🚋 💂 🚼 L'histoire du développement des processeurs: des années 70 aux années 90 ☁️ 👅 ⏺️

Le processeur central est un circuit intégré complexe, qui est l'un des composants clés des éléments d'un PC moderne. Les premiers ordinateurs sont apparus vers les années 40 du siècle dernier, travaillant sur des relais électromécaniques et des tubes à vide. Ils ont assuré le fonctionnement des premiers ordinateurs. Dans les années 60, les premiers circuits intégrés sont apparus qui sont longtemps devenus partie intégrante de tout appareil informatique. Le début de l'ère des processeurs modernes peut être appelé en toute sécurité l'année 1971.

Intel 4004

Le premier microprocesseur monopuce est considéré comme un Intel 4004 4 bits, sorti le 15 novembre 1971. Intel commençait tout juste sa formation et ses créateurs, Robert Noyce, Gordon Moore et Andrew Grove, ont consacré beaucoup d'énergie au processus de développement. Grâce à la contribution du physicien italien Federico Fagina, les ingénieurs de la société ont réussi à placer les composants clés sur une puce et à créer un microprocesseur 4004.

Intel 4004 a été produit à l'aide d'une technologie de processus de 10 microns, comptait 2 250 transistors et fonctionnait à une fréquence de 108 kHz (effectué 92 600 opérations par seconde). La fréquence d'horloge était de 740 kHz. La capacité de la mémoire a atteint 4 Ko, la capacité du bus était de 4 bits. La zone cristalline était de 12 mm ² .

Intel 8008

Au début des années 70, la société a lancé le premier processeur central 8 bits Intel 8008. Il a été développé simultanément avec le 4004 sur commande de Computer Terminal Corporation (plus tard Datapoint). Mais la société a refusé le CPU (ainsi que la coopération avec Intel) car le processus de création du microcircuit a dépassé les délais fixés et ses caractéristiques n'ont pas répondu aux attentes.

Selon les caractéristiques techniques, le microprocesseur 8008 correspondait largement à la version précédente. Il a été produit en utilisant la même technologie de processus de 10 microns et contenait 3 500 transistors. La pile interne prend en charge 8 niveaux et la capacité de mémoire est de 16 Ko. La fréquence d'horloge était inférieure à celle de 4004, elle était de 500 kHz. En termes de vitesse, le processeur Intel 8 bits est à la traîne par rapport au processeur 4 bits. La largeur du bus était de 8 bits. Le processeur peut accéder à 8 ports d'entrée et 24 ports de sortie.

L'un des premiers systèmes informatiques à microprocesseur a été le projet Sac State 8008 (1972). C'était un micro-ordinateur à part entière avec un système d'exploitation de disque, un écran couleur, 8 Ko de RAM et un disque de 3 + 2 Mo, un clavier, un modem et une imprimante. Il était destiné au traitement et au stockage des dossiers médicaux.

Intel 8080

Au printemps 1974, Intel a sorti une version améliorée, le microprocesseur Intel 8080 8 bits. Il a été produit en utilisant la nouvelle technologie de processus de 6 microns utilisant la technologie NMOS, qui permet de placer 4758 transistors sur la puce. La fréquence d'horloge était de 2 MHz (avec un temps de 2,5 MHz, 3,1 MHz et 4 MHz), la capacité de mémoire était de 64 Ko. La largeur du bus de données était de 8 bits et le bus d'adresse de 16 bits. Le 8080 avait un système de commande très développé: 16 commandes de transfert de données, 31 commandes pour leur traitement, 28 commandes pour la transition (avec adressage direct), 5 commandes de contrôle.

En raison des performances élevées du processeur, ce fut un succès. Basé sur l'Intel 8080, MITS a publié le micro-ordinateur Altair-8800. Malgré ses modestes caractéristiques (256 octets de RAM, l'absence de moniteur et de clavier), il a gagné une popularité sans précédent et s'est vendu très rapidement.

Il y avait pas mal de clones Intel 8080 d'autres sociétés, telles que National Semiconductor, NEC, Siemens et AMD. Il y avait aussi un homologue soviétique de l'Institut de recherche scientifique de Kiev sur les microdispositifs - le microprocesseur KR580VM80A (1977).

Motorola 6800

En 1974, Motorola a sorti son processeur - 6800. Le cristal a été produit en utilisant une technologie de traitement de 6 microns, avec une fréquence d'horloge de 2 MHz et une mémoire de 64 Kb. La technologie N-MOS a été utilisée. Le processeur avait un bus d'adresse 16 bits et un système de commande de 78 opérations. Un registre d'index était présent.

Le Motorola 6800 était très populaire, il était utilisé dans de nombreux PC. Les microcontrôleurs Motorola 6801 et 6803 ont été créés sur la base de son architecture.

MOS Technology 6502

En 1975, MOS Technology a introduit le microprocesseur 8 bits 6502. En fait, ce processeur était une version mise à jour du 6501, qui a échoué en raison de la compatibilité des broches avec le Motorola 6800. Le processeur était inférieur aux concurrents 8080 et 6800 en termes de performances. Il avait un 16 bits bus d'adresse, 64 Ko de RAM. La fréquence d'horloge n'était que de 1 MHz. Le processeur avait une architecture CISC.

L'avantage de ce modèle était le prix - seulement 25 $ (beaucoup moins cher qu'Intel et Motorola). Cela a contribué à la croissance rapide des ventes de processeurs.

6502 a été utilisé dans des PC tels que Apple I, Apple II, Commodore PET, etc. En outre, les processeurs de cette série ont trouvé une application dans les jeux vidéo, à commencer par l'Atari 2600, en utilisant le modèle 6507 avec moins de broches et la capacité d'adresser seulement 8 Ko de mémoire.

MOS Technology a accordé des licences à Rockwell, aux sociétés Synertek pour la production de processeurs et l'utilisation de 6502. Il existait un analogue soviétique du 4K602BM1.

Zilog z80

Dans la seconde moitié des années 70, l'un des créateurs du microprocesseur, l'italien Federico Fagin, a quitté Intel. Avec l'ingénieur Ralph Wingermann et l'ingénieur japonais Masatoshi Shima, ils ont fondé la société Zilog. Et déjà au début de l'été 1976, le processeur Zilog Z80 est entré sur le marché, qui dans son architecture ressemblait au 8080 amélioré. Le microprocesseur avait un ensemble d'instructions étendu, de nouveaux registres, des modes d'interruption, deux blocs de registres séparés.

Le Z80 a été fabriqué en utilisant la technologie de processus de 3 microns utilisant la technologie CMOS et contenait 8500 transistors. La fréquence d'horloge variait de 2,5 MHz à 8 MHz pour la version principale et de 1 MHz à 20 MHz pour la version CMOS. La mémoire a atteint 64 Ko, avec un bus d'adresse 16 bits. La taille du cristal était de 4,6 mm x 4,9 mm, avec une surface de 22,54 mm ². En plus des avantages techniques, le Z80 était également moins cher que le processeur Intel.

Le CPU est disponible en différentes versions: Z80 (2,5 MHz), Z80A (4 MHz), Z80B (6 MHz) et Z80H (8 MHz). Il a été utilisé dans les ordinateurs Sharp, NEC et autres.

Intel 8086 et 8088

En 1978, Intel a lancé le premier microprocesseur 8086 16 bits, en développement depuis plus de deux ans. Le processeur a été fabriqué à l'aide d'une technologie de traitement de 3 microns et contenait 29 000 transistors. La capacité mémoire a atteint 1 Mo. La fréquence d'horloge était de 4 MHz à 10 MHz, la largeur des registres et du bus de données était de 16 bits et la largeur du bus d'adresse était de 20 bits. Intel 8086 différait en vitesse.

Le processeur 8086 avait quatorze registres 16 bits: 4 registres à usage général (AX, BX, CX, DX), 2 registres d'index (SI, DI), 2 index (BP, SP), 4 registres de segment (CS, SS, DS, ES), compteur de programme ou pointeur d'instruction (IP) et registre d'indicateurs (FLAGS, comprend 9 indicateurs).

Pour augmenter les ventes de 8086, Intel a publié le processeur 8088, qui correspondait largement à son prédécesseur. La largeur du bus n'a diminué que de 16 bits à 8 bits. Cette modification a permis au processeur de fonctionner avec des puces de support 8 bits. L'architecture a également légèrement changé. Le microprocesseur Intel 8088 utilise une file d'attente de prélecture de 4 octets plutôt que de 6 octets.

Le processeur a été utilisé dans le premier modèle de la gamme IBM PC 5150 (1981). De nombreuses grandes entreprises, comme AMD, Siemens, NEC et d'autres, ont cloné 8088.

Zilog Z8000

En 1979, Zilog a lancé son microprocesseur Z8000 16 bits. Il a été produit en utilisant la technologie de traitement 6 microns-3 microns avec 17 500 transistors.La fréquence d'horloge variait de 4 MHz à 10 MHz pour la version principale et de 4 MHz à 20 MHz pour CMOS. La capacité mémoire a atteint 8 Mo pour le Z8001 et 64 Ko pour le Z8002. La largeur du bus de données était de 16 bits et le bus d'adresse était de 23 bits (dans la version Z8002 - 16 bits).

Initialement, deux versions de processeur ont été publiées: Z8001 et Z8002. Leurs différences résidaient uniquement dans le fait que le premier fonctionnait avec un adressage jusqu'à 8 Mo de mémoire, et le second jusqu'à 64 Ko. Un peu plus tard, les modèles Z8003 et Z8004 sont apparus, capables de fonctionner avec la mémoire virtuelle.

Les processeurs Z8000 étaient utilisés dans les ordinateurs de bureau Unix, vous permettant de créer de vrais systèmes multi-utilisateurs.

Motorola 68000

La série de microprocesseurs CISC Motorola 68000 (68k) a été introduite en 1979. Le cristal avait un cœur 32 bits, mais il fonctionnait via des bus de données 16 bits et un bus d'adresse 24 bits. Sa fréquence était de 8 MHz - 20 MHz, et le nombre de transistors totalisait 68 000 pièces. Le CPU a été fabriqué dans un facteur de forme DIP avec 64 broches. Mais il y avait aussi des modèles avec des connecteurs LCC et PGA.

Le processeur a gagné en popularité parmi de nombreuses entreprises et a été utilisé dans divers PC. Mais bien sûr, les plus connus sont les ordinateurs Apple: Lisa et Macintosh.

Intel 80186

Le prochain processeur Intel était le 80186, qui était basé sur l'architecture 8086. Il a été produit en utilisant une technologie de processus de 3 microns et contenait 134 000 transistors. La capacité de la mémoire était de 1 Mo, la capacité du bus de données était de 16 bits et le bus d'adresse était de 20 bits. La fréquence d'horloge a atteint 6 MHz - 25 MHz.

De nouvelles commandes ont été ajoutées au 80186:
- deux contrôleurs d'accès direct à la mémoire avec circuits d'interruption (DMA);
- décodeurs d'adresses;
- compteur de minuterie programmable à trois canaux;
- générateur de synchronisation;
- contrôleur d'interruption programmable.

Les processeurs étaient peu utilisés dans les ordinateurs, uniquement dans certains modèles de PC, tels que Compis (Suède), RM Nimbus (Grande-Bretagne), Unisys ICON (Canada), HP 200lx (États-Unis) et Tandy 2000 (États-Unis).

Intel 80286

Le modèle suivant de la société est sorti en février 1982. Il s'agissait d'un microprocesseur 16 bits compatible x86 de la deuxième génération 80286. Le mode réel était pris en charge. En mode protégé, la capacité de l'espace d'adressage peut atteindre 1 Go en modifiant le mécanisme d'adressage de la mémoire.

Le processeur a dépassé le modèle précédent dans les spécifications techniques. Il a été produit en utilisant une technologie de processus de 1,5 micron avec 134 000 transistors. La RAM était de 16 Mo, et en mode protégé, il était possible d'utiliser jusqu'à 1 Go de mémoire virtuelle. La largeur des registres et du bus de données était de 16 bits. Selon le modèle, la fréquence d'horloge pourrait être de 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz ou 12,5 MHz (à 12,5 MHz, le processeur a effectué au moins 2,66 millions d'opérations par seconde).

WDC W65C816S

En 1984, le Western Design Center (WDC) a lancé le microprocesseur 16 bits W65C816S. Le modèle avait un adressage de mémoire de 24 bits et supportait jusqu'à 16 Mo de mémoire à accès aléatoire, ainsi qu'un ensemble étendu d'instructions.

Le processeur était utilisé dans l'ordinateur Apple IIGS, ainsi que dans les systèmes Acorn Communicator et C-One.

Intel i386

En 1985, un processeur 32 bits avec une architecture x86 de la troisième génération d'Intel 80386 (ou i386) est sorti. Le processeur a conservé la compatibilité descendante avec 8086 et 80286. Il a été produit en utilisant une technologie de traitement de 1,5 micron à 1,0 micron. Grâce à la conversion des pages, le processeur peut traiter jusqu'à 4 Go de mémoire physique et jusqu'à 64 Go de mémoire virtuelle. La fréquence d'horloge était de 12 MHz - 40 MHz.

Le processeur Intel i386 a été présenté dans diverses modifications, différant entre elles par les performances, la consommation d'énergie, les connecteurs, les boîtiers et d'autres caractéristiques. Modèles: 386DX (DX - eXternal double mot), 386SX, 386SL et 386EX (modification du processeur 386SX).

Le premier ordinateur à utiliser le processeur a été Compaq Deskpro 386. En outre, le modèle était le premier processeur 32 bits pour PC de bureau et portables IBM.

L'i386 avait plusieurs clones fabriqués par AMD, Cyrix et IBM. Le modèle haut de gamme d'AMD était Am386DX, qui n'était pas moins performant, moins cher et avait une fréquence d'horloge de 40 MHz. Les clones de Cyrix 86SLC et 486DLC ont également été bien accueillis par les utilisateurs. Les clones les plus célèbres d'IBM étaient les processeurs 386SLC et 386DLC, qui étaient utilisés sur les ordinateurs de bureau IBM PS / 2 et PS / ValuePoint.

Intel i486

Les prochains processeurs 32 bits de l'entreprise, i486 (1989), ont été plus productifs grâce à la modernisation. Le CPU contenait près de 1,2 million de transistors (environ la moitié était réservée à la mémoire cache). Les puces ont été produites en utilisant la technologie de traitement de 1 micron, plus tard par des processus de fabrication de 0,8 micron et 0,6 micron. La quantité de mémoire était de 4 Go. La fréquence d'horloge était de 25 MHz - 50 MHz.

Le processeur a été complété par:
- une mémoire cache (8 Ko);
- un pipeline informatique, qui était engagé à diviser le traitement des instructions informatiques en une séquence d'étapes indépendantes avec sauvegarde des résultats à la fin de chacune d'elles. Le convoyeur comprenait la sélection, le décodage, le décodage des adresses des opérandes, l'exécution de la commande et l'enregistrement du résultat de l'exécution de l'instruction;
- coprocesseur intégré (opérations de module à virgule flottante) qui permet d'effectuer des opérations mathématiques sur des nombres réels;
- facteur de multiplication (multiplicateur).

Différentes sociétés ont également copié Intel i486, ainsi que les modèles précédents. La production de clones a été réalisée par AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments et autres.

Motorola 68020, 68030, 68040

De 1984 à 1990, Motorola a lancé sa gamme de processeurs 32 bits: 68020, 68030, 68040. Le Pioneer i386 (68020) a été produit en utilisant une technologie de processus de 2 microns et totalisait 190 000 transistors. Sa fréquence d'horloge était de 12 MHz - 33 MHz. Le 68020 est devenu le premier processeur de la gamme Motorola 68k avec une mémoire cache de premier niveau intégrée (256 octets).

Le processeur était utilisé dans les ordinateurs Apple: Macintosh II et Macintosh LC.

Le 68030 est apparu en vente en 1987. Le processeur avait un bus de données dynamique, qui fonctionnait en modes 8 bits, 16 bits et 32 bits. 256 octets de cache supplémentaires dans le premier niveau sont apparus. La fréquence d'horloge allait de 16 MHz à 50 MHz.

Le Motorola 68030 a également été utilisé sur les ordinateurs Apple Macintosh II et Commodore Amiga, sur les systèmes Next Cube, Sun 3/80, Atari TT et Atari Falcon.

En 1990, le processeur 68040 est entré sur le marché et un coprocesseur intégré y est apparu. Le cache d'instructions et le cache de données sont passés à 4 Ko. Le principe du processeur était basé sur les pipelines de calcul, qui se composaient de six étapes. La fréquence d'horloge a atteint 40 MHz.

Le processeur 68040 est devenu l'épine dorsale du système Macintosh Quadra High-End. Macintosh Centris et Performa ont également utilisé la famille de processeurs 68040.

Dec vax

Entre les années 80 et 90, DEC a publié toute une série de processeurs 32 bits basés sur sa propre architecture VAX (l'architecture informatique 32 bits a été développée par Digital Equipment Corporation dans le cadre du projet Star).

Le premier de la série était MicroVAX 78032. Il a été fabriqué en utilisant la technologie de processus de 3 microns et contenant 125 000 transistors, fonctionnant à une fréquence de 5 MHz.

En 1987, le chipset CVAX a été introduit, dont la fréquence d'horloge était de 11,11 MHz ou 12,5 MHz. Le processeur a été produit à l'aide de la technologie CMOS de première génération, le cache total des instructions et des données était de 1 Ko et 64 Ko de cache externe étaient pris en charge.

NEC V60, V70, V80

Une mention spéciale mérite les transformateurs du marché intérieur du Japon.

Le premier processeur V60 32 bits a été lancé par NEC en 1986. Ce CPU a été fabriqué en utilisant une technologie de processus de 1,5 micron et totalisait 375 000 transistors. Il utilisait des pipelines de calcul en six étapes et disposait également d'un coprocesseur intégré et d'une unité de gestion de la mémoire. La fréquence d'horloge a atteint 16 MHz.

En 1987, le V70 est sorti, qui a finalement commencé à être produit en utilisant la technologie de traitement de 1,2 micron. La fréquence d'horloge était de 20 MHz. À cette vitesse, les performances de la puce ont atteint 6,6 millions d'instructions par seconde.

Et en 1989, la société a sorti le processeur V80. Ce modèle avait déjà un cache d'instructions et un cache de données (1 Ko chacun). Un cristal a été produit à l'aide de la technologie de traitement de 0,8 micron et contenait 980 000 transistors. Le V80 fonctionnait à une fréquence de 25/33 MHz.

L'histoire du développement des processeurs: des années 70 aux années 90