lun nov 15, 1971 verso Presente
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Un microprocessore è un processore di computer che incorpora le funzioni di un'unità di elaborazione centrale su un singolo circuito integrato (IC), o al massimo su pochi circuiti integrati. Il microprocessore è un circuito integrato digitale multiuso, pilotato da clock e basato su registri, che accetta dati binari in ingresso, li elabora secondo le istruzioni memorizzate nella sua memoria e fornisce risultati in uscita. I microprocessori contengono sia logica combinatoria che logica digitale sequenziale. I microprocessori operano su numeri e simboli rappresentati nel sistema numerico binario.
Il primo utilizzo del termine "microprocessore" è attribuito a Viatron Computer Systems per descrivere il circuito integrato personalizzato utilizzato nel loro piccolo sistema informatico System 21, annunciato nel 1968.
Nel 1968, Garrett AiResearch (che impiegava i progettisti Ray Holt e Steve Geller) fu invitata a produrre un computer digitale per competere con i sistemi elettromeccanici allora in fase di sviluppo per il computer principale di controllo del volo nel nuovo caccia F-14 Tomcat della Marina degli Stati Uniti.
Nel 1969, CTC contrattò due aziende, Intel e Texas Instruments, per realizzare un'implementazione a chip singolo, nota come CTC 1201.
Nel 1969, Lee Boysel, basandosi sulle unità logiche aritmetiche a 8 bit (3800/3804) che aveva progettato in precedenza presso Fairchild, creò l'AL-1 di Four-Phase Systems Inc., una slice di CPU a 8 bit espandibile a 32 bit.
Il progetto che ha prodotto il 4004 ebbe origine nel 1969, quando Busicom, un produttore giapponese di calcolatrici, chiese a Intel di costruire un chipset per calcolatrici desktop ad alte prestazioni.
Nel 1970, con Intel che non aveva ancora consegnato il componente, CTC scelse di utilizzare la propria implementazione nel Datapoint 2200, utilizzando invece la tradizionale logica TTL (quindi la prima macchina a eseguire il "codice 8008" non era in realtà affatto un microprocessore ed è stata consegnata un anno prima).
Nel 1970, Steve Geller e Ray Holt di Garrett AiResearch progettarono il chipset MP944 per implementare il Central Air Data Computer dell'F-14A su sei chip a gate metallico fabbricati da AMI.
La progettazione del CADC (Central Air Data Computer) fu completata entro il 1970 e utilizzò un chipset basato su MOS come CPU centrale. Il design era significativamente (circa 20 volte) più piccolo e molto più affidabile dei sistemi meccanici con cui competeva, ed è stato utilizzato in tutti i primi modelli di Tomcat. Questo sistema conteneva "un multi-microprocessore parallelo, pipeline, a 20 bit".
Insieme a Intel (che sviluppò l'8008), Texas Instruments sviluppò nel 1970-1971 un sostituto della CPU a chip singolo per il terminale Datapoint 2200, il TMX 1795 (in seguito TMC 1795). Come l'8008, fu rifiutato dal cliente Datapoint. Secondo Gary Boone, il TMX 1795 non raggiunse mai la produzione. Poiché era costruito secondo le stesse specifiche, il suo set di istruzioni era molto simile a quello dell'Intel 8008.
Alla fine del 1970 o all'inizio del 1971, TI (Texas Instruments) si ritirò non essendo in grado di realizzare un componente affidabile.
Nell'aprile 1970, Intel assunse l'ingegnere italiano Federico Faggin come capo progetto dell'Intel 4004, una mossa che alla fine rese realtà il design finale della CPU a chip singolo (Shima nel frattempo progettò il firmware della calcolatrice Busicom e assistette Faggin durante i primi sei mesi dell'implementazione).
Nel 1971, Pico Electronics e General Instrument (GI) presentarono la loro prima collaborazione nei circuiti integrati, un circuito integrato completo per calcolatrice a chip singolo per la calcolatrice Monroe/Litton Royal Digital III. Questo chip potrebbe anche rivendicare di essere uno dei primi microprocessori o microcontrollori ad avere ROM, RAM e un set di istruzioni RISC sul chip. Il layout per i quattro strati del processo PMOS fu disegnato a mano in scala x500 su pellicola di mylar, un compito significativo all'epoca data la complessità del chip.
La versione Intel del microprocessore 1201 arrivò alla fine del 1971, ma era troppo tardi, lenta e richiedeva una serie di chip di supporto aggiuntivi. CTC non aveva alcun interesse a utilizzarlo.
Le unità di produzione del 4004 furono consegnate per la prima volta a Busicom nel marzo 1971 e spedite ad altri clienti alla fine del 1971.
Il TMS1802NC fu annunciato il 17 settembre 1971 e implementava una calcolatrice a quattro funzioni. Il TMS1802NC, nonostante la sua designazione, non faceva parte della serie TMS 1000; fu successivamente rinominato come parte della serie TMS 0100, che fu utilizzata nella calcolatrice TI Datamath. Sebbene commercializzato come calcolatrice su chip, il TMS1802NC era completamente programmabile, includendo sul chip una CPU con una parola di istruzione a 11 bit, 3520 bit (320 istruzioni) di ROM e 182 bit di RAM.
L'Intel 4004 è generalmente considerato il primo microprocessore disponibile in commercio e costava 60 dollari (equivalenti a 371,19 dollari nel 2018). La prima pubblicità nota per il 4004 è datata 15 novembre 1971 ed è apparsa su Electronic News. Il microprocessore è stato progettato da un team composto dall'ingegnere italiano Federico Faggin, dagli ingegneri americani Marcian Hoff e Stanley Mazor e dall'ingegnere giapponese Masatoshi Shima.
L'Intel 4004 fu seguito nel 1972 dall'Intel 8008, il primo microprocessore a 8 bit al mondo. L'8008 non era, tuttavia, un'estensione del design del 4004, ma piuttosto il culmine di un progetto di design separato presso Intel, derivante da un contratto con la Computer Terminals Corporation, di San Antonio TX, per un chip per un terminale che stavano progettando, il Datapoint 2200: aspetti fondamentali del design non provenivano da Intel ma da CTC.
Il primo microprocessore a 16 bit multi-chip fu il National Semiconductor IMP-16, introdotto all'inizio del 1973. Una versione a 8 bit del chipset fu introdotta nel 1974 come IMP-8.
L'8008 fu il precursore del fortunato Intel 8080 (1974), che offriva prestazioni migliori rispetto all'8008 e richiedeva meno chip di supporto. Federico Faggin lo concepì e progettò utilizzando MOS a canale N ad alta tensione.
Motorola rilasciò il concorrente 6800 nell'agosto 1974 e il simile MOS Technology 6502 nel 1975 (entrambi progettati in gran parte dalle stesse persone). La famiglia 6502 rivaleggiò con lo Z80 in popolarità durante gli anni '80.
Nel 1975, National Semiconductor introdusse il primo microprocessore a 16 bit su singolo chip, il National Semiconductor PACE, che fu successivamente seguito da una versione NMOS, l'INS8900.
La famiglia Intersil 6100 consisteva in un microprocessore a 12 bit (il 6100) e una gamma di circuiti integrati di supporto periferico e di memoria. Il microprocessore riconosceva il set di istruzioni del minicomputer DEC PDP-8. Per questo motivo veniva talvolta chiamato CMOS-PDP8. Poiché era prodotto anche dalla Harris Corporation, era noto anche come Harris HM-6100. Grazie alla sua tecnologia CMOS e ai relativi vantaggi, il 6100 è stato incorporato in alcuni progetti militari fino all'inizio degli anni '80.
Un microprocessore fondamentale nel mondo del volo spaziale fu l'RCA 1802 di RCA (noto anche come CDP1802, RCA COSMAC) (introdotto nel 1976), che fu utilizzato a bordo della sonda Galileo verso Giove (lanciata nel 1989, arrivata nel 1995).
Lo Zilog Z80 (1976) fu anch'esso un progetto di Faggin, che utilizzava un canale N a bassa tensione con carico a svuotamento e processori Intel a 8 bit derivati: tutti progettati con la metodologia che Faggin creò per il 4004.
Motorola introdusse l'MC6809 nel 1978. Si trattava di un progetto a 8 bit ambizioso e ben congegnato, compatibile a livello di codice sorgente con il 6800 e implementato utilizzando logica puramente cablata (i successivi microprocessori a 16 bit utilizzavano tipicamente il microcodice in una certa misura, poiché i requisiti di progettazione CISC stavano diventando troppo complessi per la logica puramente cablata).
Intel ha "potenziato" il suo progetto 8080 nell'Intel 8086 a 16 bit, il primo membro della famiglia x86, che alimenta la maggior parte dei moderni computer di tipo PC. Intel ha introdotto l'8086 come un modo economico per trasferire il software dalle linee 8080, riuscendo a conquistare gran parte del mercato su questa premessa.
Il più significativo dei progetti a 32 bit è il Motorola MC68000, introdotto nel 1979. Il 68k, come era ampiamente conosciuto, aveva registri a 32 bit nel suo modello di programmazione ma utilizzava percorsi dati interni a 16 bit, tre unità logiche aritmetiche a 16 bit e un bus dati esterno a 16 bit (per ridurre il numero di pin), e supportava esternamente solo indirizzi a 24 bit (internamente lavorava con indirizzi completi a 32 bit). Motorola lo descriveva generalmente come un processore a 16 bit. La combinazione di prestazioni elevate, ampio spazio di memoria (16 megabyte o 224 byte) e costi piuttosto bassi lo ha reso il progetto di CPU più popolare della sua classe.
Il primo microprocessore al mondo completamente a 32 bit su singolo chip, con percorsi dati a 32 bit, bus a 32 bit e indirizzi a 32 bit, è stato il BELLMAC-32A dei laboratori AT&T Bell, con i primi campioni nel 1980 e la produzione generale nel 1982. Dopo la scissione di AT&T nel 1984, è stato rinominato WE 32000 (WE per Western Electric) e ha avuto due generazioni successive, il WE 32100 e il WE 32200.
Verso la metà degli anni '80, Sequent introdusse il primo computer di classe server SMP utilizzando l'NS 32032. Questa fu una delle poche vittorie del progetto, che scomparve alla fine degli anni '80.
Il primo microprocessore a 32 bit di Intel fu l'iAPX 432, introdotto nel 1981, ma non fu un successo commerciale. Aveva un'architettura avanzata orientata agli oggetti basata sulle capacità, ma prestazioni scarse rispetto alle architetture contemporanee come l'80286 di Intel (introdotto nel 1982), che era quasi quattro volte più veloce nei test di benchmark tipici. Tuttavia, i risultati per l'iAPX432 erano dovuti in parte a un compilatore Ada affrettato e quindi non ottimale.
La Western Design Center, Inc (WDC) introdusse il CMOS WDC 65C02 nel 1982 e concesse in licenza il progetto a diverse aziende. Fu utilizzato come CPU nei personal computer Apple IIe e IIc, nonché in pacemaker e defibrillatori medici impiantabili, dispositivi automobilistici, industriali e di consumo.
Il primo microprocessore commerciale, a singolo chip, completamente a 32 bit disponibile sul mercato è stato l'HP FOCUS.
Il successo di Motorola con il 68000 portò all'MC68010, che aggiunse il supporto alla memoria virtuale. L'MC68020, introdotto nel 1984, aggiunse bus dati e indirizzi a 32 bit completi. Il 68020 divenne estremamente popolare nel mercato dei supermicrocomputer Unix e molte piccole aziende (ad esempio, Altos, Charles River Data Systems, Cromemco) produssero sistemi di dimensioni desktop.
La Western Design Center (WDC) introdusse l'aggiornamento a 16 bit CMOS 65816 del WDC CMOS 65C02 nel 1984. Il microprocessore a 16 bit 65816 fu il cuore dell'Apple IIgs e successivamente del Super Nintendo Entertainment System, rendendolo uno dei progetti a 16 bit più popolari di tutti i tempi.
Il primo progetto di microprocessore RISC commerciale fu rilasciato nel 1984 da MIPS Computer Systems, l'R2000 a 32 bit (l'R1000 non fu rilasciato).
L'ARM apparve per la prima volta nel 1985. Si tratta di un progetto di processore RISC, che da allora ha dominato lo spazio dei processori per sistemi embedded a 32 bit, in gran parte grazie alla sua efficienza energetica, al suo modello di licenza e alla sua ampia selezione di strumenti di sviluppo di sistema.
Nel 1986, HP ha rilasciato il suo primo sistema con una CPU PA-RISC.
Nel 1987, l'Acorn Archimedes basato su ARM2 a 32 bit, allora privo di cache, dei computer Acorn non Unix, divenne il primo successo commerciale a utilizzare l'architettura ARM, allora nota come Acorn RISC Machine (ARM); il primo silicio ARM1 risale al 1985.
Dal 1993 al 2003, le architetture x86 a 32 bit sono diventate sempre più dominanti nei mercati dei desktop, dei laptop e dei server, e questi microprocessori sono diventati più veloci e capaci. Intel aveva concesso in licenza le prime versioni dell'architettura ad altre aziende, ma si è rifiutata di concedere in licenza il Pentium, quindi AMD e Cyrix hanno costruito versioni successive dell'architettura basate sui propri progetti.
Nel 1997, circa il 55% di tutte le CPU vendute nel mondo erano microcontrollori a 8 bit, di cui ne sono stati venduti oltre 2 miliardi.
Nel 2001, IBM ha introdotto il primo processore multi-core commerciale, il POWER4 monolitico a due core.
Nel 2002, meno del 10% di tutte le CPU vendute nel mondo erano a 32 bit o più. Di tutte le CPU a 32 bit vendute, circa il 2% viene utilizzato in personal computer desktop o laptop.
Nel 2003, sono stati prodotti e venduti microprocessori per un valore di circa 44 miliardi di dollari USA (equivalenti a 59,93 miliardi di dollari nel 2018).
Con l'introduzione da parte di AMD di un'architettura a 64 bit retrocompatibile con x86, x86-64 (chiamata anche AMD64), nel settembre 2003, seguita dalle estensioni a 64 bit quasi completamente compatibili di Intel (chiamate inizialmente IA-32e o EM64T, poi rinominate Intel 64), è iniziata l'era dei desktop a 64 bit. Entrambe le versioni possono eseguire applicazioni legacy a 32 bit senza alcun calo di prestazioni, così come il nuovo software a 64 bit.
Il primo processore multi-core monolitico nel mercato dei personal computer è stato l'AMD Athlon X2, introdotto poche settimane dopo il Pentium D.
I personal computer non hanno ricevuto processori multi-core fino all'introduzione, nel 2005, dell'Intel Pentium D a due core. Il Pentium D, tuttavia, non era un processore multi-core monolitico. Era costruito da due die, ciascuno contenente un core, confezionati su un modulo multi-chip.
Nel 2008 sono state prodotte circa 10 miliardi di CPU.
Alla fine degli anni '90, solo due architetture RISC a 64 bit venivano ancora prodotte in volume per applicazioni non embedded: SPARC e Power ISA, ma poiché ARM è diventata sempre più potente, all'inizio degli anni 2010 è diventata la terza architettura RISC nel segmento del calcolo generale.
Nel 2011, ARM ha introdotto una nuova architettura ARM a 64 bit.
