⛹️ 👩🏽‍✈️ 👨‍💼 تاريخ تطور المعالجات: من السبعينيات إلى التسعينيات 🚵🏿 ➡️ 🤴

المعالج المركزي عبارة عن دائرة متكاملة معقدة ، وهي واحدة من المكونات الرئيسية لعناصر جهاز الكمبيوتر الحديث. ظهرت أجهزة الكمبيوتر الأولى في حوالي 40s من القرن الماضي ، وتعمل على التبديلات الكهروميكانيكية والأنابيب المفرغة. قدموا عمل أجهزة الكمبيوتر الأولى. في الستينيات ، ظهرت الدوائر المتكاملة الأولى التي أصبحت لفترة طويلة جزءًا لا يتجزأ من أي جهاز كمبيوتر. يمكن أن يطلق على بداية عصر وحدات المعالجة المركزية الحديثة بأمان عام 1971.

انتل 4004

يعتبر أول معالج دقيق أحادي الشريحة معالج Intel 4004 4 بت ، تم إصداره في 15 نوفمبر 1971. كانت Intel قد بدأت للتو في تكوينها وأنفق مبدعوها روبرت نويس وجوردون مور وأندرو جروف الكثير من الطاقة على عملية التطوير. بفضل مساهمة الفيزيائي الإيطالي Federico Fagina ، تمكن مهندسو الشركة من وضع المكونات الرئيسية على شريحة واحدة وإنشاء معالج دقيق 4004.

تم إنتاج Intel 4004 باستخدام تقنية معالجة 10 ميكرون ، وحساب 2،250 ترانزستور وعمل بتردد 108 كيلو هرتز (نفذ 92،600 عملية في الثانية). كان تردد الساعة 740 كيلو هرتز. بلغت سعة الذاكرة 4 كيلو بايت ، سعة الناقل 4 بت. كانت المنطقة البلورية 12 مم ² .

انتل 8008

في أوائل السبعينيات ، أصدرت الشركة أول معالج مركزي 8 بت Intel 8008. تم تطويره في وقت واحد مع 4004 بناء على طلب شركة Terminal Terminal Corporation (لاحقًا Datapoint). لكن الشركة رفضت وحدة المعالجة المركزية (بالإضافة إلى التعاون مع Intel) بسبب حقيقة أن عملية إنشاء الدائرة المصغرة تجاوزت المواعيد النهائية المحددة ، وخصائصها لم تلب التوقعات.

وفقًا للخصائص التقنية ، كان المعالج الدقيق 8008 يتوافق إلى حد كبير مع الإصدار السابق. تم إنتاجه باستخدام نفس تقنية المعالجة 10 ميكرون واحتوى على 3500 ترانزستور. دعم المكدس الداخلي 8 مستويات ، وكانت سعة الذاكرة 16 كيلو بايت. كان تردد الساعة أقل من 4004 ، كان 500 كيلو هرتز. من حيث السرعة ، تخلف معالج Intel 8 بت عن المعالج 4 بت. كان عرض الحافلة 8 بت. يمكن للمعالج الوصول إلى 8 منافذ إدخال و 24 منفذ إخراج.

كان مشروع Sac State 8008 (1972) من أول أنظمة الكمبيوتر المستندة إلى المعالجات الدقيقة. لقد كانت حاسوبًا صغيرًا متكاملًا مع نظام تشغيل قرص وشاشة ملونة و 8 كيلوبايت من ذاكرة الوصول العشوائي وقرص 3 + 2 ميجابايت ولوحة مفاتيح ومودم وطابعة. كان الغرض منه معالجة وتخزين السجلات الطبية.

انتل 8080

في ربيع عام 1974 ، أصدرت شركة Intel إصدارًا محسنًا ، معالج Intel 8080 8 بت. تم إنتاجه باستخدام تقنية معالجة 6 ميكرون الجديدة باستخدام تقنية NMOS ، والتي تسمح بوضع 4758 ترانزستور على الشريحة. كان تردد الساعة 2 ميجا هرتز (بوقت 2.5 ميجا هرتز ، 3.1 ميجا هرتز و 4 ميجا هرتز) ، كانت سعة الذاكرة 64 كيلو بايت. كان عرض ناقل البيانات 8 بت ، وكان ناقل العنوان 16 بت. يحتوي 8080 على نظام أوامر متطور للغاية: 16 أمرًا لنقل البيانات ، و 31 أمرًا لمعالجتها ، و 28 أمرًا للانتقال (مع عنونة مباشرة) ، و 5 أوامر تحكم.

بسبب الأداء العالي للمعالج ، كان ناجحًا. استنادًا إلى Intel 8080 ، أصدرت MITS الكمبيوتر الصغير Altair-8800. على الرغم من الخصائص المتواضعة (256 بايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، وعدم وجود شاشة ولوحة مفاتيح) ، فقد اكتسب شعبية غير مسبوقة وباع بسرعة كبيرة.

كان هناك عدد غير قليل من استنساخ Intel 8080 من شركات أخرى ، مثل National Semiconductor و NEC و Siemens و AMD. كان هناك أيضًا نظير سوفياتي من معهد كييف للبحث العلمي للأجهزة الدقيقة - المعالج الدقيق KR580VM80A (1977).

موتورولا 6800

في عام 1974 ، أصدرت موتورولا معالجها - 6800. تم إنتاج البلورة باستخدام تقنية معالجة 6 ميكرون ، مع تردد ساعة 2 ميجاهرتز وذاكرة 64 كيلوبايت. تم استخدام تقنية N-MOS. كان المعالج يحتوي على ناقل عنوان 16 بت ونظام قيادة 78 عملية. كان هناك سجل فهرس موجود.

كان Motorola 6800 شائعًا جدًا ، وتم استخدامه في العديد من أجهزة الكمبيوتر. تم إنشاء Motorola 6801 و 6803 ميكروكنترولر على أساس هندستها المعمارية.

تكنولوجيا MOS 6502

في عام 1975 ، قدمت MOS Technology المعالج الصغير 8 بت 6502. في الواقع ، كان هذا المعالج نسخة محدثة من 6501 ، والتي فشلت بسبب توافق دبوس مع Motorola 6800. كانت وحدة المعالجة المركزية أقل شأنا من المنافسين 8080 و 6800 من حيث الأداء. كان لديها 16 بت حافلة العنوان ، 64 كيلوبايت من ذاكرة الوصول العشوائي. كان تردد الساعة 1 ميجا هرتز فقط. كان المعالج بنية CISC.

كانت ميزة هذا النموذج هي السعر - فقط 25 دولارًا (أرخص عدة مرات من Intel و Motorola). وقد ساهم ذلك في النمو السريع في مبيعات المعالجات.

تم استخدام 6502 في أجهزة الكمبيوتر مثل Apple I و Apple II و Commodore PET وغيرها. أيضًا ، وجدت معالجات هذه السلسلة تطبيقًا في ألعاب الفيديو ، بدءًا من Atari 2600 ، باستخدام نموذج 6507 مع عدد أقل من الدبابيس والقدرة على معالجة 8 كيلوبايت فقط من الذاكرة.

منحت MOS Technology تراخيص من قبل Rockwell ، شركات Synertek لإنتاج المعالجات واستخدام 6502. كان هناك نظير سوفياتي 4K602BM1.

Zilog z80

في النصف الثاني من السبعينيات ، غادر أحد المبدعين للمعالج ، الإيطالي Federico Fagin ، شركة Intel. بالتعاون مع المهندس رالف وينغرمان والمهندس الياباني ماساتوشي شيما ، أسسوا شركة Zilog. وبالفعل في أوائل صيف عام 1976 ، دخل معالج Zilog Z80 إلى السوق ، والذي يشبه في هندسته جهاز 8080 المحسن. كان لدى المعالج الدقيق مجموعة موسعة من التعليمات ، وسجلات جديدة ، وأنماط مقاطعة ، واثنين من كتل التسجيل المنفصلة.

تم تصنيع Z80 باستخدام تقنية معالجة 3 ميكرون باستخدام تقنية CMOS وتحتوي على 8500 ترانزستور. تراوح تردد الساعة بين 2.5 ميجاهرتز و 8 ميجاهرتز للإصدار الرئيسي و 1 ميجاهرتز إلى 20 ميجاهرتز لإصدار CMOS. وصلت الذاكرة إلى 64 كيلو بايت ، مع ناقل عنوان 16 بت. كان حجم البلورة 4.6 مم × 4.9 مم ، بمساحة 22.54 مم ². بالإضافة إلى المزايا التقنية ، كان Z80 أيضًا أرخص من معالج Intel.

جاءت وحدة المعالجة المركزية في إصدارات مختلفة: Z80 (2.5 ميجا هرتز) ، Z80A (4 ميجا هرتز) ، Z80B (6 ميجا هرتز) و Z80H (8 ميجا هرتز). تم استخدامه في أجهزة الكمبيوتر Sharp و NEC وغيرها.

إنتل 8086 و 8088

في عام 1978 ، أصدرت شركة Intel أول 8086 معالج دقيق 16 بت ، وهو قيد التطوير منذ أكثر من عامين. تم تصنيع المعالج باستخدام تقنية معالجة 3 ميكرون واحتوى على 29000 ترانزستور. بلغت سعة الذاكرة 1 ميجا بايت. كان تردد الساعة 4 ميجاهرتز - 10 ميجاهرتز ، وكان عرض التسجيلات وناقل البيانات 16 بت ، وكان عرض ناقل العنوان 20 بت. اختلفت سرعة إنتل 8086.

يحتوي المعالج 8086 على أربعة عشر تسجيلًا 16 بت: 4 أغراض عامة (AX ، BX ، CX ، DX) ، 2 تسجيلات فهرس (SI ، DI) ، 2 فهرس (BP ، SP) ، 4 سجلات قطعة (CS ، SS ، DS ، ES) ، عداد البرنامج أو مؤشر التعليمات (IP) وسجل العلم (FLAGS ، يتضمن 9 أعلام).

من أجل زيادة مبيعات 8086 ، أصدرت Intel معالج 8088 ، والذي يتوافق إلى حد كبير مع سابقه. انخفض عرض الحافلة فقط من 16 بت إلى 8 بت. سمح هذا التغيير للمعالج بالعمل مع رقائق دعم 8 بت. كما تغيرت الهندسة بشكل طفيف. استخدم المعالج Intel 8088 قائمة انتظار الجلب المسبق 4 بايت بدلاً من 6 بايت.

تم استخدام المعالج في النموذج الأول من خط IBM PC 5150 (1981). استنساخ العديد من الشركات الكبيرة ، مثل AMD و Siemens و NEC وغيرها ، 8088.

زيلوج Z8000

في عام 1979 ، أطلقت Zilog معالج Z8000 16 بت الخاص بها. تم إنتاجه باستخدام تقنية معالجة 6-ميكرون-3-ميكرون مع 17500 ترانزستور.تراوح تردد الساعة من 4 ميجاهرتز إلى 10 ميجاهرتز للإصدار الرئيسي ومن 4 ميجاهرتز إلى 20 ميجاهرتز لـ CMOS. وصلت سعة الذاكرة إلى 8 ميجا بايت لـ Z8001 و 64 كيلو بايت لـ Z8002. كان عرض ناقل البيانات 16 بت ، وكان ناقل العنوان 23 بت (في إصدار Z8002 - 16 بت).

في البداية ، تم إصدار إصدارين للمعالج: Z8001 و Z8002. تتكون اختلافاتهم فقط في حقيقة أن الأول عمل على معالجة ما يصل إلى 8 ميغابايت من الذاكرة ، والثاني فقط حتى 64 كيلوبايت. بعد ذلك بقليل ، ظهر طرازي Z8003 و Z8004 ، اللذين كانا قادرين على العمل مع الذاكرة الافتراضية.

تم استخدام معالجات Z8000 في أجهزة كمبيوتر سطح المكتب Unix ، مما يتيح لك إنشاء أنظمة حقيقية متعددة المستخدمين.

موتورولا 68000

تم تقديم سلسلة Motorola 68000 من المعالجات الدقيقة CISC (68k) في عام 1979. تحتوي البلورة على قلب 32 بت ، لكنها عملت من خلال ناقل بيانات 16 بت وناقل عنوان 24 بت. كان ترددها 8 ميجاهرتز - 20 ميجاهرتز ، وبلغ إجمالي عدد الترانزستورات 68000 قطعة. تم تصنيع وحدة المعالجة المركزية في عامل شكل DIP مع 64 دبابيس. ولكن كانت هناك أيضًا نماذج مع موصلات LCC و PGA.

اكتسب المعالج شعبية بين العديد من الشركات وتم استخدامه في أجهزة كمبيوتر مختلفة. لكن بالطبع ، أشهرها أجهزة كمبيوتر Apple: Lisa و Macintosh.

انتل 80186

كان معالج Intel التالي هو 80186 ، والذي اعتمد على بنية 8086. تم إنتاجه باستخدام تقنية معالجة 3 ميكرون واحتوى على 134000 ترانزستور. كانت سعة الذاكرة 1 ميجابايت ، وكانت سعة ناقل البيانات 16 بت ، وكان ناقل العنوان 20 بت. بلغ تردد الساعة 6 ميجاهرتز - 25 ميجاهرتز.

تمت إضافة أوامر جديدة إلى 80186:
- جهازي تحكم مباشر بالذاكرة مع دوائر المقاطعة (DMA) ؛
- مفككات الشفرة ؛
- عداد توقيت قابل للبرمجة بثلاث قنوات ؛
- مولد التزامن ؛
- جهاز تحكم بالمقاطعة قابل للبرمجة.

تم استخدام المعالجات قليلاً في أجهزة الكمبيوتر ، فقط في بعض طرازات أجهزة الكمبيوتر ، مثل Compis (السويد) ، RM Nimbus (بريطانيا العظمى) ، Unisys ICON (كندا) ، HP 200lx (الولايات المتحدة الأمريكية) ، و Tandy 2000 (الولايات المتحدة الأمريكية).

انتل 80286

تم إصدار النموذج التالي للشركة في فبراير 1982. كان معالجًا صغيرًا متوافقًا مع 16 بت x86 للجيل الثاني 80286. كان هناك دعم للوضع الحقيقي. في الوضع المحمي ، يمكن أن تصل سعة مساحة العنوان إلى 1 جيجابايت عن طريق تغيير آلية معالجة الذاكرة.

تجاوز المعالج النموذج السابق بالمواصفات الفنية. تم إنتاجه باستخدام تقنية معالجة 1.5 ميكرون مع 134000 ترانزستور. كانت ذاكرة الوصول العشوائي 16 ميجا بايت ، وفي الوضع المحمي كان من الممكن استخدام ما يصل إلى 1 جيجا بايت من الذاكرة الافتراضية. كان عرض التسجيلات وناقل البيانات 16 بت. وفقًا للطراز ، يمكن أن يكون تردد الساعة 6 ميجاهرتز أو 8 ميجاهرتز أو 10 ميجاهرتز أو 12.5 ميجاهرتز (عند 12.5 ميجاهرتز ، أجرى المعالج 2.66 مليون عملية على الأقل في الثانية).

WDC W65C816S

في عام 1984 ، أطلق مركز التصميم الغربي (WDC) المعالج الصغري W65C816S 16 بت. يحتوي النموذج على عنونة ذاكرة 24 بت ويدعم ما يصل إلى 16 ميجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، بالإضافة إلى مجموعة موسعة من التعليمات.

تم استخدام المعالج في كمبيوتر Apple IIGS ، بالإضافة إلى أنظمة Acorn Communicator و C-One.

إنتل i386

في عام 1985 ، تم إصدار معالج 32 بت مع بنية x86 من الجيل الثالث من Intel 80386 (أو i386). احتفظ المعالج بالتوافق مع الإصدارات السابقة مع 8086 و 80286 ، وتم إنتاجه باستخدام تقنية معالجة 1.5 ميكرون 1.0 ميكرون. من خلال تحويل الصفحة ، يمكن للمعالج معالجة ما يصل إلى 4 جيجابايت من الذاكرة الفعلية و 64 جيجابايت من الذاكرة الافتراضية. كان تردد الساعة 12 ميجاهرتز - 40 ميجاهرتز.

تم تقديم معالج Intel i386 في تعديلات مختلفة ، تختلف فيما بينها في الأداء واستهلاك الطاقة والموصلات والحالات وخصائص أخرى. النماذج: 386DX (DX - eXternal مزدوج الكلمة) ، 386SX ، 386SL و 386 EX (تعديل المعالج 386SX).

كان أول كمبيوتر يستخدم المعالج هو Compaq Deskpro 386. كما كان النموذج أول معالج 32 بت لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة من IBM.

يحتوي i386 على عدد قليل من النسخ المستنسخة التي تم تصنيعها بواسطة AMD و Cyrix و IBM. كان طراز AMD الأعلى هو Am386DX ، والذي لم يكن أدنى من الأداء ، وأرخص ، وكان لديه تردد ساعة 40 ميجاهرتز. كما استقبل المستخدمون استنساخ Cyrix 86SLC و 486DLC بشكل جيد. أشهر مستنسخات IBM كانت معالجات 386SLC و 386DLC ، والتي تم استخدامها على أجهزة كمبيوتر سطح المكتب IBM PS / 2 و PS / ValuePoint.

إنتل i486

كانت معالجات الشركة التالية ذات 32 بت ، i486 (1989) ، أكثر إنتاجية بسبب التحديث. احتوت وحدة المعالجة المركزية على ما يقرب من 1.2 مليون ترانزستور (تم تخصيص حوالي النصف لذاكرة التخزين المؤقت). تم إنتاج الرقائق باستخدام تقنية معالجة 1 ميكرون ، فيما بعد بواسطة عمليات تصنيع 0.8 ميكرون و 0.6 ميكرون. كان حجم الذاكرة 4 غيغابايت. كان تردد الساعة 25 ميجا هرتز - 50 ميجا هرتز.

تم استكمال المعالج عن طريق:
- ذاكرة التخزين المؤقت (8 كيلو بايت) ؛
- خط أنابيب حاسوبي شارك في تقسيم معالجة تعليمات الحاسوب إلى سلسلة من المراحل المستقلة مع حفظ النتائج في نهاية كل منها. تضمن الناقل اختيار عناوين المعاملات وفك تشفيرها وفك تشفيرها وتنفيذ الأمر وتسجيل نتيجة تنفيذ التعليمات ؛
- معالج داخلي مدمج (عمليات الوحدة مع الفاصلة العائمة) يساعد على أداء العمليات الحسابية على الأعداد الحقيقية ؛
- عامل الضرب (المضاعف).

قامت شركات مختلفة أيضًا بنسخ Intel i486 ، وكذلك الموديلات السابقة. تم تنفيذ إنتاج النسخ من قبل AMD و Cyrix و IBM و Texas Instruments وغيرها.

موتورولا 68020 ، 68030 ، 68040

من عام 1984 إلى عام 1990 ، أطلقت موتورولا مجموعة المعالجات ذات 32 بت: 68020 ، 68030 ، 68040. تم تصنيع Pioneer i386 (68020) باستخدام تقنية معالجة 2 ميكرون وبلغ مجموعها 190.000 ترانزستور. كان تردد عقارب الساعة 12 ميجاهرتز - 33 ميجاهرتز. أصبح 68020 أول معالج في خط Motorola 68k مع ذاكرة تخزين مؤقت مدمجة من المستوى الأول (256 بايت).

تم استخدام المعالج في أجهزة كمبيوتر Apple: Macintosh II و Macintosh LC.

ظهر 68030 للبيع في عام 1987. كان لدى المعالج ناقل بيانات ديناميكي ، يعمل في أوضاع 8 بت و 16 بت و 32 بت. ظهرت 256 بايت إضافية من ذاكرة التخزين المؤقت في المستوى الأول. تراوح تردد الساعة من 16 ميجاهرتز إلى 50 ميجاهرتز.

تم استخدام Motorola 68030 أيضًا على أجهزة كمبيوتر Apple Macintosh II و Commodore Amiga ، على أنظمة Next Cube و Sun 3/80 و Atari TT و Atari Falcon.

في عام 1990 ، دخل المعالج 68040 السوق ، وظهر فيه معالج مشترك متكامل. زادت ذاكرة التخزين المؤقت للإرشادات وذاكرة التخزين المؤقت للبيانات إلى 4 كيلوبايت. اعتمد مبدأ المعالج على خطوط الأنابيب الحاسوبية ، والتي تتكون من ست مراحل. بلغ تردد الساعة 40 ميجا هرتز.

أصبح المعالج 68040 العمود الفقري لنظام Macintosh Quadra High-End System. كما استخدم Macintosh Centris و Performa عائلة المعالجات 68040.

ديسمبر فاكس

بين 80s و 90s ، أصدرت DEC سلسلة كاملة من معالجات 32 بت بناءً على بنية VAX الخاصة بها (تم تطوير بنية الكمبيوتر 32 بت بواسطة Digital Equipment Corporation كجزء من مشروع Star).

الأول في السلسلة هو MicroVAX 78032. تم تصنيعه باستخدام تقنية معالجة 3 ميكرون ويحتوي على 125000 ترانزستور يعمل بتردد 5 ميجاهرتز.

في عام 1987 ، تم إدخال شرائح CVAX ، وكان تردد الساعة 11.11 ميجاهرتز أو 12.5 ميجاهرتز. تم إنتاج المعالج باستخدام تقنية CMOS من الجيل الأول ، وكان إجمالي ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات والبيانات 1 كيلوبايت وتم دعم 64 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت الخارجية.

NEC V60 ، V70 ، V80

تنويه خاص يستحق معالجات السوق المحلية في اليابان.

تم إصدار أول معالج V60 32 بت بواسطة NEC في 1986. تم تصنيع وحدة المعالجة المركزية هذه باستخدام تقنية معالجة 1.5 ميكرون وبلغ إجماليها 375000 ترانزستور. استخدم خطوط الأنابيب الحوسبية ذات ست مراحل ، وكان لديه أيضًا معالج مشترك مدمج ووحدة إدارة الذاكرة. بلغ تردد الساعة 16 ميجا هرتز.

في عام 1987 ، خرج V70 ، والذي بدأ إنتاجه في نهاية المطاف باستخدام تقنية معالجة 1.2 ميكرون. كان تردد الساعة 20 ميجا هرتز. وبهذه السرعة ، بلغ أداء الشريحة 6.6 مليون تعليمات في الثانية.

وفي عام 1989 ، أصدرت الشركة معالج V80. يحتوي هذا النموذج بالفعل على ذاكرة تخزين مؤقت للتعليمات وذاكرة تخزين مؤقت للبيانات (1 كيلوبايت لكل منهما). تم إنتاج بلورة باستخدام تقنية معالجة 0.8 ميكرون وتحتوي على 980.000 ترانزستور. عملت V80 بتردد 25/33 ميجاهرتز.

تاريخ تطور المعالجات: من السبعينيات إلى التسعينيات