✖


Jump to content

Микропроцессор

Техасские инструменты TMS1000
Интел 4004
Моторола 6800 (MC6800)
Современный 64-битный процессор x86-64 (AMD Ryzen Threadripper 7970X, на базе Zen 4 , 2023 г.)
Процессор AMD Ryzen 7 1800X (2017 г., на базе Zen ) в разъеме AM4 на материнской плате

Микропроцессор — это компьютерный процессор , в котором логика обработки данных и управление включены в одну интегральную схему (ИС) или в небольшое количество ИС. (ЦП) компьютера Микропроцессор содержит арифметические, логические и управляющие схемы, необходимые для выполнения функций центрального процессора . Микросхема способна интерпретировать и выполнять инструкции программы, а также выполнять арифметические операции. [1] Микропроцессор представляет собой многоцелевую с тактовым управлением и регистрами , цифровую интегральную схему которая принимает двоичные данные на вход, обрабатывает их в соответствии с инструкциями, хранящимися в памяти , и выдает результаты (также в двоичной форме) на выходе. Микропроцессоры содержат как комбинационную логику , так и последовательную цифровую логику и оперируют числами и символами, представленными в двоичной системе счисления .

Интеграция всего ЦП в одну или несколько интегральных схем с использованием сверхкрупномасштабной интеграции (СБИС) значительно снизила стоимость вычислительной мощности. Процессоры интегральных схем производятся в больших количествах с помощью высокоавтоматизированных металл-оксид-полупроводник (МОП) процессов изготовления , что приводит к относительно низкой цене за единицу продукции . Однокристальные процессоры повышают надежность, поскольку в них меньше электрических соединений, которые могут выйти из строя. По мере совершенствования конструкции микропроцессоров стоимость производства чипа (с меньшими компонентами, построенными на полупроводниковом чипе того же размера) обычно остается неизменной в соответствии с законом Рока .

До появления микропроцессоров небольшие компьютеры создавались с использованием стоек печатных плат со множеством интегральных схем среднего и малого размера , обычно типа TTL . Микропроцессоры объединили это в одну или несколько крупномасштабных ИС. Хотя существуют разногласия по поводу того, кто заслуживает похвалы за изобретение микропроцессора, первым коммерчески доступным микропроцессором был Intel 4004 , разработанный Федерико Фаггином и представленный в 1971 году. [2]

Продолжающееся увеличение мощности микропроцессоров с тех пор сделало другие виды компьютеров почти полностью устаревшими (см. историю вычислительного оборудования ), при этом один или несколько микропроцессоров используются во всем, от самых маленьких встроенных систем и портативных устройств до крупнейших мэйнфреймов и суперкомпьютеров .

Микропроцессор отличается от микроконтроллера, включающего систему на кристалле . [3] [4] Микропроцессор связан с процессором цифровых сигналов, но отличается от него. [ нужны разъяснения ]

Структура [ править ]

Блок-схема архитектуры микропроцессора Z80 , показывающая арифметико-логическую секцию , файл регистров , секцию логики управления и буферы для внешнего адреса и линий данных.

Сложность интегральной схемы ограничена физическими ограничениями на количество транзисторов , которые можно разместить на одном кристалле, количество выводов корпуса, которые могут соединить процессор с другими частями системы, количество возможных соединений. на чипе и тепло, которое чип может рассеивать . Развитие технологий делает возможным производство более сложных и мощных чипов.

Минимальный гипотетический микропроцессор может включать только арифметико-логическое устройство (АЛУ) и секцию логики управления . АЛУ выполняет сложение, вычитание и такие операции, как И или ИЛИ. Каждая операция АЛУ устанавливает один или несколько флагов в регистре состояния , которые указывают на результаты последней операции (нулевое значение, отрицательное число, переполнение или другие). Логика управления извлекает коды инструкций из памяти и инициирует последовательность операций, необходимых АЛУ для выполнения инструкции. Один код операции может повлиять на множество отдельных путей данных, регистров и других элементов процессора.

По мере развития технологии интегральных схем стало возможным производить все более сложные процессоры на одном кристалле. Размер объектов данных стал больше; увеличение количества транзисторов на кристалле позволило слов увеличить размеры с 4- и 8-битных слов до сегодняшних 64-битных слов. В архитектуру процессора были добавлены дополнительные возможности; Увеличение количества встроенных регистров ускоряло работу программ, а сложные инструкции можно было использовать для создания более компактных программ. Например, арифметика с плавающей запятой часто была недоступна на 8-битных микропроцессорах, и ее приходилось выполнять программно . Интеграция блока с плавающей запятой сначала в виде отдельной интегральной схемы, а затем как части той же микропроцессорной микросхемы ускорила вычисления с плавающей запятой.

Иногда физические ограничения интегральных схем приводили к необходимости использования таких методов, как подход с использованием битовых срезов . Вместо обработки всего длинного слова на одной интегральной схеме несколько схем параллельно обрабатывали подмножества каждого слова. Хотя это требовало дополнительной логики для обработки, например, переноса и переполнения внутри каждого слайса, в результате получилась система, которая могла обрабатывать, например, 32-битные слова с использованием интегральных схем емкостью всего четыре бита каждая.

Возможность размещения большого количества транзисторов на одном кристалле позволяет интегрировать память на одном кристалле с процессором. Этот кэш ЦП имеет преимущество более быстрого доступа, чем внекристальная память, и увеличивает скорость обработки системы для многих приложений. процессора Тактовая частота увеличивается быстрее, чем скорость внешней памяти, поэтому кэш-память необходима, если процессор не должен задерживаться из-за более медленной внешней памяти.

Конструкция некоторых процессоров стала настолько сложной, что ее трудно полностью протестировать , и это вызвало проблемы у крупных облачных провайдеров. [5]

Конструкции специального назначения [ править ]

Микропроцессор — это объект общего назначения. Затем последовало несколько специализированных обрабатывающих устройств:

и мощности Соображения по скорости

Intel Core i9-9900K (2018 г., на базе Coffee Lake )

Микропроцессоры можно выбирать для разных приложений в зависимости от размера их слова, который является мерой их сложности. Более длинные размеры слов позволяют процессору в каждом такте выполнять больше вычислений, но соответствуют физически более крупным кристаллам интегральных схем с более высоким энергопотреблением в режиме ожидания и в рабочем режиме . [6] 4-, 8- или 12-разрядные процессоры широко интегрируются в микроконтроллеры, работающие со встроенными системами. Если ожидается, что система будет обрабатывать большие объемы данных или потребуется более гибкий пользовательский интерфейс , используются 16-, 32- или 64-битные процессоры. 8- или 16-битный процессор может быть выбран вместо 32-битного процессора для систем на кристалле или приложений микроконтроллера, которые требуют электроники с чрезвычайно низким энергопотреблением или являются частью интегральной схемы смешанных сигналов с шумочувствительным встроенным чипом. аналоговая электроника, такая как аналого-цифровые преобразователи высокого разрешения или и то, и другое.Некоторые люди говорят, что выполнение 32-битной арифметики на 8-битном чипе может потребовать больше энергии, поскольку чип должен выполнять программное обеспечение с несколькими инструкциями. [7] Однако другие говорят, что современные 8-битные чипы всегда более энергоэффективны, чем 32-битные, при выполнении эквивалентных программных процедур. [8]

Встроенные приложения [ править ]

Тысячи предметов, которые традиционно не имели отношения к компьютерам, включают микропроцессоры. К ним относятся бытовая техника , транспортные средства (и аксессуары к ним), инструменты и испытательные приборы, игрушки, выключатели света/диммеры и автоматические выключатели , датчики дыма, аккумуляторные блоки и аудио/видео компоненты Hi-Fi (от DVD-плееров до проигрывателей фонографов ). . Такие продукты, как сотовые телефоны, видеосистемы DVD и системы вещания HDTV, принципиально требуют потребительских устройств с мощными и недорогими микропроцессорами. Все более строгие стандарты контроля загрязнения фактически требуют от производителей автомобилей использования микропроцессорных систем управления двигателем, чтобы обеспечить оптимальный контроль выбросов в самых разных условиях эксплуатации автомобиля. Непрограммируемые элементы управления потребуют громоздкой или дорогостоящей реализации для достижения результатов, возможных с помощью микропроцессора.

Программа управления микропроцессором ( встроенное программное обеспечение ) может быть адаптирована к потребностям линейки продуктов, что позволяет повысить производительность при минимальной переработке продукта. Уникальные функции могут быть реализованы в различных моделях продуктовой линейки при незначительных производственных затратах.

Микропроцессорное управление системой может обеспечить стратегии управления, которые было бы непрактично реализовать с использованием электромеханического управления или специального электронного управления. Например, система управления двигателем внутреннего сгорания может регулировать момент зажигания в зависимости от частоты вращения двигателя, нагрузки, температуры и любой наблюдаемой тенденции к детонации, что позволяет двигателю работать на различных сортах топлива.

История [ править ]

Смотрите также: Хронология микропроцессора

Появление недорогих компьютеров на интегральных схемах изменило современное общество . Микропроцессоры общего назначения в персональных компьютерах используются для вычислений, редактирования текста, отображения мультимедиа и связи через Интернет . Многие другие микропроцессоры являются частью встроенных систем , обеспечивающих цифровой контроль над множеством объектов, от бытовой техники до автомобилей и сотовых телефонов , а также управления промышленными процессами . Микропроцессоры выполняют двоичные операции на основе булевой логики , названной в честь Джорджа Буля . Способность управлять компьютерными системами с использованием булевой логики была впервые доказана в диссертации 1938 года студентом магистратуры Клодом Шенноном , который позже стал профессором. Шеннон считается «отцом теории информации». В 1951 году микропрограммирование было изобретено Морисом Уилксом в Манчестерском университете , Великобритания, благодаря осознанию того, что центральным процессором можно управлять с помощью специализированной программы, находящейся в специальном ПЗУ . [9] Уилксу также приписывают идею символических меток, макросов и библиотек подпрограмм. [10]

После разработки микросхем МОП-интегральных схем в начале 1960-х годов к 1964 году МОП-чипы достигли более высокой плотности транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные интегральные схемы . Сложность МОП-чипов еще больше увеличивалась со скоростью, предсказанной законом Мура , что привело к крупномасштабной интеграции. (LSI) с сотнями транзисторов на одном МОП-чипе к концу 1960-х годов. Применение микросхем MOS LSI для вычислений стало основой для первых микропроцессоров, поскольку инженеры начали осознавать, что полный компьютерный процессор может содержаться на нескольких микросхемах MOS LSI. [11] Конструкторы в конце 1960-х годов стремились интегрировать функции центрального процессора (ЦП) компьютера в несколько микросхем MOS LSI, называемых наборами микропроцессоров (MPU).

Хотя существуют разногласия относительно того, кто изобрел микропроцессор, [2] [12] Первым коммерчески доступным микропроцессором был Intel 4004 , выпущенный в виде одной микросхемы MOS LSI в 1971 году. [13] Создание однокристального микропроцессора стало возможным благодаря развитию технологии МОП -кремниевых затворов (SGT). [14] Самые ранние МОП-транзисторы имели алюминиевые металлические затворы , которые итальянский физик Федерико Фаггин заменил кремниевыми самовыравнивающимися затворами для разработки первого МОП-чипа с кремниевым затвором в компании Fairchild Semiconductor в 1968 году. [14] Позже Фаггин присоединился к Intel и использовал свою технологию MOS с кремниевым затвором для разработки 4004 вместе с Марсианом Хоффом , Стэнли Мазором и Масатоши Шимой в 1971 году. [15] 4004 был разработан для компании Busicom , которая ранее в 1969 году предложила многочиповую конструкцию, прежде чем команда Фаггина в Intel изменила ее на новую однокристальную конструкцию. Intel представила первый коммерческий микропроцессор, 4-битный Intel 4004, в 1971 году. Вскоре за ним последовал 8-битный микропроцессор Intel 8008 в 1972 году. Набор микросхем MP944, использовавшийся в центральном компьютере обработки данных F-14 в 1970 году, также был упоминается как один из первых микропроцессоров, но не был известен публике до тех пор, пока не был рассекречен в 1998 году.

другие встроенные применения 4-битных и 8-битных микропроцессоров, такие как терминалы , принтеры , различные виды автоматизации Вскоре последовали и и т. д. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной общего назначения адресацией также привели к появлению первых микрокомпьютеров с середины 1970-х годов.

Первое использование термина «микропроцессор» приписывают компании Viatron Computer Systems. [16] описывающую специальную интегральную схему, использованную в их небольшой компьютерной системе System 21, анонсированной в 1968 году.

С начала 1970-х годов рост мощности микропроцессоров следовал закону Мура ; Первоначально это предполагало, что количество компонентов, которые можно разместить на чипе, удваивается каждый год. При нынешних технологиях фактически каждые два года [17] [ устаревший источник ] и в результате Мур позже изменил этот период на два года. [18]

Первые проекты [ править ]

Эти проекты создали микропроцессор примерно в одно и то же время: Garrett AiResearch компании Central Air Data Computer CADC) (1970 г.), TMS 1802NC компании Texas Instruments (сентябрь 1971 г.) и Intel 4004 ( 1969 г.). (ноябрь 1971 г., на основе более ранней модели Busicom дизайн). Вероятно, микропроцессор Four-Phase Systems AL1 также был поставлен в 1969 году.

Четырехфазные системы AL1 (1969) [ править ]

Четырехфазная система AL1 представляла собой 8-битную микросхему срезов, содержащую восемь регистров и АЛУ. [19] Он был разработан Ли Бойселом в 1969 году. [20] [21] [22] В то время он составлял часть девятичипового 24-битного процессора с тремя AL1. Позже он был назван микропроцессором, когда в ответ на судебный процесс со стороны Texas Instruments в 1990-х годах Бойсел сконструировал демонстрационную систему, в которой один AL1 стал частью демонстрационной компьютерной системы в зале суда вместе с ОЗУ, ПЗУ и устройством ввода-вывода. [23]

Гарретт AiResearch CADC (1970) [ править ]

Дополнительная информация: F-14 CADC.

В 1968 году компания Garrett AiResearch (в которой работали дизайнеры Рэй Холт и Стив Геллер) была приглашена для создания цифрового компьютера, который мог бы составить конкуренцию электромеханическим системам, которые тогда находились в разработке для главного компьютера управления полетом ВМС США нового истребителя F-14 Tomcat . Разработка была завершена к 1970 году, и MOS в качестве основного процессора использовался набор микросхем на основе . Конструкция была значительно (примерно в 20 раз) меньше и намного надежнее, чем механические системы, с которыми она конкурировала, и использовалась во всех ранних моделях Tomcat. -битный конвейерный параллельный Эта система содержала « 20 мультимикропроцессор ». ВМС отказывались публиковать проект до 1997 года. Выпущенная в 1998 году документация по CADC и чипсету MP944 хорошо известна. Автобиографическая история Рэя Холта об этом проекте и разработке представлена ​​в книге «Инженер-случай». [24] [25]

Рэй Холт окончил Калифорнийский государственный политехнический университет в Помоне в 1968 году и начал свою карьеру в области компьютерного дизайна в CADC. [26] С момента своего создания он был окутан тайной до 1998 года, когда по просьбе Холта ВМС США предоставили документы в общественное достояние. Холт утверждал, что никто не сравнивал этот микропроцессор с теми, что появились позже. [27] По данным Параба и др. (2007),

Научные статьи и литература, опубликованные примерно в 1971 году, показывают, что цифровой процессор MP944, используемый на самолете F-14 Tomcat ВМС США, считается первым микропроцессором. Хотя это и интересно, это не был однокристальный процессор, как и Intel 4004 — оба они больше походили на набор параллельных строительных блоков, которые можно было использовать для создания формы общего назначения. Он содержит ЦП, ОЗУ , ПЗУ и два других вспомогательных чипа, таких как Intel 4004. Он был изготовлен по той же технологии P-channel , работал по военным спецификациям и имел чипы большего размера — превосходный компьютерный инженерный проект по любым стандартам. Его дизайн указывает на значительный прогресс по сравнению с Intel, выпущенным двумя годами ранее. Он действительно работал и летал на F-14, когда был анонсирован Intel 4004. Это указывает на то, что сегодняшняя отраслевая тема конвергенции DSP и микроконтроллерных архитектур зародилась в 1971 году. [28]

Эта конвергенция архитектур DSP и микроконтроллера известна как контроллер цифровых сигналов . [29]

Гилберт Хаятт (1970) [ править ]

В 1990 году американский инженер Гилберт Хаятт получил патент США № 4942516. [30] который был основан на 16-битном последовательном компьютере, который он построил в своем доме в Нортридже, штат Калифорния , в 1969 году из плат биполярных микросхем после ухода с работы в Teledyne в 1968 году; [2] [31] хотя патент был подан в декабре 1970 года и до подачи Texas Instruments заявок на TMX 1795 и TMS 0100, изобретение Hyatt так и не было произведено. [31] [32] [33] Тем не менее, это привело к заявлениям о том, что Хаятт был изобретателем микропроцессора, и к выплате значительных гонораров через дочернюю компанию Philips NV . [34] до тех пор, пока Texas Instruments не одержала победу в сложной юридической тяжбе в 1996 году, когда Патентное ведомство США отменило ключевые части патента, позволив Hyatt сохранить его. [2] [35] в 1990 году Хаятт сказал В статье Los Angeles Times , что его изобретение было бы создано, если бы его поддержали потенциальные инвесторы, и что венчурные инвесторы передали отрасли информацию о его чипе, хотя он не уточнил доказательства, подтверждающие это утверждение. [31] В той же статье книги «Чип» цитируется автор Т.Р. Рид , который сказал, что историки могут в конечном итоге назвать Хаятта соавтором микропроцессора, подобно тому, как Нойс из Intel и Килби из TI делят заслуги в изобретении чипа в 1958 году: Килби первым пришла в голову идея, но Нойс воплотил ее в жизнь. Юридическое решение в конечном итоге было в пользу Нойса, но они считаются соавторами. То же самое могло произойти и здесь». [31] После 1990 года Хаятт продолжал вести длившуюся десятилетия судебную тяжбу со штатом Калифорния по поводу предполагаемой неуплаты налогов на непредвиденную прибыль от его патента, кульминацией которой стало знаковое дело Верховного суда, касающееся суверенного иммунитета штатов в деле Налоговый совет по франчайзингу Калифорнии против США. Хаятт (2019) .

TMX 1795 ( 1970–1971 ) Texas Instruments

Вместе с Intel (разработавшей 8008 ), компания Texas Instruments в 1970–1971 годах разработала однокристальную замену ЦП для терминала Datapoint 2200 , TMX 1795 (позже TMC 1795). Как и 8008, она была отклонена клиентом Datapoint. По словам Гэри Буна, TMX 1795 так и не поступил в производство. Тем не менее, 24 февраля 1971 года он достиг состояния рабочего прототипа, поэтому это первый в мире 8-битный микропроцессор. [36] Поскольку он был построен по той же спецификации, его набор команд был очень похож на Intel 8008. [37] [38]

TMS 1802NC ( 1971 ) Texas Instruments

TMS1802NC был анонсирован 17 сентября 1971 года и реализовал калькулятор с четырьмя функциями. TMS1802NC, несмотря на свое обозначение, не входил в серию TMS 1000 ; Позже он был переименован в серию TMS 0100, которая использовалась в калькуляторе TI Datamath. Несмотря на то, что TMS1802NC продавался как калькулятор на кристалле, он был полностью программируемым, включая на кристалле ЦП с 11-битным командным словом, 3520 бит (320 инструкций) ПЗУ и 182 бита ОЗУ. [37] [39] [38] [40]

Пико / General Instrument (1971) [ править ]

Чип PICO1/GI250, представленный в 1971 году: он был разработан компанией Pico Electronics (Гленротес, Шотландия) и произведен компанией General Instrument из Хиксвилля, штат Нью-Йорк.

В 1971 году Пико Электроникс [41] и General Instrument (GI) представили свою первую совместную работу в области микросхем — полноценную однокристальную микросхему калькулятора для калькулятора Monroe/ Litton Royal Digital III. Этот чип также может претендовать на звание одного из первых микропроцессоров или микроконтроллеров, имеющих ПЗУ , ОЗУ и набор команд RISC на кристалле. Схема четырех слоев процесса PMOS была нарисована вручную на майларовой пленке в масштабе x500, что в то время было важной задачей, учитывая сложность чипа.

Pico была дочерней компанией пяти инженеров-конструкторов GI, целью которых было создание однокристальных микросхем для калькуляторов. У них уже был значительный опыт проектирования нескольких чипсетов калькуляторов как с GI, так и с Marconi-Elliott . [42] поручила ключевым членам команды Первоначально компания Elliott Automation создать 8-битный компьютер на MOS, и они помогли создать исследовательскую лабораторию MOS в Гленротсе , Шотландия, в 1967 году.

Калькуляторы становились крупнейшим рынком полупроводников, поэтому Pico и GI добились значительных успехов на этом растущем рынке. GI продолжала внедрять инновации в микропроцессоры и микроконтроллеры, выпустив такие продукты, как CP1600, IOB1680 и PIC1650. [43] В 1987 году бизнес GI Microelectronics был выделен в бизнес по производству микроконтроллеров Microchip PIC .

Intel 4004 (1971) [ править ]

Основная статья: Intel 4004
Модель 4004 со снятой крышкой (слева) и в том виде, в каком она используется (справа)

Intel 4004 часто (ошибочно) считают первым настоящим микропроцессором, построенным на одном кристалле. [44] [45] по цене 60 долларов США (что эквивалентно 450 долларам США в 2023 году). [46] Заявление о том, что он первый, определенно ложно, поскольку более ранний TMS1802NC также был настоящим микропроцессором, построенным на одном кристалле, и то же самое относится только к прототипу 8-битного TMX 1795. [47] Первая известная реклама 4004 датирована 15 ноября 1971 года и появилась в журнале Electronic News . [ нужна ссылка ] Микропроцессор был разработан командой, состоящей из итальянского инженера Федерико Фаггина , американских инженеров Марсиана Хоффа и Стэнли Мазора , а также японского инженера Масатоши Сима . [48]

Проект, в рамках которого был создан 4004, зародился в 1969 году, когда Busicom , японский производитель калькуляторов, попросил Intel создать набор микросхем для высокопроизводительных настольных калькуляторов . Первоначальный проект Busicom предусматривал создание программируемого набора микросхем, состоящего из семи различных чипов. Три микросхемы должны были составить ЦП специального назначения, программа которого хранилась в ПЗУ, а данные хранились в памяти для чтения и записи сдвигового регистра. Тед Хофф , инженер Intel, которому было поручено оценить проект, считал, что конструкцию Busicom можно упростить, используя для хранения данных динамическое ОЗУ, а не память сдвигового регистра, и более традиционную архитектуру ЦП общего назначения. Хофф выступил с архитектурным предложением из четырех микросхем: микросхема ПЗУ для хранения программ, микросхема динамического ОЗУ для хранения данных, простое устройство ввода-вывода и 4-битный центральный процессор (ЦП). Хотя он и не был разработчиком микросхем, он чувствовал, что процессор можно интегрировать в один чип, но, поскольку ему не хватало технических знаний, эта идея на данный момент оставалась лишь мечтой.

Первый микропроцессор Intel 4004.

Хотя архитектура и спецификации MCS-4 возникли в результате взаимодействия Хоффа со Стэнли Мазором , подчинённым ему инженером-программистом, и с инженером Busicom Масатоши Шимой , в течение 1969 года Мазор и Хофф перешли к другим проектам. В апреле 1970 года Intel наняла итальянского инженера Федерико Фаггина в качестве руководителя проекта, и этот шаг в конечном итоге сделал окончательный проект однокристального процессора реальностью (тем временем Шима разработал прошивку калькулятора Busicom и помогал Фаггину в течение первых шести месяцев реализации). Фаггин, который первоначально разработал технологию кремниевых затворов (SGT) в 1968 году в Fairchild Semiconductor. [49] и спроектировал первую в мире коммерческую интегральную схему с использованием SGT, Fairchild 3708, имел необходимый опыт, чтобы возглавить проект по созданию первого коммерческого микропроцессора общего назначения. Поскольку SGT был его собственным изобретением, Фаггин также использовал его для создания своей новой методологии проектирования случайной логики , которая позволила реализовать однокристальный процессор с нужной скоростью, рассеиваемой мощностью и стоимостью. руководителем отдела проектирования MOS компании Intel был Лесли Л. Вадас, Во время разработки MCS-4 но внимание Вадаса было полностью сосредоточено на основном бизнесе полупроводниковой памяти, поэтому он оставил руководство и управление проектом MCS-4 Фаггину. , который в конечном итоге отвечал за реализацию проекта 4004. Производственные единицы 4004 были впервые доставлены Busicom в марте 1971 года и отправлены другим клиентам в конце 1971 года. [ нужна ссылка ]

8-битные конструкции [ править ]

За Intel 4004 в 1972 году последовал Intel 8008 микропроцессор Intel , первый 8-битный . [50] Однако 8008 не был продолжением конструкции 4004, а был кульминацией отдельного дизайнерского проекта Intel, возникшего в результате контракта с Computer Terminals Corporation из Сан-Антонио, штат Техас, на чип для терминала, который они разрабатывали. [51] Datapoint 2200 — фундаментальные аспекты конструкции были разработаны не Intel, а CTC. В 1968 году Вик Пур и Гарри Пайл из CTC разработали оригинальный дизайн набора команд и работы процессора. В 1969 году CTC заключила контракт с двумя компаниями, Intel и Texas Instruments , на создание однокристальной реализации, известной как CTC 1201. [52] В конце 1970 или начале 1971 года компания TI прекратила производство, так как не могла производить надежные детали. В 1970 году, когда Intel еще не поставила эту деталь, CTC решила использовать свою собственную реализацию в Datapoint 2200, используя вместо этого традиционную логику TTL (таким образом, первая машина, выполнявшая «код 8008», на самом деле вообще не была микропроцессором и была поставлена годом ранее). Версия микропроцессора 1201 от Intel появилась в конце 1971 года, но была слишком запоздалой, медленной и требовала ряда дополнительных вспомогательных микросхем. СТС не была заинтересована в его использовании. Первоначально CTC заключила контракт с Intel на поставку чипа и должна была бы ей 50 000 долларов США (что эквивалентно 376 171 доллару США в 2023 году) за проектные работы. [52] Чтобы не платить за чип, который им не нужен (и не может быть использован), CTC освободила Intel от контракта и разрешила им бесплатное использование конструкции. [52] В апреле 1972 года Intel представила его как 8008 как первый в мире 8-битный микропроцессор. Он послужил основой для знаменитого компьютерного комплекта « Марк-8 », рекламируемого в журнале «Радиоэлектроника» в 1974 году. Этот процессор имел 8-битную шину данных и 14-битную адресную шину. [53]

Модель 8008 была предшественником успешного Intel 8080 (1974 г.), который предлагал улучшенную производительность по сравнению с 8008 и требовал меньше вспомогательных чипов. Федерико Фаггин задумал и спроектировал его, используя высоковольтную N-канальную МОП-схему. Zilog Z80 (1976) также был разработкой Faggin, в нем использовались низковольтные N-каналы с истощающей нагрузкой и производные 8-битные процессоры Intel: все они были разработаны с использованием методологии, созданной Faggin для 4004. Motorola выпустила конкурирующий 6800 в августе 1974 года, а аналогичная MOS Technology 6502 была выпущена в 1975 году (оба разработаны в основном одними и теми же людьми). Семейство 6502 по популярности конкурировало с Z80 в 1980-е годы.

Низкая общая стоимость, небольшая упаковка, простые требования к компьютерной шине , а иногда и интеграция дополнительных схем (например, встроенной схемы обновления памяти Z80 ) позволили домашних компьютеров резко ускорить «революцию» в начале 1980-х годов. В результате были выпущены такие недорогие машины, как Sinclair ZX81 , которые продавались за 99 долларов США (что эквивалентно 331,79 долларов США в 2023 году). Разновидность 6502, технология MOS 6510, использовалась в Commodore 64 , а еще один вариант, 8502, использовался в Commodore 128 .

Western Design Center, Inc (WDC) представил CMOS WDC 65C02 в 1982 году и передал лицензию на разработку нескольким фирмам. Он использовался в качестве ЦП в персональных компьютерах Apple IIe и IIc, а также в медицинских имплантируемых кардиостимуляторах и дефибрилляторах , автомобильных, промышленных и потребительских устройствах. WDC была пионером в лицензировании микропроцессоров, за ней последовали ARM (32-разрядные) и другие поставщики интеллектуальной собственности в 1990-х годах (IP) на микропроцессоры.

Motorola представила MC6809 в 1978 году. Это была амбициозная и хорошо продуманная 8-битная конструкция, совместимая по исходному коду с 6800 и реализованная с использованием чисто аппаратной логики (последующие 16-битные микропроцессоры обычно использовали микрокод в некоторой степени , как Требования к конструкции CISC становились слишком сложными для чистой аппаратной логики).

Еще одним ранним 8-битным микропроцессором был Signetics 2650 , который пользовался кратковременным всплеском интереса благодаря своей инновационной и мощной архитектуре набора команд .

в мире космических полетов был RCA Основополагающим микропроцессором 1802 (также известный как CDP1802, RCA COSMAC) (представленный в 1976 году), который использовался на борту зонда Галилео к Юпитеру (запущен в 1989 году, прибыл в 1995 году). RCA COSMAC первой внедрила технологию CMOS . CDP1802 использовался потому, что он мог работать при очень низкой мощности , а также потому, что был доступен вариант, изготовленный с использованием специального производственного процесса кремний на сапфире (SOS), который обеспечивал гораздо лучшую защиту от космического излучения и электростатических разрядов, чем у любого другого. процессор той эпохи. Таким образом, версия SOS 1802 была названа первым радиационно-стойким микропроцессором.

RCA 1802 имел статическую конструкцию , а это означало, что тактовую частоту можно было сделать сколь угодно низкой или даже остановить. Это позволило «Галилео» космическому кораблю использовать минимум электроэнергии на длительных участках полета без происшествий. Таймеры или датчики будут пробуждать процессор вовремя для выполнения важных задач, таких как обновление навигации, управление ориентацией, сбор данных и радиосвязь. Текущие версии Western Design Center 65C02 и 65C816 также имеют статические ядра и, таким образом, сохраняют данные даже при полной остановке тактовой частоты.

12-битные конструкции [ править ]

Семейство Intersil 6100 состояло из 12-битного микропроцессора (6100) и ряда микросхем периферийной поддержки и памяти. Микропроцессор распознал DEC PDP-8 набор команд миникомпьютера . Поэтому его иногда называли CMOS-PDP8 . Поскольку он также производился корпорацией Harris, он также был известен как Harris HM-6100 . Благодаря своей технологии КМОП и связанным с ней преимуществам, 6100 использовался в некоторых военных разработках до начала 1980-х годов.

16-битные проекты [ править ]

Часть серии о
Режимы микропроцессора для x86 архитектуры
В скобках указана первая поддерживаемая платформа.

Первым многокристальным 16-битным микропроцессором стал National Semiconductor IMP-16 , представленный в начале 1973 года. 8-битная версия набора микросхем была представлена ​​в 1974 году как IMP-8.

Другие ранние многокристальные 16-битные микропроцессоры включают MCP-1600 , который Digital Equipment Corporation (DEC) использовала в OEM-наборе плат LSI-11 , и PDP-11/03 миникомпьютере в корпусе , а также Fairchild Semiconductor MicroFlame 9440, оба представленные в 1975–76. В конце 1974 года компания National представила первый 16-битный однокристальный микропроцессор National Semiconductor PACE . [54] за которым позже последовала версия NMOS , INS8900 .

Следующим в списке идет General Instrument CP1600 , выпущенный в феврале 1975 года. [55] который использовался в основном в консоли Intellivision .

Еще одним ранним однокристальным 16-битным микропроцессором был TMS 9900 от TI , который также был совместим с TI-990 линейкой миникомпьютеров . 9900 использовался в миникомпьютере TI 990/4, домашнем компьютере TI-99/4A и линейке OEM-микрокомпьютерных плат TM990. Чип был упакован в большой керамический 64-контактный DIP-корпус , тогда как в большинстве 8-битных микропроцессоров, таких как Intel 8080, использовался более распространенный, меньший по размеру и менее дорогой пластиковый 40-контактный DIP-корпус. Последующий чип, TMS 9980, был разработан, чтобы конкурировать с Intel 8080, имел полный 16-битный набор команд TI 990, использовал пластиковый 40-контактный корпус, перемещал данные по 8 бит за раз, но мог адресовать только 16 КБ . Третий чип, TMS 9995, имел новую конструкцию. Позже семейство расширилось и включило модели 99105 и 99110.

Западный центр дизайна (WDC) представил CMOS 65816 16-битную модернизацию WDC CMOS 65C02 в 1984 году. 16-битный микропроцессор 65816 был ядром Apple IIGS , а затем и Super Nintendo Entertainment System , что сделало его одним из самых популярные 16-битные проекты всех времен.

Intel «увеличила» свой дизайн 8080 до 16-битного Intel 8086 , первого члена семейства x86 , на котором работает большинство современных компьютеров типа ПК . Intel представила 8086 как экономичный способ переноса программного обеспечения с линеек 8080 и на этой основе сумела добиться большого успеха в бизнесе. 8088 IBM , версия 8086, которая использовала 8-битную внешнюю шину данных, была микропроцессором в первом PC . Затем Intel выпустила 80186 и 80188 , 80286 и, в 1985 году, 32-битный 80386 , закрепив свое доминирование на рынке ПК благодаря обратной совместимости процессоров этого семейства. 80186 и 80188 по сути были версиями 8086 и 8088, дополненными некоторыми встроенными периферийными устройствами и несколькими новыми инструкциями. Хотя процессоры Intel 80186 и 80188 не использовались в конструкциях IBM PC, [ сомнительно – обсудить ] Часто были вторые исходные версии от NEC, V20 и V30. Модель 8086 и ее преемники имели инновационный, но ограниченный метод сегментации памяти , а модель 80286 представила полнофункциональный блок управления сегментированной памятью (MMU). В 80386 была представлена ​​плоская 32-битная модель памяти с управлением страничной памятью.

16-разрядные процессоры Intel x86, включая 80386, не содержат модулей с плавающей запятой (FPU) . Intel представила математические сопроцессоры 8087 , 80187 , 80287 и 80387, чтобы добавить аппаратные возможности вычислений с плавающей запятой и трансцендентных функций в процессоры с 8086 по 80386. 8087 работает с 8086/8088 и 80186/80188. [56] 80187 работает с 80186, но не с 80188, [57] 80287 работает с 80286, а 80387 работает с 80386. Комбинация процессора x86 и сопроцессора x87 образует единый многокристальный микропроцессор; два чипа программируются как единое целое с использованием единого интегрированного набора команд. [58] Сопроцессоры 8087 и 80187 подключены параллельно шинам данных и адреса своего родительского процессора и непосредственно выполняют предназначенные для них инструкции. Сопроцессоры 80287 и 80387 подключены к ЦП через порты ввода-вывода в адресном пространстве ЦП, это прозрачно для программы, которой не нужно знать об этих портах ввода-вывода или напрямую обращаться к ним; программа обращается к сопроцессору и его регистрам через обычные коды операций инструкций.

32-битные проекты [ править ]

Верхние слои межсоединений на кристалле Intel 80486 DX2

16-битные конструкции появились на рынке лишь недолго, когда 32-битные начали появляться реализации.

Наиболее значимым из 32-битных проектов является Motorola MC68000 , представленный в 1979 году. 68k, как он был широко известен, имел 32-битные регистры в своей модели программирования, но использовал 16-битные внутренние пути данных, три 16-битных арифметических устройства. логические модули и 16-битную внешнюю шину данных (для уменьшения количества контактов), а также внешне поддерживаемые только 24-битные адреса (внутри она работала с полными 32-битными адресами). В IBM-совместимых мэйнфреймах на базе ПК внутренний микрокод MC68000 был изменен для эмуляции 32-битного мэйнфрейма System/370 IBM. [59] Motorola вообще описывала его как 16-битный процессор. Сочетание высокой производительности, большого размера (16 мегабайт или 2 24 байт) объема памяти и довольно низкая стоимость сделали его самой популярной конструкцией ЦП в своем классе. В проектах Apple Lisa и Macintosh использовался 68000, как и в других разработках середины 1980-х годов, включая Atari ST и Amiga .

Первым в мире однокристальным полностью 32-битным микропроцессором с 32-битными путями данных, 32-битными шинами и 32-битными адресами был AT&T Bell Labs BELLMAC-32A , первые образцы которого были выпущены в 1980 году, а общее производство началось в 1982 году. . [60] [61] После продажи AT&T в 1984 году он был переименован в WE 32000 (WE от Western Electric ) и имел два последующих поколения: WE 32100 и WE 32200. Эти микропроцессоры использовались в миникомпьютерах AT&T 3B5 и 3B15; в 3B2, первом в мире настольном супермикрокомпьютере; в «Компаньоне», первом в мире 32-битном портативном компьютере; и в «Александре», первом в мире супермикрокомпьютере размером с книгу, оснащенном картриджами памяти с ПЗУ, аналогичными современным игровым консолям. Все эти системы работали под управлением UNIX System V. операционной системы

Первым коммерческим однокристальным полностью 32-разрядным микропроцессором, доступным на рынке, был HP FOCUS .

Первым 32-битным микропроцессором Intel был iAPX 432 , который был представлен в 1981 году, но не имел коммерческого успеха. Он имел расширенную архитектуру, основанную на возможностях объектно-ориентированную , но низкую производительность по сравнению с современными архитектурами, такими как собственная архитектура Intel 80286 (выпущенная в 1982 году), которая была почти в четыре раза быстрее в типичных тестах производительности. Однако результаты iAPX432 отчасти были обусловлены поспешным и, следовательно, неоптимальным Ada компилятором . [ нужна ссылка ]

Успех Motorola с 68000 привел к появлению MC68010 , в котором добавлена ​​поддержка виртуальной памяти . В MC68020 , представленном в 1984 году, были добавлены полные 32-битные шины данных и адреса. 68020 стал чрезвычайно популярен на рынке супермикрокомпьютеров Unix , и многие небольшие компании (например, Altos , Charles River Data Systems , Cromemco ) производили системы размером с настольный компьютер. Следующим был представлен MC68030 , усовершенствовавший предыдущую конструкцию за счет интеграции MMU в чип. Продолжающийся успех привел к появлению MC68040 , который включал FPU для улучшения математических характеристик. 68050 не смог достичь своих целей по производительности и не был выпущен, а последующий MC68060 был выпущен на рынок, насыщенный гораздо более быстрыми RISC-конструкциями. Семейство 68k вышло из употребления в начале 1990-х годов.

Другие крупные компании разработали 68020 и его модификации для встраиваемого оборудования. В какой-то момент во встроенном оборудовании было больше процессоров 68020, чем процессоров Intel Pentium в ПК. [62] Ядра процессора ColdFire являются производными от 68020.

В это время (с начала до середины 1980-х годов) компания National Semiconductor представила очень похожую 16-битную распиновку, 32-битный внутренний микропроцессор под названием NS 16032 (позже переименованный в 32016), полную 32-битную версию, названную NS 32032 . Позже National Semiconductor выпустила NS 32132 , который позволял двум процессорам находиться на одной шине памяти со встроенным арбитражем. NS32016/32 превзошел MC68000/10, но NS32332, появившийся примерно в то же время, что и MC68020, не обладал достаточной производительностью. Чип третьего поколения, NS32532, был другим. Его производительность была примерно вдвое выше, чем у MC68030, выпущенного примерно в то же время. Появление RISC-процессоров, таких как AM29000 и MC88000 (оба уже мертвых), повлияло на архитектуру последнего ядра NS32764. Технически продвинутый — с суперскалярным ядром RISC, 64-битной шиной и внутренним разгоном — он по-прежнему мог выполнять инструкции Series 32000 посредством трансляции в реальном времени.

Когда компания National Semiconductor решила уйти с рынка Unix, чип был перепроектирован в процессор Swordfish Embedded с набором встроенных периферийных устройств. Чип оказался слишком дорогим для рынка лазерных принтеров и был убит. Команда разработчиков обратилась в Intel и разработала процессор Pentium, который внутренне очень похож на ядро ​​NS32764. Большой успех серии 32000 был достигнут на рынке лазерных принтеров, где NS32CG16 с микрокодированными инструкциями BitBlt имел очень хорошее соотношение цены и качества и был принят на вооружение такими крупными компаниями, как Canon. К середине 1980-х годов компания Sequent представила первый компьютер серверного класса SMP на базе NS 32032. Это было одно из немногих преимуществ конструкции, и оно исчезло в конце 1980-х годов. MIPS ( R2000 1984 г.) и R3000 (1989 г.) были очень успешными 32-битными RISC-микропроцессорами. Они использовались, в частности, на высокопроизводительных рабочих станциях и серверах SGI . Другие разработки включали Zilog Z80000 , который появился на рынке слишком поздно, чтобы иметь шанс, и быстро исчез.

ARM впервые появился в 1985 году. [63] Это конструкция RISC- процессора, которая с тех пор стала доминировать в процессорном пространстве 32-битных встраиваемых систем, во многом благодаря своей энергоэффективности, модели лицензирования и широкому выбору инструментов разработки систем. Производители полупроводников обычно лицензируют ядра и интегрируют их в свои собственные системы на кристаллах ; лишь немногие из таких поставщиков, такие как Apple, имеют лицензию на модификацию ядер ARM или создание своих собственных. Большинство сотовых телефонов , как и множество других продуктов, оснащены процессором ARM. Существуют ядра ARM, ориентированные на микроконтроллеры, без поддержки виртуальной памяти, а также процессоры приложений симметричного многопроцессора (SMP) с виртуальной памятью.

С 1993 по 2003 год 32-разрядные архитектуры x86 становились все более доминирующими на рынках настольных компьютеров , ноутбуков и серверов, а эти микропроцессоры становились быстрее и мощнее. Intel лицензировала ранние версии архитектуры другим компаниям, но отказалась лицензировать Pentium, поэтому AMD и Cyrix создали более поздние версии архитектуры на основе своих собственных разработок. За это время сложность этих процессоров (количество транзисторов) и производительность (количество команд в секунду) увеличились как минимум на три порядка. Линейка Intel Pentium, вероятно, является самой известной и узнаваемой моделью 32-битных процессоров, по крайней мере, среди широкой публики.

64-битные конструкции на персональных компьютерах [ править ]

Хотя 64-битные микропроцессоры использовались на нескольких рынках с начала 1990-х годов (включая Nintendo 64 игровую консоль в 1996 году), в начале 2000-х годов были представлены 64-битные микропроцессоры, ориентированные на рынок ПК.

С введением AMD 64-битной архитектуры, обратно совместимой с x86, x86-64 (также называемой AMD64 ) в сентябре 2003 года, за ней последовали почти полностью совместимые 64-битные расширения Intel (сначала названные IA-32e или EM64T, позже переименованные в Intel). 64 ), началась эра 64-битных настольных компьютеров. Обе версии могут запускать 32-битные устаревшие приложения без какого-либо снижения производительности, а также новое 64-битное программное обеспечение. В операционных системах Windows XP x64 , Windows Vista x64, Windows 7 x64, Linux , BSD и macOS, которые изначально работают в 64-разрядной версии, программное обеспечение также предназначено для полного использования возможностей таких процессоров. Переход на 64 бита — это больше, чем просто увеличение размера регистра по сравнению с IA-32, поскольку он также удваивает количество регистров общего назначения.

Переход PowerPC на 64 бита был запланирован с момента разработки архитектуры в начале 90-х годов и не стал основной причиной несовместимости. Существующие целочисленные регистры расширены, как и все связанные с ними пути передачи данных, но, как и в случае с IA-32, как устройства с плавающей запятой, так и векторные устройства в течение нескольких лет работали с разрядностью 64 бита или выше. В отличие от того, что произошло, когда IA-32 был расширен до x86-64, в 64-битном PowerPC не было добавлено никаких новых регистров общего назначения, поэтому любой прирост производительности при использовании 64-битного режима для приложений, не использующих большее адресное пространство, минимален. . [ нужна ссылка ]

В 2011 году ARM представила новую 64-битную архитектуру ARM.

РИСК [ править ]

Основная статья: Компьютер с сокращенным набором команд

В середине 1980-х - начале 1990-х годов появилось множество новых высокопроизводительных микропроцессоров для компьютеров с сокращенным набором команд ( RISC ), под влиянием дискретных RISC-подобных процессоров, таких как IBM 801 и других. Микропроцессоры RISC первоначально использовались в машинах специального назначения и Unix рабочих станциях , но затем получили широкое распространение и в других целях.

Первый коммерческий RISC-микропроцессор был выпущен в 1984 году компанией MIPS Computer Systems , 32-битный R2000 (R1000 не был выпущен). В 1986 году HP выпустила свою первую систему с процессором PA-RISC . не поддерживающих Unix В 1987 году на компьютерах Acorn, , 32-битный, тогда еще без кэша, ARM2 на базе Acorn Archimedes добился первого коммерческого успеха, используя архитектуру ARM , тогда известную как Acorn RISC Machine (ARM); первый кремниевый ARM1 появился в 1985 году. R3000 сделал конструкцию по-настоящему практичной, а R4000 представил первый в мире коммерчески доступный 64-битный RISC-микропроцессор. Конкурирующие проекты приведут к появлению архитектур IBM POWER и Sun SPARC . Вскоре каждый крупный поставщик выпустил RISC-архитектуру, включая AT&T CRISP , AMD 29000 , Intel i860 и Intel i960 , Motorola 88000 , DEC Alpha .

В конце 1990-х годов для невстраиваемых приложений в больших объёмах всё ещё производились только две 64-битные RISC-архитектуры: SPARC и Power ISA , но по мере того, как ARM становилась всё более мощной, в начале 2010-х она стала третьей RISC-архитектурой в общем объёме. вычислительный сегмент.

SMP и многоядерный дизайн [ править ]

двухсторонняя материнская плата abit
Материнская плата ABIT BP6 поддерживает два процессора Intel Celeron 366 МГц. На рисунке показаны радиаторы Zalman.
материнская плата компьютера с прикрепленными радиаторами Zalman
Abit BP6 с радиаторами Zalman Flower Двухпроцессорная материнская плата

SMP Симметричная многопроцессорная обработка [64] представляет собой конфигурацию из двух, четырех или более процессоров (пар), которые обычно используются в серверах, некоторых рабочих станциях и настольных персональных компьютерах с 1990-х годов. Многоядерный процессор — это один процессор, который содержит более одного ядра микропроцессора.

Эта популярная двухпроцессорная материнская плата от Abit была выпущена в 1999 году как первая материнская плата для ПК с поддержкой SMP. Intel Pentium Pro стала первым коммерческим процессором, предложенным сборщикам систем и энтузиастам. Abit BP9 поддерживает два процессора Intel Celeron, и при использовании с операционной системой с поддержкой SMP (Windows NT/2000/Linux) многие приложения получают гораздо более высокую производительность, чем один процессор. Первые Celeron легко поддавались разгону, и любители использовали эти относительно недорогие процессоры с тактовой частотой до 533 МГц, что намного превышает спецификации Intel. После обнаружения возможностей этих материнских плат Intel закрыла доступ к множителю в более поздних процессорах.

В 2001 году IBM выпустила процессор POWER4 — процессор, который разрабатывался в течение пяти лет исследований, начатых в 1996 году с участием команды из 250 исследователей. Усилия по достижению невозможного были подкреплены развитием удаленного сотрудничества и назначением молодых инженеров для работы с более опытными инженерами. Работа команды добилась успеха с новым микропроцессором Power4. Это процессор «два в одном», который более чем удвоил производительность и стоит вдвое дешевле, чем у конкурентов, и является серьезным достижением в области вычислений. Деловой журнал eWeek написал: «Новый процессор Power4 с тактовой частотой 1 ГГц представляет собой огромный шаг вперед по сравнению со своим предшественником» . Отраслевой аналитик Брэд Дэй из Giga Information Group сказал: «IBM становится очень агрессивной, и этот сервер меняет правила игры».

Power4 получил награду «Выбор аналитиков» за лучшую рабочую станцию/серверный процессор 2001 года и побил заметные рекорды, включая победу в конкурсе против лучших игроков на Jeopardy! [65] Американское телешоу.

Процессоры Intel под кодовым названием Yonah , выпущенные 6 января 2006 года, производились с двумя кристаллами, установленными на многокристальном модуле . На рынке с острой конкуренцией AMD и другие компании выпустили новые версии многоядерных процессоров, AMD SMP позволила использовать Athlon MP процессоры из линейки AthlonXP в 2001 году, Sun выпустила Niagara и Niagara 2 восьмиядерные процессоры AMD Athlon X2. , в июне был выпущен 2007. Компании были вовлечены в бесконечную гонку за скорость: более требовательное программное обеспечение требовало большей вычислительной мощности и более высоких скоростей процессора.

К 2012 году двух- и четырехъядерные процессоры стали широко использоваться в ПК и ноутбуках, новые процессоры — аналогичные более дорогим процессорам Intel Xeon профессионального уровня — с дополнительными ядрами, которые выполняют инструкции параллельно, поэтому производительность программного обеспечения обычно увеличивается, при условии, что программное обеспечение предназначено для использования передовое оборудование. Операционные системы обеспечивают поддержку многоядерных процессоров и процессоров SMD, многие программные приложения, включая приложения с большими рабочими нагрузками и ресурсоемкими приложениями, такие как трехмерные игры, запрограммированы на использование преимуществ многоядерных и многопроцессорных систем.

Apple, Intel и AMD в настоящее время лидируют на рынке многоядерных процессоров для настольных ПК и рабочих станций. Хотя они часто обгоняют друг друга в плане производительности. Intel сохраняет более высокие частоты и, таким образом, имеет самую быструю одноядерную производительность. [66] в то время как AMD часто является лидером в многопоточных процедурах благодаря более продвинутой ISA и узлу процесса, на котором изготовлены процессоры.

Концепции многопроцессорной обработки для многоядерных/многопроцессорных конфигураций связаны с законом Амдала .

Статистика рынка [ править ]

В 1997 году около 55% всех процессоров проданных в мире составляли 8-битные микроконтроллеры , из которых было продано более 2 миллиардов. [67]

В 2002 году менее 10% всех проданных в мире процессоров были 32-битными и более. Из всех проданных 32-битных процессоров около 2% используются в настольных или портативных персональных компьютерах. Большинство микропроцессоров используются во встроенных приложениях управления, таких как бытовая техника, автомобили и компьютерная периферия. В целом средняя цена микропроцессора, микроконтроллера или DSP составляет чуть более 6 долларов США (что эквивалентно 10,16 доллара США в 2023 году). [68]

В 2003 году было произведено и продано микропроцессоров на сумму около 44 миллиардов долларов (что эквивалентно примерно 73 миллиардам долларов в 2023 году). [69] Хотя около половины этих денег было потрачено на процессоры, используемые в настольных или портативных персональных компьютерах , на их долю приходится лишь около 2% всех проданных процессоров. [68] Цена на микропроцессоры для ноутбуков с поправкой на качество увеличивалась от -25% до -35% в год в 2004–2010 гг., а темпы улучшения замедлились до -15% до -25% в год в 2010–2013 гг. [70]

В 2008 году было произведено около 10 миллиардов процессоров. Большинство новых процессоров, выпускаемых каждый год, являются встроенными. [71]

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ «Функция микропроцессора» . Хабспайр. 26 апреля 2017 г. Архивировано из оригинала 28 июня 2021 г. Проверено 28 июня 2021 г.
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д «Удивительная история первых микропроцессоров» . 30 августа 2016 года. Архивировано из оригинала 4 октября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  3. ^ Уорнс, Лайонел (2003). «Микропроцессоры и микроконтроллеры». Электронная и электротехника . Лондон: Macmillan Education UK. стр. 443–477. дои : 10.1007/978-0-230-21633-4_23 . ISBN  978-0-333-99040-7 . Микропроцессор не является автономным компьютером, поскольку ему не хватает памяти и управления вводом/выводом. Это недостающие детали, которые поставляет микроконтроллер, что делает его почти полным компьютером на кристалле.
  4. ^ Моррис, Ноэль М. (1985). Микроэлектронные и микропроцессорные системы . Лондон: Macmillan Education UK. п. 16. дои : 10.1007/978-1-349-06978-1 . ISBN  978-0-333-36190-0 . Сам микропроцессор не способен выполнять вычисления и для этого требует системы поддержки. Система поддержки ЦП включает в себя систему хранения, в которой хранятся не только рабочие инструкции, но и данные (операнды).
  5. ^ «К вашему сведению: сегодняшние компьютерные чипы настолько продвинуты, что они скорее подвижны, чем точны – и вот доказательство» . Архивировано из оригинала 13 февраля 2024 года . Проверено 13 февраля 2024 г.
  6. ^ CMicrotek. «8-битные против 32-битных микросхем». Архивировано 14 июля 2014 г. в Wayback Machine .
  7. ^ «Управление влиянием увеличения энергопотребления микропроцессора» (PDF) . Университет Райса . Архивировано (PDF) из оригинала 3 октября 2015 г. Проверено 1 октября 2015 г.
  8. ^ Уэйн Фриман. «11 мифов о 8-битных микроконтроллерах». Архивировано 12 августа 2022 года в Wayback Machine .2016.цитировать:«По сути, выполняя работу быстрее, вы можете перевести процессор в спящий режим на более длительные периоды времени. Таким образом, 32-битные микроконтроллеры более энергоэффективны, чем 8-битные микроконтроллеры, верно? Неправильно».
  9. ^ Уилкс, М.В. (1969). «Рост интереса к микропрограммированию: обзор литературы» . Обзоры вычислительной техники ACM . 1 (3): 139–145. дои : 10.1145/356551.356553 . S2CID   10673679 .
  10. ^ «Умер сэр Морис Уилкс, отец информатики» . Кремний Великобритания . 3 декабря 2010 года . Проверено 28 ноября 2023 г.
  11. ^ Ширрифф, Кен (30 августа 2016 г.). «Удивительная история первых микропроцессоров» . IEEE-спектр . 53 (9). Институт инженеров по электротехнике и электронике : 48–54. дои : 10.1109/MSPEC.2016.7551353 . S2CID   32003640 . Архивировано из оригинала 24 ноября 2017 года . Проверено 13 октября 2019 г.
  12. ^ Лоус, Дэвид (20 сентября 2018 г.). «Кто изобрел микропроцессор?» . Музей истории компьютеров . Архивировано из оригинала 19 января 2024 года . Проверено 19 января 2024 г.
  13. ^ «1971: Микропроцессор объединяет функции ЦП в одном кристалле» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Архивировано из оригинала 12 августа 2021 года . Проверено 22 июля 2019 г.
  14. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «1968: Разработана технология кремниевых затворов для микросхем | Кремниевый двигатель | Музей истории компьютеров» . www.computerhistory.org . Архивировано из оригинала 29 июля 2020 года . Проверено 24 октября 2019 г.
  15. ^ «1971: Микропроцессор объединяет функции ЦП в одном кристалле | Кремниевый двигатель | Музей истории компьютеров» . www.computerhistory.org . Архивировано из оригинала 12 августа 2021 года . Проверено 24 октября 2019 г.
  16. ^ Компьютерные системы Viatron. «Система 21 уже сейчас!» Архивировано 21 марта 2011 г. в Wayback Machine (PDF).
  17. ^ Мур, Гордон (19 апреля 1965 г.). «Втиснение большего количества компонентов в интегральные схемы» (PDF) . Электроника . 38 (8). Архивировано из оригинала (PDF) 18 февраля 2008 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  18. ^ «Отрывки из разговора с Гордоном Муром: Закон Мура» (PDF) . Интел. 2005. Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2012 года . Проверено 23 декабря 2009 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  19. ^ Бассет, Росс (2003). «Когда микропроцессор не является микропроцессором? Промышленное создание полупроводниковых инноваций» . В Финне, Бернард (ред.). Разоблачение электроники . Издательство Мичиганского государственного университета. п. 121. ИСБН  978-0-87013-658-0 . Архивировано из оригинала 30 марта 2014 года.
  20. ^ «1971 — Микропроцессор объединяет функции ЦП в одном кристалле» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров. Архивировано из оригинала 8 июня 2010 года . Проверено 25 июля 2010 г.
  21. ^ Шаллер, Роберт Р. (15 апреля 2004 г.). «Технологические инновации в полупроводниковой промышленности: пример международной технологической дорожной карты для полупроводников» (PDF) . Университет Джорджа Мейсона. Архивировано (PDF) из оригинала 19 декабря 2006 г. Проверено 25 июля 2010 г.
  22. ^ RW (3 марта 1995 г.). «Интервью с Гордоном Э. Муром» . LAIR Коллекции истории науки и техники . Лос-Альтос-Хиллз, Калифорния: Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 года.
  23. ^ Бассетт 2003. стр. 115, 122.
  24. ^ «Первый микропроцессор» . Первый микропроцессор | 50 лет микропроцессору 2020 . Архивировано из оригинала 6 января 2014 года.
  25. ^ Холт, Рэй М. «Первый в мире набор микропроцессоров» . Веб-сайт Рэя М. Холта. Архивировано из оригинала 6 января 2014 года . Проверено 25 июля 2010 г.
  26. ^ Фэллон, Сара. «Тайная история первого микропроцессора F-14 и меня» . Проводной . ISSN   1059-1028 . Архивировано из оригинала 18 января 2024 года . Проверено 21 января 2024 г.
  27. ^ Холт, Рэй (27 сентября 2001 г.). Лекция: Проектирование и разработка микропроцессора для истребителя F14 ВМС США (Выступление). Комната 8220, Wean Hall, Университет Карнеги-Меллон, Питтсбург, Пенсильвания, США. Архивировано из оригинала 1 октября 2011 года . Проверено 25 июля 2010 г. {{cite speech}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  28. ^ Параб, Дживан С.; Шелаке, Винод Г.; Камат, Раджаниш К.; Наик, Гуриш М. (2007). Изучение C для микроконтроллеров: практический подход (PDF) . Спрингер. п. 4. ISBN  978-1-4020-6067-0 . Архивировано (PDF) из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 25 июля 2010 г.
  29. ^ Дайер, ЮАР; Хармс, Б.К. (1993). «Цифровая обработка сигналов» . Ин Йовитс, MC (ред.). Достижения в области компьютеров . Том. 37. Академическая пресса. стр. 104–107. дои : 10.1016/S0065-2458(08)60403-9 . ISBN  9780120121373 . Архивировано из оригинала 29 декабря 2016 года.
  30. ^ США 4942516 , Хаятт, Гилберт П., «Одночиповая интегральная схема компьютера», выдан 17 июля 1990 г.   Архивировано 25 мая 2012 г. в Wayback Machine.
  31. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д «20-летний поиск чип-дизайнера: Компьютеры: одинокая битва Гилберта Хаятта за патент на микропроцессор, похоже, окупилась, если он сможет противостоять юридическим проблемам. Вот его история» . Лос-Анджелес Таймс . 21 октября 1990 года. Архивировано из оригинала 4 октября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  32. ^ Маркофф, Джон (20 июня 1996 г.). «Для Texas Instruments есть право похвастаться» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 28 сентября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  33. ^ «Рождение микропроцессора» . Архивировано из оригинала 4 октября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  34. ^ «Владелец патента на микропроцессор подписывает контракт: Изобретение: изобретатель из Ла-Пальмы подписывает контракт с голландским гигантом электроники, первой компанией, признавшей действительность его патента» . Лос-Анджелес Таймс . 7 ноября 1991 года. Архивировано из оригинала 4 октября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  35. ^ «Борьба изобретателей за признание продолжается, но не всепоглощающая – газета Las Vegas Sun» . 21 декабря 2014 г. Архивировано из оригинала 20 октября 2022 г. Проверено 4 октября 2022 г.
  36. ^ «The Texas Instruments TMX 1795: (Почти) первый, забытый микропроцессор» .
  37. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Зейтц, Фредерик; Айнспрух, Норман Г. (1998). «19. 1970-е годы и микропроцессоры § Texas Instruments» . Электронный джин: запутанная история кремния . Издательство Университета Иллинойса. стр. 228–9. ISBN  0252023838 . Архивировано из оригинала 19 февраля 2023 года . Проверено 14 августа 2022 г.
  38. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ширрифф, Кен (2016). «Удивительная история первых микропроцессоров» . IEEE-спектр . 53 (9): 48–54. дои : 10.1109/MSPEC.2016.7551353 . S2CID   32003640 . Архивировано из оригинала 14 августа 2022 года . Проверено 14 августа 2022 г.
  39. ^ Патент США №. 4 074 351 (TMS1802NC.)
  40. ^ «СТАНДАРТНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР НА ЧИПЕ, АНОНСИРОВАННЫЙ TEXAS INSTRUMENTS» , пресс-релиз. TI, 19 сентября 1971 г. Первоначально на ti.com, но теперь заархивировано на archive.org.
  41. ^ МакГонигал, Джеймс (20 сентября 2006 г.). «История микропроцессоров: фонды в Гленротсе, Шотландия» . Персональный сайт МакГонигал . Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  42. ^ Тут, Найджел. «АНИТА в зените» . Компания Bell Punch и калькуляторы ANITA . Архивировано из оригинала 11 августа 2010 года . Проверено 25 июля 2010 г.
  43. ^ Справочник по 16-битному микропроцессору Джерри Кейна, Адама Осборна ISBN   0-07-931043-5 (0-07-931043-5)
  44. ^ Мак, Памела Э. (30 ноября 2005 г.). «Микрокомпьютерная революция» . Архивировано из оригинала 14 января 2010 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  45. ^ «История в учебной программе по информатике» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 года . Проверено 23 декабря 2009 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  46. ^ Брайт, Питер (15 ноября 2011 г.). «40-летие – возможно – первого микропроцессора Intel 4004» . arstechnica.com. Архивировано из оригинала 6 января 2017 года.
  47. ^ «The Texas Instruments TMX 1795: (Почти) первый, забытый микропроцессор» .
  48. ^ Фаггин, Федерико; Хофф, Марсиан Э. младший; Мазор, Стэнли; Сима, Масатоши (декабрь 1996 г.). «История 4004 года». IEEE микро . 16 (6): 10–20. дои : 10.1109/40.546561 .
  49. ^ Фаггин, Ф.; Кляйн, Т.; Вадас, Л. (23 октября 1968 г.). Интегральные схемы полевых транзисторов с изолированным затвором и кремниевыми затворами (изображение в формате JPEG) . Международная встреча по электронным устройствам. Группа электронных устройств IEEE. Архивировано из оригинала 19 февраля 2010 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  50. ^ «Краткое справочное руководство по микропроцессорам Intel — год» . www.intel.com . Архивировано из оригинала 6 октября 2021 года . Проверено 21 сентября 2021 г.
  51. ^ Серуцци, Пол Э. (май 2003 г.). История современных вычислений (2-е изд.). МТИ Пресс. стр. 220–221 . ISBN  978-0-262-53203-7 .
  52. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Вуд, Ламонт (август 2008 г.). «Забытая история: истинное происхождение ПК» . Компьютерный мир . Архивировано из оригинала 6 июня 2022 года . Проверено 7 января 2011 г.
  53. ^ Технический паспорт Intel 8008.
  54. ^ «Семейство процессоров National Semiconductor PACE» . Архивировано из оригинала 25 ноября 2022 года . Проверено 25 ноября 2022 г.
  55. ^ Сотрудники EDN (1 января 2000 г.). «Микропроцессор General Instrument, нацеленный на рынок миникомпьютеров» . ЭДН . Архивировано из оригинала 25 ноября 2022 года . Проверено 1 января 2023 г.
  56. ^ Техническое описание Intel 8087, стр. 1
  57. ^ У 80187 есть только 16-битная шина данных, поскольку он использовал ядро ​​80387SX.
  58. ^ «По сути, 80C187 можно рассматривать как дополнительный ресурс или расширение ЦП. ЦП 80C186 вместе с 80C187 можно использовать как единую унифицированную систему». Техническое описание Intel 80C187, стр. 3 ноября 1992 г. (номер заказа: 270640-004).
  59. ^ «Внедрение IBM System 370 через со-микропроцессоры/интерфейс сопроцессора на сайте Priorart.ip.com» . Priorart.ip.com. 1 января 1986 года. Архивировано из оригинала 11 декабря 2015 года . Проверено 23 июля 2020 г.
  60. ^ «Сёдзи, М. Библиография» . Лаборатории Белла. 7 октября 1998 года. Архивировано из оригинала 16 октября 2008 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  61. ^ «Хронология: 1982–1984» . Физические науки и коммуникации в Bell Labs . Bell Labs, Alcatel-Lucent. 17 января 2001 г. Архивировано из оригинала 14 мая 2011 г. Проверено 23 декабря 2009 г.
  62. ^ Терли, Джим (июль 1998 г.). «MCore: нужно ли Motorola еще одно семейство процессоров?» . Проектирование встраиваемых систем . TechInsights (Объединенные Бизнес Медиа). Архивировано из оригинала 2 июля 1998 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  63. ^ Гарнси, Элизабет; Лоренцони, Джанни; Ферриани, Симона (март 2008 г.). «Видообразование посредством предпринимательского выделения: история Acorn-ARM» (PDF) . Исследовательская политика . 37 (2): 210–224. дои : 10.1016/j.respol.2007.11.006 . S2CID   73520408 . Проверено 2 июня 2011 г. [...] первый кремний был запущен 26 апреля 1985 года.
  64. ^ «Разница между симметричной и асимметричной многопроцессорностью (со сравнительной таблицей)» . 22 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 18 июля 2021 г. Проверено 18 июля 2021 г.
  65. ^ «IBM100 — компьютер по имени Ватсон» . ИБМ . 7 марта 2012 г. Архивировано из оригинала 19 июля 2021 г. . Проверено 19 июля 2021 г.
  66. ^ Тарасова, Кэти (22 ноября 2022 г.). «Как AMD стала гигантом в сфере производства чипов и обогнала Intel после многих лет игры в догонялки» . CNBC . Архивировано из оригинала 1 июня 2023 года . Проверено 17 мая 2023 г.
  67. ^ Кантрелл, Том (1998). «Микрочип на марше» . Архивировано из оригинала 20 февраля 2007 года.
  68. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Терли, Джим (18 декабря 2002 г.). «Двухпроцентное решение» . Проектирование встраиваемых систем . TechInsights (Объединенные Бизнес Медиа). Архивировано из оригинала 3 апреля 2015 года . Проверено 23 декабря 2009 г.
  69. ^ Совет директоров WSTS. «Дата выпуска мирового прогноза рынка полупроводников WSTS: 1 июня 2004 г. — 6:00 UTC» . Миядзаки, Япония, Совещание по весенним прогнозам, 18–21 мая 2004 г. (пресс-релиз). Мировая статистика торговли полупроводниками. Архивировано из оригинала 7 декабря 2004 года.
  70. ^ Сунь, Лиян (25 апреля 2014 г.). «За что мы платим: индекс цен на микропроцессоры для ноутбуков с поправкой на качество» . Колледж Уэлсли. Архивировано из оригинала 11 ноября 2014 года . Проверено 7 ноября 2014 г. … по сравнению с от -25% до -35% в год в 2004-2010 гг. годовое снижение стабилизируется на уровне от -15% до -25% в 2010-2013 гг.
  71. ^ Барр, Майкл (1 августа 2009 г.). «Программа для настоящих мужчин на языке C» . Проектирование встраиваемых систем . TechInsights (Объединенные Бизнес Медиа). п. 2. Архивировано из оригинала 22 октября 2012 года . Проверено 23 декабря 2009 г.

Ссылки [ править ]

  • Рэй, АК; Бхурчанд, К.М. (2013). Передовые микропроцессоры и периферийные устройства (3-е изд.). Индия: Тата МакГроу-Хилл. ISBN  978-1-259-02977-6 . OCLC   878079623 .

Внешние ссылки [ править ]

В Викиверситете есть учебные ресурсы по теме «Введение в компьютеры/процессоры».
Викискладе есть медиафайлы, связанные с микропроцессорами .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microprocessor&oldid=1224287975"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f5286cef05eb4ca054b5c680cb7aec2d__1715939280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f5/2d/f5286cef05eb4ca054b5c680cb7aec2d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Microprocessor - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)