😢 🤖 🚔 Die Geschichte der Entwicklung von Prozessoren: von den 70er bis zu den 90er Jahren 🔵 🌍 👏🏼

Der Zentralprozessor ist eine komplexe integrierte Schaltung, die eine der Schlüsselkomponenten der Elemente eines modernen PCs darstellt. Die ersten Computer erschienen um die 40er Jahre des letzten Jahrhunderts und arbeiteten an elektromechanischen Relais und Vakuumröhren. Sie stellten die Funktionsweise der ersten Computer bereit. In den 60er Jahren erschienen die ersten integrierten Schaltkreise, die lange Zeit ein wesentlicher Bestandteil jedes Computergeräts wurden. Der Beginn der Ära moderner CPUs kann sicher als das Jahr 1971 bezeichnet werden.

Intel 4004

Der erste Single-Chip-Mikroprozessor ist ein 4-Bit-Intel 4004, der am 15. November 1971 veröffentlicht wurde. Intel hatte gerade seine Gründung begonnen und seine Schöpfer, Robert Noyce, Gordon Moore und Andrew Grove, haben viel Energie in den Entwicklungsprozess gesteckt. Dank des Beitrags des italienischen Physikers Federico Fagina gelang es den Ingenieuren des Unternehmens, die Schlüsselkomponenten auf einem einzigen Chip zu platzieren und einen Mikroprozessor

4004 zu erstellen. Intel 4004 wurde mit einer 10-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt, zählte 2.250 Transistoren und arbeitete mit einer Frequenz von 108 kHz (92.600 Operationen pro Sekunde). Die Taktfrequenz betrug 740 kHz. Die Speicherkapazität erreichte 4 Kb, die Buskapazität betrug 4 Bit. Die Kristallfläche betrug 12 mm ² .

Intel 8008

In den frühen 70er Jahren veröffentlichte das Unternehmen den ersten 8-Bit-Zentralprozessor Intel 8008. Er wurde gleichzeitig mit 4004 im Auftrag der Computer Terminal Corporation (später Datapoint) entwickelt. Das Unternehmen lehnte jedoch die CPU (sowie die Zusammenarbeit mit Intel) ab, da der Prozess der Erstellung des Mikroschaltkreises über die festgelegten Fristen hinausging und seine Eigenschaften nicht den Erwartungen entsprachen.

Entsprechend den technischen Eigenschaften entsprach der Mikroprozessor 8008 weitgehend der Vorgängerversion. Es wurde mit der gleichen 10-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und enthielt 3.500 Transistoren. Der interne Stack unterstützte 8 Ebenen und die Speicherkapazität betrug 16 KB. Die Taktfrequenz war niedriger als die von 4004, sie betrug 500 kHz. In Bezug auf die Geschwindigkeit blieb der 8-Bit-Intel-Prozessor hinter dem 4-Bit-Prozessor zurück. Die Busbreite betrug 8 Bit. Der Prozessor konnte auf 8 Eingangsports und 24 Ausgangsports zugreifen.

Eines der ersten mikroprozessorbasierten Computersysteme war das Projekt Sac State 8008 (1972). Es war ein vollwertiger Mikrocomputer mit einem Festplattenbetriebssystem, einem Farbdisplay, 8 KB RAM und einer 3 + 2 MB-Festplatte, einer Tastatur, einem Modem und einem Drucker. Es war für die Verarbeitung und Aufbewahrung von Krankenakten vorgesehen.

Intel 8080

Im Frühjahr 1974 veröffentlichte Intel eine verbesserte Version, den 8-Bit-Intel 8080-Mikroprozessor. Er wurde mit der neuen 6-Mikron-Prozesstechnologie unter Verwendung der NMOS-Technologie hergestellt, mit der 4758 Transistoren auf dem Chip platziert werden können. Die Taktfrequenz betrug 2 MHz (mit einer Zeit von 2,5 MHz, 3,1 MHz und 4 MHz), die Speicherkapazität betrug 64 Kb. Die Breite des Datenbusses betrug 8 Bit und der Adressbus betrug 16 Bit. Der 8080 hatte ein hochentwickeltes Befehlssystem: 16 Datenübertragungsbefehle, 31 Befehle für ihre Verarbeitung, 28 Befehle für den Übergang (mit direkter Adressierung), 5 Steuerbefehle.

Aufgrund der hohen Leistung des Prozessors war es ein Erfolg. Basierend auf dem Intel 8080 hat MITS den Altair-8800-Mikrocomputer veröffentlicht. Trotz der bescheidenen Eigenschaften (256 Byte RAM, das Fehlen eines Monitors und einer Tastatur) erlangte er beispiellose Popularität und war sehr schnell ausverkauft.

Es gab einige Intel 8080-Klone von anderen Unternehmen wie National Semiconductor, NEC, Siemens und AMD. Es gab auch ein sowjetisches Gegenstück vom Kiewer Wissenschaftlichen Forschungsinstitut für Mikrogeräte - den Mikroprozessor KR580VM80A (1977).

Motorola 6800

1974 veröffentlichte Motorola seinen Prozessor 6800. Der Kristall wurde mit einer 6-Mikron-Prozesstechnologie mit einer Taktfrequenz von 2 MHz und einem Speicher von 64 KB hergestellt. Es wurde die N-MOS-Technologie verwendet. Der Prozessor hatte einen 16-Bit-Adressbus und ein Befehlssystem mit 78 Operationen. Ein Indexregister war vorhanden.

Motorola 6800 war sehr beliebt, es wurde in vielen PCs verwendet. Die Mikrocontroller Motorola 6801 und 6803 wurden aufgrund ihrer Architektur entwickelt.

MOS-Technologie 6502

1975 führte MOS Technology den 8-Bit-Mikroprozessor 6502 ein. Tatsächlich war dieser Prozessor eine aktualisierte Version von 6501, die aufgrund der Pin-Kompatibilität mit dem Motorola 6800 fehlschlug. Die CPU war den Mitbewerbern 8080 und 6800 in Bezug auf die Leistung unterlegen. Sie hatte einen 16-Bit-Prozessor Adressbus, 64 KB RAM. Die Taktfrequenz betrug nur 1 MHz. Der Prozessor hatte eine CISC-Architektur.

Der Vorteil dieses Modells war der Preis - nur 25 US-Dollar (vielfach billiger als Intel und Motorola). Dies hat zu dem schnellen Wachstum des Prozessorumsatzes beigetragen.

6502 wurde in PCs wie Apple I, Apple II, Commodore PET usw. verwendet. Die Prozessoren dieser Serie fanden auch Anwendung in Videospielen, beginnend mit dem Atari 2600, mit dem 6507-Modell mit weniger Pins und der Fähigkeit, nur 8 KB Speicher zu adressieren.

MOS Technology erteilte Rockwell, Synertek-Unternehmen, Lizenzen für die Herstellung von Prozessoren und die Verwendung von 6502. Es gab ein sowjetisches Analogon von 4K602BM1.

Zilog z80

In der zweiten Hälfte der 70er Jahre verließ einer der Macher des Mikroprozessors, der Italiener Federico Fagin, Intel. Zusammen mit dem Ingenieur Ralph Wingermann und dem japanischen Ingenieur Masatoshi Shima gründeten sie die Firma Zilog. Und bereits im Frühsommer 1976 kam der Zilog Z80-Prozessor auf den Markt, der in seiner Architektur dem verbesserten 8080 ähnelte. Der Mikroprozessor verfügte über einen erweiterten Befehlssatz, neue Register, Interrupt-Modi und zwei separate Registerblöcke.

Der Z80 wurde unter Verwendung der 3-Mikron-Prozesstechnologie unter Verwendung der CMOS-Technologie hergestellt und enthielt 8500 Transistoren. Die Taktfrequenz lag bei der Hauptversion zwischen 2,5 MHz und 8 MHz und bei der CMOS-Version zwischen 1 MHz und 20 MHz. Der Speicher erreichte 64 KB mit einem 16-Bit-Adressbus. Die Größe des Kristalls betrug 4,6 mm × 4,9 mm mit einer Fläche von 22,54 mm ². Neben technischen Vorteilen war der Z80 auch günstiger als der Intel-Prozessor.

Die CPU war in verschiedenen Versionen erhältlich: Z80 (2,5 MHz), Z80A (4 MHz), Z80B (6 MHz) und Z80H (8 MHz). Es wurde in Computern Sharp, NEC und anderen verwendet.

Intel 8086 und 8088

1978 veröffentlichte Intel den ersten 16-Bit-Mikroprozessor 8086, der seit mehr als zwei Jahren entwickelt wird. Der Prozessor wurde unter Verwendung einer 3-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und enthielt 29.000 Transistoren. Die Speicherkapazität erreichte 1 MB. Die Taktfrequenz betrug 4 MHz - 10 MHz, die Breite der Register und des Datenbusses betrug 16 Bit und die Breite des Adressbusses betrug 20 Bit. Intel 8086 unterschied sich in der Geschwindigkeit.

Der 8086-Prozessor hatte vierzehn 16-Bit-Register: 4 Allzweckregister (AX, BX, CX, DX), 2 Indexregister (SI, DI), 2 Indexregister (BP, SP), 4 Segmentregister (CS, SS, DS, ES), Programmzähler oder Befehlszeiger (IP) und Flagregister (FLAGS, enthält 9 Flags).

Um den 8086-Umsatz zu steigern, veröffentlichte Intel den 8088-Prozessor, der weitgehend seinem Vorgänger entsprach. Die Busbreite verringerte sich nur von 16 Bit auf 8 Bit. Diese Änderung ermöglichte es dem Prozessor, mit 8-Bit-Support-Chips zu arbeiten. Die Architektur hat sich ebenfalls leicht verändert. Der Intel 8088-Mikroprozessor verwendete eine 4-Byte-Prefetch-Warteschlange anstelle einer 6-Byte-Warteschlange.

Der Prozessor wurde im ersten Modell der IBM PC 5150-Reihe (1981) verwendet. Viele große Unternehmen wie AMD, Siemens, NEC und andere haben 8088 geklont.

Zilog Z8000

1979 brachte Zilog seinen 16-Bit-Mikroprozessor Z8000 auf den Markt. Es wurde unter Verwendung der 6-Mikron-3-Mikron-Prozesstechnologie mit 17.500 Transistoren hergestellt. Die Taktfrequenz lag bei der Hauptversion zwischen 4 MHz und 10 MHz und bei CMOS zwischen 4 MHz und 20 MHz. Die Speicherkapazität erreichte beim Z8001 8 MB und beim Z8002 64 KB. Die Breite des Datenbusses betrug 16 Bit und der Adressbus 23 Bit (in der Version Z8002 - 16 Bit).

Zunächst wurden zwei Prozessorversionen veröffentlicht: Z8001 und Z8002. Ihre Unterschiede bestanden nur darin, dass der erste mit der Adressierung von bis zu 8 MB Speicher und der zweite nur mit bis zu 64 KB arbeitete. Wenig später erschienen die Modelle Z8003 und Z8004, die mit virtuellem Speicher arbeiten konnten.

Die Z8000-Prozessoren wurden in Unix-Desktop-Computern verwendet, sodass Sie echte Mehrbenutzersysteme erstellen können.

Motorola 68000

Die Motorola 68000-Serie von CISC-Mikroprozessoren (68k) wurde 1979 eingeführt. Der Kristall hatte einen 32-Bit-Kern, funktionierte jedoch über 16-Bit-Datenbusse und einen 24-Bit-Adressbus. Seine Frequenz betrug 8 MHz - 20 MHz, und die Anzahl der Transistoren betrug 68.000 Stück. Die CPU wurde in einem DIP-Formfaktor mit 64 Pins hergestellt. Es gab aber auch Modelle mit LCC- und PGA-Anschlüssen.

Der Prozessor hat bei vielen Unternehmen an Beliebtheit gewonnen und wurde in verschiedenen PCs eingesetzt. Am bekanntesten sind natürlich Apple-Computer: Lisa und Macintosh.

Intel 80186

Der nächste Intel-Prozessor war 80186, der auf der 8086-Architektur basierte. Er wurde unter Verwendung einer 3-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und enthielt 134.000 Transistoren. Die Speicherkapazität betrug 1 MB, die Kapazität des Datenbusses betrug 16 Bit und der Adressbus betrug 20 Bit. Die Taktfrequenz erreichte 6 MHz - 25 MHz.

80186 wurden neue Befehle hinzugefügt:
- zwei direkte Speicherzugriffssteuerungen mit Interrupt-Schaltkreisen (DMA);
- Adressdecoder;
- dreikanaliger programmierbarer Zeitzähler;
- Synchronisationsgenerator;
- programmierbare Interrupt-Steuerung.

Die Prozessoren wurden in Computern nur wenig verwendet, nur in einigen PC-Modellen wie Compis (Schweden), RM Nimbus (Großbritannien), Unisys ICON (Kanada), HP 200lx (USA) und Tandy 2000 (USA).

Intel 80286

Das nächste Modell des Unternehmens wurde im Februar 1982 veröffentlicht. Es war ein 16-Bit-x86-kompatibler Mikroprozessor der zweiten Generation 80286. Der Real-Modus wurde unterstützt. Im geschützten Modus kann die Kapazität des Adressraums durch Ändern des Adressierungsspeichermechanismus bis zu 1 GB betragen.

Der Prozessor übertraf das Vorgängermodell in technischen Spezifikationen. Es wurde unter Verwendung einer 1,5-Mikron-Prozesstechnologie mit 134.000 Transistoren hergestellt. Der Arbeitsspeicher betrug 16 MB, und im geschützten Modus konnten bis zu 1 GB virtueller Speicher verwendet werden. Die Breite der Register und des Datenbusses betrug 16 Bit. Je nach Modell kann die Taktfrequenz 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz oder 12,5 MHz betragen (bei 12,5 MHz führte der Prozessor mindestens 2,66 Millionen Operationen pro Sekunde aus).

WDC W65C816S

1984 brachte das Western Design Center (WDC) den 16-Bit-Mikroprozessor W65C816S auf den Markt. Das Modell hatte eine 24-Bit-Speicheradressierung und unterstützte bis zu 16 MB Direktzugriffsspeicher sowie einen erweiterten Befehlssatz.

Der Prozessor wurde im Apple IIGS-Computer sowie in Acorn Communicator- und C-One-Systemen verwendet.

Intel i386

1985 wurde ein 32-Bit-Prozessor mit x86-Architektur des Intel 80386 (oder i386) der dritten Generation veröffentlicht. Der Prozessor behielt die Abwärtskompatibilität mit 8086 und 80286 bei. Er wurde unter Verwendung einer 1,5-Mikron-1,0-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt. Durch die Seitenkonvertierung konnte der Prozessor bis zu 4 GB physischen Speicher und bis zu 64 GB virtuellen Speicher adressieren. Die Taktfrequenz betrug 12 MHz - 40 MHz.

Der Intel i386-Prozessor wurde in verschiedenen Modifikationen vorgestellt, die sich in Leistung, Stromverbrauch, Anschlüssen, Gehäusen und anderen Eigenschaften unterscheiden. Modelle: 386DX (DX - Double-Word eXternal), 386SX, 386SL und 386EX (Modifikation des 386SX-Prozessors).

Der erste Computer, der den Prozessor verwendete, war Compaq Deskpro 386. Außerdem war das Modell der erste 32-Bit-Prozessor für IBM-PCs mit Desktop und Laptop.

Der i386 hatte einige Klone, die von AMD, Cyrix und IBM hergestellt wurden. AMDs Topmodell war Am386DX, das in seiner Leistung nicht minderwertig, billiger und mit einer Taktfrequenz von 40 MHz ausgestattet war. Klone von Cyrix 86SLC und 486DLC wurden auch von den Benutzern gut aufgenommen. Die bekanntesten Klone von IBM waren die Prozessoren 386SLC und 386DLC, die auf IBM PS / 2- und PS / ValuePoint-Desktop-Computern verwendet wurden.

Intel i486

Die nächsten 32-Bit-Prozessoren des Unternehmens, i486 (1989), waren aufgrund der Modernisierung produktiver. Die CPU enthielt fast 1,2 Millionen Transistoren (etwa die Hälfte war für den Cache-Speicher reserviert). Chips wurden unter Verwendung der 1-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt, später durch 0,8-Mikron- und 0,6-Mikron-Herstellungsverfahren. Die Speichermenge betrug 4 GB. Die Taktfrequenz betrug 25 MHz - 50 MHz.

Der Prozessor wurde ergänzt durch:
- Cache-Speicher (8 Kb);
- eine Computer-Pipeline, die die Verarbeitung von Computeranweisungen in eine Folge unabhängiger Stufen aufteilte und die Ergebnisse am Ende jeder einzelnen Phase speicherte. Der Förderer umfasste die Auswahl, Decodierung, Decodierung der Adressen der Operanden, die Ausführung des Befehls und die Aufzeichnung des Ergebnisses der Anweisung;
- eingebauter Coprozessor (Moduloperationen mit Gleitkomma), mit dessen Hilfe mathematische Operationen an reellen Zahlen durchgeführt werden können;
- Multiplikationsfaktor (Multiplikator).

Verschiedene Unternehmen haben auch Intel i486 sowie frühere Modelle kopiert. Die Klonproduktion wurde von AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments und anderen durchgeführt.

Motorola 68020, 68030, 68040

Von 1984 bis 1990 brachte Motorola seine 32-Bit-Prozessoren auf den Markt: 68020, 68030, 68040. Der Pioneer i386 (68020) wurde mit einer 2-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und umfasste insgesamt 190.000 Transistoren. Seine Taktfrequenz betrug 12 MHz - 33 MHz. 68020 war der erste Prozessor in der Motorola 68k-Reihe mit integriertem Cache-Speicher der ersten Ebene (256 Byte).

Der Prozessor wurde in Apple-Computern verwendet: Macintosh II und Macintosh LC.

68030 wurde 1987 zum Verkauf angeboten. Der Prozessor verfügte über einen dynamischen Datenbus, der im 8-Bit-, 16-Bit- und 32-Bit-Modus betrieben wurde. Weitere 256 Byte Cache in der ersten Ebene wurden angezeigt. Die Taktfrequenz lag im Bereich von 16 MHz bis 50 MHz.

Motorola 68030 wurde auch auf Apple Macintosh II- und Commodore Amiga-Computern sowie auf Next Cube-, Sun 3/80-, Atari TT- und Atari Falcon-Systemen verwendet.

1990 kam der 68040-Prozessor auf den Markt. Darin erschien ein integrierter Coprozessor. Der Anweisungscache und der Datencache wurden auf 4 KB erhöht. Das Prinzip des Prozessors basierte auf der Berechnung von Pipelines, die aus sechs Stufen bestanden. Die Taktfrequenz erreichte 40 MHz.

Der 68040-Prozessor wurde zum Rückgrat des Macintosh Quadra High-End-Systems. Macintosh Centris und Performa verwendeten auch die Prozessorfamilie 68040.

Dec vax

Zwischen den 80er und 90er Jahren veröffentlichte DEC eine Reihe von 32-Bit-Prozessoren, die auf seiner eigenen VAX-Architektur basieren (32-Bit-Computerarchitektur, die von Digital Equipment Corporation im Rahmen des Star-Projekts entwickelt wurde).

Der erste in der Serie war MicroVAX 78032. Er wurde unter Verwendung der 3-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und enthielt 125.000 Transistoren, die mit einer Frequenz von 5 MHz betrieben wurden.

1987 wurde der CVAX-Chipsatz eingeführt, dessen Taktfrequenz 11,11 MHz oder 12,5 MHz betrug. Der Prozessor wurde unter Verwendung der CMOS-Technologie der ersten Generation hergestellt, der gesamte Cache mit Anweisungen und Daten betrug 1 KB und 64 KB externer Cache wurden unterstützt.

NEC V60, V70, V80

Besondere Erwähnung verdient die Verarbeiter des japanischen Binnenmarktes.

Der erste 32-Bit-V60-Prozessor wurde 1986 von NEC veröffentlicht. Diese CPU wurde mit einer 1,5-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und umfasste insgesamt 375.000 Transistoren. Er verwendete sechsstufige Computer-Pipelines und verfügte über einen eingebauten Coprozessor und eine Speicherverwaltungseinheit. Die Taktfrequenz erreichte 16 MHz.

1987 kam der V70 heraus, der schließlich mit der 1,2-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt wurde. Die Taktfrequenz betrug 20 MHz. Bei dieser Geschwindigkeit erreichte die Chipleistung 6,6 Millionen Befehle pro Sekunde.

Und 1989 veröffentlichte das Unternehmen den V80-Prozessor. Dieses Modell hatte bereits einen Anweisungscache und einen Datencache (jeweils 1 KB). Ein Kristall wurde unter Verwendung der 0,8-Mikron-Prozesstechnologie hergestellt und enthielt 980.000 Transistoren. V80 arbeitete mit einer Frequenz von 25/33 MHz.

Die Geschichte der Entwicklung von Prozessoren: von den 70er bis zu den 90er Jahren