👩🏻‍🌾 🤧 👨‍🚒 La historia del desarrollo de procesadores: de los años 70 a los 90 🌘 ✂️ ✉️

El procesador central es un circuito integrado complejo, que es uno de los componentes clave de los elementos de una PC moderna. Las primeras computadoras aparecieron alrededor de los años 40 del siglo pasado, trabajando en relés electromecánicos y tubos de vacío. Proporcionaron el funcionamiento de las primeras computadoras. En los años 60, aparecieron los primeros circuitos integrados que durante mucho tiempo se convirtieron en una parte integral de cualquier dispositivo informático. El comienzo de la era de las CPU modernas se puede llamar con seguridad el año 1971.

Intel 4004

El primer microprocesador de un solo chip se considera un Intel 4004 de 4 bits, lanzado el 15 de noviembre de 1971. Intel recién comenzaba su formación y sus creadores, Robert Noyce, Gordon Moore y Andrew Grove, gastaron mucha energía en el proceso de desarrollo. Gracias a la contribución del físico italiano Federico Fagina, los ingenieros de la compañía lograron colocar los componentes clave en un solo chip y crear un microprocesador 4004.

Intel 4004 fue producido usando una tecnología de proceso de 10 micras, tenía 2250 transistores y trabajó a una frecuencia de 108 kHz (realizó 92,600 operaciones por segundo). La frecuencia del reloj fue de 740 kHz. La capacidad de memoria alcanzó 4 Kb, la capacidad del bus fue de 4 bits. El área del cristal era de 12 mm ² .

Intel 8008

A principios de los años 70, la compañía lanzó el primer procesador central de 8 bits Intel 8008. Fue desarrollado simultáneamente con 4004 por encargo de Computer Terminal Corporation (más tarde Datapoint). Pero la compañía rechazó la CPU (así como la cooperación con Intel) debido al hecho de que el proceso de creación del microcircuito fue más allá de los plazos establecidos, y sus características no cumplieron con las expectativas.

Según las características técnicas, el microprocesador 8008 correspondía en gran medida a la versión anterior. Fue producido utilizando la misma tecnología de proceso de 10 micras y contenía 3.500 transistores. La pila interna admitía 8 niveles y la capacidad de memoria era de 16 Kb. La frecuencia del reloj era inferior a la de 4004, era de 500 kHz. En términos de velocidad, el procesador Intel de 8 bits se quedó atrás del procesador de 4 bits. El ancho del bus era de 8 bits. El procesador podría acceder a 8 puertos de entrada y 24 puertos de salida.

Uno de los primeros sistemas informáticos basados en microprocesador fue el proyecto Sac State 8008 (1972). Era un microordenador completo con un sistema operativo de disco, una pantalla a color, 8 KB de RAM y un disco de 3 + 2 MB, teclado, módem e impresora. Estaba destinado al procesamiento y almacenamiento de registros médicos.

Intel 8080

En la primavera de 1974, Intel lanzó una versión mejorada, el microprocesador Intel 8080 de 8 bits. Fue producido usando la nueva tecnología de proceso de 6 micrones con tecnología NMOS, que permite colocar 4758 transistores en el chip. La frecuencia de reloj era de 2 MHz (con un tiempo de 2.5 MHz, 3.1 MHz y 4 MHz), la capacidad de memoria era de 64 Kb. El ancho del bus de datos era de 8 bits y el bus de direcciones era de 16 bits. El 8080 tenía un sistema de comando altamente desarrollado: 16 comandos de transferencia de datos, 31 comandos para su procesamiento, 28 comandos para la transición (con direccionamiento directo), 5 comandos de control.

Debido al alto rendimiento del procesador, fue un éxito. Basado en Intel 8080, MITS ha lanzado el microordenador Altair-8800. A pesar de las características modestas (256 bytes de RAM, la falta de un monitor y un teclado), ganó una popularidad sin precedentes y se agotó rápidamente.

Hubo bastantes clones Intel 8080 de otras compañías, como National Semiconductor, NEC, Siemens y AMD. También había una contraparte soviética del Instituto de Microdispositivos de Investigación Científica de Kiev: el microprocesador KR580VM80A (1977).

Motorola 6800

En 1974, Motorola lanzó su procesador - 6800. El cristal se produjo utilizando una tecnología de proceso de 6 micras, con una frecuencia de reloj de 2 MHz y una memoria de 64 Kb. Se utilizó la tecnología N-MOS. El procesador tenía un bus de direcciones de 16 bits y un sistema de comando de 78 operaciones. Un registro índice estaba presente.

Motorola 6800 era muy popular, se usaba en muchas PC. Los microcontroladores Motorola 6801 y 6803 se crearon sobre la base de su arquitectura.

MOS Technology 6502

En 1975, MOS Technology introdujo el microprocesador 6502 de 8 bits. De hecho, este procesador era una versión actualizada de 6501, que falló debido a la compatibilidad del pin con el Motorola 6800. La CPU era inferior a los competidores 8080 y 6800 en términos de rendimiento. bus de direcciones, 64 Kb de RAM. La frecuencia del reloj era de solo 1 MHz. El procesador tenía una arquitectura CISC.

La ventaja de este modelo era el precio: solo $ 25 (muchas veces más barato que Intel y Motorola). Esto ha contribuido al rápido crecimiento en las ventas de procesadores.

6502 se usó en PC como Apple I, Apple II, Commodore PET, etc. Los procesadores de esta serie también encontraron aplicación en videojuegos, comenzando con el Atari 2600, utilizando el modelo 6507 con menos pines y la capacidad de abordar solo 8 KB de memoria.

MOS Technology otorgó licencias de Rockwell, compañías Synertek para la producción de procesadores y el uso de 6502. Había un análogo soviético de 4K602BM1.

Zilog z80

En la segunda mitad de los años 70, uno de los creadores del microprocesador, el italiano Federico Fagin, dejó Intel. Junto con el ingeniero Ralph Wingermann y el ingeniero japonés Masatoshi Shima, fundaron la compañía Zilog. Y ya a principios del verano de 1976, el procesador Zilog Z80 ingresó al mercado, que en su arquitectura se parecía al 8080 mejorado. El microprocesador tenía un conjunto ampliado de instrucciones, nuevos registros, modos de interrupción, dos bloques de registro separados.

El Z80 se fabricó utilizando la tecnología de proceso de 3 micras con tecnología CMOS y contenía 8500 transistores. La frecuencia de reloj varió de 2.5 MHz a 8 MHz para la versión principal y de 1 MHz a 20 MHz para la versión CMOS. La memoria alcanzó los 64 KB, con un bus de direcciones de 16 bits. El tamaño del cristal era de 4,6 mm x 4,9 mm, con un área de 22,54 mm ². Además de las ventajas técnicas, el Z80 también era más barato que el procesador Intel.

La CPU vino en diferentes versiones: Z80 (2.5 MHz), Z80A (4 MHz), Z80B (6 MHz) y Z80H (8 MHz). Fue utilizado en computadoras Sharp, NEC y otros.

Intel 8086 y 8088

En 1978, Intel lanzó el primer microprocesador 8086 de 16 bits, que ha estado en desarrollo durante más de dos años. El procesador se fabricó utilizando una tecnología de proceso de 3 micras y contenía 29,000 transistores. La capacidad de memoria alcanzó 1 MB. La frecuencia del reloj era de 4 MHz - 10 MHz, el ancho de los registros y el bus de datos era de 16 bits, y el ancho del bus de direcciones era de 20 bits. Intel 8086 difiere en velocidad.

El procesador 8086 tenía catorce registros de 16 bits: 4 de uso general (AX, BX, CX, DX), 2 registros de índice (SI, DI), 2 índices (BP, SP), registros de 4 segmentos (CS, SS, DS, ES), contador de programa o puntero de instrucción (IP) y registro de banderas (FLAGS, incluye 9 banderas).

Para aumentar las ventas de 8086, Intel lanzó el procesador 8088, que coincidía en gran medida con su predecesor. El ancho del bus solo disminuyó de 16 bits a 8 bits. Este cambio permitió al procesador trabajar con chips de soporte de 8 bits. La arquitectura también ha cambiado ligeramente. El microprocesador Intel 8088 usó una cola de captación previa de 4 bytes en lugar de 6 bytes.

El procesador se utilizó en el primer modelo de la línea IBM PC 5150 (1981). Muchas grandes empresas, como AMD, Siemens, NEC y otras, clonaron 8088.

Zilog Z8000

En 1979, Zilog lanzó su microprocesador Z8000 de 16 bits. Fue producido utilizando la tecnología de proceso de 6 micrones-3 micrones con 17,500 transistores. La frecuencia de reloj varió de 4 MHz a 10 MHz para la versión principal y de 4 MHz a 20 MHz para CMOS. La capacidad de memoria alcanzó 8 MB para el Z8001 y 64 KB para el Z8002. El ancho del bus de datos fue de 16 bits, y el bus de direcciones fue de 23 bits (en la versión Z8002 - 16 bits).

Inicialmente, se lanzaron dos versiones de procesador: Z8001 y Z8002. Sus diferencias consistieron solo en el hecho de que el primero trabajó con el direccionamiento de hasta 8 MB de memoria, y el segundo solo con hasta 64 KB. Un poco más tarde, aparecieron los modelos Z8003 y Z8004, que podían funcionar con memoria virtual.

Los procesadores Z8000 se utilizaron en las computadoras de escritorio Unix, lo que le permite crear sistemas multiusuario reales.

Motorola 68000

La serie Motorola 68000 de microprocesadores CISC (68k) se introdujo en 1979. El cristal tenía un núcleo de 32 bits, pero funcionaba a través de buses de datos de 16 bits y un bus de direcciones de 24 bits. Su frecuencia era de 8 MHz - 20 MHz, y el número de transistores totalizaba 68,000 piezas. La CPU se fabricó en un factor de forma DIP con 64 pines. Pero también había modelos con conectores LCC y PGA.

El procesador ha ganado popularidad entre muchas compañías y se ha utilizado en varias PC. Pero, por supuesto, las más famosas son las computadoras Apple: Lisa y Macintosh.

Intel 80186

El siguiente procesador Intel fue 80186, que se basó en la arquitectura 8086. Fue producido usando una tecnología de proceso de 3 micras y contenía 134,000 transistores. La capacidad de memoria era de 1 MB, la capacidad del bus de datos era de 16 bits y el bus de direcciones era de 20 bits. La frecuencia de reloj alcanzó 6 MHz - 25 MHz.

Se agregaron nuevos comandos al 80186:
- dos controladores de acceso a memoria directa con circuitos de interrupción (DMA);
- decodificadores de direcciones;
- contador de temporizador programable de tres canales;
- generador de sincronización;
- controlador de interrupción programable.

Los procesadores se usaron poco en las computadoras, solo en algunos modelos de PC, como Compis (Suecia), RM Nimbus (Gran Bretaña), Unisys ICON (Canadá), HP 200lx (EE. UU.) Y Tandy 2000 (EE. UU.).

Intel 80286

El próximo modelo de la compañía fue lanzado en febrero de 1982. Era un microprocesador compatible con x86 de 16 bits de la segunda generación 80286. Había soporte para el modo real. En modo protegido, la capacidad del espacio de direcciones podría ser de hasta 1 GB cambiando el mecanismo de memoria de direccionamiento.

El procesador superó al modelo anterior en especificaciones técnicas. Fue producido utilizando una tecnología de proceso de 1.5 micras con 134,000 transistores. La memoria RAM era de 16 MB, y en modo protegido era posible usar hasta 1 GB de memoria virtual. El ancho de los registros y el bus de datos era de 16 bits. Dependiendo del modelo, la frecuencia del reloj podría ser de 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz o 12.5 MHz (a 12.5 MHz, el procesador realizó al menos 2.66 millones de operaciones por segundo).

WDC W65C816S

En 1984, el Western Design Center (WDC) lanzó el microprocesador W65C816S de 16 bits. El modelo tenía un direccionamiento de memoria de 24 bits y soportaba hasta 16 MB de memoria de acceso aleatorio, así como un conjunto extendido de instrucciones.

El procesador se utilizó en la computadora Apple IIGS, así como en los sistemas Acorn Communicator y C-One.

Intel i386

En 1985, se lanzó un procesador de 32 bits con arquitectura x86 de la tercera generación Intel 80386 (o i386). El procesador retuvo la compatibilidad con versiones anteriores con 8086 y 80286. Fue producido usando una tecnología de proceso de 1.5 micras-1.0 micras. A través de la conversión de página, el procesador podría abordar hasta 4 GB de memoria física y hasta 64 GB de memoria virtual. La frecuencia de reloj era de 12 MHz - 40 MHz.

El procesador Intel i386 se presentó en varias modificaciones, que difieren entre sí en rendimiento, consumo de energía, conectores, estuches y otras características. Modelos: 386DX (DX - Doble palabra eXternal), 386SX, 386SL y 386EX (modificación del procesador 386SX).

La primera computadora en usar el procesador fue Compaq Deskpro 386. Además, el modelo fue el primer procesador de 32 bits para PC IBM de escritorio y portátiles.

El i386 tenía bastantes clones fabricados por AMD, Cyrix e IBM. El modelo principal de AMD era Am386DX, que no era inferior en rendimiento, más barato y tenía una frecuencia de reloj de 40 MHz. Los clones de Cyrix 86SLC y 486DLC también fueron bien recibidos por los usuarios. Los clones más famosos de IBM fueron los procesadores 386SLC y 386DLC, que se utilizaron en las computadoras de escritorio IBM PS / 2 y PS / ValuePoint.

Intel i486

Los siguientes procesadores de 32 bits de la compañía, i486 (1989), fueron más productivos debido a la modernización. La CPU contenía casi 1.2 millones de transistores (aproximadamente la mitad estaba reservada para la memoria caché). Los chips se produjeron utilizando tecnología de proceso de 1 micra, más tarde mediante procesos de fabricación de 0,8 micras y 0,6 micras. La cantidad de memoria fue de 4 GB. La frecuencia del reloj era de 25 MHz - 50 MHz.

El procesador se complementó con:
- memoria caché (8 Kb);
- una tubería informática, que se dedicaba a dividir el procesamiento de las instrucciones de la computadora en una secuencia de etapas independientes con el almacenamiento de los resultados al final de cada una de ellas. El transportador incluía la selección, decodificación, decodificación de las direcciones de los operandos, la ejecución del comando y el registro del resultado de la instrucción;
- coprocesador incorporado (operaciones de módulo con punto flotante) que ayuda a realizar operaciones matemáticas en números reales;
- factor de multiplicación (multiplicador).

Diferentes compañías también copiaron Intel i486, así como modelos anteriores. La producción de clones fue realizada por AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments y otros.

Motorola 68020, 68030, 68040

De 1984 a 1990, Motorola lanzó su línea de procesadores de 32 bits: 68020, 68030, 68040. El Pioneer i386 (68020) fue producido utilizando una tecnología de proceso de 2 micras y totalizó 190,000 transistores. Su frecuencia de reloj era de 12 MHz - 33 MHz. 68020 se convirtió en el primer procesador de la línea Motorola 68k con memoria caché de primer nivel incorporada (256 bytes).

El procesador se utilizó en computadoras Apple: Macintosh II y Macintosh LC.

68030 apareció a la venta en 1987. El procesador tenía un bus de datos dinámico, que funcionaba en modos de 8 bits, 16 bits y 32 bits. Aparecieron 256 bytes adicionales de caché en el primer nivel. La frecuencia del reloj varió de 16 MHz a 50 MHz.

Motorola 68030 también se ha utilizado en las computadoras Apple Macintosh II y Commodore Amiga, en los sistemas Next Cube, Sun 3/80, Atari TT y Atari Falcon.

En 1990, el procesador 68040 ingresó al mercado y apareció un coprocesador integrado. El caché de instrucciones y el caché de datos han aumentado a 4 KB. El principio del procesador se basaba en las tuberías informáticas, que constaban de seis etapas. La frecuencia del reloj alcanzó los 40 MHz.

El procesador 68040 se convirtió en la columna vertebral del sistema de gama alta Macintosh Quadra. Macintosh Centris y Performa también utilizaron la familia de procesadores 68040.

Dec vax

Entre los años 80 y 90, DEC lanzó una serie completa de procesadores de 32 bits basados en su propia arquitectura VAX (Digital Equipment Corporation desarrolló la arquitectura de computadora de 32 bits como parte del proyecto Star).

El primero de la serie fue MicroVAX 78032. Fue fabricado usando la tecnología de proceso de 3 micras y conteniendo 125,000 transistores, operando a una frecuencia de 5 MHz.

En 1987, se introdujo el chipset CVAX, cuya frecuencia de reloj era de 11.11 MHz o 12.5 MHz. El procesador se produjo utilizando la tecnología CMOS de primera generación, el caché total de instrucciones y datos fue de 1 KB y se admitieron 64 KB de caché externo.

NEC V60, V70, V80

Mención especial merece los procesadores del mercado interno de Japón.

El primer procesador V60 de 32 bits fue lanzado por NEC en 1986. Esta CPU se fabricó utilizando una tecnología de proceso de 1.5 micras y totalizó 375,000 transistores. Utilizó tuberías informáticas de seis etapas y también tenía un coprocesador incorporado y una unidad de administración de memoria. La frecuencia de reloj alcanzó 16 MHz.

En 1987, salió el V70, que finalmente comenzó a producirse utilizando la tecnología de proceso de 1.2 micras. La frecuencia de reloj fue de 20 MHz. A esta velocidad, el rendimiento del chip alcanzó 6.6 millones de instrucciones por segundo.

Y en 1989, la compañía lanzó el procesador V80. Este modelo ya tenía caché de instrucciones y caché de datos (1 KB cada uno). Se produjo un cristal utilizando la tecnología de proceso de 0.8 micras y contenía 980,000 transistores. V80 funcionó a una frecuencia de 25/33 MHz.

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