Історія появи процессорів

Історія появи і розвитку перших процесорів для комп'ютерів бере свій початок в середині двадцятого століття. Зараз вже неможливо собі уявити, що якось можна обійтися без персональних комп'ютерів, але не так давно, всього якихось сорок років тому, слова «комп'ютер» і «процесор» були відомі лише вузькому колу фахівців. І лише в 1971 році відбулася знакова подія - нікому тоді ще невідома фірма Intel з американського міста Санта-Клара дала життя першому мікропроцесора, завдяки чому в подальшому персональні комп'ютер різних типів, конфігурацій і призначення, міцно увійшли в наше життя, і ними користуються всі і всюди, від учнів шкіл до інженерів і вчених.

Перші процесори комп'ютерів 50-х рр. минулого століття працювали на основі механічного реле, пізніше з'являлися моделі, котрі задіяли електронні лампи, потім - транзистори. Самі ж комп'ютери, що використовують дані види процесорів, представляли собою величезні, дуже дорогі і складні пристрої.

Компоненти процесора, що відповідають за вироблені обчислення, необхідно було поєднати в одну мікросхему. Цього вдалося досягти лише після появи інтегральних напівпровідникових схем. Хоча в перший час розробники навіть і не здогадувалися, що дана технологія може принести користь, тому пристрої ще досить тривалий час виготовлялися як набір окремих мікросхем.

У 1969 р компанією Busicom було замовлено 12 мікросхем у Intel, призначених для їх власної розробки - настільного калькулятора. Первоначальная конструкція калькулятора передбачала мінімум 12 мікросхем різних типів. Інженер компанії Intel Тед Хофф відхилив дану концепцію і замість цього розробив однокристальні логічне пристрій, що одержує команди додатки з напівпровідникової пам'яті. Цей центральний процесор працював під управлінням програми, яка дозволяла адаптувати функції мікросхеми для виконання надходять завдань. Мікросхема була універсальна за своєю природою, тобто її застосування не обмежувалося калькулятором. Логічні ж модулі мали тільки одне призначення і строго певний набір команд, які і використовувалися для управління її функціями.

З цієї мікросхемою була пов'язана одна проблема: всі права на неї належали виключно Busicom. Тед Хофф і інші розробники розуміли, що дана конструкція має практично необмежене застосування. Вони наполягли на тому, щоб Intel викупила права на створену мікросхему. Intel запропонувала Busicom повернути заплачені нею за ліцензію 60 тисяч доларів в обмін на право розпоряджатися розробленою мікросхемою. В результаті Busicom, перебуваючи в скрутному фінансовому становищі, погодилася.

Вже тоді у розробників Intel виникла думка - поєднати кілька мікросхем в одну. Ідея була схвалена керівництвом корпорації, так як технологія дозволяла добре заощадити на виробництві мікросхем, до того ж, фахівці змогли зробити процесор універсальним і використовувати його в багатьох інших пристроях, які виробляють обчислення.

Протягом осені 1969 року Тед Хофф, за допомогою Стенлі Мейзор запропонував нову архітектуру мікросхем, число яких було скорочено до 4, включаючи центральний процесор: 4-розрядний центральний процесор (ЦПУ), ПЗУ для зберігання ПО і ОЗУ для зберігання даних користувача.

Так з'явився перший мікропроцесор, який отримав назву Intel 4004. Він міг виконувати 60000 операцій в секунду, обробляти двійкові числа. Але процесор так і не змогли застосувати в ПК - їх тоді просто не випускали. Розвиток мікропроцесора почалося тільки в квітні 1970 року, коли Федеріко Фаджін (Federico Faggin), фізик з Італії, почав працювати в Intel головним проектувальником сім'ї MCS-4. Фаджіну, завдяки глибокому знанню технології МОП з кремнієвим затвором, розробленої ним в Fairchild в 1968 році, і великому досвіду, отриманому в 1961 році в італійській фірмі Olivetti в області логічного проектування комп'ютерів, вдалося звести мікропроцесор CPU в один-єдиний чіп. У 1968 році, коли Федеріко працював у фірмі Fairchild, він також реалізував першу в світі комерційну мікросхему, яка використовувала технологію кремнієвих затворів: Fairchild 3708. У фірмі Intel Фаджін розробив новий, до тих пір не існуючий метод проектування схем довільної логіки і вніс свій внесок в багато нововведення по розробці процесів і мікросхем, вельми важливі для реалізації мікропроцесора в одному чіпі. Масатоси Сима, який працював інженером з програмного забезпечення у фірмі Busicom і не мав ніякого досвіду в конструюванні пристроїв МОП, допоміг Фаджіну в розробці MCS-4, а пізніше став працювати з ним в фірмі Zilog, створеної в Наприкінці 1974 року Фаджіном і Ральфом Унгерманном і повністю присвяченій мікропроцесорах. Фаджін і Сима разом розробили мікропроцесор Zilog Z80, який проводиться до сих пір.

Після Intel 4004 на світ з'явився процесор Intel 8008, який працював з частотою 600-800 кГц, містив 3500 транзисторів, він сильно відрізнявся від свого попередника. Intel 8008 застосовувався в різних цифрових пристроях і калькуляторах. У той час на ринку високих технологій стали з'являтися персональні комп'ютери, тому корпорація Intel незабаром вирішила, що для ПК будуть потрібні куди більш потужні процесори. Незабаром був розроблений продуктивний Intel 8080, який за своїми характеристиками перевершував «808-ого" приблизно в десять разів.

На ті часи пристрій коштувало досить дорого, але, як вважали фахівці Intel, ціна була оптимальною для використання процесора в ПК. Фінансове становище корпорації стрімко поліпшувався завдяки його вдалим продажу.

Незабаром вийшов Altair-8800, персональний комп'ютер, випущений компанією MITS, (який, до речі, працював на чіпі Intel 8800). Він почав еру ПК, що спонукало багато компаній почати розробляти власні мікропроцесори.

В 1974 р. з'явився 8-разрядний процесор i8080, що став надто популярним влаштуванням. Він вже мав частоту 2 МГц і адресував 64 Кб пам'яті. 6000 транзисторів дозволила розмістити 6-мкм технологія виготовлення. Процесор вимагав трьох джерел живлення (+5, +12 та -5 В) і складної двухтактної синхронизації. На цьому процесорі будувалися різноманітні термінали, контролери і навіть перший ПК Altair. В нашій країні запізнилою луною 8080 стали процесори 580ИК80 і КР580ВМ80, на базі яких в початку і середині 80-х років будувалося багато “саморобних” ПК.

Наступним етапом став процесор i8085 (5 МГц, 0.37 MIPS, 6500 транзисторів, 3-мкм технологія). Він зберіг популярну рєгістрову архітектуру 8080 і програмну єдність, але в нього додали порт послідовного інтерфейсу, скасували спеціальні ІС підтримки (тактового генератора і системного контролера) і декілька змінили зовнішній інтерфейс. Головним подарунком розробникам апаратури стала тільки одна живлюща напруга +5 В.

Варіацію на тему 8080 і 8085 подає процесор Z80 фірми Zilog. Зберігши програмну єдність з 8080, в нього ввели додаткові регістри, що дозволило істотно підвищити продуктивність. Результат виявився вражаючим - ще нещодавно популярні комп'ютери Sinclair, побудовані на Z80, демонстрували на іграх графіку, не гіршу ніж у РС на 16-разрядном процесорі 286.

Перший 16-разрядный процесор 8086 фірма Intel випустила в 1978 році. Частота 5 МГц, продуктивність 0.33 MIPS, але інструкції вже з 16-розрядними операндами (пізніше з'явилися процесори 8 і 10 МГц). Технологія 3 мкм, 29 тис. транзисторів, що адресує пам'ять 1 Мб. Регістрова архітектура і система команд істотно відрізнялися від 8080, але, природно, просліджуються загальні ідеї. Через рік з'явився 8088 - той же процесор, але з 8-бітною шиною даних. З нього почалася історія IBM PC, що наклала свій відбиток на подальший розвиток цієї лінії процесорів. Масове розповсюдження і відчинена архітектура РС призвели до лавиноподібній появі програмного забезпечення, що розробляється крупними, середніми і дрібними фірмами і ентузіастами-одинцями. Технічний прогрес вимагав (і зараз вимагає) розвитку процесорів, але вантаж програмного забезпечення РС, що повинно працювати і на більш нових процесорах, в свою чергу вимагав забезпечення зворотної єдності. Таким чином, всі нововведення в архітектурі наступних процесорів повинні були прибудовуватись до існуючого ядра. А тут ще і сама архітектура РС “підкинула”, наприклад, складнощі з використанням векторів перериваннь.

Історія процессорів AMD

AMD була заснована в 1969 році і з цього моменту виробляла мікропроцесори і електроніку для комп'ютерів. Спочатку вона випускала мікрочіпи під ліцензією інших компаній, наприклад, Fairchild Semiconductor. Паралельно компанія почала виробляти інші компоненти ПК, використовуючи тільки свої ресурси, але власні процесори AMD почала виготовляти тільки через кілька років.
У 1975 році AMD створила свої перші два оригінальні, що не ліцензійні процесора. З технічної точки зору, AM2900 ні процесором, скоріше це була серія компонентів, складових 4-розрядний модульний процесор. Крім того, компанія випустила AM9080 - перепроектований клон 8-розрядного мікропроцесора Intel 8080.
Перші згадки AMD на ринку процесорів з архітектурою x86 відносяться до початку 1980-их років, після укладення угоди між IBM і Intel. У той час IBM була одним з найбільших виробників комп'ютерів у світі. Коли IBM почала переговори з Intel, компанія розглядала декількох різних процесорів для застосування в майбутніх продуктах. Контракт обіцяв Intel величезний замовлення на виробництво чіпів для IBM-сумісних комп'ютерів.

У IBM турбувалися, що виробничих потужностей однієї компанії буде недостатньо для випуску такої кількості процесорів, тому вона запропонувала Intel передати ліцензію на свою технологію іншим виробникам, щоб гарантувати необхідний обсяг виробництва. У 1981 році компанія Intel, не бажаючи віддавати контракт з IBM конкурентам, погодилася на її умови.
У 1982 році, після укладення угоди, AMD почала виробництво клонів процесора Intel 8086.
У 80-90-х роках минулого століття AMD також виробляла 32-розрядні процесори серії AM29000 з архітектурою RISC. По суті, вони представляли собою наступне покоління мікрочіпів AM2900, але були орієнтовані більше на ринок вбудованих рішень, ніж на високопродуктивні комп'ютери. AMD розробляла AM29000 на основі модифікованої Berkeley. В остаточному підсумку, AMD згорнула роботу над серією AM29000 і зосередилася на лінійці процесорів x86.

AMD Am286, клон процесора Intel 80286, вироблений за ліцензією, був ідентичний чіпу від Intel, але мав важливу перевагу - більш високу тактову частоту. Якщо процесор Intel 286 працював максимум на 12,5 МГц, то AMD продавала версії з частотою 20 МГц.
У 1985 році Intel представила свій перший 32-розрядний процесор x86 80386. Трохи пізніше AMD вирішила випустити свою версію під назвою AM386, але її планам перешкодила судова процес, ініційований Intel. В Intel стверджували, що угоду про обмін ліцензіями дозволяло AMD виробляти тільки копії процесора 80286 і більш старих рішень, а AMD запевняла, що умови контракту дозволяють їй створювати клонів 80386 і майбутніх рішень на базі x86. Після декількох років судових тяжб суд перейшов на бік AMD, і в 1991 компанія випустила свій процесор AM386

Хоча AM386 був клоном 80386, AMD підвищила його частоту до 40 МГц, в той час як максимальна частота Intel 80386 становила 33 МГц. Дане рішення забезпечило AMD перевага в продуктивності, а з огляду на, що процесор використовував ідентичний з 80386 сокет і платформу, у користувачів з'явилася можливість оновити свої старіючі системи.