Δευτέρα Νοέ 15, 1971 έως Παρόν
U.S. - England
Ένας μικροεπεξεργαστής είναι ένας επεξεργαστής υπολογιστή που ενσωματώνει τις λειτουργίες μιας κεντρικής μονάδας επεξεργασίας σε ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC), ή το πολύ σε λίγα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ο μικροεπεξεργαστής είναι ένα ψηφιακό ολοκληρωμένο κύκλωμα πολλαπλών χρήσεων, βασισμένο σε ρολόι και καταχωρητές, το οποίο δέχεται δυαδικά δεδομένα ως είσοδο, τα επεξεργάζεται σύμφωνα με οδηγίες αποθηκευμένες στη μνήμη του και παρέχει αποτελέσματα ως έξοδο. Οι μικροεπεξεργαστές περιέχουν τόσο συνδυαστική λογική όσο και διαδοχική ψηφιακή λογική. Οι μικροεπεξεργαστές λειτουργούν με αριθμούς και σύμβολα που αναπαρίστανται στο δυαδικό σύστημα αρίθμησης.
Η πρώτη χρήση του όρου "μικροεπεξεργαστής" αποδίδεται στη Viatron Computer Systems, περιγράφοντας το προσαρμοσμένο ολοκληρωμένο κύκλωμα που χρησιμοποιήθηκε στο μικρό υπολογιστικό σύστημα System 21, το οποίο ανακοινώθηκε το 1968.
Το 1968, η Garrett AiResearch (στην οποία εργάζονταν οι σχεδιαστές Ray Holt και Steve Geller) κλήθηκε να κατασκευάσει έναν ψηφιακό υπολογιστή για να ανταγωνιστεί τα ηλεκτρομηχανικά συστήματα που βρίσκονταν τότε υπό ανάπτυξη για τον κύριο υπολογιστή ελέγχου πτήσης στο νέο μαχητικό F-14 Tomcat του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ.
Το 1969, η CTC ανέθεσε σε δύο εταιρείες, την Intel και την Texas Instruments, την κατασκευή μιας υλοποίησης σε ένα μόνο τσιπ, γνωστής ως CTC 1201.
Το 1969, ο Lee Boysel, βασιζόμενος στις μονάδες αριθμητικής λογικής 8-bit (3800/3804) που είχε σχεδιάσει νωρίτερα στη Fairchild, δημιούργησε τον AL-1 της Four-Phase Systems Inc., ένα τμήμα CPU 8-bit που ήταν επεκτάσιμο στα 32-bit.
Το έργο που παρήγαγε τον 4004 ξεκίνησε το 1969, όταν η Busicom, ένας ιαπωνικός κατασκευαστής αριθμομηχανών, ζήτησε από την Intel να κατασκευάσει ένα chipset για υπολογιστές γραφείου υψηλών επιδόσεων.
Το 1970, με την Intel να μην έχει παραδώσει ακόμη το εξάρτημα, η CTC επέλεξε να χρησιμοποιήσει τη δική της υλοποίηση στο Datapoint 2200, χρησιμοποιώντας αντ' αυτού παραδοσιακή λογική TTL (έτσι, το πρώτο μηχάνημα που έτρεξε "κώδικα 8008" δεν ήταν στην πραγματικότητα μικροεπεξεργαστής και παραδόθηκε ένα χρόνο νωρίτερα).
Το 1970, ο Steve Geller και ο Ray Holt της Garrett AiResearch σχεδίασαν το chipset MP944 για να υλοποιήσουν τον Κεντρικό Υπολογιστή Αεροπορικών Δεδομένων F-14A σε έξι τσιπ μεταλλικής πύλης που κατασκευάστηκαν από την AMI.
Ο σχεδιασμός του CADC (Κεντρικός Υπολογιστής Αεροπορικών Δεδομένων) ολοκληρώθηκε το 1970 και χρησιμοποίησε ένα chipset βασισμένο σε MOS ως κεντρική CPU. Ο σχεδιασμός ήταν σημαντικά (περίπου 20 φορές) μικρότερος και πολύ πιο αξιόπιστος από τα μηχανικά συστήματα με τα οποία ανταγωνιζόταν, και χρησιμοποιήθηκε σε όλα τα πρώιμα μοντέλα Tomcat. Αυτό το σύστημα περιείχε "έναν 20-bit, διοχετευτικό, παράλληλο πολυ-μικροεπεξεργαστή".
Μαζί με την Intel (η οποία ανέπτυξε τον 8008), η Texas Instruments ανέπτυξε το 1970–1971 μια αντικατάσταση CPU ενός τσιπ για το τερματικό Datapoint 2200, τον TMX 1795 (αργότερα TMC 1795). Όπως και ο 8008, απορρίφθηκε από τον πελάτη Datapoint. Σύμφωνα με τον Gary Boone, ο TMX 1795 δεν έφτασε ποτέ στην παραγωγή. Εφόσον κατασκευάστηκε με τις ίδιες προδιαγραφές, το σύνολο εντολών του ήταν πολύ παρόμοιο με αυτό του Intel 8008.
Στα τέλη του 1970 ή στις αρχές του 1971, η TI (Texas Instruments) αποχώρησε, καθώς δεν ήταν σε θέση να κατασκευάσει ένα αξιόπιστο εξάρτημα.
Τον Απρίλιο του 1970, η Intel προσέλαβε τον Ιταλό μηχανικό Federico Faggin ως επικεφαλής του έργου Intel 4004, μια κίνηση που τελικά έκανε τον τελικό σχεδιασμό της CPU ενός τσιπ πραγματικότητα (ο Shima εν τω μεταξύ σχεδίασε το υλικολογισμικό της αριθμομηχανής Busicom και βοήθησε τον Faggin κατά τους πρώτους έξι μήνες της υλοποίησης).
Το 1971, η Pico Electronics και η General Instrument (GI) παρουσίασαν την πρώτη τους συνεργασία σε ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs), ένα πλήρες ολοκληρωμένο κύκλωμα αριθμομηχανής σε ένα τσιπ για την αριθμομηχανή Monroe/Litton Royal Digital III. Αυτό το τσιπ θα μπορούσε επίσης να διεκδικήσει τον τίτλο ενός από τους πρώτους μικροεπεξεργαστές ή μικροελεγκτές, διαθέτοντας ROM, RAM και ένα σύνολο εντολών RISC στο τσιπ. Η διάταξη για τα τέσσερα στρώματα της διαδικασίας PMOS σχεδιάστηκε με το χέρι σε κλίμακα x500 σε φιλμ mylar, ένα σημαντικό έργο για την εποχή δεδομένης της πολυπλοκότητας του τσιπ.
Η έκδοση του μικροεπεξεργαστή 1201 της Intel έφτασε στα τέλη του 1971, αλλά ήταν πολύ αργή, καθυστερημένη και απαιτούσε έναν αριθμό πρόσθετων τσιπ υποστήριξης. Η CTC δεν είχε κανένα ενδιαφέρον να τον χρησιμοποιήσει.
Οι μονάδες παραγωγής του 4004 παραδόθηκαν για πρώτη φορά στην Busicom τον Μάρτιο του 1971 και στάλθηκαν σε άλλους πελάτες στα τέλη του 1971.
Ο TMS1802NC ανακοινώθηκε στις 17 Σεπτεμβρίου 1971 και υλοποιούσε μια αριθμομηχανή τεσσάρων λειτουργιών. Ο TMS1802NC, παρά την ονομασία του, δεν ήταν μέρος της σειράς TMS 1000· αργότερα μετονομάστηκε σε μέρος της σειράς TMS 0100, η οποία χρησιμοποιήθηκε στην αριθμομηχανή TI Datamath. Αν και κυκλοφόρησε ως αριθμομηχανή σε ένα τσιπ, ο TMS1802NC ήταν πλήρως προγραμματιζόμενος, περιλαμβάνοντας στο τσιπ μια CPU με λέξη εντολών 11-bit, 3520 bits (320 εντολές) ROM και 182 bits RAM.
Ο Intel 4004 θεωρείται γενικά ο πρώτος εμπορικά διαθέσιμος μικροεπεξεργαστής και κόστιζε 60 δολάρια ΗΠΑ (ισοδύναμο με 371,19 δολάρια το 2018). Η πρώτη γνωστή διαφήμιση για τον 4004 φέρει ημερομηνία 15 Νοεμβρίου 1971 και εμφανίστηκε στο Electronic News. Ο μικροεπεξεργαστής σχεδιάστηκε από μια ομάδα που αποτελούνταν από τον Ιταλό μηχανικό Federico Faggin, τους Αμερικανούς μηχανικούς Marcian Hoff και Stanley Mazor, και τον Ιάπωνα μηχανικό Masatoshi Shima.
Ο Intel 4004 ακολουθήθηκε το 1972 από τον Intel 8008, τον πρώτο μικροεπεξεργαστή 8-bit στον κόσμο. Ο 8008 δεν ήταν, ωστόσο, επέκταση του σχεδιασμού του 4004, αλλά το αποκορύφωμα ενός ξεχωριστού σχεδιαστικού έργου στην Intel, που προέκυψε από ένα συμβόλαιο με την Computer Terminals Corporation, από το Σαν Αντόνιο του Τέξας, για ένα τσιπ για ένα τερματικό που σχεδίαζαν, το Datapoint 2200—θεμελιώδεις πτυχές του σχεδιασμού δεν προήλθαν από την Intel αλλά από την CTC.
Ο πρώτος μικροεπεξεργαστής 16-bit πολλαπλών τσιπ ήταν ο National Semiconductor IMP-16, που παρουσιάστηκε στις αρχές του 1973. Μια έκδοση 8-bit του chipset παρουσιάστηκε το 1974 ως IMP-8.
Ο 8008 ήταν ο πρόδρομος του επιτυχημένου Intel 8080 (1974), ο οποίος προσέφερε βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με τον 8008 και απαιτούσε λιγότερα τσιπ υποστήριξης. Ο Federico Faggin τον συνέλαβε και τον σχεδίασε χρησιμοποιώντας N-channel MOS υψηλής τάσης.
Η Motorola κυκλοφόρησε τον ανταγωνιστικό 6800 τον Αύγουστο του 1974 και τον παρόμοιο MOS Technology 6502 το 1975 (και οι δύο σχεδιάστηκαν σε μεγάλο βαθμό από τους ίδιους ανθρώπους). Η οικογένεια 6502 ανταγωνίστηκε τον Z80 σε δημοτικότητα κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980.
Το 1975, η National Semiconductor παρουσίασε τον πρώτο μικροεπεξεργαστή 16-bit σε ένα τσιπ, τον National Semiconductor PACE, τον οποίο ακολούθησε αργότερα μια έκδοση NMOS, ο INS8900.
Η οικογένεια Intersil 6100 αποτελούνταν από έναν μικροεπεξεργαστή 12-bit (τον 6100) και μια σειρά περιφερειακών υποστήριξης και IC μνήμης. Ο μικροεπεξεργαστής αναγνώριζε το σύνολο εντολών του μίνι υπολογιστή DEC PDP-8. Ως εκ τούτου, αναφερόταν μερικές φορές ως CMOS-PDP8. Επειδή παρήχθη επίσης από την Harris Corporation, ήταν γνωστός και ως Harris HM-6100. Λόγω της τεχνολογίας CMOS και των σχετικών πλεονεκτημάτων της, ο 6100 ενσωματώθηκε σε ορισμένα στρατιωτικά σχέδια μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1980.
Ένας θεμελιώδης μικροεπεξεργαστής στον κόσμο των διαστημικών πτήσεων ήταν ο RCA 1802 της RCA (γνωστός και ως CDP1802, RCA COSMAC) (παρουσιάστηκε το 1976), ο οποίος χρησιμοποιήθηκε στο σκάφος Galileo για τον Δία (εκτοξεύτηκε το 1989, έφτασε το 1995).
Ο Zilog Z80 (1976) ήταν επίσης σχέδιο του Faggin, χρησιμοποιώντας N-channel χαμηλής τάσης με φορτίο αποπλήρωσης και παράγωγους επεξεργαστές Intel 8-bit: όλοι σχεδιασμένοι με τη μεθοδολογία που δημιούργησε ο Faggin για τον 4004.
Η Motorola παρουσίασε τον MC6809 το 1978. Ήταν ένας φιλόδοξος και καλά μελετημένος σχεδιασμός 8-bit που ήταν συμβατός σε επίπεδο πηγαίου κώδικα με τον 6800 και υλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας καθαρά ενσύρματη λογική (οι μεταγενέστεροι μικροεπεξεργαστές 16-bit χρησιμοποιούσαν συνήθως μικροκώδικα σε κάποιο βαθμό, καθώς οι απαιτήσεις σχεδιασμού CISC γίνονταν πολύ περίπλοκες για καθαρή ενσύρματη λογική).
Η Intel «μεγέθυνε» τον σχεδιασμό του 8080 στον 16-bit Intel 8086, το πρώτο μέλος της οικογένειας x86, το οποίο τροφοδοτεί τους περισσότερους σύγχρονους υπολογιστές τύπου PC. Η Intel παρουσίασε τον 8086 ως έναν οικονομικά αποδοτικό τρόπο μεταφοράς λογισμικού από τις σειρές 8080 και πέτυχε να κερδίσει πολλές επιχειρήσεις με αυτή την υπόθεση.
Ο σημαντικότερος από τους σχεδιασμούς 32-bit είναι ο Motorola MC68000, που παρουσιάστηκε το 1979. Ο 68k, όπως ήταν ευρέως γνωστός, είχε καταχωρητές 32-bit στο μοντέλο προγραμματισμού του, αλλά χρησιμοποιούσε εσωτερικά μονοπάτια δεδομένων 16-bit, τρεις μονάδες αριθμητικής λογικής 16-bit και έναν εξωτερικό δίαυλο δεδομένων 16-bit (για τη μείωση του αριθμού των ακίδων), ενώ εξωτερικά υποστήριζε μόνο διευθύνσεις 24-bit (εσωτερικά λειτουργούσε με πλήρεις διευθύνσεις 32-bit). Η Motorola τον περιέγραφε γενικά ως επεξεργαστή 16-bit. Ο συνδυασμός υψηλής απόδοσης, μεγάλου χώρου μνήμης (16 megabytes ή 224 bytes) και αρκετά χαμηλού κόστους τον κατέστησε τον πιο δημοφιλή σχεδιασμό CPU της κατηγορίας του.
Ο πρώτος στον κόσμο μικροεπεξεργαστής 32-bit σε ένα τσιπ, με μονοπάτια δεδομένων 32-bit, διαύλους 32-bit και διευθύνσεις 32-bit, ήταν ο BELLMAC-32A των AT&T Bell Labs, με τα πρώτα δείγματα το 1980 και γενική παραγωγή το 1982. Μετά την αποεπένδυση της AT&T το 1984, μετονομάστηκε σε WE 32000 (WE για Western Electric) και είχε δύο επόμενες γενιές, τον WE 32100 και τον WE 32200.
Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1980, η Sequent παρουσίασε τον πρώτο υπολογιστή κατηγορίας διακομιστή SMP χρησιμοποιώντας τον NS 32032. Αυτή ήταν μία από τις λίγες επιτυχίες του σχεδιασμού, ο οποίος εξαφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1980.
Ο πρώτος μικροεπεξεργαστής 32-bit της Intel ήταν ο iAPX 432, ο οποίος παρουσιάστηκε το 1981, αλλά δεν σημείωσε εμπορική επιτυχία. Διέθετε μια προηγμένη αντικειμενοστραφή αρχιτεκτονική βασισμένη σε δυνατότητες, αλλά είχε κακή απόδοση σε σύγκριση με σύγχρονες αρχιτεκτονικές όπως ο 80286 της ίδιας της Intel (παρουσιάστηκε το 1982), ο οποίος ήταν σχεδόν τέσσερις φορές ταχύτερος σε τυπικές δοκιμές αναφοράς. Ωστόσο, τα αποτελέσματα για τον iAPX432 οφείλονταν εν μέρει σε έναν βιαστικό και επομένως υποβέλτιστο μεταγλωττιστή Ada.
Το Western Design Center, Inc (WDC) παρουσίασε τον CMOS WDC 65C02 το 1982 και έδωσε άδεια χρήσης του σχεδιασμού σε αρκετές εταιρείες. Χρησιμοποιήθηκε ως CPU στους προσωπικούς υπολογιστές Apple IIe και IIc, καθώς και σε ιατρικούς εμφυτεύσιμους βηματοδότες και απινιδωτές, αυτοκινητοβιομηχανικές, βιομηχανικές και καταναλωτικές συσκευές.
Ο πρώτος εμπορικός, μονοτσιπ, πλήρως 32-bit μικροεπεξεργαστής που διατέθηκε στην αγορά ήταν ο HP FOCUS.
Η επιτυχία της Motorola με τον 68000 οδήγησε στον MC68010, ο οποίος πρόσθεσε υποστήριξη εικονικής μνήμης. Ο MC68020, που παρουσιάστηκε το 1984, πρόσθεσε πλήρεις διαύλους δεδομένων και διευθύνσεων 32-bit. Ο 68020 έγινε εξαιρετικά δημοφιλής στην αγορά των υπερ-μικροϋπολογιστών Unix και πολλές μικρές εταιρείες (π.χ. Altos, Charles River Data Systems, Cromemco) παρήγαγαν συστήματα μεγέθους επιτραπέζιου υπολογιστή.
Το Western Design Center (WDC) παρουσίασε την αναβάθμιση 16-bit CMOS 65816 του WDC CMOS 65C02 το 1984. Ο μικροεπεξεργαστής 16-bit 65816 ήταν ο πυρήνας του Apple IIgs και αργότερα του Super Nintendo Entertainment System, καθιστώντας τον έναν από τους πιο δημοφιλείς σχεδιασμούς 16-bit όλων των εποχών.
Ο πρώτος εμπορικός σχεδιασμός μικροεπεξεργαστή RISC κυκλοφόρησε το 1984 από την MIPS Computer Systems, ο 32-bit R2000 (ο R1000 δεν κυκλοφόρησε).
Ο ARM εμφανίστηκε για πρώτη φορά το 1985. Πρόκειται για έναν σχεδιασμό επεξεργαστή RISC, ο οποίος έκτοτε κυριαρχεί στον χώρο των επεξεργαστών ενσωματωμένων συστημάτων 32-bit, σε μεγάλο βαθμό λόγω της ενεργειακής του απόδοσης, του μοντέλου αδειοδότησής του και της ευρείας επιλογής εργαλείων ανάπτυξης συστημάτων.
Το 1986, η HP κυκλοφόρησε το πρώτο της σύστημα με CPU PA-RISC.
Το 1987, στους υπολογιστές Acorn που δεν ήταν Unix, ο 32-bit, χωρίς cache τότε, βασισμένος στον ARM2 Acorn Archimedes έγινε η πρώτη εμπορική επιτυχία που χρησιμοποίησε την αρχιτεκτονική ARM, γνωστή τότε ως Acorn RISC Machine (ARM)· ο πρώτος πυρίτιος ARM1 εμφανίστηκε το 1985.
Από το 1993 έως το 2003, οι αρχιτεκτονικές 32-bit x86 έγιναν όλο και πιο κυρίαρχες στις αγορές επιτραπέζιων υπολογιστών, φορητών υπολογιστών και διακομιστών, και αυτοί οι μικροεπεξεργαστές έγιναν ταχύτεροι και πιο ικανοί. Η Intel είχε αδειοδοτήσει πρώιμες εκδόσεις της αρχιτεκτονικής σε άλλες εταιρείες, αλλά αρνήθηκε να αδειοδοτήσει τον Pentium, οπότε η AMD και η Cyrix κατασκεύασαν μεταγενέστερες εκδόσεις της αρχιτεκτονικής βασισμένες στα δικά τους σχέδια.
Το 1997, περίπου το 55% όλων των CPU που πωλήθηκαν στον κόσμο ήταν μικροελεγκτές 8-bit, από τους οποίους πουλήθηκαν πάνω από 2 δισεκατομμύρια.
Το 2001, η IBM παρουσίασε τον πρώτο εμπορικό πολυπύρηνο επεξεργαστή, τον μονολιθικό διπύρηνο POWER4.
Το 2002, λιγότερο από το 10% όλων των CPU που πωλήθηκαν στον κόσμο ήταν 32-bit ή περισσότερο. Από όλες τις CPU 32-bit που πωλήθηκαν, περίπου το 2% χρησιμοποιήθηκε σε επιτραπέζιους ή φορητούς προσωπικούς υπολογιστές.
Το 2003, κατασκευάστηκαν και πωλήθηκαν μικροεπεξεργαστές αξίας περίπου 44 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ (ισοδύναμο με 59,93 δισεκατομμύρια δολάρια το 2018).
Με την εισαγωγή από την AMD μιας αρχιτεκτονικής 64-bit συμβατής προς τα πίσω με την x86, την x86-64 (επίσης γνωστή ως AMD64), τον Σεπτέμβριο του 2003, ακολουθούμενη από τις σχεδόν πλήρως συμβατές επεκτάσεις 64-bit της Intel (αρχικά ονομάστηκαν IA-32e ή EM64T, αργότερα μετονομάστηκαν σε Intel 64), ξεκίνησε η εποχή των 64-bit στους επιτραπέζιους υπολογιστές. Και οι δύο εκδόσεις μπορούν να εκτελούν παλαιότερες εφαρμογές 32-bit χωρίς καμία απώλεια απόδοσης, καθώς και νέο λογισμικό 64-bit.
Ο πρώτος μονολιθικός πολυπύρηνος επεξεργαστής στην αγορά των προσωπικών υπολογιστών ήταν ο AMD Athlon X2, ο οποίος παρουσιάστηκε λίγες εβδομάδες μετά τον Pentium D.
Οι προσωπικοί υπολογιστές δεν έλαβαν πολυπύρηνους επεξεργαστές μέχρι την εισαγωγή του διπύρηνου Intel Pentium D το 2005. Ο Pentium D, ωστόσο, δεν ήταν μονολιθικός πολυπύρηνος επεξεργαστής. Κατασκευάστηκε από δύο dies, το καθένα από τα οποία περιείχε έναν πυρήνα, συσκευασμένα σε μια μονάδα πολλαπλών τσιπ.
Περίπου 10 δισεκατομμύρια CPU κατασκευάστηκαν το 2008.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, μόνο δύο αρχιτεκτονικές RISC 64-bit παράγονταν ακόμη σε όγκο για μη ενσωματωμένες εφαρμογές: η SPARC και η Power ISA, αλλά καθώς η ARM έγινε όλο και πιο ισχυρή, στις αρχές της δεκαετίας του 2010, έγινε η τρίτη αρχιτεκτονική RISC στον τομέα της γενικής υπολογιστικής.
Το 2011, η ARM παρουσίασε μια νέα αρχιτεκτονική ARM 64-bit.
