Teraz sa bez mikroprocesora nezaobídu ani menej pokročilé mobilné telefóny, čo môžeme povedať o tabletových, prenosných a stolných osobných počítačoch. Čo je to mikroprocesor a ako sa vyvíjala história jeho vzniku? Ak hovoríte s zrozumiteľný jazyk, potom je mikroprocesor zložitejší a multifunkčný integrovaný obvod.

Začína história mikroobvodu (integrovaného obvodu). od roku 1958, keď Jack Kilby, zamestnanec americkej spoločnosti Texas Instruments, vynašiel akési polovodičové zariadenie obsahujúce niekoľko tranzistorov spojených vodičmi v jednom obale. Prvý mikroobvod - predchodca mikroprocesora - obsahoval iba 6 tranzistorov a bol to tenká germániová doska s nanesenými stopami zo zlata, to všetko bolo umiestnené na sklenenom substráte. Pre porovnanie, dnes ide účet na jednotky a dokonca desiatky miliónov polovodičových prvkov.

Do roku 1970 pomerne veľa výrobcov sa zaoberalo vývojom a tvorbou integrovaných obvodov rôznych kapacít a rôzneho funkčného zamerania. No tento rok možno považovať za dátum narodenia prvého mikroprocesora. Práve v tomto roku Intel vytvoril pamäťový čip s kapacitou len 1 Kbit – pre moderné procesory zanedbateľný, no na tú dobu neskutočne veľký. V tom čase to bol obrovský úspech - pamäťový čip dokázal uložiť až 128 bajtov informácií - oveľa viac ako podobné analógy. Navyše, približne v rovnakom čase si japonský výrobca kalkulačiek Busicom objednal rovnaké čipy Intel 12 rôzneho funkčného zamerania. Špecialisti Intelu dokázali implementovať všetkých 12 funkčných oblastí do jedného čipu. Okrem toho sa vytvorený mikroobvod ukázal ako multifunkčný, pretože umožnil programovo meniť jeho funkcie bez zmeny fyzickej štruktúry. Mikroobvod vykonával určité funkcie v závislosti od príkazov zadaných jeho riadiacim výstupom.

Už o rok neskôr v roku 1971 Intel uvádza na trh prvý 4-bitový mikroprocesor s kódovým označením 4004. V porovnaní s prvým 6-tranzistorovým čipom obsahoval až 2,3 tisíc polovodičových prvkov a vykonal 60 tisíc operácií za sekundu. V tom čase to bol obrovský prelom v oblasti mikroelektroniky. 4-bit znamenal, že 4004 dokáže spracovať 4-bitové dáta naraz. O dva roky neskôr v roku 1973 firma vyrába 8-bitový procesor 8008, ktorý už pracoval s 8-bitovými dátami. Začiatok od roku 1976, spoločnosť začína vyvíjať 16-bitovú verziu mikroprocesora 8086. Práve on sa začal používať v prvých osobných počítačoch IBM a v podstate položil jednu z tehál v histórii počítačov.

Typy mikroprocesorov

Podľa povahy spustiteľného kódu a organizácie riadiaceho zariadenia sa rozlišuje niekoľko typov architektúr:

Procesor s komplexnou sadou inštrukcií. Táto architektúra sa vyznačuje veľkým počtom zložitých inštrukcií a v dôsledku toho zložitým riadiacim zariadením. Skoré verzie procesorov CISC a procesorov pre embedded aplikácie sa vyznačujú dlhými časmi vykonávania inštrukcií (od niekoľkých cyklov až po stovky), ktoré určuje mikrokód riadiaceho zariadenia. Vysokovýkonné superskalárne procesory sa vyznačujú hĺbkovou analýzou programu a vykonávaním operácií mimo poradia.

Procesor so zjednodušenou sadou inštrukcií. Táto architektúra má oveľa jednoduchšie ovládacie zariadenie. Väčšina inštrukcií procesora RISC obsahuje rovnako malý počet operácií (1, niekedy 2-3) a samotné príkazové slová majú v drvivej väčšine prípadov rovnakú šírku (PowerPC, ARM), aj keď existujú výnimky (Coldfire). Superskalárne procesory majú najjednoduchšie zoskupovanie inštrukcií bez zmeny poradia vykonávania.

Procesor s explicitným paralelizmom. Od ostatných sa líši predovšetkým tým, že postupnosť a paralelnosť vykonávania operácií a ich rozdelenie medzi funkčné jednotky sú programom jasne definované. Takéto procesory môžu mať veľké množstvo funkčných jednotiek bez väčších komplikácií riadiaceho zariadenia a straty účinnosti. Takéto procesory zvyčajne používajú široké inštrukčné slovo pozostávajúce z niekoľkých slabík, ktoré definujú správanie každej funkčnej jednotky počas cyklu.

Procesor s minimálnou sadou inštrukcií. Táto architektúra je určená predovšetkým extrémne malým počtom inštrukcií (niekoľko desiatok) a takmer všetky majú nulový operand. Tento prístup umožňuje zbaliť kód veľmi tesne a prideliť 5 až 8 bitov pre jednu inštrukciu. Medziľahlé údaje v takomto procesore sú zvyčajne uložené vo vnútornom zásobníku a operácie sa vykonávajú s hodnotami v hornej časti zásobníka. Táto architektúra úzko súvisí s ideológiou programovania v jazyku Forth a zvyčajne sa používa na spúšťanie programov napísaných v tomto jazyku.

Procesor s variabilnou sadou inštrukcií. Architektúra, ktorá vám umožňuje preprogramovať sa zmenou sady inštrukcií a jej prispôsobením riešenej úlohe.

Procesor riadený transportom. Architektúra pôvodne vychádzala z EPIC, ale zásadne sa líši od ostatných v tom, že inštrukcie takéhoto procesora kódujú funkčné operácie a takzvané transporty sú dátové prenosy medzi funkčnými jednotkami a pamäťou v ľubovoľnom poradí.

Podľa spôsobu ukladania programov sa rozlišujú dve architektúry:

Architektúra von Neumanna. Táto architektúra využíva jednu zbernicu a jedno I/O zariadenie na prístup k programu a dátam.

Harvardská architektúra. V procesoroch tejto architektúry sú samostatné zbernice a vstupno-výstupné zariadenia na získavanie programu a výmenu dát. Vo vstavaných mikroprocesoroch, mikrokontroléroch a DSP to tiež definuje existenciu dvoch nezávislých pamäťových zariadení na ukladanie programov a údajov. V centrálnych procesorových jednotkách to určuje existenciu samostatnej vyrovnávacej pamäte inštrukcií a údajov. Za cache sa dajú autobusy spojiť do jedného cez multiplex.

Úvod

1 Vývoj mikroprocesorov

2 mikroprocesory i80386

3 mikroprocesory i80486

4 procesory Pentium

5 Výkon procesora

6 Koprocesory

Bibliografia

Úvod

Najdôležitejším prvkom každého PC je mikroprocesor. Do značnej miery určuje možnosti výpočtového systému. Prvý mikroprocesor i4004 bol vyrobený v roku 1971 a odvtedy si Intel pevne drží vedúce postavenie v segmente trhu. Najúspešnejším vývojovým projektom je i8080. Práve na ňom bol založený počítač Altair, pre ktorý B. Gates napísal svoj prvý Basic interpreter. Klasická architektúra i8080 mala obrovský vplyv na ďalší vývoj jednočipových mikroprocesorov. Mikroprocesor i8088, ktorý spoločnosť Intel oznámila v júni 1979, sa stal skutočným priemyselným štandardom pre osobné počítače. V roku 1981 si „modrý gigant“ (IBM) vybral tento procesor pre svoje PC. Spočiatku mikroprocesor i8088 bežal na frekvencii 4,77 MHz a mal rýchlosť okolo 0,33 Mops, ale potom boli vyvinuté jeho klony, navrhnuté pre vyššiu taktovaciu frekvenciu 8 MHz. Mikroprocesor i8086 sa objavil presne o rok skôr, v júli 1978, a stal sa populárnym vďaka počítaču CompaqDecPro. Na základe architektúry i8086 as prihliadnutím na požiadavky trhu spoločnosť Intel vo februári 1982 vydala i80286. Objavil sa v rovnakom čase ako Počítač IBM PCAT. Spolu s nárastom výkonu mal chránený režim (používal sofistikovanejšiu techniku ​​správy pamäte). Chránený režim umožňoval programom ako Windows 3.0 a OS/2 pracovať s pamäťou RAM nad 1 MB. Vďaka 16-bitovým dátam na novej systémovej zbernici je možné s PU vymieňať 2-bajtové správy. Nový mikroprocesor umožnil prístup k 16 MB RAM v chránenom režime. Procesor i80286 ako prvý implementoval multitasking a ovládanie na úrovni čipu virtuálna pamäť. Pri taktovacej frekvencii 8 MHz bol dosiahnutý výkon 1,2 Mips.

1 Vývoj mikroprocesorov

Počítače sú široko používané od 50. rokov minulého storočia. Predtým to boli veľmi veľké a drahé zariadenia používané iba vo vládnych agentúrach a veľkých firmách. Veľkosť a tvar digitálnych počítačov sa zmenili na nepoznanie v dôsledku vývoja nových zariadení nazývaných mikroprocesory.

Mikroprocesor (MP) je programovo riadená elektronika digitálne zariadenie, určené na spracovanie digitálnych informácií a riadenie procesu tohto spracovania, vykonávané na jednom alebo viacerých integrovaných obvodoch s vysoký stupeň integrácia elektronických prvkov.

V roku 1970 Marshian Edward Hoff z Intelu navrhol integrovaný obvod podobný funkciou ako centrálna procesorová jednotka sálového počítača – prvý mikroprocesor. procesor Intel-4004, ktorý bol uvoľnený na predaj už v roku 1971.

To bol skutočný prielom, pretože Intel-4004 MP s veľkosťou menej ako 3 cm bol produktívnejší ako obrovský stroj ENIAC. Pravda, fungoval oveľa pomalšie a dokázal spracovať len 4 bity informácií súčasne (veľké počítačové procesory spracovávali 16 alebo 32 bitov súčasne), ale prvý MP stál aj desaťtisíckrát lacnejšie.

Kryštál bol 4-bitový procesor s klasickou počítačovou architektúrou Harvardského typu a bol vyrobený pomocou pokročilej technológie p-channel MOS s konštrukčným štandardom 10 μm. Elektrické schéma zariadenie pozostávalo z 2300 tranzistorov. MP pracoval na frekvencii hodín 750 kHz s trvaním príkazového cyklu 10,8 μs. Čip i4004 mal zásobník adries (počítadlo programov a tri zásobníkové registre typu LIFO), blok RON (registre cez Náhodný vstup do pamäťe alebo súbor registra - RF), 4-bitový paralelný ALU, akumulátor, príkazový register s príkazovým dekodérom a riadiacim obvodom, ako aj komunikačný obvod s externých zariadení. Všetky tieto funkčné uzly boli navzájom kombinované 4-bitovou SD. Inštrukčná pamäť dosahovala 4 KB (pre porovnanie: veľkosť pamäte minipočítača na začiatku 70. rokov zriedka presahovala 16 KB) a RF CPU mal 16 4-bitových registrov, ktoré bolo možné použiť aj ako 8 8-bitových. Takáto organizácia RON je zachovaná aj v nasledujúcich MP od Intelu. Tri zásobníkové registre poskytovali tri úrovne vnorenia podprogramov. i4004 MP bol osadený v plastovom alebo keramicko-kovovom obale DIP (Dual In-line Package) len so 16 pinmi. Jeho veliteľský systém obsahoval iba 46 inštrukcií.

Súčasne mal kryštál veľmi obmedzené I/O možnosti a v príkazovom systéme neexistovali žiadne logické operácie spracovania dát (AND, OR, EXCLUSIVE OR), a preto museli byť implementované pomocou špeciálnych podprogramov. Modul i4004 nemal schopnosť zastaviť (príkazy HALT) a zvládnuť prerušenia.

Inštrukčný cyklus procesora pozostával z 8 cyklov hlavného oscilátora. Existovala multiplexná SHA (adresová zbernica) / SHD (dátová zbernica), 12-bitová adresa sa prenášala cez 4 bity.

1. apríla 1972 začal Intel dodávať prvý 8-bitový i8008 v tomto odvetví. Kryštál bol vyrobený pomocou technológie p-channel MOS s konštrukčnými štandardmi 10 μm a obsahoval 3500 tranzistorov. Procesor pracoval na frekvencii 500 kHz s trvaním strojového cyklu 20 μs (10 periód hlavného oscilátora).

Na rozdiel od svojich predchodcov mal MP architektúru počítača typu Princeton a umožňoval použitie kombinácie ROM a RAM ako pamäte.

V porovnaní s i4004 sa počet RON znížil zo 16 na 8 a na uloženie adresy s nepriamym adresovaním pamäte boli použité dva registre (technologické obmedzenie - blok RON, podobne ako kryštály 4004 a 4040 v MP 8008, bol implementovaný v tvare dynamická pamäť). Trvanie cyklu stroja sa skrátilo takmer na polovicu (z 8 na 5 stavov). Pre synchronizáciu práce s pomalými zariadeniami bol zavedený signál READY.

Systém velenia pozostával zo 65 inštrukcií. MP by mohol adresovať 16 K bajtov pamäte. Jeho výkon v porovnaní so štvorbitovým MP vzrástol 2,3-krát. Na prepojenie procesora s pamäťou a I/O zariadeniami bolo v priemere potrebných asi 20 stredne integrovaných obvodov.

Možnosti technológie p-channel na vytváranie zložitých vysokovýkonných MT boli takmer vyčerpané, takže „smer hlavného úderu“ bol prenesený na technológiu n-channel MOS.

1. apríla 1974 bol Intel 8080 MP predstavený všetkým zainteresovaným stranám. Vďaka použitiu technológie p-MOS s konštrukčnými štandardmi 6 mikrónov bolo na čip umiestnených 6 tisíc tranzistorov. Hodinová frekvencia procesora bola zvýšená na 2 MHz a doba trvania inštrukčného cyklu bola už 2 μs. Množstvo pamäte adresovanej procesorom sa zvýšilo na 64 KB.

Vďaka použitiu 40-pinového obalu bolo možné oddeliť SHA a SD, celkový počet počet čipov potrebných na zostavenie systému v minimálnej konfigurácii bol znížený na 6.

V Ruskej federácii bol zavedený ukazovateľ zásobníka, ktorý sa aktívne používa pri spracovaní prerušení, ako aj dva programovo nedostupné registre pre interné prenosy. Blok RON bol implementovaný na statických pamäťových čipoch. Vylúčenie batérie z RF a jej zavedenie do ALU zjednodušilo schému riadenia vnútornej zbernice.

Novinka v architektúre MP – využitie viacúrovňový systém vektorové prerušenia. Takéto technické riešenie umožnilo zvýšiť celkový počet zdrojov prerušení na 256 (pred príchodom radičov prerušení LSI si obvod generovania vektora prerušení vyžadoval použitie až 10 dodatočných čipov strednej integrácie). Model i8080 zaviedol mechanizmus priameho prístupu do pamäte (DMA) (ako predtým v sálových počítačoch IBM System 360 atď.).

PDP otvorilo zelenú pre použitie v mikropočítačoch takých zložitých zariadení, ako sú magnetické diskové mechaniky a pásky, CRT displeje, ktoré zmenili mikropočítač na plnohodnotný výpočtový systém.

Tradíciou spoločnosti, počnúc prvým čipom, bolo vydanie nie jedného CPU čipu, ale rodiny LSI navrhnutých na zdieľané použitie.

Moderné mikroprocesory sú postavené na 32-bitovej architektúre x86 alebo IA-32 (Intel Architecture 32 bit), ale veľmi skoro dôjde k prechodu na pokročilejšiu, produktívnejšiu 64-bitovú architektúru IA-64 (Intel Architecture 64 bit). V skutočnosti sa prechod už začal, o čom svedčí masová výroba a predaj v roku 2003 nového mikroprocesora Athlon 64 od AMD Corporation (Advanced Micro Devices), tento mikroprocesor je pozoruhodný tým, že dokáže pracovať s oboma 32-bitovými aplikáciami. a 64-bitové aplikácie.bit. Výkon 64-bitových mikroprocesorov je oveľa vyšší.

2 mikroprocesory i80386

V októbri 1985 Intel oznámil prvý 32-bitový mikroprocesor, i80386. Prvým počítačom, ktorý používal tento mikroprocesor, bol CompaqDeskPro 386. Plnú 32-bitovú architektúru v novom mikroprocesore dopĺňal pokročilý správca pamäte, ktorý bol okrem segmentačnej jednotky doplnený o jednotku na riadenie stránok. Toto zariadenie vám umožňuje jednoducho preusporiadať segmenty z jedného pamäťového miesta na druhé. Pri taktovacej frekvencii 16 MHz bol výkon 6 Mips. 32-adresových riadkov umožnilo fyzicky adresovať 4Gb pamäte, navyše bol predstavený nový režim správy virtuálnej pamäte V86. V tomto režime je možné vykonať niekoľko úloh i8086 súčasne.

Mikroprocesor i80386 vyrobený na 1 čipe s koprocesorom sa volal i80386DX. Lacnejší model 32-bitového mikroprocesora sa objavil až v júli 1988 (i80386SX). Nový mikroprocesor využíval 16-bitovú dátovú zbernicu a 24-bitovú adresovú zbernicu. To sa hodilo najmä pri štandardnom IBM PC AT. Softvér napísaný pre i80386DX bežal na i80386DX. Vnútorné registre boli úplne identické. Index SX pochádza zo slova „šestnásť“ (16-bitová dátová zbernica). Pre i486 SX to znamenalo žiadny koprocesor. Na jesennej výstave v roku 1989 Intel oznámil i80486DX, ktorý obsahoval 1,2 milióna tranzistorov na jednom čipe a bol plne kompatibilný s ďalšími 86 procesormi. Nové mikroobvody po prvýkrát skombinovali na 1 čipe CPU, koprocesor a vyrovnávaciu pamäť. Použitie zreťazenej architektúry, ktorá je súčasťou procesorov RISC, čo umožňuje dosiahnuť 4-násobok výkonu konvenčných 32-bitových systémov. 8 KB vstavanej vyrovnávacej pamäte urýchľuje vykonávanie vďaka prechodnému ukladaniu často používaných príkazov a údajov. Pri taktovacej frekvencii 25 MHz mal mikroprocesor vykon 16,5 Mips. Vytvorené v januári 1991. 50 MHz verzia mikroprocesora umožnila dodatočný 50% nárast výkonu. Zabudovaný koprocesor výrazne urýchlil matematické výpočty, no neskôr sa ukázalo, že takýto mikroprocesor potrebuje len 30 % používateľov.

Používate počítač, resp mobilné zariadenie aby ste si teraz prečítali túto tému. Počítač alebo mobilné zariadenie používa na vykonávanie týchto akcií mikroprocesor. Mikroprocesor je srdcom každého zariadenia, servera alebo notebooku. Existuje mnoho značiek mikroprocesorov od naj rôznych výrobcov, ale všetky robia zhruba to isté a zhruba rovnakým spôsobom.
Mikroprocesor- tiež známy ako procesor alebo centrálna procesorová jednotka, je výpočtový stroj, ktorý sa vyrába na jedinom čipe. Prvým mikroprocesorom bol Intel 4004, ktorý sa objavil v roku 1971 a nebol taký výkonný. Mohol sčítať a odčítať, a to sú len 4 bity naraz. Procesor bol úžasný, pretože bol vyrobený na jedinom čipe. Budete sa pýtať prečo? A odpoviem: inžinieri v tom čase vyrábali procesory buď z niekoľkých čipov, alebo z diskrétnych komponentov (tranzistory sa používali v samostatných obaloch).

Ak vás niekedy zaujímalo, čo robí mikroprocesor v počítači, ako vyzerá alebo ako sa líši od iných typov mikroprocesorov, potom pod kat- tam sú všetky najzaujímavejšie a podrobnosti.

Pokrok mikroprocesora: Intel

Prvý mikroprocesor, ktorý sa neskôr stal srdcom jednoduchého domáci počítač, bol Intel 8080, kompletný 8-bitový počítač na jednom čipe, predstavený v roku 1974. Prvý mikroprocesor spôsobil skutočný nárast na trhu. Neskôr v roku 1979 bol vydaný nový model- Intel 8088. Ak poznáte trh s počítačmi a jeho históriu, potom viete, že trh s počítačmi sa presunul z Intel 8088 na Intel 80286 a potom na Intel 80386 a Intel 80486 a potom na Pentium, Pentium II, Pentium III a Pentium 4 Všetky tieto mikroprocesory sú vyrobené spoločnosťou Intel a všetky sú vylepšeniami základného dizajnu Intel 8088. Pentium 4 dokáže vykonávať akýkoľvek kód, ale robí to 5000-krát rýchlejšie.

V roku 2004 rok Intel predstavil mikroprocesory s viacerými jadrami a miliónmi tranzistorov, ale aj tieto mikroprocesory nasledovali všeobecné pravidlá, ako predtým vyrábané čipy. Ďalšie informácie v tabulke:

• dátum: je rok, kedy bol procesor prvýkrát predstavený. Mnoho procesorov bolo znovu vydaných pri vyšších rýchlostiach hodín a to pokračovalo ešte mnoho rokov po pôvodnom dátume vydania.
• tranzistory: je počet tranzistorov na čipe. Môžete vidieť, že počet tranzistorov na jednom čipe sa v priebehu rokov neustále zvyšuje.
• Micron: šírka najmenšieho drôtu na čipe v mikrónoch. Pre porovnanie môžem uviesť ľudský vlas, ktorý má hrúbku asi 100 mikrónov. Ako sa veľkosti zmenšovali a zmenšovali, počet tranzistorov sa zvyšoval.
• Frekvencia hodín: maximálna rýchlosťže čip sa môže vyvinúť. O frekvencii hodín budem hovoriť o niečo neskôr.
• Údaje o šírke (zbernici).: je šírka ALU (aritmetická logická jednotka). 8-bitová ALU môže sčítať, odčítať, násobiť atď. V mnohých prípadoch má dátová zbernica rovnakú šírku ako ALU, ale nie vždy. Intel 8088 bol 16-bitový a mal 8-bitovú zbernicu, zatiaľ čo súčasné modely Pentium sú 64-bitové.
• MIPS: tento stĺpec v tabuľke predstavuje počet operácií za sekundu. Je to merná jednotka pre mikroprocesory. Moderné procesory dokážu toľko vecí, že dnešné hodnotenia uvedené v tabuľke stratia akýkoľvek význam. Ale môžete cítiť relatívnu silu mikroprocesorov tých čias

Táto tabuľka ukazuje, že vo všeobecnosti existuje vzťah medzi rýchlosťou hodín a MIPS (operácie za sekundu). Maximálna frekvencia hodín je funkcia výrobný procesor. Existuje tiež vzťah medzi počtom tranzistorov a počtom operácií za sekundu. Napríklad Intel 8088 taktovaný na 5 MHz (v súčasnosti 2,5-3 GHz) vykoná iba 0,33 MIPS (približne jedna inštrukcia na každých 15 hodinových cyklov). Moderné procesory môžu často vykonávať dve inštrukcie na takt. Toto zvýšenie priamo súvisí s počtom tranzistorov na čipe a o tom budem hovoriť neskôr.

čo je čip?

Čip sa tiež nazýva integrovaný obvod. Zvyčajne ide o malý tenký kúsok kremíka, na ktorom sú vyryté tranzistory, ktoré tvoria mikroprocesor. Čip môže byť malý ako jeden palec, no stále obsahuje desiatky miliónov tranzistorov. Jednoduchšie procesory môžu pozostávať z niekoľkých tisíc tranzistorov vyleptaných do čipu s veľkosťou len niekoľkých štvorcových milimetrov.

Ako to funguje

Intel Pentium 4

Aby ste pochopili, ako mikroprocesor funguje, bolo by užitočné pozrieť sa dovnútra a dozvedieť sa viac o jeho vnútornostiach. V tomto procese sa môžete dozvedieť aj o jazyku symbolických inštrukcií, rodnom jazyku mikroprocesora a mnohých veciach, ktoré môžu inžinieri urobiť na zvýšenie rýchlosti procesora.

Mikroprocesor vykonáva kolekciu strojových inštrukcií, ktoré hovoria procesoru, čo má robiť. Na základe pokynov robí mikroprocesor tri hlavné veci:

• Pomocou svojej ALU (aritmetickej logickej jednotky) môže mikroprocesor pracovať matematické operácie. Napríklad sčítanie, odčítanie, násobenie a delenie. Moderné mikroprocesory sú schopné vykonávať mimoriadne zložité operácie.
• Mikroprocesor môže presúvať dáta z jedného pamäťového miesta do druhého
• Mikroprocesor môže robiť rozhodnutia a prejsť na novú sadu pokynov na základe týchto rozhodnutí.

Na rovinu povedané, mikroprocesor robí zložité veci, ale vyššie som opísal tri hlavné činnosti. Nasledujúci diagram ukazuje veľmi jednoduchý mikroprocesor schopný robiť tieto tri veci. Tento mikroprocesor má:

• Adresová zbernica (8, 16 alebo 32 bitov), ​​ktorá odosiela prístup do pamäte
• Dátová zbernica (8, 16 alebo 32 bitov), ​​ktorá odosiela dáta do pamäte alebo prijíma dáta z pamäte
• RD (čítanie, čítanie) a WR (zápis, zápis) hovoria pamäti, či chcú nastaviť alebo získať adresované miesto
• Riadok hodín, ktorý vám umožňuje zobraziť postupnosť hodín procesora
• Resetovať riadok, ktorý vynuluje počítadlo programu a reštartuje vykonávanie

pamäť mikroprocesora

Predtým sme hovorili o adresových a dátových zberniciach, ako aj o čítaní a zápise riadkov. To všetko je pripojené buď k RAM (Random Access Memory) alebo ROM (Read Only Memory alebo Read Only Memory, ROM) – zvyčajne k obom. V našom príklade mikroprocesora máme širokú adresovú zbernicu 8 bitov a rovnako širokú dátovú zbernicu – tiež 8 bitov. To znamená, že mikroprocesor má prístup k 2^8 až 256 bajtom pamäte a môže čítať a zapisovať 8 bitov pamäte naraz. Predpokladajme, že tento jednoduchý mikroprocesor má 128 bajtov vnútornej pamäte začínajúcej na adrese 0 a 128 bajtov RAM začínajúcej na adrese 128.

RAM znamená pamäť iba na čítanie. Čip trvalá pamäť naprogramované s permanentne prednastavenými prednastavenými bajtami. Adresa zbernice hovorí čipu RAM, ktorý bajt má dosiahnuť a umiestniť na dátovú zbernicu. Keď čítací riadok zmení svoj stav, čip ROM predstaví vybraný bajt dátovej zbernici.

RAM je skratka pre RAM, lol. RAM obsahuje bajt informácií a mikroprocesor môže tieto bajty čítať alebo zapisovať v závislosti od toho, či riadok čítania alebo zápisu signalizuje. Jedným z problémov, ktoré možno nájsť v dnešných čipsoch, je, že zabudnú na všetko, len čo sa minie energia. Preto musí mať počítač RAM.

Čip RAM alebo čip ROM (Read Only Memory).

Mimochodom, takmer všetky počítače obsahujú nejaké množstvo pamäte RAM. Na osobnom počítači sa pamäť iba na čítanie nazýva BIOS (Basic Input/Output System). Pri spustení začne mikroprocesor vykonávať pokyny, ktoré nájde v systéme BIOS. Inštrukcie systému BIOS, mimochodom, tiež vykonávajú svoje úlohy: vykonávajú kontrolu hardvéru a potom všetky informácie idú na pevný disk, aby vytvorili zavádzací sektor. Boot sektor je jeden malý program a BIOS ho po načítaní z disku uchová v pamäti. Mikroprocesor potom začne vykonávať inštrukcie boot sektor z RAM. Program zavádzacieho sektora povie mikroprocesoru, čo si má ešte vziať so sebou. pevný disk do RAM a potom to všetko urobí atď. Takto mikroprocesor načíta a spustí celý operačný systém.

inštrukcie pre mikroprocesor

Dokonca aj neuveriteľne jednoduchý mikroprocesor, ktorý som práve opísal, bude mať pomerne veľkú sadu inštrukcií, ktoré dokáže vykonať. Zbierka inštrukcií je implementovaná ako bitové vzory, z ktorých každá má pri načítaní do sektora inštrukcií iný význam. Ľudia si nepamätajú bitové vzory obzvlášť dobre, keďže ide o zbierku krátkych slov. Mimochodom, táto množina krátkych slov sa nazýva jazyk montáže procesora. Assembler dokáže preložiť slová do bitového vzoru veľmi ľahko a potom sa úsilie assemblera vloží do pamäte, aby ho mikroprocesor vykonal.

Tu je súbor pokynov v jazyku symbolických inštrukcií:

• LOADA pam- načítať do registra s adresou pamäte
• LOADB pam- načítať do registra B z adresy pamäte
• CONB mem- načítať konštantnú hodnotu do registra B
• SAVEB pam- uložiť register B na adresu pamäte
• SAVEC pam- uložiť register C na adresu pamäte
• PRIDAŤ- pridajte A a B a výsledok uložte do C
• SUB- odčítajte A a B a výsledok uložte do C
• MUL- vynásobte A a B a výsledok uložte do C
• DIV- rozdeľte A a B a výsledok uložte do C
• COM- porovnajte A a B a výsledok uložte do testu
• JUMP adr- prejdite na adresu
• JEQ adr- skok, ak sa rovná vyriešiť
• adr. JNEQ- skok, ak sa nerovná vyriešiť
• JG adr- skok ak viac, riešiť
• adr JGE- skok, ak je väčší alebo rovný ako vyriešiť
• JL adr- skok ak menej riešiť
• adr. JLE- skok, ak je menší alebo rovný ako vyriešiť
• STOP- zastaviť popravu

jazyk montáže
Kompilátor C preloží tento kód C do jazyka symbolických inštancií. Za predpokladu, že hlavná pamäť začína na adrese 128 v tomto procesore a pamäť určená len na čítanie (ktorá obsahuje program v jazyku symbolických adries) začína na adrese 0, potom pre náš jednoduchý mikroprocesor môže assembler vyzerať takto:

// Predpokladajme, že a je na adrese 128 // Predpokladajme, že F je na adrese 1290 CONB 1 // a=1;1 SAVEB 1282 CONB 1 // f=1;3 SAVEB 1294 LOADA 128 // ak 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 späť na 4 // slučka

Pamäť iba na čítanie (ROM)
Takže teraz otázka znie: "Ako sa všetky tieto pokyny integrujú s ROM?". Samozrejme, vysvetlím: každý z týchto pokynov v jazyku montáže musí byť reprezentovaný ako binárne číslo. Pre jednoduchosť predpokladajme, že každá inštrukcia jazyka symbolických adries sa priraďuje sama sebe jedinečné číslo. Napríklad to bude vyzerať takto:

• LOADA - 1
• LOADB - 2
• CONB - 3
• SAVEB - 4
• SAVEC pam - 5
• PRIDAŤ - 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

Tieto čísla budú známe ako prevádzkové kódy. V ROM bude náš malý program vyzerať takto:

// Predpokladajme, že a je na adrese 128 // Predpokladajme, že F je na adrese 129Addr operačný kód/hodnota0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 //1293 11 // CONB 511 512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 129 129 129 129 23129 129 ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // SKOK 430 831 18 // STOP

Vidíte, že 7 riadkov kódu C sa zmenilo na 18 riadkov assembleru a že všetky mali 32 bajtov v ROM.

Dekódovanie
Inštrukcia dekódovania musí zmeniť každý z operačných kódov na sadu signálov, ktoré budú riadiť rôzne komponenty v mikroprocesore. Vezmime si inštrukcie ADD ako príklad a uvidíme, čo má robiť. Takže:

• 1. V prvom cykle je potrebné načítať samotnú inštrukciu, takže dekodér potrebuje: aktivovať buffer pre počítadlo programu s tromi stavmi, aktivovať čítací riadok (RD), aktivovať dáta v troch stavoch vyrovnávacej pamäte v registri inštrukcií
• 2. V druhom cykle sa dekóduje inštrukcia ADD. Tu musíte urobiť veľmi málo: nastavte činnosť aritmetickej logickej jednotky (ALU) na registráciu C
• 3. Počas tretieho cyklu sa počítadlo programu zvýši (teoreticky sa to môže prekrývať v druhom cykle)

Každá inštrukcia môže byť rozdelená do množiny sekvenčných operácií, ako sme sa práve pozreli. Manipulujú s komponentmi mikroprocesora v správnom poradí. Niektoré inštrukcie, ako napríklad ADD, môžu trvať dva alebo tri cykly. Iní môžu mať päť alebo šesť taktov.

Poďme na koniec

Počet tranzistorov má obrovský vplyv na výkon procesora. Ako môžete vidieť vyššie, typický mikroprocesor Intel 8088 mohol spustiť 15 cyklov. Čím viac tranzistorov, tým vyšší výkon - je to jednoduché. Veľký počet tranzistorov umožňuje aj technológie, ako je pipelining.

Architektúra potrubia je tvorená vykonávaním príkazov. Vykonanie jednej inštrukcie môže trvať päť cyklov, ale nemôže byť súčasne päť inštrukcií v rôznych fázach vykonávania. Vyzerá to teda tak, že každý cyklus hodín dokončí jedna inštrukcia.

Všetky tieto trendy umožňujú, aby počet tranzistorov rástol, čo má za následok vznik ťažkých tranzistorov v hodnote niekoľkých miliónov dolárov, ktoré sú dnes dostupné. Takéto procesory dokážu vykonať asi miliardu operácií za sekundu – len si to predstavte. Mimochodom, teraz sa mnohí výrobcovia začali zaujímať o vydanie 64-bitovej verzie mobilné procesory a zrejme prichádza ďalšia vlna, len tentoraz kraľuje móde 64-bitová architektúra. Možno sa k tejto téme v blízkej dobe dostanem a poviem vám, ako to vlastne funguje. Na dnes snáď všetko. Dúfam, že sa vám to páčilo a veľa ste sa naučili.

Prvý mikroprocesor bol vytvorený v roku 1971, a s ním sa konečne zrodil počítačov štvrtej generácie.

CPU(CPU, doslova - centrálna procesorová jednotka) - elektronická jednotka alebo integrovaný obvod (mikroprocesor), ktorý vykonáva strojové inštrukcie (programový kód). Niekedy sa označuje ako mikroprocesor alebo jednoducho procesor.

Hlavné charakteristiky centrálnej procesorovej jednotky (CPU) sú: rýchlosť hodín, výkon, spotreba energie a architektúra.

Prvé CPU boli navrhnuté ako jedinečné stavebné bloky pre jedinečné, dokonca jedinečné počítačové systémy. Neskôr z drahého spôsobu vývoja procesorov navrhnutých na vykonávanie jedného jediný program, výrobcovia počítačov prešli na sériovú výrobu typických tried procesorov.

Vytvorenie mikroobvodov umožnilo ďalšie zvýšenie zložitosti CPU a zároveň zníženie ich fyzickej veľkosti.

Spoločnosť Intel v roku 1971 vytvorila prvý 4-bitový mikroprocesor 4004 na svete určené na použitie v kalkulačkách.



Neskôr to bolo zmenené 8-bitový Intel 8080 a 16-bit 8086, ktorý položil základy architektúry všetkých moderných stolových počítačov.




Potom nasledovala jeho úprava, 80186 .
AT procesor 80286 objavil sa chránený režim, ktorý umožňoval využitie až 16 MB pamäte.

Procesor Intel 80386 sa objavil v roku 1985 a predstavil vylepšený chránený režim, umožnil použitie až 4 GB RAM.



Intel486(známy aj ako i486, Intel 80486 alebo jednoducho 486.) štvrtá generácia x86-kompatibilný mikroprocesor postavený na hybridnom jadre a vydal Intel 10. apríla 1989.

Tento mikroprocesor je vylepšenou verziou mikroprocesora 80386. Prvýkrát bol predvedený na výstave na jeseň roku 1989.

Bol to prvý mikroprocesor so vstavaným matematický koprocesor(FPU). Používal sa najmä v stolných počítačoch, v serveroch a prenosných počítačoch (laptopy a laptopy).



V osobných počítačoch sa začali používať procesory s architektúrou x86.

Postupne sa takmer všetky procesory začali vyrábať v mikroprocesorovom formáte.

Mikroprocesor Intel Pentium predstavený 22.3.1993.
Nová architektúra procesora umožnila 5-násobne zvýšiť výkon v porovnaní s 33 MHz 486DX.

Počet tranzistorov je 3,1 milióna.
Konektor nôh 237/238.

Ďalej prišli (od Intelu) 64-bitové 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...

Viacjadrové procesory obsahujú niekoľko procesorových jadier v jednom balení (na jednom alebo viacerých čipoch).

Prvým viacjadrovým mikroprocesorom bol IBM POWER4, ktorý sa objavil v roku 2001 a mal dve jadrá. 14. novembra 2005 vyšlo Sun osemjadrový UltraSPARC T1.

AMD sa vydalo vlastnou cestou a vyrobilo v roku 2007 štvorjadrový procesor v jednom čipe.

Masívne dostupné sú procesory s 2, 3, 4 a 6 jadrami, ako aj 2, 3 a 4 modulové procesory procesory AMD Buldozérové ​​generácie.

Pre servery sú k dispozícii aj 8-jadrové procesory Xeon a Nehalem (Intel) a 12-jadrové procesory Opteron (AMD).

Pre chladič z mikroprocesorov sa používajú pasívne žiariče a aktívne chladiče.

Intel Core i7- Rodina procesorov x86-64 Intel.
Jednočipové zariadenie: všetky jadrá, radič pamäte a vyrovnávacia pamäť sú na rovnakom čipe.
podpora Turbo zrýchlenie, s ktorým procesor automaticky zvyšuje výkon, keď je to potrebné.


Ochranný kryt procesorov je vyrobený z poniklovanej medi, substrát je kremík, kontakty sú vyrobené z pozlátenej medi.
Minimálne a maximálne skladovacie teploty pre Core i7 sú -55 °C a 125 °C.
Maximálny odvod tepla Jadrové procesory i7 má 130 wattov.

Intel Core i7 3820 je vybavený štyrmi fyzickými a ôsmimi virtuálnymi procesorovými jadrami, ktorých nominálna taktovacia frekvencia je 3,6 GHz a dynamická 3,8 GHz, ako aj desať megabajtov vyrovnávacej pamäte. Dátum vstupu na trh - 2012.

Moderné počítače malé, pohodlné, majú vysokú rýchlosť spracovania informácií, veľké množstvo operačnej a fyzickej pamäte.



Moderné procesory možno nájsť nielen v počítačoch, ale aj v autách, mobilné telefóny, domáce spotrebiče a dokonca aj v detských hračkách.

), od prvých grafických adaptérov MDA a CGA až po najnovšie architektúry AMD a NVIDIA. Teraz je na rade sledovať vývoj centrálnych procesorových jednotiek – rovnako dôležitej súčasti každého počítača. V tejto časti materiálu budeme hovoriť o 70-tych rokoch minulého storočia, a teda o prvých 4- a 8-bitových riešeniach.

Prvé CPU boli stonožky

40. – 60. roky 20. storočia

Predtým, ako sa ponoríme do histórie vývoja centrálnych procesorových jednotiek, je potrebné povedať pár slov o vývoji počítačov všeobecne. Prvé CPU sa objavili v 40. rokoch 20. storočia. Potom pracovali s pomocou elektromechanických relé a vákuových trubíc a feritové jadrá v nich slúžili ako úložné zariadenia. Pre fungovanie počítača založeného na takýchto mikroobvodoch to bolo potrebné veľké množstvo spracovateľov. Podobný počítač Bola to obrovská budova o veľkosti pomerne veľkej miestnosti. Zároveň uvoľnil veľké množstvo energie a jeho výkon zanechal veľa želaní.

Počítač využívajúci elektromechanické relé

Už v 50. rokoch sa však pri konštrukcii procesorov začali používať tranzistory. Vďaka ich použitiu dokázali inžinieri dosiahnuť viac vysoká rýchlosť prevádzku čipov, ako aj zníženie ich spotreby energie, ale zlepšenie spoľahlivosti.

V šesťdesiatych rokoch bola vyvinutá technológia výroby integrovaných obvodov, ktorá umožnila vytvárať mikročipy s tranzistormi umiestnenými na nich. Samotný procesor pozostával z niekoľkých takýchto obvodov. Postupom času technológia umožnila umiestniť na čip stále viac tranzistorov a v dôsledku toho sa znížil počet integrovaných obvodov používaných v CPU.

Architektúra procesora však bola stále veľmi, veľmi ďaleko od toho, čo vidíme dnes. Ale vydanie IBM System / 360 v roku 1960 prinieslo dizajn vtedajších počítačov a CPU trochu bližšie k tomu modernému – predovšetkým z hľadiska práce so softvérom. Faktom je, že pred príchodom tohto počítača všetky systémy a procesory pracovali iba s programový kód ktorý bol napísaný špeciálne pre nich. Po prvýkrát použila spoločnosť IBM vo svojich počítačoch inú filozofiu: celý rad procesorov rôzneho výkonu podporoval rovnakú sadu inštrukcií, čo umožnilo napísať softvér, ktorý by fungoval pod akoukoľvek modifikáciou System / 360.

Počítač IBM System/360

Keď sa vrátime k téme System/360 kompatibility, treba zdôrazniť, že IBM venovalo tomuto aspektu veľkú pozornosť. Napríklad moderné počítače zSeries stále podporujú softvér napísaný pre platformu System/360.

Nezabudnite na DEC (Digital Equipment Corporation), konkrétne na jej rad počítačov PDP (Programmed Data Processor). Spoločnosť bola založená v roku 1957 av roku 1960 vydala svoj prvý minipočítač PDP-1. Zariadenie bolo 18-bitovým systémom a bolo menšie ako vtedajšie sálové počítače, zaberalo „len“ roh miestnosti. Do počítača bol integrovaný CRT monitor. Zaujímavé je, že prvý na svete počítačová hra s názvom Spacewar! bol napísaný špeciálne pre platformu PDP-1. Náklady na počítač v roku 1960 boli 120 tisíc amerických dolárov, čo bolo výrazne nižšie ako cena iných sálových počítačov. Napriek tomu PDP-1 nebol veľmi populárny.

Počítač PDP-1

Prvým komerčne úspešným zariadením DEC bol počítač PDP-8, uvedený na trh v roku 1965. Na rozdiel od PDP-1, nový systém bol 12 bit. Náklady na PDP-8 boli 16 tisíc dolárov - bol to najlacnejší minipočítač tej doby. Vďaka tak nízkej cene sa zariadenie stalo dostupným pre priemyselné podniky a vedecké laboratóriá. V dôsledku toho sa predalo asi 50 tisíc takýchto počítačov. Výraznou architektonickou črtou procesora PDP-8 bola jeho jednoduchosť. Takže mal iba štyri 12-bitové registre, ktoré sa používali na úlohy rôzne druhy. PDP-8 zároveň obsahovalo celkom 519 logických brán.

Počítač PDP-8. Rám z filmu "Tri dni Kondora"

Architektúra PDP procesorov priamo ovplyvnila návrh 4- a 8-bitových procesorov, o ktorých bude reč neskôr.

Intel 4004

Rok 1971 sa zapísal do histórie ako rok prvých mikroprocesorov. Áno, áno, také riešenia, ktoré sa dnes používajú v osobných počítačoch, notebookoch a iných zariadeniach. A jedným z prvých, ktorí sa ohlásili, bola vtedy práve založená spoločnosť Intel, ktorá uviedla na trh model 4004 – prvý komerčne dostupný jednočipový procesor na svete.

Predtým, ako prejdeme priamo k procesoru 4004, stojí za to povedať pár slov o samotnom Intel. V roku 1968 ho vytvorili inžinieri Robert Noyce a Gordon Moore, ktorí dovtedy pracovali v prospech Fairchild Semiconductor, a Andrew Grove. Mimochodom, bol to práve Gordon Moore, kto zverejnil známy „Moorov zákon“, podľa ktorého sa počet tranzistorov v procesore každoročne zdvojnásobuje.

Už v roku 1969, len rok po svojom založení, dostal Intel objednávku od japonskej spoločnosti Nippon Calculating Machine (Busicon Corp.) na výrobu 12 čipov pre výkonné stolné kalkulačky. Pôvodný dizajn čipu navrhol samotný Nippon. Inžinierom Intelu sa však táto architektúra nepáčila a zamestnanec americkej spoločnosti Ted Hoff navrhol znížiť počet čipov na štyri pomocou univerzálneho CPU, ktorý by bol zodpovedný za aritmetické a logické funkcie. Architektúra čipu obsahovala okrem centrálnej procesorovej jednotky aj pamäť RAM na ukladanie používateľských dát, ako aj ROM na ukladanie softvéru. Po schválení konečná štruktúra mikroobvody, pokračovali práce na návrhu mikroprocesora.

V apríli 1970 sa taliansky fyzik Federico Fagin, ktorý tiež pracoval vo Fairchild, pripojil k inžinierskemu tímu Intel. Mal rozsiahle skúsenosti v oblasti návrhu počítačovej logiky a technológií kremíkového hradla MOS (metal-oxide-semiconductor). Práve vďaka prispeniu Federica sa inžinierom Intelu podarilo spojiť všetky mikroobvody do jedného čipu. Svetlo sveta teda uzrel prvý mikroprocesor 4004 na svete.

Procesor Intel 4004

Čo sa týka technické údaje Intel 4004 boli teda na dnešné pomery samozrejme viac než skromné. Čip bol vyrobený pomocou 10-mikrónovej výrobnej technológie, obsahoval 2300 tranzistorov a pracoval na frekvencii 740 kHz, čo znamenalo, že mohol vykonať 92 600 operácií za sekundu. Ako tvarový faktor bol použitý obal DIP16. Rozmery Intel 4004 boli 3x4 mm a po stranách boli rady kontaktov. Pôvodne všetky práva na čip patrili spoločnosti Busicom, ktorá zamýšľala mikroprocesor využívať výlučne v kalkulačkách vlastnej výroby. Nakoniec však umožnili Intelu predať ich čipy. V roku 1971 si každý mohol kúpiť procesor 4004 za približne 200 dolárov. Mimochodom, o niečo neskôr Intel kúpil všetky práva na procesor od spoločnosti Busicom, čo čipu predpovedalo dôležitú úlohu pri následnej miniaturizácii integrovaných obvodov.

Napriek dostupnosti procesora bol jeho rozsah obmedzený na kalkulačku Busicom 141-PF. Tiež na dlhú dobušuškalo sa, že Intel 4004 bol použitý pri návrhu palubného počítača bezpilotnej kozmickej lode Pioneer 10, ktorá sa stala prvou medziplanetárnou sondou, ktorá preletela blízko Jupitera. Tieto fámy sú priamo vyvrátené tým, že palubné počítače„priekopníci“ mali 18- alebo 16-bitové bity, kým Intel 4004 bol 4-bitový procesor. Stojí však za zmienku, že inžinieri NASA zvažovali možnosť použitia vo svojich zariadeniach, no čip považovali za nedostatočne otestovaný na takéto účely.

Procesor Intel 4040

Tri roky po vydaní procesora Intel 4004 uzrel svetlo sveta jeho nástupca, 4-bitový Intel 4040. Čip bol vyrobený rovnakou 10-mikrónovou procesnou technológiou a bežal na rovnakej taktovacej frekvencii 740 kHz. Procesor sa však stal trochu „zložitejším“ a dostal bohatšiu sadu funkcií. Takže 4040 obsahovalo 3000 tranzistorov (700 viac ako 4004). Tvarový faktor procesora zostal rovnaký, ale namiesto 16-pinového začali používať 24-pinový DIP. Medzi vylepšeniami v 4040 stojí za zmienku podpora 14 nových príkazov, zvýšená hĺbka zásobníka na 7 úrovní, ako aj podpora prerušení. „Štyridsiatka“ sa používala najmä pri testovacích zariadeniach a kontrole zariadení.

Intel 8008

Okrem 4-bitových procesorov sa začiatkom 70. rokov v arzenáli Intelu objavil aj 8-bitový model - 8008. V jeho jadre bola čipom 8-bitová verzia procesora 4004 s nižším taktom. To by nemalo byť prekvapujúce, keďže vývoj modelu 8008 prebiehal súbežne s vývojom 4004. V roku 1969 teda spoločnosť Computer Terminal Corporation (neskôr Datapoint) poverila Intel, aby vytvoril procesor pre terminály Datapoint, ktorý im poskytne diagram architektúry. Rovnako ako v prípade 4004, Tad Hoff navrhol integráciu všetkých integrovaných obvodov do jedného čipu a CTC s týmto návrhom súhlasila. Vývoj sa pomaly chýlil ku koncu, no v roku 1970 CTC opustilo čip aj ďalšiu spoluprácu s Intelom. Dôvody boli banálne: inžinieri spoločnosti Intel neinvestovali do termínov vývoja a funkčnosť poskytnutého „kameňa“ nespĺňala požiadavky CTC. Zmluva medzi týmito dvoma spoločnosťami bola ukončená, práva na všetok vývoj zostali spoločnosti Intel. O nový čip sa začala zaujímať japonská spoločnosť Seiko, ktorej inžinieri chceli nový procesor použiť vo svojich kalkulačkách.

Procesor Intel 8008

Tak či onak, ale po ukončení spolupráce s CTC Intel premenoval vyvíjaný čip na 8008. V apríli 1972 bol tento procesor dostupný na objednávku za cenu 120 dolárov. Po tom, čo Intel zostal bez podpory CTC, bol tábor spoločnosti opatrný ohľadom komerčných perspektív nového čipu, no pochybnosti boli márne – procesor sa dobre predával.

Technické charakteristiky 8008 boli v mnohom podobné ako 4004. Procesor bol vyrobený v 18-pinovom DIP formáte podľa 10-mikrónových technologických štandardov a obsahoval 3500 tranzistorov. Vnútorný zásobník podporoval 8 úrovní a množstvo podporovaných externá pamäť mal až 16 kB. Frekvencia hodín 8008 bola nastavená na 500 kHz (o 240 kHz nižšia ako 4004). Vďaka tomu 8-bitový procesor Intel často strácal rýchlosť oproti 4-bitovému.

Na základe 8008 bolo vytvorených niekoľko počítačových systémov. Prvým z nich bol nie príliš známy projekt s názvom The Sac State 8008. Tento systém bol vyvinutý v rámci múrov univerzity v Sacramente pod vedením inžiniera Billa Pentza. Napriek tomu, že systém Altair 8800 bol dlho považovaný za prvý vytvorený mikropočítač, je to práve The Sac State 8008. Projekt bol dokončený v roku 1972 a išlo o kompletný počítač na spracovanie a uchovávanie zdravotnej dokumentácie pacientov. Počítač obsahoval priamo procesor 8008, HDD, 8K RAM, farebný displej, rozhranie mainframe a proprietárny operačný systém. Náklady na takýto systém boli extrémne vysoké, takže The Sac State 8008 nemohol dostať riadnu distribúciu, hoci z hľadiska výkonu nemal dosť dlho konkurentov.

Takto vyzeral The Sac State 8008

The Sac State 8008 však nie je jediným počítačom postaveným okolo procesora 8008. Vznikli aj iné systémy, ako napríklad americký SCELBI-8H, francúzsky Micral N a kanadský MCM/70.

Intel 8080

Rovnako ako v prípade procesora 4004, aj 8008 dostal o niečo neskôr aktualizáciu zoči-voči čipu 8080. V prípade 8-bitového riešenia však boli zmeny v architektúre procesora oveľa výraznejšie.

Intel 8080 bol predstavený v apríli 1974. V prvom rade si treba uvedomiť, že výroba procesora prešla na novú 6-mikrónovú procesnú technológiu. Navyše bola pri výrobe použitá technológia N-MOS (n-channel tranzistors) - na rozdiel od 8008, ktorý bol vyrobený s použitím P-MOS logiky. Použitie novej procesnej technológie umožnilo umiestniť na čip 6000 tranzistorov. Použitý tvarový faktor bol 40-pinový DIP.

8080 dostala bohatšiu inštrukčnú sadu, ktorá obsahovala 16 inštrukcií prenosu dát, 31 inštrukcií na spracovanie dát, 28 inštrukcií priameho skoku na adresu a 5 riadiacich inštrukcií. Taktovacia frekvencia procesora bola 2 MHz – 4-krát viac ako u predchodcu. 8080 mal tiež 16-bitovú adresovú zbernicu, ktorá umožňovala adresovať 64 KB pamäte. Tieto inovácie zabezpečili vysoký výkon nového čipu, ktorý je približne 10-krát vyšší ako výkon čipu 8008.

Procesor Intel 8080

Procesor 8080 vo svojej prvej revízii obsahoval vážnu chybu, ktorá mohla viesť k zamrznutiu. Chyba bola opravená v aktualizovanej revízii čipu s názvom 8080A a vydanej len o šesť mesiacov neskôr.

Vďaka vysokému výkonu sa procesor 8080 stal veľmi populárnym. Používal sa dokonca aj v riadiacich systémoch pouličného osvetlenia a semaforov. Používal sa však najmä v počítačové systémy, z ktorých najznámejší bol MITS Altair-8800, predstavený v roku 1975.

Altair-8800 pracoval na základni operačný systém Altair BASIC a rozhranie S-100 bolo použité ako zbernica, ktorá sa o niekoľko rokov neskôr stala štandardom pre všetky osobné počítače. Technické vlastnosti počítača boli viac ako skromné. Mal len 256 bajtov RAM, nemal klávesnicu a monitor. Používateľ interagoval s počítačom zadávaním programov a údajov v binárnej forme kliknutím na sadu malých kláves, ktoré mohli zaberať dve pozície: hore a dole. Výsledok bol odčítaný aj v binárnej podobe – podľa zhasnutých a žiariacich žiaroviek. Altair-8800 sa však stal tak populárnym, že malá spoločnosť ako MITS jednoducho nestíhala držať krok s dopytom po počítačoch. Popularita počítača priamo prispela k jeho nízkej cene - 621 amerických dolárov. Zároveň za 439 amerických dolárov bolo možné kúpiť počítač v rozloženom stave.

Počítač Altair-8800

Keď sa vrátime k téme 8080, treba poznamenať, že na trhu bolo veľa jeho klonov. Marketingová situácia v tom čase bola veľmi odlišná od toho, čo vidíme dnes a pre Intel bolo ziskové licencovať spoločnosti tretích strán na výrobu kópií 8080. Na výrobe klonov sa podieľalo mnoho veľkých spoločností, ako napríklad National Semiconductor, NEC, Siemens a AMD. Áno, v 70-tych rokoch AMD ešte nemalo svoje vlastné procesory - spoločnosť sa výlučne zaoberala vydávaním "prerobení" iných kryštálov vo vlastných zariadeniach.

Zaujímavosťou je, že existovala aj domáca kópia procesora 8080. Bol vyvinutý Kyjevským výskumným ústavom mikrozariadení a niesol názov KR580VM80A. Bolo vydaných niekoľko variantov tohto procesora, vrátane tých na použitie vo vojenských zariadeniach.

"Štvorcový" KR580VM80A

V roku 1976 sa objavil aktualizovaná verziaČip 8080, ktorý získal index 8085. Nový kryštál bol vyrobený technológiou procesu 3 mikrónov, čo umožnilo umiestniť na čip 6500 tranzistorov. Maximálna taktovacia frekvencia procesora bola 6 MHz. Sada podporovaných inštrukcií obsahovala 79 inštrukcií, medzi ktorými boli dve nové inštrukcie pre správu prerušení.

Zilog Z80

Hlavnou udalosťou po vydaní 8080 bolo prepustenie Federica Fagina. Talian nesúhlasil s vnútornou politikou firmy a rozhodol sa odísť. Spolu s bývalým manažérom Intelu Ralphom Ungermannom a japonským inžinierom Masatoshi Shimom založili spoločnosť Zilog. Ihneď potom sa začal vývoj nového procesora, podobného architektúre ako 8080. V júli 1976 sa teda objavil procesor Zilog Z80, binárne kompatibilný s 8080.

Federico Fagin (vľavo)

V porovnaní s Intel 8080 mal Zilog Z80 mnoho vylepšení, ako napríklad rozšírenú inštrukčnú sadu, nové registre a inštrukcie pre ne, nové režimy prerušenia, dva samostatné bloky registrov a integrovaný obvod dynamickej obnovy pamäte. Okrem toho boli náklady na Z80 oveľa nižšie ako na 8080.

Čo sa týka technických charakteristík, procesor bol vyrobený podľa 3-mikrónových technologických štandardov s využitím technológií N-MOS a CMOS. Z80 obsahoval 8500 tranzistorov a jeho plocha bola 22,54 mm2. Frekvencia hodín Z80 sa pohybovala od 2,5 do 8 MHz. Šírka dátovej zbernice bola 8 bitov. Procesor mal 16-bitovú adresovú zbernicu a množstvo adresovateľnej pamäte bolo 64 KB. Z80 sa vyrábal v niekoľkých formách: DIP40 alebo 44-kolíkové PLCC a PQFP.

Procesor Zilog Z80

Z80 rýchlo prekonal v obľúbenosti všetky konkurenčné riešenia, vrátane 8080. Procesor bol použitý v počítačoch firiem ako Sharp, NEC a iných. Z80 sa „zaregistroval“ aj do konzol Sega a Nintendo. Okrem toho sa procesor používal v herných automatoch, modemoch, tlačiarňach, priemyselných robotoch a mnohých ďalších zariadeniach.

ZX Spectrum

Špeciálnu zmienku si zaslúži zariadenie s názvom ZX Spectrum, a to aj napriek tomu, že náš dnešný príbeh sa netýka rozhodnutí z 80. rokov minulého storočia. Počítač vyvinula britská spoločnosť Sinclair Research a bol uvedený na trh v roku 1982. ZX Spectrum bolo ďaleko od prvého vývoja SR. Začiatkom 70. rokov sa šéf spoločnosti a jej hlavný inžinier Clive Sinclair (Clive Sinclair) zaoberali predajom rádiových komponentov poštou. V polovici 70. rokov Clive vytvoril vreckovú kalkulačku, ktorá sa stala prvým úspešným vynálezom spoločnosti. Upozorňujeme, že spoločnosť nebola priamo zapojená do vývoja kalkulačky. Podarilo sa im nájsť vydarenú kombináciu dizajnu, funkčnosti a hodnoty, vďaka čomu sa zariadenie dobre predávalo. Ďalším zariadením Sinclair bola tiež kalkulačka, ale s bohatšou sadou funkcií. Zariadenie bolo určené pre „pokročilejšie“ publikum, ale nepodarilo sa mu získať veľký úspech.

Clive Sinclair – „otec“ ZX Spectra

Po kalkulačkách sa Sinclair rozhodol zamerať na vývoj plnohodnotných počítačov a v rokoch 1980 až 1981 sa objavil rad domácich počítačov ZX: ZX80 a ZX81. Ale najpopulárnejším riešením bol systém vydaný v roku 1982 s názvom ZX Spectrum. Pôvodne sa malo na trh dostať pod označením ZX83, no na poslednú chvíľu sa rozhodlo o premenovaní zariadenia, aby sa zdôraznila podpora počítača pre farebné obrázky.

ZX Spectrum sa stalo populárnym predovšetkým vďaka svojej jednoduchosti a nízkej cene. Počítač vyzeral hracia konzola. Cez externé rozhrania bol k nemu pripojený televízor, ktorý sa používal ako monitor, a kazetový magnetofón, ktorý fungoval ako mechanika. Na tele Spectra sa nachádzala multifunkčná klávesnica so 40 gumenými klávesmi. Každé tlačidlo malo pri práci v rôznych režimoch až sedem hodnôt.

Počítač ZX Spectrum

Vnútorná architektúra ZX Spectrum bola tiež celkom jednoduchá. Vďaka použitiu technológie ULA (Uncommitted Logic Array) bola hlavná časť obvodu počítača umiestnená na jedinom čipe. Použitý CPU bol Zilog Z80 taktovaný na 3,5 MHz. Veľkosť pamäte RAM bola 16 alebo 48 KB. Je pravda, že niektorí výrobcovia tretích strán vyrábali 32 KB pamäťové moduly, ktoré boli vložené do jedného z rozširujúcich portov Spectrum. Množstvo ROM bolo 16 KB a do pamäte bol všitý dialekt jazyka BASIC s názvom Sinclair BASIC. ZX Spectrum podporovalo iba jednobitový zvukový výstup cez vstavaný reproduktor. Počítač pracoval iba v grafickom režime (8 farieb a 2 úrovne jasu). V dôsledku toho neexistovala podpora pre textový režim. Maximálne rozlíšenie bolo 256 x 192 pixelov.