ним нарешті народилося четверте покоління комп'ютерів.

Ранні ЦП створювалися у вигляді унікальних складових частин для унікальних, і навіть єдиних в своєму роді, комп'ютерних систем. Пізніше від дорогого способу розробки процесорів, призначених для виконання однієї єдиної програми, виробники комп'ютерів перейшли до серійного виготовлення типових класів процесорів.

Фірма Intel в 1971 році створила перший в світі 4-розрядний мікропроцесор 4004, призначений для використання в мікрокалькуляторах.

Далі,у 1974 році, його змінили 8-розрядний Intel 8080 і 16-розрядний 8086, заклали основи архітектури всіх сучасних настільних комп'ютерів.

Він проводився за новим 6-мкм техпроцесу з використанням технології NMOS, що дозволяє розмістити на кристалі 4758 транзисторів. Тактова частота становила 2 МГц (згодом 2,5 МГц, 3,1 МГц і 4 МГц), обсяг пам'яті - 64 Кб. Розрядність шини даних становила 8-біт, а шини адреси - 16-біт. У 8080 була досить розвинена система команд: 16 команд передачі даних, 31 команда для їх обробки, 28 команд для переходу (з прямою адресацією), 5 команд управління.

У 1978 році компанія Intel випустила перший 16-бітний мікропроцесор 8086. Його розробка велася більше двох років. Процесор проводився по 3-мкм техпроцесу, містив 29 000 транзисторів. Обсяг пам'яті досягав 1 Мб. Тактова частота становила 4 МГц - 10 МГц, розрядність регістрів і шини даних була 16 біт, а розрядність шини адреси - 20 біт. Intel 8086 відрізнявся швидкістю роботи.

У процесорі 8086 налічувалося чотирнадцять 16-розрядних регістрів: 4 загального призначення (AX, BX, CX, DX), 2 індексних регістра (SI, DI), 2 вказівних (BP, SP), 4 сегментні регістри (CS, SS, DS, ES), програмний лічильник або покажчик команди (IP) і регістр прапорів (FLAGS, включає в себе 9 прапорів).

Для збільшення продажів 8086 Intel випустила процесор 8088, що який багато в чому відповідав попереднику. Тільки зменшилася ширина шини, з 16 біт до 8 біт. Така зміна дозволило процесору працювати з 8-розрядними мікросхемами підтримки. Також дещо змінилася архітектура. У мікропроцесорі Intel 8088 використовувалася чергу упреждающей вибірки довжиною 4-байта, а не 6-байт.

Подальший розвиток подій відбувався прямо-таки з фантастичною швидкістю, навіть якщо порівнювати з темпами динамічно розвивається обчислювальної техніки. За десятиліття був пройдений шлях від винаходу 4-розрядного МП до досить складної 32-розрядної архітектури. Було ліквідовано відставання мікропроцесорної техніки від звичайних ЕОМ і почалося інтенсивне витіснення останніх (усі ЕОМ четвертого покоління зібрані на базі того чи іншого мікропроцесора!). Для ілюстрації вкажемо, що перший МП 4004 містив 2200 транзисторів, МП 8080 - 4800, МП "Intel 80486" - близько 1,2 мільйона, а сучасний "Pentium" - близько 3 мільйонів!

Іншу гілку великого мікропроцесорного сімейства утворюють МП фірми «Motorola»: її вироби працюють в відомих комп'ютерах «Apple», а також в більш простих - «Atari», «Commador», «Amiga» і ін. Процесори «Motorola» нітрохи не гірше, а часом навіть помітно краще вироблених компанією «Intel». Але на стороні останньої - величезні виробничі потужності транснаціонального гіганта IBM і десятки південно-азіатських фірм, буквально заполонили світ дешевими IBM-сумісними комп'ютерами.

У 1993 р фірма «Motorola» спільно з IBM і «Apple» розробила новий процесор «PowerPC». Цей процесор має дуже хороші технічні характеристики, але найголовніше в ньому - він може емулювати роботу комп'ютерів і «Apple», і IBM. Очевидно, що ця подія ще більш загострить конкурентну боротьбу на ринку мікропроцесорів.

У період з 80-х по 90-е компанія DEC випустила цілу серію 32-бітових процесорів, які базувалися на власній архітектурі VAX (32-бітна комп'ютерна архітектура, була розроблена Digital Equipment Corporation в рамках проекту Star).

Першим в серії був MicroVAX 78032. Він виготовлявся по 3-мкм техпроцесу і містить 125 000 транзисторів, працював на частоті 5 МГц.

У 1987 році був представлений чіпсет CVAX, тактова частота якого становила 11,11 МГц або 12,5 МГц. Проводився процесор за допомогою технології CMOS першого покоління, загальний об'єм кеш-пам'яті інструкцій і даних становив 1 Кб і підтримувалося 64 Кб зовнішньої кеш-пам'яті.

Не слід думати, що бурне розвиток мікропроцесорів потрібне тільки для комп'ютерних машин, де МП використовуються вже не тільки як центральний процесор, але і як контролери для керування складними периферійними пристроями типу винчестера або лазерного принтера. Все більша кількість ІМС ставиться в продукти, безпосередньо не пов'язані з ЕОМ, у тому числі й побутовими: лазерні аудіо- та відеопрогравачі, телетекст і пейджингова зв'язок, програмовані мікрохвильові печі та миючі машини, а також багато інших. Очевидно, що число таких управляемых мікропроцесорів пристроїв буде все равно зростати.