Dabar net mažiau pažangūs mobilieji telefonai neapsieina be mikroprocesoriaus, ką jau kalbėti apie planšetinius, nešiojamus ir stalinius asmeninius kompiuterius. Kas yra mikroprocesorius ir kaip susiklostė jo sukūrimo istorija? Jei kalbi su suprantama kalba, tada mikroprocesorius yra sudėtingesnis ir daugiafunkcinis integrinis grandynas.

Prasideda mikroschemos (integrinės grandinės) istorija nuo 1958 m, kai amerikiečių kompanijos „Texas Instruments“ darbuotojas Jackas Kilby išrado savotišką puslaidininkinį įrenginį, kuriame vienoje pakuotėje yra keli laidininkais sujungti tranzistoriai. Pirmoji mikroschema - mikroprocesoriaus pirmtakas - turėjo tik 6 tranzistorius ir buvo plona germanio plokštelė su aukso takeliais. Visa tai buvo ant stiklo pagrindo. Palyginimui, šiandien sąskaita tenka vienetams ir net dešimtims milijonų puslaidininkinių elementų.

Iki 1970 m gana daug gamintojų užsiėmė kūrimu ir kūrimu integrinių grandynų skirtingos talpos ir skirtingos funkcinės orientacijos. Tačiau šiuos metus galima laikyti pirmojo mikroprocesoriaus gimimo data. Būtent šiais metais „Intel“ sukūrė tik 1 Kbit atminties lustą – nereikšmingą šiuolaikiniams procesoriams, tačiau tuo metu neįtikėtinai didelę. Tuo metu tai buvo didžiulis pasiekimas – atminties lustas sugebėjo saugoti iki 128 baitų informacijos – daug daugiau nei panašūs analogai. Be to, maždaug tuo pačiu metu Japonijos skaičiuotuvų gamintojas „Busicom“ užsakė tuos pačius „Intel 12“ įvairių funkcinių orientacijų lustus. „Intel“ specialistams pavyko įgyvendinti visas 12 funkcinių sričių viename luste. Be to, sukurta mikroschema pasirodė daugiafunkcinė, nes leido programiškai keisti jos funkcijas nekeičiant fizinės struktūros. Mikroschema atliko tam tikras funkcijas, priklausomai nuo jo valdymo išėjimams duotų komandų.

Jau po metų 1971 metais„Intel“ išleidžia pirmąjį 4 bitų mikroprocesorių, kodiniu pavadinimu 4004. Palyginti su pirmuoju 6 tranzistorių lustu, jame buvo net 2,3 tūkst. puslaidininkinių elementų ir per sekundę atlikta 60 tūkst. Tuo metu tai buvo didžiulis proveržis mikroelektronikos srityje. 4 bitai reiškė, kad 4004 gali apdoroti 4 bitų duomenis vienu metu. Dar po dvejų metų 1973 metaisįmonė gamina 8 bitų procesorių 8008, kuris jau dirbo su 8 bitų duomenimis. Pradžia nuo 1976 m, įmonė pradeda kurti 16 bitų mikroprocesoriaus 8086 versiją. Būtent jis buvo pradėtas naudoti pirmuosiuose IBM asmeniniuose kompiuteriuose ir, tiesą sakant, padėjo vieną iš kompiuterių istorijos plytų.

Mikroprocesorių tipai

Pagal vykdomojo kodo pobūdį ir valdymo įrenginio organizavimą išskiriami keli architektūros tipai:

Procesorius su sudėtingu instrukcijų rinkiniu.Šiai architektūrai būdingas daug sudėtingų instrukcijų ir dėl to sudėtingas valdymo įrenginys. Ankstyvosios CISC procesorių ir įterptųjų programų procesorių versijos pasižymi ilgu komandų vykdymo laiku (nuo kelių ciklų iki šimtų), nulemtu valdymo įrenginio mikrokodu. Didelio našumo superskaliariniai procesoriai pasižymi gilia programų analize ir netvarkingu operacijų vykdymu.

Procesorius su supaprastintu instrukcijų rinkiniu.Ši architektūra turi daug paprastesnį valdymo įrenginį. Daugumoje RISC procesoriaus instrukcijų yra toks pat nedidelis operacijų skaičius (1, kartais 2–3), o patys komandiniai žodžiai daugeliu atvejų yra vienodo pločio (PowerPC, ARM), nors yra ir išimčių (Coldfire). Superskalariniai procesoriai turi paprasčiausią instrukcijų grupavimą, nekeičiant vykdymo tvarkos.

Procesorius, turintis aiškų lygiagretumą. Jis skiriasi nuo kitų pirmiausia tuo, kad operacijų vykdymo seka ir lygiagretumas bei jų pasiskirstymas tarp funkcinių vienetų yra aiškiai apibrėžtas programoje. Tokie procesoriai gali turėti daugybę funkcinių mazgų be didelių valdymo įrenginio komplikacijų ir efektyvumo praradimo. Paprastai tokie procesoriai naudoja platų komandinį žodį, susidedantį iš kelių skiemenų, kurie apibrėžia kiekvieno funkcinio vieneto elgesį ciklo metu.

Procesorius su minimaliu instrukcijų rinkiniu.Šią architektūrą pirmiausia lemia itin mažas instrukcijų skaičius (kelios dešimtys), ir beveik visos jos yra nulinės. Šis metodas leidžia labai sandariai supakuoti kodą, vienai komandai skiriant nuo 5 iki 8 bitų. Tarpiniai duomenys tokiame procesoriuje paprastai saugomi vidinėje krūvoje, o operacijos atliekamos su dėklo viršuje esančiomis reikšmėmis. Ši architektūra yra glaudžiai susijusi su programavimo ideologija Forth kalba ir dažniausiai naudojama šia kalba parašytoms programoms vykdyti.

Procesorius su kintamu instrukcijų rinkiniu. Architektūra, leidžianti perprogramuoti save keičiant instrukcijų rinkinį, priderinant jį prie sprendžiamos užduoties.

Transporto valdomas procesorius. Architektūra iš pradžių atsiskyrė nuo EPIC, tačiau iš esmės skiriasi nuo kitų tuo, kad tokio procesoriaus instrukcijos koduoja funkcines operacijas, o vadinamieji transportai yra duomenų perdavimas tarp funkcinių vienetų ir atminties savavališka tvarka.

Pagal programų saugojimo būdą išskiriamos dvi architektūros:

Von Neumann architektūra. Ši architektūra programai ir duomenims pasiekti naudoja vieną magistralę ir vieną I/O įrenginį.

Harvardo architektūra.Šios architektūros procesoriuose yra atskiros magistralės ir įvesties-išvesties įrenginiai, skirti programoms gauti ir keistis duomenimis. Integruotuose mikroprocesoriuose, mikrovaldikliuose ir DSP tai taip pat apibrėžia dviejų nepriklausomų atminties įrenginių, skirtų programoms ir duomenims saugoti, egzistavimą. Centriniuose procesoriuose tai lemia atskiros instrukcijų ir duomenų talpyklos egzistavimą. Už talpyklos autobusus galima sujungti į vieną tankinimo būdu.

Įvadas

1 Mikroprocesorių kūrimas

2 mikroprocesoriai i80386

3 mikroprocesoriai i80486

4 Pentium procesoriai

5 Procesoriaus našumas

6 koprocesoriai

Bibliografija

Įvadas

Svarbiausias bet kurio kompiuterio elementas yra mikroprocesorius. Tai daugiausia lemia skaičiavimo sistemos galimybes. Pirmasis i4004 mikroprocesorius buvo pagamintas 1971 m. ir nuo tada Intel tvirtai užima lyderio pozicijas rinkos segmente. Sėkmingiausias plėtros projektas yra i8080. Būtent ant jo buvo sukurtas kompiuteris „Altair“, kuriam B.Gatesas parašė savo pirmąjį „Basic“ vertėją. Klasikinė i8080 architektūra turėjo didžiulę įtaką tolimesnei vieno lusto mikroprocesorių plėtrai. i8088 mikroprocesorius, apie kurį Intel paskelbė 1979 m. birželį, tapo tikru asmeninių kompiuterių pramonės standartu. 1981 m. „mėlynasis milžinas“ (IBM) pasirinko šį procesorių savo kompiuteriui. Iš pradžių i8088 mikroprocesorius veikė 4,77 MHz dažniu, o jo greitis siekė apie 0,33 Mops, tačiau vėliau buvo sukurti jo klonai, skirti didesniam 8 MHz taktiniam dažniui. Mikroprocesorius i8086 pasirodė lygiai metais anksčiau, 1978-ųjų liepą, ir išpopuliarėjo kompiuterio CompaqDecPro dėka. Remdamasi i8086 architektūra ir atsižvelgdama į rinkos poreikius, 1982 m. vasario mėn. Intel išleido i80286. Jis pasirodė tuo pačiu metu kaip IBM kompiuteris PCAT. Kartu su padidėjusiu našumu jis turėjo apsaugotą režimą (naudojama sudėtingesnė atminties valdymo technika). Apsaugotas režimas leido tokioms programoms kaip Windows 3.0 ir OS/2 dirbti su didesne nei 1 MB RAM. Dėl 16 bitų duomenų naujoje sistemos magistralėje su PU galima keistis 2 baitų pranešimais. Naujasis mikroprocesorius apsaugotu režimu leido pasiekti 16 MB RAM. Procesorius i80286 buvo pirmasis, įdiegęs daugiafunkcį darbą ir valdymą lusto lygiu Virtuali atmintis. Su 8 MHz laikrodžio dažniu buvo pasiektas 1,2 Mips našumas.

1 Mikroprocesorių kūrimas

Kompiuteriai buvo plačiai naudojami nuo šeštojo dešimtmečio. Anksčiau tai buvo labai dideli ir brangūs įrenginiai, naudojami tik vyriausybinėse įstaigose ir didelėse firmose. Sukūrus naujus įrenginius, vadinamus mikroprocesoriais, skaitmeninių kompiuterių dydis ir forma pasikeitė neatpažįstamai.

Mikroprocesorius (MP) yra programa valdoma elektroninė įranga skaitmeninis įrenginys perdirbimui skaitmeninė informacija ir šio apdorojimo proceso kontrolė, atliekama naudojant vieną ar daugiau integrinių grandynų su aukštas laipsnis elektroninių elementų integravimas.

1970 m. Marshianas Edwardas Hoffas iš „Intel“ sukūrė integrinę grandinę, panašią į pagrindinio kompiuterio centrinio procesoriaus bloką – pirmąjį mikro. Intel procesorius-4004, kuris buvo išleistas parduoti jau 1971 m.

Tai buvo tikras proveržis, nes mažesnis nei 3 cm dydžio „Intel-4004 MP“ buvo našesnis nei milžiniškas ENIAC aparatas. Tiesa, jis veikė daug lėčiau ir vienu metu galėjo apdoroti tik 4 bitus informacijos (dideli kompiuterių procesoriai vienu metu apdorodavo 16 arba 32 bitus), tačiau pirmasis MP buvo dešimtis tūkstančių kartų pigesnis.

Kristalas buvo 4 bitų procesorius su klasikine Harvardo tipo kompiuterio architektūra ir buvo pagamintas naudojant pažangią p kanalo MOS technologiją, kurios projektavimo standartas yra 10 μm. Elektros schemaįrenginį sudarė 2300 tranzistorių. MP veikė 750 kHz laikrodžio dažniu, o komandų ciklo trukmė buvo 10,8 μs. i4004 lustas turėjo adresų krūvą (programų skaitiklį ir tris LIFO tipo kamino registrus), RON bloką (registruoja per laisvosios kreipties atmintis arba registro failas - RF), 4 bitų lygiagretus ALU, akumuliatorius, komandų registras su komandų dekoderiu ir valdymo grandine, taip pat ryšio grandinė su išoriniai įrenginiai. Visi šie funkciniai mazgai buvo sujungti vienas su kitu 4 bitų SD. Instrukcijų atmintis siekė 4 KB (palyginimui: 70-ųjų pradžioje minikompiuterio atminties dydis retai viršydavo 16 KB), o RF CPU turėjo 16 4 bitų registrų, kurie taip pat galėjo būti naudojami kaip 8 8 bitų. Tokia RON organizacija taip pat išsaugota vėlesniuose „Intel“ MP. Trys kamino registrai suteikė tris paprogramių įdėjimo lygius. i4004 MP buvo sumontuotas plastikiniame arba keramikiniame-metaliniame DIP (Dual In-line Package) pakete, kuriame yra tik 16 kaiščių. Jo komandų sistemoje buvo tik 46 instrukcijos.

Tuo pačiu metu kristalas turėjo labai ribotas įvesties / išvesties galimybes, o komandų sistemoje nebuvo loginių duomenų apdorojimo operacijų (IR, ARBA, IŠSKIRTINĖS ARBA), todėl jas reikėjo įgyvendinti naudojant specialias paprogrames. i4004 modulis neturėjo galimybės sustabdyti (HALT komandos) ir tvarkyti pertraukimus.

Procesoriaus instrukcijų ciklas susideda iš 8 pagrindinio osciliatoriaus ciklų. Buvo multipleksuota SHA (adresų magistralė) / SHD (duomenų magistralė), 12 bitų adresas buvo perduodamas per 4 bitus.

1972 m. balandžio 1 d. „Intel“ pradėjo tiekti pirmąjį pramonėje 8 bitų i8008. Kristalas buvo pagamintas naudojant p-kanalo MOS technologiją su 10 μm projektavimo standartais ir jame buvo 3500 tranzistorių. Procesorius veikė 500 kHz dažniu, o mašinos ciklo trukmė buvo 20 μs (10 pagrindinio generatoriaus periodų).

Skirtingai nei jo pirmtakai, MP turėjo Princeton tipo kompiuterio architektūrą ir leido naudoti ROM ir RAM derinį kaip atmintį.

Palyginti su i4004, RON skaičius sumažėjo nuo 16 iki 8, o adresui saugoti buvo naudojami du registrai su netiesioginiu atminties adresavimu (technologijos apribojimas - RON blokas, panašus į kristalus 4004 ir 4040 MP 8008, buvo įgyvendintas formoje dinaminė atmintis). Mašinos ciklo trukmė sutrumpėjo beveik perpus (nuo 8 iki 5 būsenų). Norint sinchronizuoti darbą su lėtais įrenginiais, buvo įvestas signalas READY.

Komandų sistemą sudarė 65 instrukcijos. MP gali skirti 16 000 baitų atminties. Jo našumas, palyginti su keturių bitų MP, padidėjo 2,3 karto. Vidutiniškai reikėjo apie 20 vidutinių integrinių grandynų, kad būtų galima susieti procesorių su atmintimi ir įvesties / išvesties įrenginiais.

P kanalų technologijos galimybės sukurti sudėtingus didelio našumo MT buvo beveik išnaudotos, todėl „pagrindinio smūgio kryptis“ buvo perkelta į n kanalų MOS technologiją.

1974 m. balandžio 1 d. Intel 8080 MP buvo pristatytas visų suinteresuotų šalių dėmesiui. Naudojant p-MOS technologiją, kurios projektavimo standartai yra 6 mikronai, į lustą buvo patalpinti 6 tūkstančiai tranzistorių. Procesoriaus taktinis dažnis padidintas iki 2 MHz, o instrukcijų ciklo trukmė jau buvo 2 μs. Procesoriaus adresuojamos atminties kiekis padidintas iki 64 KB.

Naudojant 40 kontaktų paketą, buvo galima atskirti SHA ir SD, iš viso lustų, reikalingų norint sukurti sistemą minimalia konfigūracija, sumažėjo iki 6.

Rusijos Federacijoje buvo pristatytas kamino žymeklis, kuris aktyviai naudojamas pertraukimų apdorojimui, taip pat du programos neprieinami registrai vidiniams perkėlimams. RON blokas buvo įdiegtas statinėse atminties lustuose. Akumuliatoriaus pašalinimas iš RF ir jo įvedimas į ALU supaprastino vidinę magistralės valdymo schemą.

Nauja MP architektūroje – naudojimas daugiapakopė sistema vektorius pertraukia. Toks techninis sprendimas leido bendrą pertraukimų šaltinių skaičių padidinti iki 256 (prieš atsirandant LSI pertraukimų valdikliams, pertraukimo vektorių generavimo schemai reikėjo naudoti iki 10 papildomų terpės integravimo lustų). i8080 įdiegtas tiesioginės atminties prieigos (DMA) mechanizmas (kaip anksčiau IBM System 360 pagrindiniuose kompiuteriuose ir kt.).

PDP atvėrė žalią šviesą mikrokompiuteriuose naudoti tokius sudėtingus įrenginius kaip magnetiniai diskų įrenginiai ir juostos, CRT ekranai, kurie pavertė mikrokompiuterį visaverte skaičiavimo sistema.

Bendrovės tradicija, pradedant nuo pirmojo lusto, buvo išleisti ne vieną procesoriaus lustą, o LSI šeimą, skirtą bendram naudojimui.

Šiuolaikiniai mikroprocesoriai yra sukurti ant 32 bitų x86 arba IA-32 architektūros („Intel Architecture 32 bit“), tačiau labai greitai bus pereita prie pažangesnės, našesnės 64 bitų architektūros IA-64 („Intel Architecture 64 bit“). Tiesą sakant, perėjimas jau prasidėjo, tai liudija 2003 m. masinė naujojo AMD Corporation (Advanced Micro Devices) Athlon 64 mikroprocesoriaus gamyba ir pardavimas. Šis mikroprocesorius yra puikus tuo, kad gali veikti su abiem 32 bitų programomis. ir 64 bitų programos. 64 bitų mikroprocesorių našumas yra daug didesnis.

2 mikroprocesoriai i80386

1985 m. spalį „Intel“ paskelbė apie pirmąjį 32 bitų mikroprocesorių „i80386“. Pirmasis kompiuteris, kuriame buvo naudojamas šis mikroprocesorius, buvo CompaqDeskPro 386. Visą 32 bitų architektūrą naujajame mikroprocesoriuje papildė pažangi atminties tvarkyklė, kuri, be segmentavimo bloko, buvo papildyta puslapių valdymo bloku. Šis įrenginys leidžia lengvai pertvarkyti segmentus iš vienos atminties vietos į kitą. Esant 16 MHz taktiniam dažniui, našumas buvo 6 Mips. 32 adresų linijos leido fiziškai adresuoti 4Gb atminties, be to, buvo pristatytas naujas virtualios atminties valdymo režimas V86. Šiuo režimu vienu metu galima atlikti kelias i8086 užduotis.

Mikroprocesorius i80386, pagamintas iš 1 lusto su koprocesoriumi, buvo vadinamas i80386DX. Pigesnis 32 bitų mikroprocesoriaus modelis pasirodė tik 1988 m. liepos mėn. (i80386SX). Naujasis mikroprocesorius naudojo 16 bitų duomenų magistralę ir 24 bitų adresų magistralę. Tai buvo ypač patogu standartiniam IBM PC AT. Programinė įranga, sukurta i80386DX, veikė i80386DX. Vidiniai registrai buvo visiškai identiški. SX indeksas kilęs iš žodžio „šešiolika“ (16 bitų duomenų magistralė). „i486 SX“ reiškė, kad nėra bendro procesoriaus. 1989 m. rudens parodoje „Intel“ paskelbė i80486DX, kuriame buvo 1,2 milijono tranzistorių viename luste ir kuris buvo visiškai suderinamas su kitais 86 procesoriais. Naujos mikroschemos pirmą kartą sujungė 1 lustą procesorių, koprocesorių ir talpyklą. Naudojant konvejerinę architektūrą, būdingą RISC procesoriams, leidžiančią pasiekti 4 kartus didesnį našumą nei įprastos 32 bitų sistemos. 8 KB vidinės talpyklos atminties pagreitino vykdymą tarpinėje dažnai naudojamų komandų ir duomenų saugykloje. Esant 25 MHz taktiniam dažniui, mikroprocesoriaus našumas buvo 16,5 Mips. Sukurta 1991 metų sausį. 50 MHz mikroprocesoriaus versija leido papildomai 50% padidinti našumą. Integruotas koprocesorius gerokai paspartino matematinius skaičiavimus, tačiau vėliau paaiškėjo, kad tokio mikroprocesoriaus reikia tik 30% vartotojų.

Ar naudojatės kompiuteriu ar mobilusis įrenginys skaityti šią temą dabar. Šiems veiksmams atlikti kompiuteris arba mobilusis įrenginys naudoja mikroprocesorių. Mikroprocesorius yra bet kurio įrenginio, serverio ar nešiojamojo kompiuterio širdis. Yra daugybė mikroprocesorių prekių ženklų skirtingų gamintojų, bet jie visi daro maždaug tą patį ir maždaug vienodai.
Mikroprocesorius- taip pat žinomas kaip procesorius arba centrinis procesorius, yra skaičiavimo variklis, pagamintas viename luste. Pirmasis mikroprocesorius buvo Intel 4004, kuris pasirodė 1971 m. ir nebuvo toks galingas. Jis galėjo pridėti ir atimti, ir tai yra tik 4 bitai vienu metu. Procesorius buvo nuostabus, nes buvo pagamintas vienoje lustoje. Paklausite kodėl? Ir aš atsakysiu: inžinieriai tuo metu gamino procesorius arba iš kelių lustų, arba iš atskirų komponentų (tranzistoriai buvo naudojami atskirose pakuotėse).

Jei kada nors susimąstėte, ką mikroprocesorius veikia kompiuteryje, kaip jis atrodo arba kuo jis skiriasi nuo kitų tipų mikroprocesorių, tada pagal kat- ten viskas įdomiausia ir detalės.

Mikroprocesoriaus pažanga: Intel

Pirmasis mikroprocesorius, kuris vėliau tapo paprasto širdimi namų kompiuteris, buvo „Intel 8080“, pilnas 8 bitų kompiuteris su vienu lustu, pristatytas 1974 m. Pirmasis mikroprocesorius sukėlė tikrą antplūdį rinkoje. Vėliau, 1979 m., jis buvo išleistas naujas modelis- Intel 8088. Jei esate susipažinę su asmeninių kompiuterių rinka ir jos istorija, žinote, kad kompiuterių rinka iš Intel 8088 persikėlė į Intel 80286, o paskui į Intel 80386 ir Intel 80486, o tada į Pentium, Pentium II, Pentium III ir Pentium 4 Visus šiuos mikroprocesorius gamina Intel, ir jie visi yra pagrindinio Intel 8088 dizaino patobulinimai. Pentium 4 gali vykdyti bet kokį kodą, tačiau tai daro 5000 kartų greičiau.

2004 metais metų Intel pristatė mikroprocesorius su daugybe branduolių ir milijonais tranzistorių, bet ir šie mikroprocesoriai sekė paskui Bendrosios taisyklės, kaip ir anksčiau pagaminti lustai. Papildoma informacija lentelėje:

• data: yra metai, kai procesorius buvo pirmą kartą pristatytas. Daugelis procesorių buvo pakartotinai išleisti didesniu taktiniu dažniu ir tai tęsėsi daugelį metų po pradinės išleidimo datos.
• tranzistoriai: yra lusto tranzistorių skaičius. Matote, kad tranzistorių skaičius viename luste bėgant metams nuolat didėjo.
• Mikronas: mažiausio lusto laido plotis mikronais. Palyginimui galiu pateikti žmogaus plauką, kurio storis apie 100 mikronų. Kadangi dydžiai mažėjo, tranzistorių skaičius didėjo.
• Laikrodžio dažnis: Maksimalus greitis kad lustas gali išsivystyti. Apie laikrodžio dažnį pakalbėsiu šiek tiek vėliau.
• Pločio (autobuso) duomenys: yra ALU (aritmetinės logikos vieneto) plotis. 8 bitų ALU gali sudėti, atimti, dauginti ir pan. Daugeliu atvejų duomenų magistralė yra tokio pat pločio kaip ALU, bet ne visada. „Intel 8088“ buvo 16 bitų ir turėjo 8 bitų magistralę, o dabartiniai „Pentium“ modeliai yra 64 bitų.
• MIPS: šis lentelės stulpelis reiškia operacijų per sekundę skaičių. Tai yra mikroprocesorių matavimo vienetas. Šiuolaikiniai procesoriai jie gali padaryti tiek daug dalykų, kad šiandieniniai lentelėje pateikti įvertinimai praras bet kokią prasmę. Bet jūs galite pajusti santykinę tų laikų mikroprocesorių galią

Ši lentelė rodo, kad apskritai yra ryšys tarp laikrodžio greičio ir MIPS (operacijų per sekundę). Didžiausias laikrodžio dažnis yra funkcija gamybos procesorius. Taip pat yra ryšys tarp tranzistorių skaičiaus ir operacijų skaičiaus per sekundę. Pavyzdžiui, „Intel 8088“, kurio taktinis dažnis yra 5 MHz (šiuo metu 2,5–3 GHz), vykdo tik 0,33 MIPS (apie vieną komandą kas 15 laikrodžio ciklų). Šiuolaikiniai procesoriai dažnai gali vykdyti dvi komandas per laikrodį. Šis padidėjimas yra tiesiogiai susijęs su tranzistorių skaičiumi mikroschemoje, ir apie tai taip pat kalbėsiu vėliau.

Kas yra čipas?

Lustas taip pat vadinamas integriniu grandynu. Paprastai tai yra mažas plonas silicio gabalėlis, ant kurio buvo išgraviruoti tranzistoriai, sudarantys mikroprocesorių. Lustas gali būti vieno colio dydžio, bet vis tiek turi dešimtis milijonų tranzistorių. Paprastesni procesoriai gali būti sudaryti iš kelių tūkstančių tranzistorių, išgraviruotų į vos kelių kvadratinių milimetrų lustą.

Kaip tai veikia

Intel Pentium 4

Norint suprasti, kaip veikia mikroprocesorius, būtų naudinga pažvelgti į vidų ir sužinoti apie jo vidų. Taip pat galite sužinoti apie surinkimo kalbą, mikroprocesoriaus gimtąją kalbą ir daug dalykų, kuriuos inžinieriai gali padaryti norėdami padidinti procesoriaus greitį.

Mikroprocesorius vykdo mašinos instrukcijų rinkinį, nurodantį procesoriui, ką daryti. Remdamasis instrukcijomis, mikroprocesorius atlieka tris pagrindinius dalykus:

• Naudodamas savo ALU (aritmetinį loginį vienetą), mikroprocesorius gali atlikti matematines operacijas. Pavyzdžiui, sudėtis, atimtis, daugyba ir dalyba. Šiuolaikiniai mikroprocesoriai gali atlikti itin sudėtingas operacijas.
• Mikroprocesorius gali perkelti duomenis iš vienos atminties vietos į kitą
• Mikroprocesorius gali priimti sprendimus ir pereiti prie naujų instrukcijų rinkinio, pagrįsto tais sprendimais.

Atvirai kalbant, mikroprocesorius atlieka sudėtingus dalykus, tačiau aukščiau aprašiau tris pagrindines veiklas. Šioje diagramoje parodytas labai paprastas mikroprocesorius, galintis atlikti šiuos tris dalykus. Šis mikroprocesorius turi:

• Adresų magistralė (8, 16 arba 32 bitai), kuri siunčia prieigą prie atminties
• Duomenų magistralė (8, 16 arba 32 bitai), siunčianti duomenis į atmintį arba gaunanti duomenis iš jos
• RD (skaityti, skaityti) ir WR (rašyti, rašyti) nurodo atminčiai, ar jie nori nustatyti ar gauti adresuotą vietą
• Laikrodžio linija, leidžianti peržiūrėti procesoriaus laikrodžio seką
• Atstatyti eilutė, kuri iš naujo nustato programos skaitiklį į nulį ir paleidžia vykdymą iš naujo

mikroprocesorinė atmintis

Anksčiau kalbėjome apie adresų ir duomenų magistrales, taip pat skaitymo ir rašymo eilutes. Visa tai yra prijungta arba prie RAM (Random Access Memory) arba ROM (Read Only Memory arba Read Only Memory, ROM) – dažniausiai abiejų. Mūsų pavyzdiniame mikroprocesoriuje turime plačią 8 bitų adresų magistralę ir tą pačią plačią duomenų magistralę - taip pat 8 bitų. Tai reiškia, kad mikroprocesorius gali pasiekti nuo 2^8 iki 256 baitų atminties ir vienu metu nuskaityti bei įrašyti 8 bitus atminties. Tarkime, kad šis paprastas mikroprocesorius turi 128 baitus vidinės atminties, pradedant adresu 0, ir 128 baitus RAM, pradedant adresu 128.

RAM reiškia tik skaitymo atmintį. Chip nuolatinė atmintis užprogramuotas nuolatiniais iš anksto nustatytais baitais. Magistralės adresas nurodo RAM lustui, kurį baitą pasiekti ir tilpti į duomenų magistralę. Kai skaitymo eilutė pakeičia savo būseną, ROM lustas pateikia pasirinktą baitą duomenų magistralei.

RAM reiškia RAM, lol. RAM yra informacijos baitas, o mikroprocesorius gali nuskaityti arba įrašyti tuos baitus, priklausomai nuo to, ar skaitymo ar rašymo eilutė yra signalizuojanti. Viena iš problemų, kurią galima rasti šiandieniniuose lustuose, yra ta, kad jie viską pamiršta, kai tik nebėra energijos. Todėl kompiuteryje turi būti RAM.

RAM lustas arba tik skaitymo atminties (ROM) lustas

Beje, beveik visuose kompiuteriuose yra tam tikras kiekis RAM. Asmeniniame kompiuteryje tik skaitymo atmintis vadinama BIOS (pagrindine įvesties/išvesties sistema). Paleidus, mikroprocesorius pradeda vykdyti BIOS rastas instrukcijas. BIOS instrukcijos, beje, taip pat atlieka savo vaidmenis: atlieka techninės įrangos patikrinimą, o tada visa informacija patenka į standųjį diską, kad būtų sukurtas įkrovos sektorius. Įkrovos sektorius yra vienas maža programa, o BIOS išsaugo jį atmintyje, kai nuskaito iš disko. Tada mikroprocesorius pradeda vykdyti instrukcijas įkrovos sektorius iš RAM. Įkrovos sektoriaus programa pasakys mikroprocesoriui, ką dar pasiimti su savimi. kietasis diskasį RAM, o tada daro visa tai ir pan. Taip mikroprocesorius įkelia ir vykdo visą operacinę sistemą.

mikroprocesoriaus instrukcijos

Netgi neįtikėtinai paprastas mikroprocesorius, kurį ką tik aprašiau, turės gana didelį instrukcijų rinkinį, kurį galės vykdyti. Instrukcijų rinkinys įgyvendinamas kaip bitų šablonai, kurių kiekvienas turi skirtingą reikšmę įkeliant į instrukcijų sektorių. Žmonės nelabai gerai prisimena bitų raštus, nes tai trumpų žodžių rinkinys. Beje, šis trumpų žodžių rinkinys vadinamas procesoriaus surinkimo kalba. Surinkėjas gali labai lengvai išversti žodžius į bitų šabloną, o tada surinkėjo pastangos bus įdėtos į atmintį, kad mikroprocesorius galėtų vykdyti.

Čia yra surinkimo kalbos instrukcijų rinkinys:

• Įkelti atm- įkelti į registrą su atminties adresu
• LOADB atm- įkelti į registrą B iš atminties adreso
• CONB atm- įkelkite pastovią reikšmę į B registrą
• SAVEB atm- išsaugokite B registrą atminties adresu
• SAVEC atm- išsaugoti registrą C atminties adresu
• PAPILDYTI- pridėkite A ir B ir išsaugokite rezultatą C
• SUB- atimkite A ir B ir išsaugokite rezultatą C
• MUL- padauginkite A ir B ir išsaugokite rezultatą C
• DIV- padalinkite A ir B ir išsaugokite rezultatą C
• COM- palyginkite A ir B ir išsaugokite rezultatą teste
• JUMP adr- eik adresu
• JEQ adr- peršokti, jei lygus išspręsti
• JNEQ adresas- peršokti, jei nelygus išspręsti
• JG adresas- Peršokti, jei daugiau, išspręsti
• JGE adresas- peršokti, jei didesnis arba lygus išspręsti
• JL adresas- peršokti, jei mažiau išspręsti
• JLE adresas- peršokti, jei yra mažesnis arba lygus išspręsti
• SUSTABDYTI- sustabdyti vykdymą

surinkimo kalba
C kompiliatorius verčia šį C kodą į surinkimo kalbą. Darant prielaidą, kad pagrindinė šio procesoriaus atmintis prasideda adresu 128, o tik skaitymo atmintis (kurioje yra surinkimo kalbos programa) prasideda adresu 0, tada mūsų paprastam mikroprocesoriui surinkėjas gali atrodyti taip:

// Tarkime, kad a yra adresu 128 // Tarkime, kad F yra adresu 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // jei a > 5, šuolis į 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 12816 loop back to 4 /7 ST Loop back to 4 /1

Tik skaitymo atmintis (ROM)
Taigi dabar kyla klausimas: "Kaip visos šios instrukcijos integruotos su ROM?". Žinoma, paaiškinsiu: kiekviena iš šių asamblėjos kalbos instrukcijų turi būti pavaizduota kaip dvejetainis skaičius. Paprastumo dėlei tarkime, kad kiekviena asamblėjos kalbos instrukcija priskiriama sau unikalus numeris. Pavyzdžiui, tai atrodys taip:

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

Šie skaičiai bus žinomi kaip operacijų kodai. ROM, mūsų mažoji programa atrodys taip:

// Tarkime, kad a yra adresu 128 // Tarkime, kad F yra adresu 129Addr opcode/value0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 /21893 ADA1289 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 1292421 1292812121 ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430 831 18 // STOP

Matote, kad 7 C kodo eilutės tapo 18 surinkėjo eilučių, o visos tapo 32 baitais ROM.

Dekodavimas
Dekodavimo instrukcija turi paversti kiekvieną operacijos kodą signalų rinkiniu, kuris valdys įvairius mikroprocesoriaus komponentus. Paimkime ADD instrukcijas kaip pavyzdį ir pažiūrėkime, ką ji turi daryti. Taigi:

• 1. Pirmajame cikle reikia įkelti pačią komandą, todėl dekoderis turi: aktyvuoti buferį programos skaitikliui su trimis būsenomis, aktyvuoti skaitymo eilutę (RD), aktyvuoti duomenis trijose programos būsenose. buferis instrukcijų registre
• 2. Antrame cikle ADD instrukcija iššifruojama. Čia reikia padaryti labai mažai: nustatyti aritmetinio loginio vieneto (ALU) operaciją į registrą C
• 3. Trečiojo ciklo metu programos skaitiklis padidinamas (teoriškai tai gali sutapti antrajame cikle)

Kiekviena instrukcija gali būti suskirstyta į eilės operacijų rinkinį, pvz., ką tik žiūrėjome. Jie manipuliuoja mikroprocesoriaus komponentais tinkama tvarka. Kai kurios instrukcijos, pvz., ADD nurodymas, gali užtrukti du ar tris ciklus. Kiti gali užtrukti penkis ar šešis taktus.

Eikime į pabaigą

Tranzistorių skaičius turi didžiulę įtaką procesoriaus veikimui. Kaip matote aukščiau, įprastas Intel 8088 mikroprocesorius gali veikti 15 ciklų. Kuo daugiau tranzistorių, tuo didesnis našumas – tai paprasta. Daug tranzistorių taip pat leidžia naudoti tokias technologijas kaip vamzdynas.

Dujotiekio architektūra susideda iš komandų vykdymo. Vienai komandai įvykdyti gali prireikti penkių ciklų, tačiau vienu metu negali būti penkių komandų skirtinguose vykdymo etapuose. Taigi atrodo, kad kiekvieną laikrodžio ciklą užbaigia viena instrukcija.

Visos šios tendencijos leidžia augti tranzistorių skaičiui, todėl šiandien galima įsigyti kelių milijonų dolerių kainuojančių sunkiasvorių tranzistorių. Tokie procesoriai gali atlikti apie milijardą operacijų per sekundę – tik įsivaizduokite. Beje, dabar daugelis gamintojų susidomėjo 64 bitų mobiliųjų procesorių išleidimu ir, aišku, ateina kita banga, tik šį kartą 64 bitų architektūra yra mados karalius. Galbūt artimiausiu metu prieiti prie šios temos ir papasakosiu, kaip ji iš tikrųjų veikia. Apie tai, ko gero, viskas šiandien. Tikiuosi, kad jums patiko ir daug išmokote.

Pirmasis mikroprocesorius buvo sukurtas 1971 m, ir su juo pagaliau gimė ketvirtos kartos kompiuteriai.

CPU(CPU, pažodžiui – centrinis procesorius) – elektroninis blokas arba integrinis grandynas (mikroprocesorius), vykdantis mašinos komandas (programos kodas). Kartais vadinamas mikroprocesoriumi arba tiesiog procesoriumi.

Pagrindinės centrinio procesoriaus (CPU) charakteristikos yra šios: laikrodžio greitis, našumas, energijos suvartojimas ir architektūra.

Ankstyvieji procesoriai buvo sukurti kaip unikalūs unikalių ir net unikalių kompiuterių sistemų blokai. Vėliau, nuo brangaus procesorių, skirtų vienai programai vykdyti, kūrimo metodo, kompiuterių gamintojai perėjo prie serijinės tipinių klasių procesorių gamybos.

Mikroschemų sukūrimas leido dar labiau padidinti procesoriaus sudėtingumą ir sumažinti jų fizinį dydį.

1971 metais „Intel“ sukūrė pirmąjį pasaulyje 4 bitų mikroprocesorių 4004 skirtas naudoti skaičiuotuvuose.



Vėliau jis buvo pakeistas 8 bitų Intel 8080 ir 16 bitų 8086, kuris padėjo pagrindus visų šiuolaikinių stalinių kompiuterių architektūrai.




Tada sekė jo modifikacija, 80186 .
AT Procesorius 80286 atsirado apsaugotas režimas, leidžiantis naudoti iki 16 MB atminties.

„Intel 80386“ procesorius pasirodė 1985 m ir pristatė patobulintą apsaugotą režimą, leido naudoti iki 4 GB RAM.



Intel486(taip pat žinomas kaip i486, Intel 80486 arba tiesiog 486-asis) ketvirtos kartos su x86 suderinamas mikroprocesorius, pastatytas ant hibridinio branduolio ir „Intel“ išleido 1989 m. balandžio 10 d.

Šis mikroprocesorius yra patobulinta mikroprocesoriaus 80386 versija. Pirmą kartą jis buvo pademonstruotas parodoje 1989 metų rudenį.

Tai buvo pirmasis mikroprocesorius su įmontuotu matematikos koprocesorius(FPU). Jis daugiausia buvo naudojamas staliniuose kompiuteriuose, serveriuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose (nešiojamuosiuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose).



Asmeniniuose kompiuteriuose buvo pradėti naudoti x86 architektūros procesoriai.

Palaipsniui beveik visi procesoriai buvo pradėti gaminti mikroprocesoriaus formatu.

Mikroprocesorius Intel Pentium pristatytas 1993 m. kovo 22 d.
Nauja procesoriaus architektūra leido padidinti našumą 5 kartus, palyginti su 33 MHz 486DX.

Tranzistorių skaičius – 3,1 mln.
Jungtis 237/238 kojelės.

Tada atsirado (iš „Intel“) 64 bitų procesoriai:
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...

Kelių branduolių procesoriai vienoje pakuotėje (vienoje ar daugiau lustų) yra keli procesoriaus branduoliai.

Pirmasis kelių branduolių mikroprocesorius buvo IBM POWER4, kuris pasirodė 2001 m. ir turėjo du branduolius. 2005 m. lapkričio 14 d. „Sun“ išleido aštuonių branduolių UltraSPARC T1.

AMD nuėjo savo keliu, gamindama 2007 m keturių branduolių procesorius viename luste.

2, 3, 4 ir 6 branduolių procesoriai, taip pat 2, 3 ir 4 modulių procesoriai tapo plačiai prieinami AMD procesoriai Buldozerių kartos.

Taip pat yra 8 branduolių serveriai Xeon procesoriai ir Nehalem („Intel“) bei 12 branduolių „Opteron“ (AMD).

Šilumos kriauklei iš mikroprocesorių naudojami pasyvūs radiatoriai ir aktyvieji aušintuvai.

Intel Core i7- x86-64 Intel procesorių šeima.
Vieno lusto įrenginys: visi branduoliai, atminties valdiklis ir talpykla yra tame pačiame luste.
Palaikymas turbo boost, su kuria procesorius automatiškai padidina našumą, kai to reikia.


Procesorių apsauginis dangtelis pagamintas iš nikeliuoto vario, substratas – silicis, kontaktai – iš paauksuoto vario.
Minimali ir maksimali Core i7 laikymo temperatūra yra atitinkamai -55°C ir 125°C.
Maksimalus šilumos išsklaidymas Pagrindiniai procesoriai i7 yra 130 vatų.

„Intel Core i7 3820“ aprūpintas keturiais fiziniais ir aštuoniais virtualiais procesoriaus branduoliais, kurių nominalus taktinis dažnis – 3,6 GHz, o dinaminis – 3,8 GHz, taip pat dešimt megabaitų talpyklos atminties. Patekimo į rinką data – 2012 m.

Šiuolaikiniai kompiuteriai mažas, patogus, turi didelį informacijos apdorojimo greitį, daug operatyvinės ir fizinės atminties.



Galima rasti šiuolaikinių procesorių ne tik kompiuteriuose, bet ir automobiliuose, Mobilieji telefonai, buitiniuose prietaisuose ir net vaikiškuose žaisluose.

), pradedant nuo pirmųjų MDA ir CGA grafikos adapterių iki naujausių AMD ir NVIDIA architektūrų. Dabar atėjo eilė sekti centrinių procesorių – vienodai svarbių bet kurio kompiuterio sudedamųjų dalių – vystymąsi. Šioje medžiagos dalyje kalbėsime apie 1970-uosius, taigi ir pirmuosius 4 ir 8 bitų sprendimus.

Pirmieji CPU buvo šimtakojai

1940–1960 m

Prieš gilinantis į centrinių procesorių kūrimo istoriją, reikia pasakyti keletą žodžių apie kompiuterių raidą apskritai. Pirmieji procesoriai pasirodė 1940 m. Tada jie dirbo elektromechaninių relių ir vakuuminių vamzdžių pagalba, o juose panaudotos ferito šerdys tarnavo kaip saugojimo įrenginiai. To reikėjo, kad kompiuteris, pagrįstas tokiomis mikroschemomis, veiktų puiki suma procesoriai. Panašus kompiuteris Tai buvo didžiulis pastatas, kurio dydis buvo gana didelis kambarys. Tuo pačiu metu jis išleido daug energijos, o jo pasirodymas paliko daug norimų rezultatų.

Kompiuteris naudojant elektromechanines reles

Tačiau jau šeštajame dešimtmetyje tranzistoriai pradėti naudoti projektuojant procesorius. Dėl jų naudojimo inžinieriai sugebėjo pasiekti daugiau didelis greitis lustų veikimą, taip pat sumažinti jų energijos sąnaudas, bet pagerinti patikimumą.

1960-aisiais buvo sukurta integrinių grandynų gamybos technologija, kuri leido sukurti mikroschemas su ant jų esančiais tranzistoriais. Pats procesorius susidėjo iš kelių tokių grandinių. Laikui bėgant technologijos leido į lustą įdėti vis daugiau tranzistorių ir dėl to sumažėjo CPU naudojamų integrinių grandynų skaičius.

Tačiau procesoriaus architektūra vis dar buvo labai, labai toli nuo to, ką matome šiandien. Tačiau 1964 m. išleista „IBM System / 360“ tuometinių kompiuterių ir procesorių dizainą šiek tiek priartino prie šiuolaikinio – visų pirma darbo su programine įranga požiūriu. Faktas yra tas, kad prieš šio kompiuterio atsiradimą visos sistemos ir procesoriai dirbo tik su programos kodas kuris buvo parašytas specialiai jiems. Pirmą kartą IBM savo kompiuteriuose naudojo kitokią filosofiją: visa skirtingo našumo procesorių serija palaikė tą patį instrukcijų rinkinį, kuris leido parašyti programinę įrangą, kuri veiktų esant bet kokiai System / 360 modifikacijai.

Kompiuteris IBM System/360

Grįžtant prie sistemos/360 suderinamumo temos, reikia pabrėžti, kad IBM šiam aspektui skyrė daug dėmesio. Pavyzdžiui, šiuolaikiniai zSeries kompiuteriai vis dar palaiko programinė įranga parašytas System/360 platformai.

Nepamirškite apie DEC (Digital Equipment Corporation), būtent jos PDP (programuotų duomenų procesorių) kompiuterių liniją. Įmonė buvo įkurta 1957 m., o 1960 m. išleido savo pirmąjį mini kompiuterį PDP-1. Įrenginys buvo 18 bitų sistema ir buvo mažesnis nei to meto pagrindiniai kompiuteriai ir užėmė „tik“ kambario kampą. Kompiuteryje buvo integruotas CRT monitorius. Įdomu tai, kad pirmasis pasaulyje kompiuterinis žaidimas vadinamas Spacewar! buvo parašytas specialiai PDP-1 platformai. Kompiuterio kaina 1960 metais siekė 120 tūkstančių JAV dolerių, o tai buvo gerokai mažesnė nei kitų pagrindinių kompiuterių kaina. Nepaisant to, PDP-1 nebuvo labai populiarus.

Kompiuteris PDP-1

Pirmasis komerciškai sėkmingas DEC įrenginys buvo PDP-8 kompiuteris, išleistas 1965 m. Skirtingai nuo PDP-1, nauja sistema buvo 12 bitų. PDP-8 kainavo 16 tūkstančių JAV dolerių – tai buvo pigiausias to meto mini kompiuteris. Dėl tokios mažos kainos prietaisas tapo prieinamas pramonės įmonėms ir mokslinėms laboratorijoms. Dėl to tokių kompiuterių buvo parduota apie 50 tūkst. Išskirtinis PDP-8 procesoriaus architektūrinis bruožas buvo jo paprastumas. Taigi, jis turėjo tik keturis 12 bitų registrus, kurie buvo naudojami užduotims atlikti įvairių tipų. Tuo pačiu metu PDP-8 iš viso buvo 519 loginių vartų.

Kompiuteris PDP-8. Kadras iš filmo „Trys Kondoro dienos“

PDP procesorių architektūra tiesiogiai paveikė 4 ir 8 bitų procesorių dizainą, kuris bus aptartas vėliau.

Intel 4004

1971-ieji į istoriją įėjo kaip pirmųjų mikroprocesorių metai. Taip, taip, tokie sprendimai, kurie šiandien naudojami asmeniniuose kompiuteriuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir kituose įrenginiuose. Ir viena pirmųjų apie save paskelbė tuomet ką tik įkurta „Intel“ kompanija, išleidusi 4004 modelį – pirmąjį pasaulyje komerciškai prieinamą vieno lusto procesorių.

Prieš pereinant tiesiai prie 4004 procesoriaus, verta pasakyti keletą žodžių apie patį „Intel“. Jį 1968 m. sukūrė inžinieriai Robertas Noyce'as ir Gordonas Moore'as, kurie iki tol dirbo Fairchild Semiconductor labui, ir Andrew Grove'as. Beje, būtent Gordonas Moore'as paskelbė gerai žinomą „Moore'o dėsnį“, pagal kurį tranzistorių skaičius procesoriuje kasmet padvigubėja.

Jau 1969 m., praėjus vos metams po įkūrimo, „Intel“ gavo Japonijos kompanijos „Nippon Calculating Machine“ („Busicon Corp.“) užsakymą pagaminti 12 lustų didelio našumo staliniams skaičiuotuvams. Originalų lusto dizainą pasiūlė pats Nippon. Tačiau „Intel“ inžinieriams ši architektūra nepatiko, o amerikiečių kompanijos darbuotojas Ted Hoff pasiūlė sumažinti lustų skaičių iki keturių naudojant universalųjį. CPU, kuri būtų atsakinga už aritmetines ir logines funkcijas. Be centrinio procesoriaus bloko, lusto architektūra apėmė RAM vartotojo duomenims saugoti, taip pat ROM programinei įrangai saugoti. Po patvirtinimo galutinė struktūra mikroschemų, buvo tęsiamas darbas kuriant mikroprocesorių.

1970 m. balandžio mėn. italų fizikas Federico Faginas, taip pat dirbęs Fairchild, prisijungė prie Intel inžinierių komandos. Jis turėjo didelę kompiuterinio loginio projektavimo ir silicio vartų MOS (metal-oxide-semiconductor) technologijų patirtį. Būtent Federico indėlio dėka „Intel“ inžinieriai sugebėjo sujungti visas mikroschemas į vieną lustą. Taigi dienos šviesą išvydo pirmasis pasaulyje mikroprocesorius 4004.

Intel 4004 procesorius

Kalbant apie specifikacijas„Intel 4004“ tada, pagal šiandienos standartus, žinoma, jie buvo daugiau nei kuklūs. Lustas pagamintas naudojant 10 mikronų proceso technologiją, jame buvo 2300 tranzistorių ir veikė 740 kHz dažniu, o tai reiškė, kad per sekundę galėjo atlikti 92 600 operacijų. DIP16 pakuotė buvo naudojama kaip formos veiksnys. Intel matmenys 4004 buvo 3x4 mm, o šonuose buvo eilės kontaktų. Iš pradžių visos teisės į lustą priklausė „Busicom“, kuri mikroprocesorių ketino naudoti tik savo gaminamuose skaičiuotuvuose. Tačiau jie galiausiai leido „Intel“ parduoti savo lustus. 1971 m. kiekvienas galėjo nusipirkti 4004 procesorių už maždaug 200 USD. Beje, šiek tiek vėliau „Intel“ iš „Busicom“ nusipirko visas teises į procesorių, numatydamas svarbų lusto vaidmenį vėliau miniatiūrizuojant integrinius grandynus.

Nepaisant procesoriaus prieinamumo, jo taikymo sritis apsiribojo „Busicom 141-PF“ skaičiuokle. Taip pat ilgam laikui sklandė gandai, kad Intel 4004 buvo panaudotas kuriant nepilotuojamo erdvėlaivio Pioneer 10 borto kompiuterį, kuris tapo pirmuoju tarpplanetiniu zondu, skridusiu netoli Jupiterio. Šiuos gandus tiesiogiai paneigia faktas, kad borto kompiuteriai„pionieriai“ turėjo 18 arba 16 bitų, o Intel 4004 buvo 4 bitų procesorius. Tačiau verta paminėti, kad NASA inžinieriai svarstė galimybę jį panaudoti savo įrenginiuose, tačiau manė, kad lustas nėra pakankamai išbandytas tokiems tikslams.

Procesorius Intel 4040

Praėjus trejiems metams po „Intel 4004“ procesoriaus išleidimo, dienos šviesą išvydo jo įpėdinis – 4 bitų „Intel 4040“. Lustas buvo pagamintas naudojant tą pačią 10 mikronų proceso technologiją ir veikė tuo pačiu 740 kHz taktiniu dažniu. Tačiau procesorius tapo šiek tiek „sudėtingesnis“ ir gavo turtingesnį funkcijų rinkinį. Taigi 4040 buvo 3000 tranzistorių (700 daugiau nei 4004). Procesoriaus formos faktorius išliko toks pat, tačiau vietoj 16 kontaktų jie pradėjo naudoti 24 kontaktų DIP. Tarp 4040 patobulinimų verta paminėti 14 naujų komandų palaikymą, padidintą krūvos gylį iki 7 lygių, taip pat palaikymą pertraukimams. „Keturiasdešimtasis“ daugiausia buvo naudojamas bandymo įrenginiuose ir įrangos valdymui.

Intel 8008

Be 4 bitų procesorių, aštuntojo dešimtmečio pradžioje „Intel“ arsenale pasirodė 8 bitų modelis – 8008. Iš esmės lustas buvo 8 bitų 4004 procesoriaus versija su mažesniu taktiniu dažniu. Tai neturėtų stebinti, nes 8008 modelis buvo kuriamas lygiagrečiai su 4004 kūrimu. Taigi 1969 m. Computer Terminal Corporation (vėliau Datapoint) pavedė Intel sukurti procesorių Datapoint terminalams, aprūpinančius juos architektūros schema. Kaip ir 4004 atveju, Tadas Hoffas pasiūlė integruoti visus IC į vieną lustą, o CTC sutiko su šiuo pasiūlymu. Plėtra pamažu artėjo į pabaigą, tačiau 1970 m. CTC atsisakė ir lusto, ir tolesnio bendradarbiavimo su Intel. Priežastys buvo banalios: „Intel“ inžinieriai neinvestavo į kūrimo terminus, o pateikto „akmens“ funkcionalumas neatitiko CTC užklausų. Sutartis tarp dviejų įmonių buvo nutraukta, teisės į visus plėtinius liko Intel. Japonijos kompanija „Seiko“ susidomėjo naujuoju lustu, kurio inžinieriai panoro panaudoti naujas procesorius savo skaičiuotuvuose.

Procesorius Intel 8008

Vienaip ar kitaip, tačiau nutraukus bendradarbiavimą su CTC, „Intel“ kuriamą lustą pervadino į 8008. 1972 metų balandį šis procesorius tapo prieinamas užsakymui už 120 USD. Po to, kai „Intel“ liko be CTC palaikymo, įmonės stovykla į komercines naujojo lusto perspektyvas žiūrėjo atsargiai, tačiau abejonės buvo bergždžios – procesorius parduotas gerai.

8008 techninės charakteristikos daugeliu atžvilgių buvo panašios į 4004. Procesorius buvo pagamintas 18 kontaktų DIP formos koeficientu pagal 10 mikronų technologinius standartus ir jame buvo 3500 tranzistorių. Vidinis kaminas palaiko 8 lygius ir palaikomą kiekį išorinė atmintis buvo iki 16 KB. 8008 laikrodžio dažnis buvo nustatytas 500 kHz (240 kHz mažesnis nei 4004). Dėl šios priežasties 8 bitų „Intel“ procesorius dažnai prarasdavo greitį iki 4 bitų.

8008 pagrindu buvo sukurtos kelios kompiuterinės sistemos. Pirmasis iš jų buvo nelabai žinomas projektas, pavadintas The Sac State 8008. Ši sistema buvo sukurta Sakramento universiteto sienose, vadovaujant inžinieriui Billui Pentzui. Nepaisant to, kad ilgą laiką Altair 8800 sistema buvo laikoma pirmuoju sukurtu mikrokompiuteriu, būtent The Sac State 8008 yra. Projektas buvo baigtas 1972 m. ir buvo pilnas kompiuteris, skirtas pacientų medicininiams įrašams apdoroti ir saugoti. Kompiuteryje buvo tiesiogiai 8008 procesorius, HDD, 8K RAM, spalvotas ekranas, pagrindinio kompiuterio sąsaja ir patentuota operacinė sistema. Tokios sistemos kaina buvo labai didelė, todėl The Sac State 8008 negalėjo gauti tinkamo platinimo, nors gana ilgą laiką neturėjo konkurentų pagal našumą.

Taip atrodė „The Sac State 8008“.

Tačiau „Sac State 8008“ nėra vienintelis kompiuteris, sukurtas aplink procesorių 8008. Buvo sukurtos ir kitos sistemos, pavyzdžiui, amerikietiškas SCELBI-8H, prancūziškas „Micral N“ ir kanadietis MCM/70.

Intel 8080

Kaip ir 4004 procesoriaus atveju, po kurio laiko 8080 mikroschema buvo atnaujinta ir 8008. Tačiau 8 bitų sprendimo atveju procesoriaus architektūros pakeitimai buvo daug reikšmingesni.

„Intel 8080“ buvo pristatytas 1974 m. balandžio mėn. Visų pirma, reikia pažymėti, kad procesoriaus gamyba buvo perkelta į naują 6 mikronų proceso technologiją. Be to, gamyboje buvo panaudota N-MOS (n-channel tranzistoriai) technologija – skirtingai nei 8008, kuris buvo pagamintas naudojant P-MOS logiką. Naujos proceso technologijos panaudojimas leido ant lusto įdėti 6000 tranzistorių. Naudotas formos faktorius buvo 40 kontaktų DIP.

8080 gavo gausesnį instrukcijų rinkinį, kuriame buvo 16 duomenų perdavimo instrukcijų, 31 duomenų apdorojimo instrukcija, 28 tiesioginio adreso peršokimo instrukcijos ir 5 valdymo instrukcijos. Procesoriaus laikrodžio dažnis buvo 2 MHz – 4 kartus didesnis nei jo pirmtako. 8080 taip pat turėjo 16 bitų adresų magistralę, kuri leido adresuoti 64 KB atminties. Šios naujovės užtikrino aukštą naujojo lusto našumą, kuris yra apie 10 kartų didesnis nei 8008.

Procesorius Intel 8080

Pirmosios versijos 8080 procesoriuje buvo rimta klaida, dėl kurios gali būti užšaldyta. Klaida buvo ištaisyta atnaujintoje lusto versijoje, pavadintoje 8080A, ir išleista tik po šešių mėnesių.

Dėl didelio našumo 8080 procesorius tapo labai populiarus. Jis netgi buvo naudojamas gatvių apšvietimo ir šviesoforų valdymo sistemose. Tačiau jis daugiausia buvo naudojamas kompiuterių sistemos, iš kurių garsiausias buvo MITS Altair-8800 kūrimas, pristatytas 1975 m.

Bazėje dirbo Altair-8800 Operacinė sistema Altair BASIC, o S-100 sąsaja buvo naudojama kaip magistralė, kuri po kelerių metų tapo visų asmeninių kompiuterių standartu. Kompiuterio techninės charakteristikos buvo daugiau nei kuklios. Jis turėjo tik 256 baitus RAM, neturėjo klaviatūros ir monitoriaus. Vartotojas sąveikavo su kompiuteriu, įvesdamas programas ir duomenis dvejetaine forma, spustelėdamas mažų klavišų rinkinį, kuris gali užimti dvi pozicijas: aukštyn ir žemyn. Rezultatas taip pat buvo perskaitytas dvejetaine forma – pagal užgesusias ir šviečiančias lemputes. Tačiau „Altair-8800“ tapo toks populiarus, kad tokia maža įmonė kaip MITS tiesiog negalėjo neatsilikti nuo kompiuterių paklausos. Kompiuterio populiarumas tiesiogiai prisidėjo prie jo mažos kainos – 621 JAV doleris. Tuo pačiu metu už 439 JAV dolerius buvo galima įsigyti išardytą kompiuterį.

Kompiuteris Altair-8800

Grįžtant prie 8080 temos, reikia pažymėti, kad rinkoje buvo daug jo klonų. Tuo metu rinkodaros padėtis labai skyrėsi nuo tos, kurią matome šiandien, ir „Intel“ buvo pelninga licencijuoti trečiųjų šalių įmonėms gaminti 8080 kopijas. Daug didelių įmonių dalyvavo klonų gamyboje, pavyzdžiui, „National Semiconductor“, NEC, Siemens ir AMD. Taip, aštuntajame dešimtmetyje AMD dar neturėjo savo procesorių – įmonė išskirtinai užsiėmė kitų kristalų „perdarymu“ savo patalpose.

Įdomu tai, kad buvo ir vietinė procesoriaus 8080 kopija.Jį sukūrė Kijevo mikroįrenginių tyrimų institutas ir vadinosi KR580VM80A. Buvo išleisti keli šio procesoriaus variantai, įskaitant skirtus naudoti kariniuose objektuose.

„Kvadratas“ KR580VM80A

Pasirodė 1976 m atnaujinta versija lustas 8080, kuris gavo indeksą 8085. Naujasis kristalas buvo pagamintas pagal 3 mikronų proceso technologiją, kuri leido ant lusto patalpinti 6500 tranzistorių. Maksimalus procesoriaus laikrodžio dažnis buvo 6 MHz. Palaikomų instrukcijų rinkinyje buvo 79 instrukcijos, tarp kurių buvo dvi naujos pertraukimų valdymo instrukcijos.

Zilog Z80

Pagrindinis įvykis po 8080 išleidimo buvo Federico Fagino atleidimas. Italas nesutiko su įmonės vidaus politika ir nusprendė pasitraukti. Kartu su buvusiu „Intel“ vadovu Ralfu Ungermannu ir japonų inžinieriumi Masatoshi Shima jis įkūrė „Zilog“. Iškart po to buvo pradėtas kurti naujas procesorius, savo architektūra panašus į 8080. Taigi 1976 m. liepos mėn. Zilog procesorius Z80, dvejetainis suderinamas su 8080.

Federico Faginas (kairėje)

Palyginti su Intel 8080, Zilog Z80 turėjo daug patobulinimų, tokių kaip išplėstinis instrukcijų rinkinys, nauji registrai ir jiems skirtos instrukcijos, nauji pertraukimo režimai, du atskiri registrų blokai ir integruota dinaminės atminties atnaujinimo grandinė. Be to, Z80 kaina buvo daug mažesnė nei 8080.

Kalbant apie technines charakteristikas, procesorius buvo pagamintas pagal 3 mikronų technologinius standartus naudojant N-MOS ir CMOS technologijas. Z80 buvo 8500 tranzistorių, o jo plotas buvo 22,54 mm 2 . Z80 laikrodžio dažnis svyravo nuo 2,5 iki 8 MHz. Duomenų magistralės plotis buvo 8 bitai. Procesorius turėjo 16 bitų adresų magistralę, o adresuojamos atminties kiekis buvo 64 KB. Z80 buvo gaminamas kelių formų: DIP40 arba 44 kontaktų PLCC ir PQFP.

Zilog Z80 procesorius

Z80 populiarumu greitai pranoko visus konkuruojančius sprendimus, įskaitant 8080. Procesorius buvo naudojamas tokių kompanijų kaip Sharp, NEC ir kitų kompiuteriuose. Z80 taip pat „užsiregistravo“ „Sega“ ir „Nintendo“ konsolėse. Be to, procesorius buvo naudojamas žaidimų automatuose, modemuose, spausdintuvuose, pramoniniuose robotuose ir daugelyje kitų įrenginių.

ZX spektras

Įrenginys, vadinamas ZX Spectrum, nusipelno ypatingo paminėjimo, nepaisant to, kad mūsų istorija šiandien nėra susijusi su praėjusio amžiaus 80-ųjų sprendimais. Kompiuteris buvo sukurtas britų kompanijos Sinclair Research ir buvo išleistas 1982 m. ZX Spectrum buvo toli gražu ne pirmasis SR kūrinys. Aštuntojo dešimtmečio pradžioje bendrovės vadovas ir jos vyriausiasis inžinierius Clive'as Sinclair'as (Clive'as Sinkleras) užsiėmė radijo komponentų pardavimu paštu. Aštuntojo dešimtmečio viduryje Clive sukūrė kišeninį skaičiuotuvą, kuris tapo pirmuoju sėkmingu įmonės išradimu. Atkreipkite dėmesį, kad įmonė tiesiogiai nedalyvavo kuriant skaičiuotuvą. Jiems pavyko rasti sėkmingą dizaino, funkcionalumo ir vertės derinį, kurio dėka įrenginys buvo gerai parduotas. Kitas Sinclair įrenginys taip pat buvo skaičiuotuvas, bet su turtingesniu funkcijų rinkiniu. Prietaisas buvo skirtas labiau „pažengusiai“ auditorijai, tačiau jam nepavyko sulaukti didelės sėkmės.

Clive'as Sinclairas – „ZX Spectrum“ „tėvas“.

Po skaičiuotuvų Sinclair nusprendė sutelkti dėmesį į plėtrą pilnaverčių kompiuterių, o tarp 1980 ir 1981 metų atsirado ZX namų kompiuterių linija: ZX80 ir ZX81. Tačiau populiariausias sprendimas buvo 1982 metais išleista sistema, pavadinta ZX Spectrum. Iš pradžių jis turėjo patekti į rinką pavadinimu ZX83, tačiau paskutinę akimirką nuspręsta įrenginį pervadinti, siekiant pabrėžti kompiuterio palaikymą spalvotiems vaizdams.

ZX Spectrum išpopuliarėjo pirmiausia dėl savo paprastumo ir mažos kainos. Kompiuteris atrodė kaip Žaidimų konsolė. Prie jo per išorines sąsajas buvo prijungtas televizorius, kuris buvo naudojamas kaip monitorius, ir kasetinis magnetofonas, kuris veikė kaip diskas. „Spectrum“ korpuse buvo daugiafunkcinė klaviatūra su 40 guminių klavišų. Kiekvienas mygtukas turėjo iki septynių reikšmių dirbant skirtingais režimais.

ZX Spectrum kompiuteris

Vidinė ZX Spectrum architektūra taip pat buvo gana paprasta. Dėl ULA (Uncommitted Logic Array) technologijos naudojimo pagrindinė kompiuterio grandinės dalis buvo patalpinta į vieną lustą. Naudotas CPU Zilog Z80, kurio taktinis dažnis yra 3,5 MHz. RAM kiekis buvo 16 arba 48 KB. Tiesa, kai kurie trečiųjų šalių gamintojai gamino 32 KB atminties modulius, kurie buvo įkišti į vieną iš Spectrum išplėtimo prievadų. ROM kiekis buvo 16 KB, o į atmintį buvo įsiūta tarmė PAGRINDINĖ kalba vadinamas Sinclair BASIC. „ZX Spectrum“ palaiko tik vieno bito garso išvestį per integruotą garsiakalbį. Kompiuteris dirbo tik grafiniu režimu (8 spalvos ir 2 ryškumo lygiai). Todėl teksto režimas nepalaikomas. Didžiausia skiriamoji geba buvo 256x192 pikseliai.