понедельник нояб. д, й к Текущее время
U.S. - England
Микропроцессор — это компьютерный процессор, который объединяет функции центрального процессора на одной интегральной схеме (ИС) или, самое большее, на нескольких интегральных схемах. Микропроцессор представляет собой многоцелевую, тактируемую, регистровую цифровую интегральную схему, которая принимает двоичные данные на вход, обрабатывает их в соответствии с инструкциями, хранящимися в памяти, и выдает результаты на выход. Микропроцессоры содержат как комбинационную логику, так и последовательную цифровую логику. Микропроцессоры работают с числами и символами, представленными в двоичной системе счисления.
Первое использование термина «микропроцессор» приписывается компании Viatron Computer Systems для описания специализированной интегральной схемы, использованной в их малой компьютерной системе System 21, анонсированной в 1968 году.
В 1968 году компания Garrett AiResearch (в которой работали проектировщики Рэй Холт и Стив Геллер) получила заказ на создание цифрового компьютера, который должен был конкурировать с электромеханическими системами, разрабатывавшимися в то время для основного бортового компьютера нового истребителя ВМС США F-14 Tomcat.
В 1969 году компания CTC заключила контракт с двумя фирмами, Intel и Texas Instruments, на создание однокристальной реализации, известной как CTC 1201.
В 1969 году Ли Бойсел, основываясь на 8-битных арифметико-логических устройствах (3800/3804), которые он ранее разработал в Fairchild, создал AL-1 для Four-Phase Systems Inc. — 8-битный процессорный срез, расширяемый до 32 бит.
Проект, в результате которого появился 4004, зародился в 1969 году, когда Busicom, японский производитель калькуляторов, попросил Intel создать набор микросхем для высокопроизводительных настольных калькуляторов.
В 1970 году, поскольку Intel еще не поставила чип, CTC решила использовать собственную реализацию в Datapoint 2200, применив вместо этого традиционную TTL-логику (таким образом, первая машина, на которой работал «код 8008», на самом деле не была микропроцессором и была выпущена годом ранее).
В 1970 году Стив Геллер и Рэй Холт из Garrett AiResearch разработали набор микросхем MP944 для реализации центрального компьютера воздушных данных F-14A на шести металлозатворных чипах, изготовленных компанией AMI.
Разработка CADC (Центрального компьютера воздушных данных) была завершена к 1970 году, и в качестве основного процессора в нем использовался набор микросхем на основе MOS-технологии. Конструкция была значительно (примерно в 20 раз) меньше и гораздо надежнее механических систем, с которыми она конкурировала, и использовалась во всех ранних моделях Tomcat. Эта система содержала «20-битный конвейерный параллельный мультимикропроцессор».
Наряду с Intel (которая разработала 8008), компания Texas Instruments в 1970–1971 годах разработала однокристальную замену процессора для терминала Datapoint 2200 — TMX 1795 (позже TMC 1795). Как и 8008, он был отвергнут заказчиком Datapoint. По словам Гэри Буна, TMX 1795 так и не был запущен в производство. Поскольку он был построен по той же спецификации, его система команд была очень похожа на Intel 8008.
В конце 1970 или начале 1971 года компания TI (Texas Instruments) вышла из проекта, будучи не в состоянии создать надежный компонент.
В апреле 1970 года Intel наняла итальянского инженера Федерико Фаджина в качестве руководителя проекта Intel 4004 — шаг, который в конечном итоге сделал окончательный дизайн однокристального процессора реальностью (Шима тем временем разработал прошивку для калькулятора Busicom и помогал Фаджину в течение первых шести месяцев реализации).
В 1971 году Pico Electronics и General Instrument (GI) представили свою первую совместную разработку ИС — полноценный однокристальный калькулятор для модели Monroe/Litton Royal Digital III. Этот чип также можно считать одним из первых микропроцессоров или микроконтроллеров, имеющих ПЗУ, ОЗУ и RISC-систему команд на кристалле. Топология четырех слоев PMOS-процесса была нарисована вручную в масштабе 500:1 на майларовой пленке, что было значительной задачей для того времени, учитывая сложность чипа.
Версия микропроцессора 1201 от Intel появилась в конце 1971 года, но было уже слишком поздно, он был медленным и требовал ряда дополнительных вспомогательных микросхем. У CTC не было интереса к его использованию.
Серийные образцы 4004 были впервые поставлены компании Busicom в марте 1971 года, а другим клиентам — в конце 1971 года.
TMS1802NC был анонсирован 17 сентября 1971 года и реализовывал четырехфункциональный калькулятор. Несмотря на свое обозначение, TMS1802NC не входил в серию TMS 1000; позже он был переклассифицирован как часть серии TMS 0100, которая использовалась в калькуляторе TI Datamath. Хотя он продавался как «калькулятор на чипе», TMS1802NC был полностью программируемым, включая на кристалле процессор с 11-битным словом инструкции, 3520 битами (320 инструкций) ПЗУ и 182 битами ОЗУ.
Intel 4004 обычно считается первым коммерчески доступным микропроцессором, его стоимость составляла 60 долларов США (эквивалент 371,19 доллара в 2018 году). Первая известная реклама 4004 датирована 15 ноября 1971 года и появилась в журнале Electronic News. Микропроцессор был разработан командой, состоящей из итальянского инженера Федерико Фаджина, американских инженеров Марсиана Хоффа и Стэнли Мейзора, а также японского инженера Масатоши Шимы.
За Intel 4004 в 1972 году последовал Intel 8008, первый в мире 8-битный микропроцессор. Однако 8008 не был расширением дизайна 4004, а стал результатом отдельного проекта в Intel, возникшего из контракта с Computer Terminals Corporation из Сан-Антонио, штат Техас, на создание чипа для терминала, который они проектировали — Datapoint 2200. Фундаментальные аспекты дизайна исходили не от Intel, а от CTC.
Первым многочиповым 16-битным микропроцессором стал National Semiconductor IMP-16, представленный в начале 1973 года. 8-битная версия этого чипсета была представлена в 1974 году как IMP-8.
Процессор 8008 был предшественником успешного Intel 8080 (1974), который предлагал улучшенную производительность по сравнению с 8008 и требовал меньше вспомогательных микросхем. Федерико Фаджин разработал его, используя высоковольтный N-канальный МОП-процесс.
Компания Motorola выпустила конкурирующий 6800 в августе 1974 года, а аналогичный MOS Technology 6502 появился в 1975 году (оба были разработаны во многом одними и теми же людьми). Семейство 6502 соперничало по популярности с Z80 в 1980-х годах.
В 1975 году National Semiconductor представила первый 16-битный однокристальный микропроцессор National Semiconductor PACE, за которым позже последовала NMOS-версия, INS8900.
Семейство Intersil 6100 состояло из 12-битного микропроцессора (6100) и ряда периферийных вспомогательных микросхем и микросхем памяти. Микропроцессор распознавал систему команд мини-компьютера DEC PDP-8. В связи с этим его иногда называли CMOS-PDP8. Поскольку он также производился корпорацией Harris, он был известен как Harris HM-6100. Благодаря своей CMOS-технологии и связанным с ней преимуществам, 6100 использовался в некоторых военных разработках до начала 1980-х годов.
Знаковым микропроцессором в мире космических полетов стал RCA 1802 (также известный как CDP1802, RCA COSMAC) (представлен в 1976 году), который использовался на борту зонда «Галилео» для полета к Юпитеру (запущен в 1989 году, прибыл в 1995 году).
Zilog Z80 (1976) также был разработкой Фаджина, использующей низковольтный N-канал с нагрузкой обедненного типа и производные 8-битные процессоры Intel: все они были спроектированы с использованием методологии, которую Фаджин создал для 4004.
Motorola представила MC6809 в 1978 году. Это был амбициозный и хорошо продуманный 8-битный дизайн, который был совместим на уровне исходного кода с 6800 и реализован с использованием чисто аппаратной логики (последующие 16-битные микропроцессоры обычно в той или иной степени использовали микрокод, так как требования к CISC-дизайну становились слишком сложными для чистой аппаратной логики).
Intel «увеличила» свой дизайн 8080 до 16-битного Intel 8086, первого представителя семейства x86, на котором работают большинство современных компьютеров типа ПК. Intel представила 8086 как экономически эффективный способ переноса программного обеспечения с линеек 8080 и преуспела в получении большой доли рынка на этом основании.
Самым значимым из 32-битных дизайнов является Motorola MC68000, представленный в 1979 году. 68k, как его широко называли, имел 32-битные регистры в своей модели программирования, но использовал 16-битные внутренние пути передачи данных, три 16-битных арифметико-логических устройства и 16-битную внешнюю шину данных (для уменьшения количества выводов), а внешне поддерживал только 24-битные адреса (внутренне он работал с полными 32-битными адресами). Motorola обычно описывала его как 16-битный процессор. Сочетание высокой производительности, большого (16 мегабайт или 2^24 байт) адресного пространства и довольно низкой стоимости сделало его самым популярным процессорным дизайном в своем классе.
Первым в мире полностью 32-битным однокристальным микропроцессором с 32-битными путями передачи данных, 32-битными шинами и 32-битными адресами стал AT&T Bell Labs BELLMAC-32A, первые образцы которого появились в 1980 году, а серийное производство началось в 1982 году. После разделения AT&T в 1984 году он был переименован в WE 32000 (WE от Western Electric) и имел два последующих поколения: WE 32100 и WE 32200.
К середине 1980-х годов компания Sequent представила первый SMP-сервер, использующий NS 32032. Это была одна из немногих побед данного дизайна, и в конце 1980-х он исчез.
Первым 32-битным микропроцессором Intel был iAPX 432, представленный в 1981 году, но он не имел коммерческого успеха. Он обладал передовой объектно-ориентированной архитектурой, основанной на возможностях, но имел низкую производительность по сравнению с современными архитектурами, такими как собственный Intel 80286 (представлен в 1982 году), который был почти в четыре раза быстрее в типичных тестах производительности. Однако результаты iAPX432 были частично обусловлены поспешным и, следовательно, неоптимальным компилятором Ada.
Western Design Center, Inc (WDC) представила CMOS-процессор WDC 65C02 в 1982 году и лицензировала этот дизайн нескольким фирмам. Он использовался в качестве процессора в персональных компьютерах Apple IIe и IIc, а также в медицинских имплантируемых кардиостимуляторах и дефибрилляторах, автомобильных, промышленных и потребительских устройствах.
Первым коммерческим, однокристальным, полностью 32-битным микропроцессором, доступным на рынке, был HP FOCUS.
Успех Motorola с 68000 привел к созданию MC68010, который добавил поддержку виртуальной памяти. MC68020, представленный в 1984 году, добавил полные 32-битные шины данных и адреса. 68020 стал чрезвычайно популярным на рынке супермикрокомпьютеров Unix, и многие небольшие компании (например, Altos, Charles River Data Systems, Cromemco) производили системы настольного размера.
Western Design Center (WDC) представила CMOS 65816, 16-битное обновление WDC CMOS 65C02, в 1984 году. 16-битный микропроцессор 65816 был ядром Apple IIgs, а позже Super Nintendo Entertainment System, что сделало его одним из самых популярных 16-битных дизайнов всех времен.
Первый коммерческий RISC-микропроцессор был выпущен в 1984 году компанией MIPS Computer Systems — это был 32-битный R2000 (R1000 не был выпущен).
ARM впервые появился в 1985 году. Это RISC-процессор, который с тех пор стал доминировать в пространстве 32-битных процессоров для встраиваемых систем во многом благодаря своей энергоэффективности, модели лицензирования и широкому выбору инструментов разработки систем.
В 1986 году HP выпустила свою первую систему с процессором PA-RISC.
В 1987 году 32-битный компьютер Acorn Archimedes на базе процессора ARM2 (тогда еще без кэш-памяти) стал первым коммерчески успешным устройством, использующим архитектуру ARM, которая тогда называлась Acorn RISC Machine (ARM); первый кремниевый чип ARM1 появился в 1985 году.
С 1993 по 2003 год 32-битные архитектуры x86 становились все более доминирующими на рынках настольных компьютеров, ноутбуков и серверов, а сами микропроцессоры становились быстрее и производительнее. Intel лицензировала ранние версии архитектуры другим компаниям, но отказалась лицензировать Pentium, поэтому AMD и Cyrix создали более поздние версии архитектуры на основе собственных разработок.
В 1997 году около 55% всех проданных в мире процессоров составляли 8-битные микроконтроллеры, которых было продано более 2 миллиардов штук.
В 2001 году IBM представила первый коммерческий многоядерный процессор — монолитный двухъядерный POWER4.
В 2002 году менее 10% всех проданных в мире процессоров были 32-битными или более мощными. Из всех проданных 32-битных процессоров около 2% использовались в настольных компьютерах или ноутбуках.
В 2003 году было произведено и продано микропроцессоров на сумму около 44 миллиардов долларов США (эквивалентно 59,93 миллиарда долларов в 2018 году).
С представлением компанией AMD в сентябре 2003 года 64-битной архитектуры, обратно совместимой с x86, — x86-64 (также называемой AMD64), за которой последовали почти полностью совместимые 64-битные расширения Intel (сначала называвшиеся IA-32e или EM64T, позже переименованные в Intel 64), началась эра 64-битных настольных компьютеров. Обе версии могут запускать 32-битные устаревшие приложения без потери производительности, а также новое 64-битное программное обеспечение.
Первым монолитным многоядерным процессором на рынке персональных компьютеров стал AMD Athlon X2, который был представлен через несколько недель после Pentium D.
Персональные компьютеры не получали многоядерных процессоров до 2005 года, когда был представлен двухъядерный Intel Pentium D. Однако Pentium D не был монолитным многоядерным процессором. Он состоял из двух кристаллов, каждый из которых содержал ядро, упакованных в многокристальный модуль.
В 2008 году было произведено около 10 миллиардов процессоров.
В конце 1990-х годов только две 64-битные RISC-архитектуры все еще производились в больших объемах для не встраиваемых приложений: SPARC и Power ISA. Однако, поскольку ARM становилась все более мощной, в начале 2010-х годов она стала третьей RISC-архитектурой в сегменте общих вычислений.
В 2011 году ARM представила новую 64-битную архитектуру ARM.
