Nyní se bez mikroprocesoru neobejdou ani méně pokročilé mobilní telefony, co můžeme říci o tabletových, přenosných a stolních osobních počítačích. Co je to mikroprocesor a jak se vyvíjela historie jeho vzniku? Pokud mluvíte s srozumitelný jazyk, pak je mikroprocesor složitější a multifunkční integrovaný obvod.

Začíná historie mikroobvodu (integrovaného obvodu). od roku 1958, kdy Jack Kilby, zaměstnanec americké společnosti Texas Instruments, vynalezl jakési polovodičové zařízení obsahující více tranzistorů spojených vodiči v jednom pouzdru. První mikroobvod - předchůdce mikroprocesoru - obsahoval pouze 6 tranzistorů a byl to tenká germaniová destička s nanesenými drahami ze zlata, to vše bylo umístěno na skleněném substrátu. Pro srovnání, dnes jde účet na jednotky a dokonce desítky milionů polovodičových prvků.

Do roku 1970 poměrně hodně výrobců se zabývalo vývojem a tvorbou integrovaných obvodů různých kapacit a různého funkčního zaměření. Letošní rok lze ale považovat za datum zrodu prvního mikroprocesoru. Právě v tomto roce Intel vytvořil paměťový čip s kapacitou pouze 1 Kbit – pro moderní procesory zanedbatelná, ale na tehdejší dobu neuvěřitelně velká. V té době to byl obrovský úspěch - paměťový čip byl schopen uložit až 128 bajtů informací - mnohem více než podobné analogy. Zhruba ve stejnou dobu si navíc japonský výrobce kalkulaček Busicom objednal stejné čipy Intel 12 různého funkčního zaměření. Specialistům Intelu se podařilo implementovat všech 12 funkčních oblastí do jednoho čipu. Navíc se vytvořený mikroobvod ukázal jako multifunkční, protože umožnil programově měnit jeho funkce bez změny fyzické struktury. Mikroobvod vykonával určité funkce v závislosti na příkazech zadaných jeho řídicím výstupům.

Již o rok později v roce 1971 Intel uvádí na trh první 4bitový mikroprocesor s kódovým označením 4004. Ve srovnání s prvním 6tranzistorovým čipem obsahoval až 2,3 tisíce polovodičových prvků a provedl 60 tisíc operací za sekundu. V té době to byl obrovský průlom v oblasti mikroelektroniky. 4bitový znamenal, že 4004 dokáže zpracovat 4bitová data najednou. O dva roky později v roce 1973 firma vyrábí 8bitový procesor 8008, který již pracoval s 8bitovými daty. Začátek od roku 1976, společnost začíná vyvíjet 16bitovou verzi mikroprocesoru 8086. Právě on se začal používat v prvních osobních počítačích IBM a vlastně položil jednu z cihel v historii počítačů.

Typy mikroprocesorů

Podle povahy spustitelného kódu a organizace řídicího zařízení se rozlišuje několik typů architektur:

Procesor s komplexní sadou instrukcí. Tato architektura se vyznačuje velkým množstvím složitých instrukcí a v důsledku toho složitým řídicím zařízením. Rané verze procesorů CISC a procesorů pro vestavěné aplikace se vyznačují dlouhými dobami provádění instrukcí (od několika cyklů až po stovky), které určuje mikrokód řídicího zařízení. Vysoce výkonné superskalární procesory se vyznačují hlubokou programovou analýzou a mimořádkovým prováděním operací.

Procesor se zjednodušenou sadou instrukcí. Tato architektura má mnohem jednodušší ovládací zařízení. Většina instrukcí RISC procesoru obsahuje stejně malý počet operací (1, někdy 2-3) a samotná příkazová slova mají v naprosté většině případů stejnou šířku (PowerPC, ARM), i když existují výjimky (Coldfire). Superskalární procesory mají nejjednodušší seskupování instrukcí bez změny pořadí provádění.

Procesor s explicitním paralelismem. Od ostatních se liší především tím, že posloupnost a paralelnost provádění operací a jejich rozdělení mezi funkční celky jsou programem jasně definovány. Takové procesory mohou mít velké množství funkčních jednotek bez větších komplikací řídicího zařízení a ztráty účinnosti. Typicky takové procesory používají široké instrukční slovo sestávající z několika slabik, které definují chování každé funkční jednotky během cyklu.

Procesor s minimální sadou instrukcí. Tato architektura je určena především extrémně malým počtem instrukcí (několik desítek) a téměř všechny mají nulový operand. Tento přístup umožňuje velmi těsně zabalit kód a přidělit 5 až 8 bitů pro jednu instrukci. Mezilehlá data v takovém procesoru jsou obvykle uložena na interním zásobníku a operace se provádějí na hodnotách v horní části zásobníku. Tato architektura úzce souvisí s ideologií programování v jazyce Forth a obvykle se používá ke spouštění programů napsaných v tomto jazyce.

Procesor s variabilní sadou instrukcí. Architektura, která vám umožňuje přeprogramovat se změnou sady instrukcí a jejím přizpůsobením řešenému úkolu.

Procesor řízený transportem. Architektura se původně odvíjela od EPIC, ale od ostatních se zásadně liší tím, že instrukce takového procesoru kódují funkční operace a tzv. transporty jsou datové přenosy mezi funkčními jednotkami a pamětí v libovolném pořadí.

Podle způsobu ukládání programů se rozlišují dvě architektury:

Von Neumannova architektura. Tato architektura využívá jednu sběrnici a jedno I/O zařízení pro přístup k programu a datům.

Harvardská architektura. V procesorech této architektury jsou samostatné sběrnice a vstupně-výstupní zařízení pro načítání programu a výměnu dat. Ve vestavěných mikroprocesorech, mikrokontrolérech a DSP to také definuje existenci dvou nezávislých paměťových zařízení pro ukládání programů a dat. V centrálních procesorových jednotkách to určuje existenci samostatné mezipaměti instrukcí a dat. Za keší lze autobusy spojit do jedné pomocí multiplexování.

Úvod

1 Vývoj mikroprocesorů

2 mikroprocesory i80386

3 mikroprocesory i80486

4 procesory Pentium

5 Výkon procesoru

6 koprocesory

Bibliografie

Úvod

Nejdůležitějším prvkem každého PC je mikroprocesor. To do značné míry určuje možnosti výpočetního systému. První mikroprocesor i4004 byl vyroben v roce 1971 a od té doby si Intel pevně drží vedoucí pozici v segmentu trhu. Nejúspěšnějším vývojovým projektem je i8080. Právě na něm byl založen počítač Altair, pro který B. Gates napsal svůj první Basic interpret. Klasická architektura i8080 měla obrovský vliv na další vývoj jednočipových mikroprocesorů. Mikroprocesor i8088, který Intel oznámil v červnu 1979, se stal skutečným průmyslovým standardem pro PC. V roce 1981 si „modrý gigant“ (IBM) vybral tento procesor pro své PC. Zpočátku mikroprocesor i8088 běžel na frekvenci 4,77 MHz a měl rychlost asi 0,33 Mops, ale pak byly vyvinuty jeho klony, určené pro vyšší taktovací frekvenci 8 MHz. Mikroprocesor i8086 se objevil přesně o rok dříve, v červenci 1978, a stal se populárním díky počítači CompaqDecPro. Na základě architektury i8086 as ohledem na požadavky trhu vydala společnost Intel v únoru 1982 i80286. Objevilo se ve stejnou dobu jako Počítač IBM PCAT. Spolu se zvýšením výkonu měl chráněný režim (využíval sofistikovanější techniku ​​správy paměti). Chráněný režim umožňoval programům jako Windows 3.0 a OS/2 pracovat s RAM nad 1 MB. Díky 16bitovým datům na nové systémové sběrnici lze s PU vyměňovat 2bajtové zprávy. Nový mikroprocesor umožnil přístup k 16 MB RAM v chráněném režimu. Procesor i80286 jako první implementoval multitasking a ovládání na úrovni čipu virtuální paměť. S taktovací frekvencí 8 MHz bylo dosaženo výkonu 1,2 Mips.

1 Vývoj mikroprocesorů

Počítače byly široce používány od 50. let minulého století. Dříve se jednalo o velmi velká a drahá zařízení používaná pouze ve vládních agenturách a velkých firmách. Velikost a tvar digitálních počítačů se změnily k nepoznání v důsledku vývoje nových zařízení zvaných mikroprocesory.

Mikroprocesor (MP) je programově řízená elektronika digitální zařízení, určený ke zpracování digitálních informací a řízení procesu tohoto zpracování, prováděného na jednom nebo více integrovaných obvodech s vysoký stupeň integrace elektronických prvků.

V roce 1970 Marshian Edward Hoff z Intelu navrhl integrovaný obvod podobný funkci jako centrální procesorová jednotka sálového počítače – první mikroprocesor. procesor Intel-4004, který byl uvolněn do prodeje již v roce 1971.

To byl skutečný průlom, protože Intel-4004 MP o velikosti necelé 3 cm byl produktivnější než obří stroj ENIAC. Pravda, fungoval mnohem pomaleji a dokázal zpracovávat pouze 4 bity informací současně (velké počítačové procesory zpracovávaly 16 nebo 32 bitů současně), ale první MP stál i desetitisíce levněji.

Krystal byl 4bitový procesor s klasickou počítačovou architekturou Harvardského typu a byl vyroben pomocí pokročilé technologie p-channel MOS s konstrukčním standardem 10 μm. Elektrické schéma zařízení sestávalo z 2300 tranzistorů. MP pracoval na taktovací frekvenci 750 kHz s dobou trvání příkazového cyklu 10,8 μs. Čip i4004 měl zásobník adres (počítač programů a tři zásobníkové registry typu LIFO), blok RON (registry přes paměť s náhodným přístupem nebo registrový soubor - RF), 4bitovou paralelní ALU, akumulátor, povelový registr s povelovým dekodérem a řídicím obvodem a také komunikační obvod s externí zařízení. Všechny tyto funkční uzly byly vzájemně kombinovány pomocí 4bitové SD karty. Paměť instrukcí dosahovala 4 KB (pro srovnání: velikost paměti minipočítače na počátku 70. let zřídka přesáhla 16 KB) a RF CPU měl 16 4bitových registrů, které bylo možné použít i jako 8 8bitových. Taková organizace RON je zachována i v následujících MP od Intelu. Tři zásobníkové registry poskytovaly tři úrovně vnořování podprogramů. i4004 MP byl namontován v plastovém nebo keramicko-kovovém obalu DIP (Dual In-line Package) s pouze 16 piny. Jeho velitelský systém obsahoval pouze 46 instrukcí.

Krystal měl zároveň velmi omezené možnosti I/O a v příkazovém systému neexistovaly žádné logické operace zpracování dat (AND, OR, EXCLUSIVE OR), a proto musely být implementovány pomocí speciálních podprogramů. Modul i4004 neměl schopnost zastavit (příkazy HALT) a zpracovat přerušení.

Instrukční cyklus procesoru se skládal z 8 cyklů hlavního oscilátoru. Existovala multiplexovaná SHA (adresová sběrnice) / SHD (datová sběrnice), 12bitová adresa byla přenášena přes 4 bity.

1. dubna 1972 začala společnost Intel dodávat první 8bitový i8008. Krystal byl vyroben pomocí technologie p-channel MOS s konstrukčními standardy 10 μm a obsahoval 3500 tranzistorů. Procesor pracoval na frekvenci 500 kHz s délkou strojového cyklu 20 μs (10 period hlavního oscilátoru).

Na rozdíl od svých předchůdců měl MP architekturu počítače typu Princeton a umožňoval použití kombinace ROM a RAM jako paměti.

Oproti i4004 se počet RON snížil z 16 na 8 a pro uložení adresy s nepřímým adresováním paměti byly použity dva registry (technologické omezení - blok RON, obdoba krystalů 4004 a 4040 v MP 8008, byl implementován ve tvaru dynamická paměť). Délka cyklu stroje se zkrátila téměř na polovinu (z 8 na 5 stavů). Pro synchronizaci práce s pomalými zařízeními byl zaveden signál READY.

Velitelský systém se skládal z 65 instrukcí. MP mohl adresovat 16 kB paměti. Jeho výkon ve srovnání se čtyřbitovým MP vzrostl 2,3krát. K propojení procesoru s pamětí a I/O zařízeními bylo v průměru zapotřebí asi 20 středně integrovaných obvodů.

Možnosti technologie p-channel pro vytváření složitých vysoce výkonných MT byly téměř vyčerpány, takže „směr hlavního úderu“ byl přenesen na technologii n-channel MOS.

1. dubna 1974 byl Intel 8080 MP představen všem zainteresovaným stranám. Díky použití technologie p-MOS s konstrukčními standardy 6 mikronů bylo na čip umístěno 6 tisíc tranzistorů. Taktovací frekvence procesoru byla zvýšena na 2 MHz a doba trvání instrukčního cyklu byla již 2 μs. Množství paměti adresované procesorem bylo zvýšeno na 64 KB.

Díky použití 40pinového pouzdra bylo možné oddělit SHA a SD, celkový početčipů potřebných k sestavení systému v minimální konfiguraci bylo sníženo na 6.

V Ruské federaci byl zaveden ukazatel zásobníku, který se aktivně používá při zpracování přerušení, a také dva programově nepřístupné registry pro interní přenosy. Blok RON byl implementován na statických paměťových čipech. Vyloučení baterie z RF a její zavedení do ALU zjednodušilo schéma řízení vnitřní sběrnice.

Novinka v architektuře MP - použití víceúrovňový systém vektorová přerušení. Takový technické řešení umožnilo zvýšit celkový počet zdrojů přerušení na 256 (před příchodem řadičů přerušení LSI vyžadoval obvod generování vektoru přerušení použití až 10 dalších čipů střední integrace). Model i8080 zavedl mechanismus přímého přístupu do paměti (DMA) (jako dříve v sálových počítačích IBM System 360 atd.).

PDP otevřelo zelenou pro použití v mikropočítačích tak složitých zařízení, jako jsou magnetické diskové jednotky a pásky, CRT displeje, které proměnily mikropočítač v plnohodnotný výpočetní systém.

Tradicí společnosti, počínaje prvním čipem, bylo vydání ne jednoho CPU čipu, ale rodiny LSI navržených pro sdílené použití.

Moderní mikroprocesory jsou postaveny na 32bitové architektuře x86 nebo IA-32 (Intel Architecture 32 bit), ale velmi brzy dojde k přechodu na pokročilejší, produktivnější 64bitovou architekturu IA-64 (Intel Architecture 64 bit). Ve skutečnosti přechod již začal, o čemž svědčí masová výroba a prodej v roce 2003 nového mikroprocesoru Athlon 64 od AMD Corporation (Advanced Micro Devices), tento mikroprocesor je pozoruhodný tím, že dokáže pracovat s oběma 32bitovými aplikacemi. a 64bitové aplikace.bit. Výkon 64bitových mikroprocesorů je mnohem vyšší.

2 mikroprocesory i80386

V říjnu 1985 Intel oznámil první 32bitový mikroprocesor, i80386. Prvním počítačem využívajícím tento mikroprocesor byl CompaqDeskPro 386. Plnou 32bitovou architekturu v novém mikroprocesoru doplnil pokročilý správce paměti, který byl kromě segmentační jednotky doplněn o jednotku pro řízení stránek. Toto zařízení umožňuje snadno přeskupovat segmenty z jednoho paměťového místa na druhé. Při taktovací frekvenci 16 MHz byl výkon 6 Mips. 32 adresních řádků umožnilo fyzicky adresovat 4Gb paměti, navíc byl představen nový režim správy virtuální paměti V86. V tomto režimu lze provádět několik úloh i8086 současně.

Mikroprocesor i80386 vyrobený na 1 čipu s koprocesorem se nazýval i80386DX. Levnější model 32bitového mikroprocesoru se objevil až v červenci 1988 (i80386SX). Nový mikroprocesor používal 16bitovou datovou sběrnici a 24bitovou adresovou sběrnici. To bylo zvláště užitečné pro standardní IBM PC AT. Software napsaný pro i80386DX běžel na i80386DX. Vnitřní registry byly zcela totožné. Index SX pochází ze slova „šestnáct“ (16bitová datová sběrnice). Pro i486 SX to znamenalo žádný koprocesor. Na podzimní výstavě v roce 1989 Intel oznámil i80486DX, který obsahoval 1,2 milionu tranzistorů na jednom čipu a byl plně kompatibilní s dalšími 86 procesory. Nové mikroobvody poprvé kombinovaly na 1 čipu CPU, koprocesor a mezipaměť. Použití zřetězené architektury vlastní procesorům RISC, což umožňuje dosáhnout 4krát vyššího výkonu než konvenční 32bitové systémy. 8KB vestavěné mezipaměti zrychluje provádění díky přechodnému ukládání často používaných příkazů a dat. Při taktovací frekvenci 25 MHz měl mikroprocesor výkon 16,5 Mips. Vytvořeno v lednu 1991. 50 MHz verze mikroprocesoru umožnila další 50% nárůst výkonu. Vestavěný koprocesor výrazně urychlil matematické výpočty, ale později se ukázalo, že takový mikroprocesor potřebuje pouze 30 % uživatelů.

Používáte počítač popř mobilní zařízeníčíst toto téma nyní. Počítač nebo mobilní zařízení používá k provádění těchto akcí mikroprocesor. Mikroprocesor je srdcem každého zařízení, serveru nebo notebooku. Existuje mnoho značek mikroprocesorů od většiny různých výrobců, ale všichni dělají zhruba totéž a zhruba stejným způsobem.
Mikroprocesor- také známý jako procesor nebo centrální procesorová jednotka, je výpočetní jádro, které se vyrábí na jediném čipu. Prvním mikroprocesorem byl Intel 4004, který se objevil v roce 1971 a nebyl tak výkonný. Uměl sčítat a odečítat, a to jsou pouze 4 bity najednou. Procesor byl úžasný, protože byl vyroben na jediném čipu. Budete se ptát proč? A já odpovím: inženýři v té době vyráběli procesory buď z několika čipů, nebo z diskrétních součástek (tranzistory byly použity v samostatných obalech).

Pokud jste někdy přemýšleli, co mikroprocesor v počítači dělá, jak vypadá nebo jak se liší od jiných typů mikroprocesorů, pak přejděte pod kat- tam jsou všechny nejzajímavější a podrobnosti.

Procesor mikroprocesoru: Intel

První mikroprocesor, který se později stal srdcem jednoduchého domácí počítač, byl Intel 8080, kompletní 8bitový počítač na jediném čipu, představený v roce 1974. První mikroprocesor způsobil skutečný nárůst na trhu. Později v roce 1979 byl propuštěn nový model- Intel 8088. Pokud jste obeznámeni s trhem PC a jeho historií, pak víte, že trh s PC se přesunul z Intel 8088 na Intel 80286 a poté na Intel 80386 a Intel 80486 a poté na Pentium, Pentium II, Pentium III a Pentium 4 Všechny tyto mikroprocesory jsou vyrobeny společností Intel a všechny jsou vylepšením základního návrhu Intel 8088. Pentium 4 může spouštět jakýkoli kód, ale dělá to 5000krát rychleji.

V roce 2004 rok Intel představil mikroprocesory s více jádry a miliony tranzistorů, ale i tyto mikroprocesory následovaly hlavní pravidla, jako dříve vyráběné čipy. dodatečné informace ve stole:

• datum: je rok, kdy byl poprvé představen procesor. Mnoho procesorů bylo znovu vydáno při vyšších rychlostech hodin a to pokračovalo mnoho let po původním datu vydání.
• tranzistory: je počet tranzistorů na čipu. Můžete vidět, že počet tranzistorů na jednom čipu se v průběhu let neustále zvyšuje.
• Mikron: šířka nejmenšího drátu na čipu v mikronech. Pro srovnání mohu uvést lidský vlas, který má tloušťku asi 100 mikronů. Jak se velikosti zmenšovaly a zmenšovaly, zvyšoval se počet tranzistorů.
• Frekvence hodin: maximální rychlostže se čip může vyvíjet. O frekvenci hodin budu mluvit o něco později.
• Údaje o šířce (sběrnici).: je šířka ALU (aritmetické logické jednotky). 8bitová ALU může sčítat, odečítat, násobit atd. V mnoha případech má datová sběrnice stejnou šířku jako ALU, ale ne vždy. Intel 8088 byl 16bitový a měl 8bitovou sběrnici, zatímco současné modely Pentium jsou 64bitové.
• MIPS: tento sloupec v tabulce představuje počet operací za sekundu. Je to měrná jednotka pro mikroprocesory. Moderní procesory umí tolik věcí, že dnešní hodnocení prezentovaná v tabulce ztratí veškerý význam. Ale můžete cítit relativní sílu mikroprocesorů té doby

Tato tabulka ukazuje, že obecně existuje vztah mezi rychlostí hodin a MIPS (operace za sekundu). Maximální frekvence hodin je funkce výrobní procesor. Existuje také vztah mezi počtem tranzistorů a počtem operací za sekundu. Například Intel 8088 taktovaný na 5 MHz (aktuálně 2,5-3 GHz) vykoná pouze 0,33 MIPS (asi jedna instrukce na každých 15 hodinových cyklů). Moderní procesory mohou často provádět dvě instrukce na takt. Tento nárůst přímo souvisí s počtem tranzistorů na čipu a také o tom budu mluvit později.

co je čip?

Čip se také nazývá integrovaný obvod. Obvykle se jedná o malý tenký kousek křemíku, na kterém jsou vyryty tranzistory tvořící mikroprocesor. Čip může být malý až jeden palec, ale stále obsahuje desítky milionů tranzistorů. Jednodušší procesory se mohou skládat z několika tisíc tranzistorů vyleptaných do čipu o velikosti pouhých několika čtverečních milimetrů.

Jak to funguje

Intel Pentium 4

Abychom pochopili, jak mikroprocesor funguje, bylo by užitečné podívat se dovnitř a dozvědět se něco o jeho útrobách. Během tohoto procesu se můžete také dozvědět o jazyce symbolických instrukcí, nativním jazyce mikroprocesoru a mnoha věcech, které mohou inženýři udělat pro zvýšení rychlosti procesoru.

Mikroprocesor provádí kolekci strojových instrukcí, které procesoru říkají, co má dělat. Na základě pokynů dělá mikroprocesor tři hlavní věci:

• Pomocí své ALU (aritmetické logické jednotky) může mikroprocesor pracovat matematické operace. Například sčítání, odčítání, násobení a dělení. Moderní mikroprocesory jsou schopny provádět extrémně složité operace.
• Mikroprocesor může přesouvat data z jednoho paměťového místa do druhého
• Mikroprocesor se může rozhodovat a skočit na novou sadu instrukcí na základě těchto rozhodnutí.

Řečeno na rovinu, mikroprocesor dělá složité věci, ale výše jsem popsal tři hlavní činnosti. Následující diagram ukazuje velmi jednoduchý mikroprocesor schopný dělat tyto tři věci. Tento mikroprocesor má:

• Adresová sběrnice (8, 16 nebo 32 bitů), která odesílá přístup do paměti
• Datová sběrnice (8, 16 nebo 32 bitů), která odesílá data do paměti nebo přijímá data z paměti
• RD (čtení, čtení) a WR (zápis, zápis) sdělují paměti, zda chtějí nastavit nebo získat adresované umístění
• Clock line, která umožňuje zobrazit sekvenci hodin procesoru
• Resetovat řádek, který vynuluje počítadlo programu a restartuje provádění

paměť mikroprocesoru

Dříve jsme mluvili o adresových a datových sběrnicích, stejně jako o čtení a zápisu řádků. To vše je připojeno buď k RAM (Random Access Memory) nebo ROM (Read Only Memory nebo Read Only Memory, ROM) – obvykle obojí. V našem příkladu mikroprocesoru máme širokou adresovou sběrnici 8 bitů a stejně širokou datovou sběrnici - také 8 bitů. To znamená, že mikroprocesor má přístup k 2^8 až 256 bytům paměti a může číst a zapisovat 8 bitů paměti najednou. Předpokládejme, že tento jednoduchý mikroprocesor má 128 bajtů vnitřní paměti začínající na adrese 0 a 128 bajtů RAM začínající na adrese 128.

RAM znamená paměť pouze pro čtení. Čip permanentní paměť naprogramované s trvale přednastavenými přednastavenými bajty. Adresa sběrnice sděluje čipu RAM, který bajt má dosáhnout a vejít se na datovou sběrnici. Když čtený řádek změní svůj stav, čip ROM představí vybraný bajt datové sběrnici.

RAM je zkratka pro RAM, lol. RAM obsahuje bajt informací a mikroprocesor může tyto bajty číst nebo zapisovat v závislosti na tom, zda čtecí nebo zapisovací řádek signalizuje. Jedním z problémů, které lze u dnešních čipů najít, je to, že vše zapomenou, jakmile dojde energie. Počítač tedy musí mít RAM.

Čip RAM nebo čip ROM (Read Only Memory).

Mimochodem, téměř všechny počítače obsahují nějaké množství paměti RAM. Na osobním počítači se paměť pouze pro čtení nazývá BIOS (Basic Input/Output System). Při spuštění začne mikroprocesor provádět instrukce, které najde v BIOSu. Instrukce systému BIOS mimochodem také plní svou roli: provádějí kontrolu hardwaru a poté se všechny informace dostanou na pevný disk, aby se vytvořil spouštěcí sektor. Spouštěcí sektor je jeden malý program a BIOS jej po načtení z disku uchová v paměti. Mikroprocesor poté začne provádět instrukce boot sektor z RAM. Program spouštěcího sektoru řekne mikroprocesoru, co si má ještě vzít s sebou. pevný disk do RAM a pak to všechno udělá a tak dále. Takto mikroprocesor načte a spustí celý operační systém.

instrukce pro mikroprocesor

Dokonce i neuvěřitelně jednoduchý mikroprocesor, který jsem právě popsal, bude mít poměrně velkou sadu instrukcí, které může provádět. Kolekce instrukcí je implementována jako bitové vzory, z nichž každý má při načítání do sektoru instrukcí jiný význam. Lidé si bitové vzory příliš dobře nepamatují, protože jde o sbírku krátkých slov. Mimochodem, tato sada krátkých slov se nazývá jazyk sestavení procesoru. Assembler dokáže velmi snadno přeložit slova do bitového vzoru a pak se úsilí assembleru vloží do paměti pro provedení mikroprocesoru.

Zde je sada instrukcí v assembleru:

• LOADA pam- načíst do registru s adresou paměti
• LOADB pam- načíst do registru B z adresy paměti
• CONB mem- načíst konstantní hodnotu do registru B
• SAVEB pam- uložit registr B na adresu paměti
• SAVEC pam- uložit registr C na adresu paměti
• PŘIDAT- sečtěte A a B a výsledek uložte do C
• SUB- odečtěte A a B a výsledek uložte do C
• MUL- vynásobte A a B a výsledek uložte do C
• DIV- rozdělte A a B a výsledek uložte do C
• COM- porovnejte A a B a výsledek uložte do testu
• JUMP adr- přejděte na adresu
• JEQ adr- skok, pokud se rovná řešení
• adr. JNEQ- skok, pokud se nerovná řešení
• JG adr- skok, pokud více, vyřešit
• adr JGE- skok, pokud je větší nebo roven k vyřešení
• JL adr- skok, pokud méně řešit
• adr JLE- skok, pokud je menší nebo roven k vyřešení
• STOP- zastavit exekuci

jazyk symbolických instrukcí
Kompilátor C překládá tento kód C do jazyka symbolických instrukcí. Za předpokladu, že hlavní paměť začíná na adrese 128 v tomto procesoru a paměť pouze pro čtení (která obsahuje program v assembleru) začíná na adrese 0, pak pro náš jednoduchý mikroprocesor může assembler vypadat takto:

// Předpokládejme, že a je na adrese 128 // Předpokládejme, že F je na adrese 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // pokud a > 5 skok na 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f=f*a;9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a=a+1;13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 SKOK zpět na 4 STOP

Paměť pouze pro čtení (ROM)
Takže nyní otázka zní: "Jak se všechny tyto instrukce integrují s ROM?". Samozřejmě vysvětlím: každý z těchto instrukcí v assembleru musí být reprezentován jako binární číslo. Pro jednoduchost předpokládejme, že každá instrukce assembleru se přiřazuje sama sobě jedinečné číslo. Bude to vypadat například takto:

• LOADA - 1
• LOADB - 2
• CONB - 3
• SAVEB - 4
• SAVEC pam - 5
• PŘIDAT - 6
• SUB - 7
• MUL - 8
• DIV - 9
• COM - 10
• JUMP adr - 11
• JEQ adr - 12
• adr. JNEQ - 13
• JG adr - 14
• adr JGE - 15
• JL adr - 16
• adr JLE - 17
• STOP - 18

Tato čísla budou známá jako operační kódy. V ROM bude náš malý program vypadat takto:

// Předpokládejme, že a je na adrese 128 // Předpokládejme, že F je na adrese 129Addr operační kód/hodnota0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 //1298 31 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 129129 129 23129 129 129 LOADB ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP

Vidíte, že 7 řádků kódu C se stalo 18 řádky assembleru a že všechny měly 32 bajtů v ROM.

Dekódování
Instrukce dekódování musí změnit každý z operačních kódů na sadu signálů, které budou řídit různé součásti v mikroprocesoru. Vezměme si instrukce ADD jako příklad a podívejme se, co má dělat. Tak:

• 1. V prvním cyklu je nutné načíst samotnou instrukci, takže dekodér potřebuje: aktivovat buffer pro programový čítač se třemi stavy, aktivovat čtecí řádek (RD), aktivovat data ve třech stavech vyrovnávací paměti v registru instrukcí
• 2. Ve druhém cyklu je dekódována instrukce ADD. Zde musíte udělat velmi málo: nastavit provoz aritmetické logické jednotky (ALU) na registr C
• 3. Během třetího cyklu se počítadlo programu zvýší (teoreticky se to může překrývat ve druhém cyklu)

Každou instrukci lze rozdělit na sadu sekvenovaných operací, jak jsme se právě podívali. Manipulují se součástmi mikroprocesoru ve správném pořadí. Některé instrukce, jako je instrukce ADD, mohou trvat dva nebo tři cykly. Ostatní mohou mít pět nebo šest taktů.

Pojďme na konec

Počet tranzistorů má obrovský vliv na výkon procesoru. Jak můžete vidět výše, typický mikroprocesor Intel 8088 mohl spustit 15 cyklů. Čím více tranzistorů, tím vyšší výkon – je to jednoduché. Velké množství tranzistorů umožňuje také technologie, jako je pipelining.

Architektura potrubí je tvořena prováděním příkazů. Provedení jedné instrukce může trvat pět cyklů, ale nemůže existovat pět instrukcí v různých fázích provádění současně. Vypadá to tedy, že každý cyklus hodin dokončí jedna instrukce.

Všechny tyto trendy umožňují růst počtu tranzistorů, což má za následek vznik těžkých tranzistorů v hodnotě několika milionů dolarů, které jsou dnes k dispozici. Takové procesory dokážou provést asi miliardu operací za sekundu – jen si to představte. Mimochodem, nyní se mnoho výrobců začalo zajímat o vydání 64bitové verze mobilní procesory a zřejmě přichází další vlna, jen tentokrát je 64bitová architektura králem módy. Možná se k tomuto tématu v dohledné době dostanu a řeknu vám, jak to vlastně funguje. K tomu pro dnešek snad vše. Doufám, že se vám to líbilo a hodně se naučili.

První mikroprocesor byl vytvořen v roce 1971 a s tím se nakonec zrodil počítače čtvrté generace.

procesor(CPU, doslova - centrální procesorová jednotka) - elektronická jednotka nebo integrovaný obvod (mikroprocesor), který provádí strojové instrukce (programový kód). Někdy označovaný jako mikroprocesor nebo jednoduše procesor.

Hlavní vlastnosti centrální procesorové jednotky (CPU) jsou: takt, výkon, spotřeba a architektura.

Dřívější CPU byly navrženy jako jedinečné stavební bloky pro jedinečné, dokonce jedinečné počítačové systémy. Později z drahého způsobu vývoje procesorů navržených tak, aby jeden vykonávaly jediný program, přešli výrobci počítačů na sériovou výrobu typických tříd procesorů.

Vytvoření mikroobvodů umožnilo další zvýšení složitosti CPU a zároveň snížení jejich fyzické velikosti.

Intel v roce 1971 vytvořil první 4bitový mikroprocesor 4004 na světě určené pro použití v kalkulačkách.



Později to bylo změněno 8bitový Intel 8080 a 16bitový 8086, která položila základy architektury všech moderních stolních počítačů.




Pak následovala jeho úprava, 80186 .
V procesor 80286 objevil se chráněný režim, který umožňoval využití až 16 MB paměti.

Procesor Intel 80386 se objevil v roce 1985 a představil vylepšený chráněný režim, umožnil použití až 4 GB RAM.



Intel486(také známý jako i486, Intel 80486 nebo jednoduše 486.) čtvrtá generace x86 kompatibilní mikroprocesor postavený na hybridním jádru a vydal Intel 10. dubna 1989.

Tento mikroprocesor je vylepšenou verzí mikroprocesoru 80386. Poprvé byl předveden na výstavě na podzim roku 1989.

Byl to první mikroprocesor s vestavěným matematický koprocesor(FPU). Používal se především ve stolních počítačích, v serverech a přenosných počítačích (notebooky a notebooky).



V osobních počítačích se začaly používat procesory s architekturou x86.

Postupně se téměř všechny procesory začaly vyrábět v mikroprocesorovém formátu.

Mikroprocesor Intel Pentium představeno 22. března 1993.
Nová architektura procesoru umožnila zvýšit výkon 5x oproti 33 MHz 486DX.

Počet tranzistorů je 3,1 milionu.
Konektor 237/238 nohy.

Další přišly (od Intelu) 64bitové procesory:
Itanium, Itanium 2, Pentium 4F, Pentium D, Xeon, Intel Core 2, Pentium Dual Core, Celeron Dual Core, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon E3...

Vícejádrové procesory obsahují několik procesorových jader v jednom balení (na jednom nebo více čipech).

Prvním vícejádrovým mikroprocesorem byl IBM POWER4, který se objevil v roce 2001 a měl dvě jádra. 14. listopadu 2005 vyšlo Sun osmijádrový UltraSPARC T1.

AMD se vydalo vlastní cestou, vyrobilo v roce 2007 čtyřjádrový procesor v jediném čipu.

Masivně dostupné jsou procesory se 2, 3, 4 a 6 jádry a také 2, 3 a 4modulové procesory procesory AMD Buldozerové generace.

Pro servery jsou k dispozici také 8jádrové procesory Xeon a Nehalem (Intel) a 12jádrové procesory Opteron (AMD).

Pro chladič z mikroprocesorů se používají pasivní zářiče a aktivní chladiče.

Intel Core i7- Řada procesorů Intel x86-64.
Jednočipové zařízení: všechna jádra, paměťový řadič a mezipaměť jsou na stejném čipu.
Podpěra, podpora Turbo zrychlení, se kterým procesor automaticky zvyšuje výkon, když je potřeba.


Ochranný kryt procesorů je vyroben z poniklované mědi, substrát je křemík, kontakty jsou vyrobeny z pozlacené mědi.
Minimální a maximální skladovací teplota pro Core i7 je -55 °C a 125 °C.
Maximální odvod tepla Jádrové procesory i7 má 130 wattů.

Intel Core i7 3820 je vybaven čtyřmi fyzickými a osmi virtuálními procesorovými jádry, jejichž nominální taktovací frekvence je 3,6 GHz a dynamická 3,8 GHz, a také deset megabajtů vyrovnávací paměti. Datum uvedení na trh - 2012.

Moderní počítače malé, pohodlné, mají vysokou rychlost zpracování informací, velké množství operační a fyzické paměti.



Moderní procesory lze nalézt nejen v počítačích, ale i v autech, mobilní telefony, domácích spotřebičů a dokonce i v dětských hračkách.

), od prvních grafických adaptérů MDA a CGA až po nejnovější architektury AMD a NVIDIA. Nyní je řada na sledování vývoje centrálních procesorových jednotek – stejně důležité součásti každého počítače. V této části materiálu budeme hovořit o 70. letech, a tedy o prvních 4- a 8bitových řešeních.

První CPU byly stonožky

40.–60. léta 20. století

Než se ponoříme do historie vývoje centrálních procesorových jednotek, je třeba říci pár slov o vývoji počítačů obecně. První CPU se objevily ve 40. letech 20. století. Poté pracovali s pomocí elektromechanických relé a elektronek a feritová jádra v nich použitá sloužila jako úložná zařízení. Pro fungování počítače založeného na takových mikroobvodech to bylo nutné velké množství procesory. Podobný počítač Byla to obrovská budova o velikosti docela velké místnosti. Zároveň uvolnil velké množství energie a jeho výkon zanechal mnoho přání.

Počítač využívající elektromechanická relé

Již v 50. letech se však při konstrukci procesorů začaly používat tranzistory. Díky jejich použití dokázali inženýři dosáhnout více vysoká rychlost provozu čipů, stejně jako snížit jejich spotřebu energie, ale zlepšit spolehlivost.

V 60. letech byla vyvinuta technologie výroby integrovaných obvodů, která umožnila vytvářet mikročipy s tranzistory umístěnými na nich. Samotný procesor se skládal z několika takových obvodů. Postupem času technologie umožnila umístit na čip stále více tranzistorů a v důsledku toho se snížil počet integrovaných obvodů používaných v CPU.

Nicméně architektura procesoru byla stále velmi, velmi vzdálená tomu, co vidíme dnes. Vydání IBM System / 360 v roce 1960 ale design tehdejších počítačů a CPU trochu přiblížilo tomu modernímu – především z hlediska práce se softwarem. Faktem je, že před příchodem tohoto počítače všechny systémy a procesory pracovaly pouze s programový kód který byl napsán speciálně pro ně. IBM poprvé ve svých počítačích použilo jinou filozofii: celá řada CPU různého výkonu podporovala stejnou sadu instrukcí, což umožnilo napsat software, který by běžel pod jakoukoliv modifikací System / 360.

Počítač IBM System/360

Vrátíme-li se k tématu System/360 kompatibility, je třeba zdůraznit, že IBM tomuto aspektu věnovalo velkou pozornost. Například moderní počítače zSeries stále podporují software napsané pro platformu System/360.

Nezapomeňte na DEC (Digital Equipment Corporation), konkrétně na její řadu počítačů PDP (Programmed Data Processor). Společnost byla založena v roce 1957 a v roce 1960 vydala svůj první minipočítač PDP-1. Zařízení bylo 18bitový systém a bylo menší než tehdejší sálové počítače, zabíralo „jen“ roh místnosti. Do počítače byl integrován CRT monitor. Zajímavé je, že první na světě počítačová hra s názvem Spacewar! byl napsán speciálně pro platformu PDP-1. Náklady na počítač v roce 1960 byly 120 tisíc amerických dolarů, což bylo výrazně nižší než cena ostatních sálových počítačů. Přesto nebyl PDP-1 příliš populární.

Počítač PDP-1

Prvním komerčně úspěšným zařízením DEC byl počítač PDP-8, uvedený na trh v roce 1965. Na rozdíl od PDP-1, nový systém byl 12 bit. Cena PDP-8 byla 16 tisíc amerických dolarů - byl to nejlevnější minipočítač té doby. Díky tak nízké ceně se zařízení stalo dostupným pro průmyslové podniky a vědecké laboratoře. V důsledku toho se prodalo asi 50 tisíc takových počítačů. Charakteristickým architektonickým rysem procesoru PDP-8 byla jeho jednoduchost. Měl tedy pouze čtyři 12bitové registry, které se používaly pro úlohy různé typy. PDP-8 přitom obsahoval celkem 519 logických hradel.

Počítač PDP-8. Snímek z filmu "Tři dny kondora"

Architektura PDP procesorů přímo ovlivnila návrh 4- a 8bitových procesorů, o kterých bude řeč později.

Intel 4004

Rok 1971 vešel do historie jako rok prvních mikroprocesorů. Ano, ano, taková řešení, která se dnes používají v osobních počítačích, noteboocích a dalších zařízeních. A jedním z prvních, kdo se ohlásil, byla tehdy právě založená společnost Intel, která uvedla na trh model 4004 – první komerčně dostupný jednočipový procesor na světě.

Než přejdeme přímo k procesoru 4004, stojí za to říci pár slov o samotném Intelu. Vytvořili jej v roce 1968 inženýři Robert Noyce a Gordon Moore, kteří do té doby pracovali ve prospěch Fairchild Semiconductor, a Andrew Grove. Mimochodem, byl to právě Gordon Moore, kdo zveřejnil známý „Moorův zákon“, podle kterého se počet tranzistorů v procesoru každým rokem zdvojnásobuje.

Již v roce 1969, pouhý rok po svém založení, obdržel Intel zakázku od japonské společnosti Nippon Calculating Machine (Busicon Corp.) na výrobu 12 čipů pro výkonné stolní kalkulačky. Původní design čipu navrhl sám Nippon. Tato architektura se však inženýrům Intelu nelíbila a zaměstnanec americké společnosti Ted Hoff navrhl snížení počtu čipů na čtyři pomocí univerzálního procesor, který by byl zodpovědný za aritmetické a logické funkce. Kromě centrální procesorové jednotky zahrnovala architektura čipu RAM pro ukládání uživatelských dat a také ROM pro ukládání softwaru. Po schválení konečná struktura mikroobvody, pokračovaly práce na návrhu mikroprocesoru.

V dubnu 1970 se k inženýrskému týmu Intelu připojil italský fyzik Federico Fagin, který také pracoval ve Fairchildu. Měl rozsáhlé zkušenosti s návrhem počítačové logiky a technologií křemíkového hradla MOS (metal-oxide-semiconductor). Právě díky přispění Federica se inženýrům Intelu podařilo spojit všechny mikroobvody do jednoho čipu. Světlo světa tedy spatřil první mikroprocesor 4004 na světě.

Procesor Intel 4004

Vztahující se k Specifikace Intel 4004 tedy na dnešní poměry samozřejmě byly více než skromné. Čip byl vyroben pomocí 10mikronové procesní technologie, obsahoval 2300 tranzistorů a pracoval na frekvenci 740 kHz, což znamenalo, že mohl provádět 92 600 operací za sekundu. Jako tvarový faktor byl použit obal DIP16. Rozměry Intel 4004 byly 3x4 mm a po stranách byly řady kontaktů. Původně všechna práva k čipu patřila společnosti Busicom, která hodlala mikroprocesor používat výhradně v kalkulačkách vlastní výroby. Nakonec však umožnili Intelu prodat jejich čipy. V roce 1971 si každý mohl koupit procesor 4004 za přibližně 200 dolarů. Mimochodem, o něco později Intel koupil všechna práva na procesor od Busicomu, což čipu předpovědělo důležitou roli v následné miniaturizaci integrovaných obvodů.

I přes dostupnost procesoru byl jeho záběr omezen na kalkulačku Busicom 141-PF. Taky na dlouhou dobu proslýchalo se, že Intel 4004 byl použit při návrhu palubního počítače bezpilotní lodi Pioneer 10, která se stala první meziplanetární sondou, která proletěla poblíž Jupiteru. Tyto fámy jsou přímo vyvráceny tím, že palubní počítače„průkopníci“ měli 18- nebo 16bitové bity, zatímco Intel 4004 byl 4bitový procesor. Stojí však za zmínku, že inženýři NASA zvažovali možnost jeho použití ve svých zařízeních, ale považovali čip za nedostatečně otestovaný pro takové účely.

Procesor Intel 4040

Tři roky po vydání procesoru Intel 4004 spatřil světlo světa jeho nástupce, 4bitový Intel 4040. Čip byl vyroben pomocí stejné 10mikronové procesní technologie a běžel na stejné taktovací frekvenci 740 kHz. Procesor se však stal trochu „složitějším“ a dostal bohatší sadu funkcí. Takže 4040 obsahovalo 3000 tranzistorů (700 více než 4004). Tvarový faktor procesoru zůstal stejný, ale místo 16pinového začali používat 24pinový DIP. Mezi vylepšeními v 4040 stojí za zmínku podpora 14 nových příkazů, zvýšená hloubka zásobníku na 7 úrovní a také podpora přerušení. "Čtyřicítka" se používala hlavně v testovacích zařízeních a ovládání zařízení.

Intel 8008

Kromě 4bitových procesorů se na počátku 70. let v arzenálu Intelu objevil 8bitový model - 8008. V jádru čipu byla 8bitová verze procesoru 4004 s nižším taktem. To by nemělo být překvapivé, protože vývoj modelu 8008 probíhal souběžně s vývojem 4004. V roce 1969 tedy společnost Computer Terminal Corporation (později Datapoint) pověřila Intel, aby vytvořil procesor pro terminály Datapoint a poskytl jim schéma architektury. Stejně jako u 4004 navrhl Tad Hoff integraci všech integrovaných obvodů do jednoho čipu a CTC s tímto návrhem souhlasila. Vývoj se pomalu chýlil ke konci, ale v roce 1970 CTC opustilo jak čip, tak další spolupráci s Intelem. Důvody byly banální: inženýři Intelu neinvestovali do vývojových termínů a funkčnost poskytnutého „kámenu“ nesplňovala požadavky CTC. Smlouva mezi oběma společnostmi byla ukončena, práva na veškerý vývoj zůstala Intelu. O nový čip se začala zajímat japonská společnost Seiko, jejíž inženýři chtěli nový procesor použít ve svých kalkulačkách.

Procesor Intel 8008

Tak či onak, ale Intel po ukončení spolupráce s CTC přejmenoval vyvíjený čip na 8008. V dubnu 1972 byl tento procesor k dispozici na objednávku za cenu 120 dolarů. Poté, co Intel zůstal bez podpory CTC, byl tábor společnosti ohledně komerčních vyhlídek nového čipu opatrný, ale pochybnosti byly marné – procesor se dobře prodával.

Technické vlastnosti 8008 byly v mnohém podobné jako 4004. Procesor byl vyroben v 18pinovém DIP provedení podle 10mikrometrových technologických standardů a obsahoval 3500 tranzistorů. Vnitřní zásobník podporoval 8 úrovní a množství podporovaných externí paměť byla až 16 kB. Takt 8008 byl nastaven na 500 kHz (o 240 kHz nižší než u 4004). Kvůli tomu 8bitový procesor Intel často ztrácel na rychlosti oproti 4bitovému.

Na základě 8008 bylo postaveno několik počítačových systémů. Prvním z nich byl nepříliš známý projekt s názvem The Sac State 8008. Tento systém byl vyvinut ve zdech univerzity v Sacramentu pod vedením inženýra Billa Pentze. Navzdory skutečnosti, že systém Altair 8800 byl dlouhou dobu považován za první vytvořený mikropočítač, je to The Sac State 8008. Projekt byl dokončen v roce 1972 a jednalo se o kompletní počítač pro zpracování a uložení zdravotnické dokumentace pacientů. Počítač obsahoval přímo procesor 8008, HDD, 8K RAM, barevný displej, rozhraní sálového počítače a proprietární operační systém. Náklady na takový systém byly extrémně vysoké, takže The Sac State 8008 nemohl získat řádnou distribuci, i když po dlouhou dobu neměl konkurenci z hlediska výkonu.

Takhle vypadal The Sac State 8008

The Sac State 8008 však není jediným počítačem postaveným kolem procesoru 8008. Byly vytvořeny další systémy, například americký SCELBI-8H, francouzský Micral N a kanadský MCM/70.

Intel 8080

Stejně jako v případě procesoru 4004 se i 8008 o něco později dočkal aktualizace tváří v tvář čipu 8080. V případě 8bitového řešení však byly změny v architektuře procesoru mnohem výraznější.

Intel 8080 byl představen v dubnu 1974. Předně je třeba poznamenat, že výroba procesoru byla převedena na novou 6mikronové procesní technologii. Při výrobě byla navíc použita technologie N-MOS (n-channel tranzistorů) - na rozdíl od 8008, která byla vyrobena pomocí P-MOS logiky. Použití nové procesní technologie umožnilo umístit na čip 6000 tranzistorů. Použitý tvarový faktor byl 40pinový DIP.

8080 obdržela bohatší instrukční sadu, která obsahovala 16 instrukcí pro přenos dat, 31 instrukcí pro zpracování dat, 28 instrukcí přímého skoku adresy a 5 řídicích instrukcí. Taktovací frekvence procesoru byla 2 MHz – 4x více než u předchůdce. 8080 měl také 16bitovou adresovou sběrnici, která umožňovala adresování 64 KB paměti. Tyto inovace zajistily vysoký výkon nového čipu, který je asi 10krát vyšší než u 8008.

Procesor Intel 8080

Procesor 8080 ve své první revizi obsahoval závažnou chybu, která mohla vést k zamrznutí. Chyba byla opravena v aktualizované revizi čipu nazvané 8080A a vydané jen o šest měsíců později.

Pro svůj vysoký výkon se procesor 8080 stal velmi oblíbeným. Byl dokonce použit v řídicích systémech pouličního osvětlení a semaforů. Používal se však především v počítačové systémy, z nichž nejznámější byl MITS Altair-8800, představený v roce 1975.

Altair-8800 pracoval na základně operační systém Altair BASIC a rozhraní S-100 bylo použito jako sběrnice, která se o několik let později stala standardem pro všechny osobní počítače. Technické vlastnosti počítače byly více než skromné. Měl jen 256 bajtů RAM, neměl klávesnici a monitor. Uživatel komunikoval s počítačem tak, že zadával programy a data v binární podobě kliknutím na sadu malých kláves, které mohly zaujímat dvě pozice: nahoru a dolů. Výsledek byl odečten i v binární podobě – podle zhasnutých a svítících žárovek. Altair-8800 se však stal natolik populárním, že malá společnost jako MITS jednoduše nedokázala držet krok s poptávkou po počítačích. Popularita počítače přímo přispěla k jeho nízké ceně – 621 amerických dolarů. Přitom za 439 amerických dolarů bylo možné pořídit počítač v rozloženém stavu.

Počítač Altair-8800

Vrátíme-li se k tématu 8080, je třeba poznamenat, že na trhu bylo mnoho jeho klonů. Marketingová situace v té době byla velmi odlišná od toho, co vidíme dnes, a pro Intel bylo výhodné licencovat společnosti třetích stran na výrobu kopií 8080. Na výrobě klonů se podílelo mnoho velkých společností, jako National Semiconductor, NEC, Siemens a AMD. Ano, v 70. letech AMD ještě nemělo vlastní procesory - společnost se výhradně zabývala vydáváním "předělávek" jiných krystalů ve vlastních zařízeních.

Zajímavostí je, že existovala i domácí kopie procesoru 8080. Byl vyvinut Kyjevským výzkumným ústavem mikrozařízení a jmenoval se KR580VM80A. Bylo vydáno několik variant tohoto procesoru, včetně těch pro použití ve vojenských zařízeních.

"Čtvercový" KR580VM80A

V roce 1976 se objevil aktualizovaná verzeČip 8080, který získal index 8085. Nový krystal byl vyroben technologií procesu 3 mikronů, která umožnila umístit na čip 6500 tranzistorů. Maximální taktovací frekvence procesoru byla 6 MHz. Sada podporovaných instrukcí obsahovala 79 instrukcí, mezi nimiž byly dvě nové instrukce pro správu přerušení.

Zilog Z80

Hlavní událostí po vydání 8080 bylo odvolání Federica Fagina. Ital nesouhlasil s vnitřní politikou firmy a rozhodl se odejít. Spolu s bývalým manažerem Intelu Ralphem Ungermannem a japonským inženýrem Masatoshi Shimou založil Zilog. Bezprostředně poté začal vývoj nového procesoru, architektonicky podobného 8080. V červenci 1976 se tedy objevil procesor Zilog Z80, binárně kompatibilní s 8080.

Federico Fagin (vlevo)

Oproti Intel 8080 měl Zilog Z80 mnoho vylepšení, například rozšířenou sadu instrukcí, nové registry a instrukce pro ně, nové režimy přerušení, dva samostatné bloky registrů a integrovaný obvod dynamické obnovy paměti. Kromě toho byly náklady na Z80 mnohem nižší než na 8080.

Pokud jde o technické vlastnosti, procesor byl vyroben podle 3mikrometrových technologických standardů s využitím technologií N-MOS a CMOS. Z80 obsahoval 8500 tranzistorů a jeho plocha byla 22,54 mm2. Taktovací frekvence Z80 se pohybovala od 2,5 do 8 MHz. Šířka datové sběrnice byla 8 bitů. Procesor měl 16bitovou adresovou sběrnici a množství adresovatelné paměti bylo 64 KB. Z80 se vyráběl v několika provedeních: DIP40 nebo 44kolíkové PLCC a PQFP.

Procesor Zilog Z80

Z80 rychle předčil v oblíbenosti všechna konkurenční řešení, včetně 8080. Procesor byl použit v počítačích firem jako Sharp, NEC a dalších. Z80 se „zaregistroval“ i do konzolí Sega a Nintendo. Kromě toho se procesor používal v herních automatech, modemech, tiskárnách, průmyslových robotech a mnoha dalších zařízeních.

ZX Spectrum

Zvláštní zmínku si zaslouží zařízení s názvem ZX Spectrum, a to i přesto, že náš dnešní příběh se netýká rozhodnutí z 80. let minulého století. Počítač byl vyvinut britskou společností Sinclair Research a byl uveden na trh v roce 1982. ZX Spectrum bylo daleko od prvního vývoje SR. Na začátku 70. let se šéf společnosti a její hlavní inženýr Clive Sinclair (Clive Sinclair) zabývali prodejem rádiových komponentů poštou. V polovině 70. let vytvořil Clive kapesní kalkulačku, která se stala prvním úspěšným vynálezem společnosti. Všimněte si, že společnost se přímo nepodílela na vývoji kalkulačky. Podařilo se jim najít zdařilou kombinaci designu, funkčnosti a hodnoty, díky které se zařízení dobře prodávalo. Dalším přístrojem Sinclair byla také kalkulačka, ale s bohatší sadou funkcí. Zařízení bylo určeno pro „pokročilejší“ publikum, ale nepodařilo se mu získat velký úspěch.

Clive Sinclair – „otec“ ZX Spectra

Po kalkulačkách se Sinclair rozhodl zaměřit na vývoj plnohodnotných počítačů a mezi lety 1980 a 1981 se objevila řada domácích počítačů ZX: ZX80 a ZX81. Ale nejoblíbenějším řešením byl systém vydaný v roce 1982 nazvaný ZX Spectrum. Původně měl vstoupit na trh pod označením ZX83, ale na poslední chvíli bylo rozhodnuto o přejmenování zařízení, aby se zdůraznila podpora počítače pro barevné obrázky.

ZX Spectrum se stalo populární především díky své jednoduchosti a nízké ceně. Počítač vypadal herní konzole. Přes externí rozhraní byl k němu připojen televizor, který se používal jako monitor, a kazetový magnetofon, který fungoval jako mechanika. Na těle Spectra se nacházela multifunkční klávesnice se 40 gumovými klávesami. Každé tlačítko mělo až sedm hodnot při práci v různých režimech.

Počítač ZX Spectrum

Vnitřní architektura ZX Spectrum byla také docela jednoduchá. Díky použití technologie ULA (Uncommitted Logic Array) byla hlavní část obvodu počítače umístěna na jediném čipu. Použitý CPU byl Zilog Z80 taktovaný na 3,5 MHz. Velikost paměti RAM byla 16 nebo 48 KB. Je pravda, že někteří výrobci třetích stran vyráběli 32 KB paměťové moduly, které byly vloženy do jednoho z rozšiřujících portů Spectrum. Množství ROM bylo 16 KB a do paměti byl všit dialekt jazyka BASIC s názvem Sinclair BASIC. ZX Spectrum podporovalo pouze jednobitový zvukový výstup přes vestavěný reproduktor. Počítač pracoval pouze v grafickém režimu (8 barev a 2 úrovně jasu). V důsledku toho neexistovala podpora pro textový režim. Maximální rozlišení bylo 256 x 192 pixelů.