Montag Nov 15, 1971 zu Gegenwart
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Ein Mikroprozessor ist ein Computerprozessor, der die Funktionen einer Zentraleinheit (CPU) auf einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC) oder höchstens wenigen integrierten Schaltkreisen vereint. Der Mikroprozessor ist ein vielseitiger, taktgesteuerter, registerbasierter digitaler integrierter Schaltkreis, der Binärdaten als Eingabe akzeptiert, diese gemäß den in seinem Speicher gespeicherten Anweisungen verarbeitet und Ergebnisse als Ausgabe liefert. Mikroprozessoren enthalten sowohl kombinatorische Logik als auch sequentielle digitale Logik. Mikroprozessoren arbeiten mit Zahlen und Symbolen, die im binären Zahlensystem dargestellt werden.
Die erste Verwendung des Begriffs "Mikroprozessor" wird Viatron Computer Systems zugeschrieben, um den kundenspezifischen integrierten Schaltkreis zu beschreiben, der in ihrem 1968 angekündigten kleinen Computersystem System 21 verwendet wurde.
Im Jahr 1968 wurde Garrett AiResearch (wo die Designer Ray Holt und Steve Geller beschäftigt waren) eingeladen, einen digitalen Computer zu entwickeln, um mit den damals in der Entwicklung befindlichen elektromechanischen Systemen für den Hauptflugsteuerungscomputer im neuen F-14 Tomcat-Jäger der US Navy zu konkurrieren.
Im Jahr 1969 beauftragte CTC zwei Unternehmen, Intel und Texas Instruments, mit der Herstellung einer Ein-Chip-Implementierung, bekannt als CTC 1201.
Im Jahr 1969 entwickelte Lee Boysel, basierend auf den 8-Bit-arithmetisch-logischen Einheiten (3800/3804), die er zuvor bei Fairchild entworfen hatte, den AL-1 von Four-Phase Systems Inc., einen 8-Bit-CPU-Slice, der auf 32 Bit erweiterbar war.
Das Projekt, das den 4004 hervorbrachte, entstand 1969, als Busicom, ein japanischer Taschenrechnerhersteller, Intel bat, einen Chipsatz für leistungsstarke Tischrechner zu bauen.
Im Jahr 1970, als Intel das Teil noch nicht geliefert hatte, entschied sich CTC für die Verwendung einer eigenen Implementierung im Datapoint 2200 und nutzte stattdessen traditionelle TTL-Logik (daher war die erste Maschine, die "8008-Code" ausführte, eigentlich gar kein Mikroprozessor und wurde ein Jahr früher ausgeliefert).
Im Jahr 1970 entwarfen Steve Geller und Ray Holt von Garrett AiResearch den MP944-Chipsatz, um den F-14A Central Air Data Computer auf sechs von AMI gefertigten Metall-Gate-Chips zu implementieren.
Das Design des CADC (Central Air Data Computer) war bis 1970 abgeschlossen und verwendete einen MOS-basierten Chipsatz als Kern-CPU. Das Design war deutlich (etwa 20-mal) kleiner und wesentlich zuverlässiger als die mechanischen Systeme, gegen die es antrat, und wurde in allen frühen Tomcat-Modellen verwendet. Dieses System enthielt "einen 20-Bit, pipelined, parallelen Multi-Mikroprozessor".
Zusammen mit Intel (die den 8008 entwickelten) entwickelte Texas Instruments in den Jahren 1970–1971 einen Ein-Chip-CPU-Ersatz für das Datapoint 2200-Terminal, den TMX 1795 (später TMC 1795). Wie der 8008 wurde er vom Kunden Datapoint abgelehnt. Laut Gary Boone erreichte der TMX 1795 nie die Produktion. Da er nach derselben Spezifikation gebaut wurde, war sein Befehlssatz dem des Intel 8008 sehr ähnlich.
Ende 1970 oder Anfang 1971 stieg TI (Texas Instruments) aus, da sie nicht in der Lage waren, ein zuverlässiges Teil herzustellen.
Im April 1970 stellte Intel den italienischen Ingenieur Federico Faggin als Projektleiter für den Intel 4004 ein, ein Schritt, der das endgültige Design der Ein-Chip-CPU letztendlich zur Realität werden ließ (Shima entwarf währenddessen die Firmware für den Busicom-Rechner und unterstützte Faggin während der ersten sechs Monate der Implementierung).
Im Jahr 1971 stellten Pico Electronics und General Instrument (GI) ihre erste Zusammenarbeit bei ICs vor, einen kompletten Ein-Chip-Rechner-IC für den Monroe/Litton Royal Digital III-Rechner. Dieser Chip könnte wohl auch den Anspruch erheben, einer der ersten Mikroprozessoren oder Mikrocontroller mit ROM, RAM und einem RISC-Befehlssatz auf dem Chip zu sein. Das Layout für die vier Schichten des PMOS-Prozesses wurde im Maßstab 500:1 auf Mylar-Folie von Hand gezeichnet, eine bedeutende Aufgabe zu dieser Zeit angesichts der Komplexität des Chips.
Intels Version des 1201-Mikroprozessors kam Ende 1971 an, war aber zu spät, langsam und erforderte eine Reihe zusätzlicher Support-Chips. CTC hatte kein Interesse daran, ihn zu verwenden.
Produktionseinheiten des 4004 wurden erstmals im März 1971 an Busicom geliefert und Ende 1971 an andere Kunden versandt.
Der TMS1802NC wurde am 17. September 1971 angekündigt und implementierte einen Vier-Funktionen-Rechner. Der TMS1802NC war trotz seiner Bezeichnung kein Teil der TMS 1000-Serie; er wurde später als Teil der TMS 0100-Serie umbenannt, die im TI Datamath-Rechner verwendet wurde. Obwohl er als Taschenrechner-auf-einem-Chip vermarktet wurde, war der TMS1802NC voll programmierbar und enthielt auf dem Chip eine CPU mit einem 11-Bit-Befehlswort, 3520 Bit (320 Befehle) ROM und 182 Bit RAM.
Der Intel 4004 gilt allgemein als der erste kommerziell erhältliche Mikroprozessor und kostete 60 US-Dollar (entspricht 371,19 US-Dollar im Jahr 2018). Die erste bekannte Anzeige für den 4004 ist auf den 15. November 1971 datiert und erschien in Electronic News. Der Mikroprozessor wurde von einem Team entworfen, das aus dem italienischen Ingenieur Federico Faggin, den amerikanischen Ingenieuren Marcian Hoff und Stanley Mazor sowie dem japanischen Ingenieur Masatoshi Shima bestand.
Auf den Intel 4004 folgte 1972 der Intel 8008, der weltweit erste 8-Bit-Mikroprozessor. Der 8008 war jedoch keine Erweiterung des 4004-Designs, sondern das Ergebnis eines separaten Designprojekts bei Intel, das aus einem Vertrag mit der Computer Terminals Corporation aus San Antonio, TX, für einen Chip für ein Terminal hervorging, das sie entwarfen, den Datapoint 2200 – grundlegende Aspekte des Designs stammten nicht von Intel, sondern von CTC.
Der erste Multi-Chip-16-Bit-Mikroprozessor war der National Semiconductor IMP-16, der Anfang 1973 eingeführt wurde. Eine 8-Bit-Version des Chipsatzes wurde 1974 als IMP-8 vorgestellt.
Der 8008 war der Vorläufer des erfolgreichen Intel 8080 (1974), der eine verbesserte Leistung gegenüber dem 8008 bot und weniger Unterstützungschips benötigte. Federico Faggin konzipierte und entwickelte ihn unter Verwendung von Hochvolt-N-Kanal-MOS.
Motorola brachte im August 1974 den konkurrierenden 6800 heraus und 1975 den ähnlichen MOS Technology 6502 (beide wurden größtenteils von denselben Leuten entworfen). Die 6502-Familie konkurrierte in den 1980er Jahren mit dem Z80 an Popularität.
Im Jahr 1975 führte National Semiconductor den ersten 16-Bit-Ein-Chip-Mikroprozessor ein, den National Semiconductor PACE, auf den später eine NMOS-Version, der INS8900, folgte.
Die Intersil 6100-Familie bestand aus einem 12-Bit-Mikroprozessor (dem 6100) und einer Reihe von Peripherie- und Speicher-ICs. Der Mikroprozessor erkannte den Befehlssatz des DEC PDP-8 Minicomputers. Daher wurde er manchmal als CMOS-PDP8 bezeichnet. Da er auch von der Harris Corporation hergestellt wurde, war er auch als Harris HM-6100 bekannt. Aufgrund seiner CMOS-Technologie und der damit verbundenen Vorteile wurde der 6100 bis in die frühen 1980er Jahre in einigen militärischen Designs eingesetzt.
Ein wegweisender Mikroprozessor in der Welt der Raumfahrt war der RCA 1802 (auch bekannt als CDP1802, RCA COSMAC) von RCA (eingeführt 1976), der an Bord der Galileo-Sonde zum Jupiter verwendet wurde (gestartet 1989, angekommen 1995).
Der Zilog Z80 (1976) war ebenfalls ein Entwurf von Faggin, der Niedervolt-N-Kanal-Technik mit Depletion-Load und abgeleiteten Intel 8-Bit-Prozessoren verwendete: alles entworfen mit der Methodik, die Faggin für den 4004 geschaffen hatte.
Motorola führte 1978 den MC6809 ein. Es war ein ehrgeiziges und gut durchdachtes 8-Bit-Design, das quellcodekompatibel zum 6800 war und rein festverdrahtete Logik implementierte (spätere 16-Bit-Mikroprozessoren verwendeten typischerweise bis zu einem gewissen Grad Mikrocode, da die Anforderungen an das CISC-Design für reine festverdrahtete Logik zu komplex wurden).
Intel „vergrößerte“ sein 8080-Design zum 16-Bit Intel 8086, dem ersten Mitglied der x86-Familie, das die meisten modernen PC-Computer antreibt. Intel führte den 8086 als kostengünstige Möglichkeit ein, Software von den 8080-Linien zu portieren, und gewann damit erfolgreich viele Geschäftsaufträge.
Das bedeutendste der 32-Bit-Designs ist der Motorola MC68000, der 1979 eingeführt wurde. Der 68k, wie er weithin bekannt war, hatte 32-Bit-Register in seinem Programmiermodell, verwendete jedoch 16-Bit-interne Datenpfade, drei 16-Bit-ALUs (Arithmetic Logic Units) und einen 16-Bit-externen Datenbus (um die Pin-Anzahl zu reduzieren) und unterstützte extern nur 24-Bit-Adressen (intern arbeitete er mit vollen 32-Bit-Adressen). Motorola beschrieb ihn im Allgemeinen als 16-Bit-Prozessor. Die Kombination aus hoher Leistung, großem Speicherplatz (16 Megabyte oder 2^24 Bytes) und relativ niedrigen Kosten machte ihn zum beliebtesten CPU-Design seiner Klasse.
Der weltweit erste 32-Bit-Ein-Chip-Mikroprozessor mit 32-Bit-Datenpfaden, 32-Bit-Bussen und 32-Bit-Adressen war der AT&T Bell Labs BELLMAC-32A, mit ersten Mustern im Jahr 1980 und allgemeiner Produktion im Jahr 1982. Nach der Aufspaltung von AT&T im Jahr 1984 wurde er in WE 32000 (WE für Western Electric) umbenannt und hatte zwei Nachfolgegenerationen, den WE 32100 und WE 32200.
Mitte der 1980er Jahre führte Sequent den ersten SMP-Server-Computer unter Verwendung des NS 32032 ein. Dies war einer der wenigen Erfolge des Designs, und es verschwand in den späten 1980er Jahren.
Intels erster 32-Bit-Mikroprozessor war der iAPX 432, der 1981 eingeführt wurde, aber kein kommerzieller Erfolg war. Er verfügte über eine fortschrittliche fähigkeitsbasierte objektorientierte Architektur, aber eine schlechte Leistung im Vergleich zu zeitgenössischen Architekturen wie Intels eigenem 80286 (eingeführt 1982), der bei typischen Benchmark-Tests fast viermal so schnell war. Die Ergebnisse für den iAPX432 waren jedoch teilweise auf einen überhasteten und daher suboptimalen Ada-Compiler zurückzuführen.
Das Western Design Center, Inc (WDC) führte 1982 den CMOS WDC 65C02 ein und lizenzierte das Design an mehrere Firmen. Er wurde als CPU in den Apple IIe und IIc Personal Computern sowie in medizinisch implantierbaren Herzschrittmachern und Defibrillatoren, Automobil-, Industrie- und Verbrauchergeräten verwendet.
Der erste kommerzielle, 32-Bit-Ein-Chip-Mikroprozessor, der auf dem Markt erhältlich war, war der HP FOCUS.
Motorolas Erfolg mit dem 68000 führte zum MC68010, der Unterstützung für virtuellen Speicher hinzufügte. Der MC68020, eingeführt 1984, fügte volle 32-Bit-Daten- und Adressbusse hinzu. Der 68020 wurde auf dem Unix-Supermikrocomputer-Markt sehr populär, und viele kleine Unternehmen (z. B. Altos, Charles River Data Systems, Cromemco) produzierten Desktop-Systeme.
Das Western Design Center (WDC) führte 1984 das CMOS 65816 16-Bit-Upgrade des WDC CMOS 65C02 ein. Der 16-Bit-Mikroprozessor 65816 war das Herzstück des Apple IIgs und später des Super Nintendo Entertainment System, was ihn zu einem der beliebtesten 16-Bit-Designs aller Zeiten machte.
Das erste kommerzielle RISC-Mikroprozessor-Design wurde 1984 von MIPS Computer Systems veröffentlicht, der 32-Bit R2000 (der R1000 wurde nicht veröffentlicht).
Der ARM erschien erstmals 1985. Dies ist ein RISC-Prozessor-Design, das seitdem den Bereich der 32-Bit-Embedded-System-Prozessoren dominiert, was zu einem großen Teil auf seine Energieeffizienz, sein Lizenzmodell und seine große Auswahl an Systementwicklungstools zurückzuführen ist.
Im Jahr 1986 veröffentlichte HP sein erstes System mit einer PA-RISC-CPU.
1987 wurde der 32-Bit-basierte, damals noch cache-lose Acorn Archimedes, der auf dem ARM2 basierte, zum ersten kommerziellen Erfolg der ARM-Architektur, die damals als Acorn RISC Machine (ARM) bekannt war; der erste ARM1-Chip erschien 1985.
Von 1993 bis 2003 wurden die 32-Bit-x86-Architekturen auf dem Desktop-, Laptop- und Servermarkt immer dominanter, und diese Mikroprozessoren wurden schneller und leistungsfähiger. Intel hatte frühe Versionen der Architektur an andere Unternehmen lizenziert, lehnte es jedoch ab, den Pentium zu lizenzieren, sodass AMD und Cyrix spätere Versionen der Architektur auf Basis eigener Entwürfe bauten.
Im Jahr 1997 waren etwa 55 % aller weltweit verkauften CPUs 8-Bit-Mikrocontroller, von denen über 2 Milliarden verkauft wurden.
Im Jahr 2001 stellte IBM den ersten kommerziellen Multi-Core-Prozessor vor, den monolithischen Zweikern-Prozessor POWER4.
Im Jahr 2002 waren weniger als 10 % aller weltweit verkauften CPUs 32-Bit oder mehr. Von allen verkauften 32-Bit-CPUs wurden etwa 2 % in Desktop- oder Laptop-Computern verwendet.
Im Jahr 2003 wurden Mikroprozessoren im Wert von etwa 44 Milliarden US-Dollar (entspricht 59,93 Milliarden US-Dollar im Jahr 2018) hergestellt und verkauft.
Mit der Einführung einer 64-Bit-Architektur durch AMD, die abwärtskompatibel zu x86 ist, x86-64 (auch AMD64 genannt), im September 2003, gefolgt von Intels nahezu vollständig kompatiblen 64-Bit-Erweiterungen (zuerst IA-32e oder EM64T genannt, später in Intel 64 umbenannt), begann das 64-Bit-Desktop-Zeitalter. Beide Versionen können sowohl 32-Bit-Legacy-Anwendungen ohne Leistungseinbußen als auch neue 64-Bit-Software ausführen.
Der erste monolithische Multi-Core-Prozessor auf dem PC-Markt war der AMD Athlon X2, der wenige Wochen nach dem Pentium D eingeführt wurde.
Personal Computer erhielten erst mit der Einführung des Zweikern-Prozessors Intel Pentium D im Jahr 2005 Multi-Core-Prozessoren. Der Pentium D war jedoch kein monolithischer Multi-Core-Prozessor. Er bestand aus zwei Dies, die jeweils einen Kern enthielten und auf einem Multi-Chip-Modul untergebracht waren.
Im Jahr 2008 wurden etwa 10 Milliarden CPUs hergestellt.
In den späten 1990er Jahren wurden nur noch zwei 64-Bit-RISC-Architekturen in großen Stückzahlen für Nicht-Embedded-Anwendungen produziert: SPARC und Power ISA. Da ARM jedoch immer leistungsfähiger wurde, entwickelte es sich Anfang der 2010er Jahre zur dritten RISC-Architektur im allgemeinen Computersegment.
Im Jahr 2011 führte ARM eine neue 64-Bit-ARM-Architektur ein.
