Thứ Hai Thg 11 15, 1971 đến Hiện tại
U.S. - England
Bộ vi xử lý là một bộ xử lý máy tính kết hợp các chức năng của một đơn vị xử lý trung tâm trên một mạch tích hợp (IC) đơn lẻ, hoặc tối đa là một vài mạch tích hợp. Bộ vi xử lý là một mạch tích hợp kỹ thuật số đa năng, điều khiển bằng xung nhịp, dựa trên thanh ghi, chấp nhận dữ liệu nhị phân làm đầu vào, xử lý dữ liệu đó theo các hướng dẫn được lưu trữ trong bộ nhớ của nó và cung cấp kết quả dưới dạng đầu ra. Các bộ vi xử lý chứa cả logic tổ hợp và logic kỹ thuật số tuần tự. Bộ vi xử lý hoạt động trên các số và ký hiệu được biểu diễn trong hệ thống số nhị phân.
Lần đầu tiên thuật ngữ "microprocessor" (bộ vi xử lý) được sử dụng là do Viatron Computer Systems mô tả mạch tích hợp tùy chỉnh được sử dụng trong hệ thống máy tính nhỏ System 21 của họ, được công bố vào năm 1968.
Năm 1968, Garrett AiResearch (nơi thuê các nhà thiết kế Ray Holt và Steve Geller) đã được mời sản xuất một máy tính kỹ thuật số để cạnh tranh với các hệ thống cơ điện đang được phát triển cho máy tính điều khiển bay chính trên máy bay chiến đấu F-14 Tomcat mới của Hải quân Hoa Kỳ.
Năm 1969, CTC đã ký hợp đồng với hai công ty là Intel và Texas Instruments để thực hiện việc triển khai trên một chip đơn, được gọi là CTC 1201.
Năm 1969, Lee Boysel, dựa trên các đơn vị logic số học 8-bit (3800/3804) mà ông đã thiết kế trước đó tại Fairchild, đã tạo ra AL-1 của Four-Phase Systems Inc., một lát cắt CPU 8-bit có thể mở rộng lên 32-bit.
Dự án tạo ra 4004 bắt nguồn từ năm 1969, khi Busicom, một nhà sản xuất máy tính bỏ túi của Nhật Bản, yêu cầu Intel chế tạo một bộ chip cho các máy tính để bàn hiệu suất cao.
Năm 1970, khi Intel vẫn chưa giao hàng, CTC đã chọn sử dụng triển khai của riêng họ trong Datapoint 2200, thay vào đó sử dụng logic TTL truyền thống (do đó, chiếc máy đầu tiên chạy "mã 8008" thực tế không phải là một bộ vi xử lý và đã được giao hàng sớm hơn một năm).
Năm 1970, Steve Geller và Ray Holt của Garrett AiResearch đã thiết kế bộ chip MP944 để triển khai Máy tính dữ liệu không quân trung tâm F-14A trên sáu chip cổng kim loại do AMI chế tạo.
Thiết kế của CADC (Máy tính dữ liệu không quân trung tâm) đã hoàn thành vào năm 1970 và sử dụng bộ chip dựa trên MOS làm CPU cốt lõi. Thiết kế này nhỏ hơn đáng kể (khoảng 20 lần) và đáng tin cậy hơn nhiều so với các hệ thống cơ học mà nó cạnh tranh, và đã được sử dụng trong tất cả các mẫu Tomcat đời đầu. Hệ thống này chứa "một bộ đa vi xử lý song song, đường ống, 20-bit".
Cùng với Intel (người đã phát triển 8008), Texas Instruments đã phát triển trong giai đoạn 1970–1971 một bộ thay thế CPU một chip cho thiết bị đầu cuối Datapoint 2200, đó là TMX 1795 (sau này là TMC 1795). Giống như 8008, nó đã bị khách hàng Datapoint từ chối. Theo Gary Boone, TMX 1795 chưa bao giờ được đưa vào sản xuất. Vì nó được chế tạo theo cùng một thông số kỹ thuật, tập lệnh của nó rất giống với Intel 8008.
Vào cuối năm 1970 hoặc đầu năm 1971, TI (Texas Instruments) đã rút lui vì không thể tạo ra một bộ phận đáng tin cậy.
Vào tháng 4 năm 1970, Intel đã thuê kỹ sư người Ý Federico Faggin làm trưởng dự án Intel 4004, một động thái cuối cùng đã biến thiết kế CPU đơn chip thành hiện thực (trong khi đó Shima đã thiết kế phần sụn máy tính bỏ túi Busicom và hỗ trợ Faggin trong sáu tháng đầu tiên triển khai).
Năm 1971, Pico Electronics và General Instrument (GI) đã giới thiệu sự hợp tác đầu tiên của họ trong lĩnh vực IC, một IC máy tính bỏ túi đơn chip hoàn chỉnh cho máy tính Monroe/Litton Royal Digital III. Con chip này cũng có thể được coi là một trong những bộ vi xử lý hoặc vi điều khiển đầu tiên có ROM, RAM và tập lệnh RISC trên chip. Bố cục cho bốn lớp của quy trình PMOS được vẽ tay ở tỷ lệ x500 trên phim mylar, một nhiệm vụ đáng kể vào thời điểm đó do độ phức tạp của con chip.
Phiên bản bộ vi xử lý 1201 của Intel đã ra mắt vào cuối năm 1971, nhưng đã quá muộn, chậm chạp và yêu cầu một số chip hỗ trợ bổ sung. CTC không quan tâm đến việc sử dụng nó.
Các đơn vị sản xuất của 4004 lần đầu tiên được giao cho Busicom vào tháng 3 năm 1971 và được chuyển đến các khách hàng khác vào cuối năm 1971.
TMS1802NC được công bố vào ngày 17 tháng 9 năm 1971 và thực hiện một máy tính bỏ túi bốn chức năng. TMS1802NC, mặc dù có tên gọi như vậy, không phải là một phần của dòng TMS 1000; sau đó nó được chỉ định lại là một phần của dòng TMS 0100, được sử dụng trong máy tính bỏ túi TI Datamath. Mặc dù được tiếp thị như một máy tính bỏ túi trên một chip, TMS1802NC hoàn toàn có thể lập trình được, bao gồm trên chip một CPU với từ lệnh 11-bit, 3520 bit (320 lệnh) ROM và 182 bit RAM.
Intel 4004 thường được coi là bộ vi xử lý thương mại đầu tiên, và có giá 60 đô la Mỹ (tương đương 371,19 đô la vào năm 2018). Quảng cáo đầu tiên được biết đến cho 4004 có ngày 15 tháng 11 năm 1971 và xuất hiện trên tờ Electronic News. Bộ vi xử lý này được thiết kế bởi một nhóm bao gồm kỹ sư người Ý Federico Faggin, các kỹ sư người Mỹ Marcian Hoff và Stanley Mazor, và kỹ sư người Nhật Masatoshi Shima.
Tiếp nối Intel 4004 vào năm 1972 là Intel 8008, bộ vi xử lý 8-bit đầu tiên trên thế giới. Tuy nhiên, 8008 không phải là một phần mở rộng của thiết kế 4004, mà là kết quả của một dự án thiết kế riêng biệt tại Intel, phát sinh từ hợp đồng với Computer Terminals Corporation, ở San Antonio TX, cho một con chip dành cho thiết bị đầu cuối mà họ đang thiết kế, Datapoint 2200—các khía cạnh cơ bản của thiết kế không đến từ Intel mà từ CTC.
Vi xử lý 16-bit đa chip đầu tiên là National Semiconductor IMP-16, được giới thiệu vào đầu năm 1973. Một phiên bản 8-bit của bộ chip này đã được giới thiệu vào năm 1974 với tên gọi IMP-8.
8008 là tiền thân của Intel 8080 (1974) thành công, mang lại hiệu suất cải thiện so với 8008 và yêu cầu ít chip hỗ trợ hơn. Federico Faggin đã hình thành và thiết kế nó bằng cách sử dụng MOS kênh N điện áp cao.
Motorola đã phát hành đối thủ cạnh tranh 6800 vào tháng 8 năm 1974, và MOS Technology 6502 tương tự vào năm 1975 (cả hai đều được thiết kế phần lớn bởi cùng một nhóm người). Dòng 6502 đã cạnh tranh với Z80 về độ phổ biến trong suốt những năm 1980.
Năm 1975, National Semiconductor đã giới thiệu bộ vi xử lý đơn chip 16-bit đầu tiên, National Semiconductor PACE, sau đó là phiên bản NMOS, INS8900.
Dòng Intersil 6100 bao gồm một bộ vi xử lý 12-bit (6100) và một loạt các IC hỗ trợ ngoại vi và bộ nhớ. Bộ vi xử lý này nhận diện tập lệnh của máy tính mini DEC PDP-8. Do đó, nó đôi khi được gọi là CMOS-PDP8. Vì nó cũng được sản xuất bởi Harris Corporation, nó còn được biết đến với tên gọi Harris HM-6100. Nhờ công nghệ CMOS và các lợi ích liên quan, 6100 đã được tích hợp vào một số thiết kế quân sự cho đến đầu những năm 1980.
Một bộ vi xử lý mang tính đột phá trong thế giới du hành vũ trụ là RCA 1802 của RCA (còn gọi là CDP1802, RCA COSMAC) (được giới thiệu năm 1976), được sử dụng trên tàu thăm dò Galileo tới Sao Mộc (phóng năm 1989, đến nơi năm 1995).
Zilog Z80 (1976) cũng là một thiết kế của Faggin, sử dụng kênh N điện áp thấp với tải suy giảm và các bộ xử lý 8-bit dẫn xuất từ Intel: tất cả đều được thiết kế với phương pháp mà Faggin đã tạo ra cho 4004.
Motorola giới thiệu MC6809 vào năm 1978. Đây là một thiết kế 8-bit đầy tham vọng và được suy tính kỹ lưỡng, tương thích nguồn với 6800 và được triển khai hoàn toàn bằng logic cứng (các bộ vi xử lý 16-bit sau này thường sử dụng microcode ở một mức độ nào đó, vì các yêu cầu thiết kế CISC trở nên quá phức tạp đối với logic cứng thuần túy).
Intel đã "nâng cấp" thiết kế 8080 của họ thành Intel 8086 16-bit, thành viên đầu tiên của dòng x86, vốn cung cấp năng lượng cho hầu hết các máy tính kiểu PC hiện đại. Intel đã giới thiệu 8086 như một cách hiệu quả về chi phí để chuyển đổi phần mềm từ các dòng 8080 và đã thành công trong việc giành được nhiều hợp đồng kinh doanh dựa trên tiền đề đó.
Thiết kế 32-bit quan trọng nhất là Motorola MC68000, được giới thiệu vào năm 1979. 68k, như cách gọi phổ biến, có các thanh ghi 32-bit trong mô hình lập trình nhưng sử dụng đường dẫn dữ liệu nội bộ 16-bit, ba Đơn vị Logic Số học 16-bit và bus dữ liệu ngoài 16-bit (để giảm số lượng chân), và hỗ trợ bên ngoài chỉ 24-bit địa chỉ (nội bộ nó hoạt động với đầy đủ địa chỉ 32-bit). Motorola thường mô tả nó là bộ xử lý 16-bit. Sự kết hợp giữa hiệu suất cao, không gian bộ nhớ lớn (16 megabyte hoặc 224 byte) và chi phí khá thấp đã khiến nó trở thành thiết kế CPU phổ biến nhất trong phân khúc của mình.
Bộ vi xử lý 32-bit hoàn chỉnh đơn chip đầu tiên trên thế giới, với đường dẫn dữ liệu 32-bit, bus 32-bit và địa chỉ 32-bit, là BELLMAC-32A của AT&T Bell Labs, với các mẫu thử nghiệm đầu tiên vào năm 1980 và sản xuất đại trà vào năm 1982. Sau khi AT&T thoái vốn vào năm 1984, nó được đổi tên thành WE 32000 (WE viết tắt của Western Electric) và có hai thế hệ kế tiếp là WE 32100 và WE 32200.
Vào giữa những năm 1980, Sequent đã giới thiệu máy tính cấp máy chủ SMP đầu tiên sử dụng NS 32032. Đây là một trong số ít những thành công của thiết kế này, và nó đã biến mất vào cuối những năm 1980.
Bộ vi xử lý 32-bit đầu tiên của Intel là iAPX 432, được giới thiệu vào năm 1981, nhưng không thành công về mặt thương mại. Nó có kiến trúc hướng đối tượng dựa trên khả năng tiên tiến, nhưng hiệu suất kém so với các kiến trúc đương thời như 80286 của chính Intel (giới thiệu năm 1982), vốn nhanh hơn gần bốn lần trong các bài kiểm tra chuẩn. Tuy nhiên, kết quả của iAPX432 một phần là do trình biên dịch Ada vội vàng và do đó không tối ưu.
Western Design Center, Inc (WDC) đã giới thiệu CMOS WDC 65C02 vào năm 1982 và cấp phép thiết kế cho một số công ty. Nó được sử dụng làm CPU trong các máy tính cá nhân Apple IIe và IIc cũng như trong các thiết bị tạo nhịp tim và khử rung tim cấy ghép y tế, thiết bị ô tô, công nghiệp và tiêu dùng.
Bộ vi xử lý 32-bit hoàn chỉnh, đơn chip, thương mại đầu tiên có mặt trên thị trường là HP FOCUS.
Thành công của Motorola với 68000 đã dẫn đến MC68010, bổ sung hỗ trợ bộ nhớ ảo. MC68020, được giới thiệu vào năm 1984, đã bổ sung các bus dữ liệu và địa chỉ 32-bit đầy đủ. 68020 trở nên cực kỳ phổ biến trong thị trường siêu máy tính Unix, và nhiều công ty nhỏ (ví dụ: Altos, Charles River Data Systems, Cromemco) đã sản xuất các hệ thống kích thước để bàn.
Western Design Center (WDC) đã giới thiệu bản nâng cấp 16-bit CMOS 65816 của WDC CMOS 65C02 vào năm 1984. Bộ vi xử lý 16-bit 65816 là cốt lõi của Apple IIgs và sau đó là Super Nintendo Entertainment System, khiến nó trở thành một trong những thiết kế 16-bit phổ biến nhất mọi thời đại.
Thiết kế bộ vi xử lý RISC thương mại đầu tiên được phát hành vào năm 1984, bởi MIPS Computer Systems, đó là R2000 32-bit (R1000 đã không được phát hành).
ARM xuất hiện lần đầu vào năm 1985. Đây là một thiết kế bộ xử lý RISC, kể từ đó đã thống trị không gian bộ xử lý hệ thống nhúng 32-bit nhờ phần lớn vào hiệu quả năng lượng, mô hình cấp phép và sự lựa chọn rộng rãi các công cụ phát triển hệ thống.
Năm 1986, HP đã phát hành hệ thống đầu tiên của mình với CPU PA-RISC.
Năm 1987, máy tính Acorn Archimedes dựa trên ARM2 32-bit (lúc đó chưa có bộ nhớ đệm) của Acorn, dòng máy tính không chạy Unix, đã trở thành thành công thương mại đầu tiên sử dụng kiến trúc ARM, khi đó được gọi là Acorn RISC Machine (ARM); chip ARM1 đầu tiên ra đời năm 1985.
Từ năm 1993 đến 2003, kiến trúc x86 32-bit ngày càng chiếm ưu thế trên thị trường máy tính để bàn, máy tính xách tay và máy chủ, đồng thời các bộ vi xử lý này trở nên nhanh hơn và mạnh mẽ hơn. Intel đã cấp phép các phiên bản đầu của kiến trúc này cho các công ty khác, nhưng từ chối cấp phép cho Pentium, vì vậy AMD và Cyrix đã tự xây dựng các phiên bản sau của kiến trúc dựa trên thiết kế riêng của họ.
Năm 1997, khoảng 55% tổng số CPU được bán trên thế giới là vi điều khiển 8-bit, với hơn 2 tỷ đơn vị được bán ra.
Năm 2001, IBM giới thiệu bộ vi xử lý đa nhân thương mại đầu tiên, đó là POWER4 hai nhân nguyên khối.
Năm 2002, dưới 10% tổng số CPU được bán trên thế giới là loại 32-bit trở lên. Trong số tất cả các CPU 32-bit được bán ra, khoảng 2% được sử dụng trong máy tính cá nhân để bàn hoặc máy tính xách tay.
Năm 2003, khoảng 44 tỷ USD (tương đương 59,93 tỷ USD vào năm 2018) giá trị bộ vi xử lý đã được sản xuất và bán ra.
Với việc AMD giới thiệu kiến trúc 64-bit tương thích ngược với x86, x86-64 (còn gọi là AMD64), vào tháng 9 năm 2003, theo sau là các phần mở rộng 64-bit gần như tương thích hoàn toàn của Intel (ban đầu gọi là IA-32e hoặc EM64T, sau đó đổi tên thành Intel 64), kỷ nguyên máy tính để bàn 64-bit đã bắt đầu. Cả hai phiên bản đều có thể chạy các ứng dụng 32-bit cũ mà không bị giảm hiệu suất cũng như các phần mềm 64-bit mới.
Bộ vi xử lý đa nhân nguyên khối đầu tiên trên thị trường máy tính cá nhân là AMD Athlon X2, được giới thiệu vài tuần sau Pentium D.
Máy tính cá nhân chưa có bộ vi xử lý đa nhân cho đến khi Intel Pentium D hai nhân được giới thiệu vào năm 2005. Tuy nhiên, Pentium D không phải là bộ vi xử lý đa nhân nguyên khối. Nó được cấu tạo từ hai khuôn chip (die), mỗi khuôn chứa một nhân, được đóng gói trên một mô-đun đa chip.
Khoảng 10 tỷ CPU đã được sản xuất vào năm 2008.
Vào cuối những năm 1990, chỉ còn hai kiến trúc RISC 64-bit được sản xuất với số lượng lớn cho các ứng dụng không nhúng: SPARC và Power ISA, nhưng khi ARM ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn, vào đầu những năm 2010, nó đã trở thành kiến trúc RISC thứ ba trong phân khúc máy tính phổ thông.
Năm 2011, ARM đã giới thiệu một kiến trúc ARM 64-bit mới.
