Sejarah mikropemproses
| Rencana ini sedang diusahakan. |
|
Jenis-jenis awal
Tiga buah projek bolehlah dikatakan menghasilkan mikropemproses yang lengkap pada waktu yang lebih kurang sama. Projek-projek itu ialah:
- Komputer Central Air Data (CADC) oleh Garrett AiResearch;
- Cip TMS 1000 oleh Texas Instruments; dan
- Cip 4004 oleh Intel.
Garret AiResearch: Pada tahun 1968, Garrett AiResearch dijemput untuk menghasilkan sebuah komputer digital untuk bersaing dengan sistem-sistem elektromekanik yang ketika itu dikembangkan untuk F-14 Tomcat, pesawat pejuang Tentera Laut Amerika Syarikat yang baru. Pereka-pereka Ray Holt dan Andre Gata menggunakan cipset berasaskan MOS sebagai unit pemproses pusat teras dan menyiapkan reka bentuknya pada tahun 1970. Reka bentuknya jauh lebih kecil (kira-kira 20 kali) dan jauh lebih boleh dipercayai berbanding dengan sistem-sistem mekanik yang disainginya. Sistem itu mengandungi sebuah "mikropemproses berbilang selari 20-bit yang bertalian paip". Bagaimanapun, reka bentuk itu dianggap terlalu maju dan Tentera Laut Amerika Syarikat enggan membenarkan penerbitan reka bentuknya sehingga tahun 1997. Atas sebab ini, Komputer Central Air Data (CADC) dan cipset MP944 yang digunakannya agak tidak dikenali sehingga hari ini.[1]
Texas Instruments: TI membangun TMS 1000 4-bit yang menekankan atur-atur cara penggunaan terbenam dan memperkenalkan TMS1802NC pada 17 September 1971. Versi ini merangkumi penghitung dalam cip.
Intel: Cip 4004, cip Intel yang dibangun oleh Federico Faggin dan Marcian Hoff, dikeluarkan pada 15 November 1971.
TI memfailkan paten untuk mikropemprosesnya. Gary Boone menerima U.S. Patent 3,757,306 untuk seni bina mikropemproses cip tunggal pada 4 September 1973. Tidaklah diketahui syarikat yang manakah yang sebenarnya mempunyai mikropemproses pertama yang boleh bekerja di dalam makmal. Pada kedua-dua tahun 1971 dan 1976, Intel dan TI menandatangani perlesenan-silang paten yang luas, dengan Intel membayar royalti kepada TI untuk paten mikropemprosesnya. Sejarah tentang peristiwa-peristiwa itu terkandung dalam dokumentasi mahkamah tentang tuntutan mahkamah antara Cyrix dengan Intel, dengan TI merupakan pengantara dan pemilik bagi paten mikropemproses tersebut.
Secara menarik, Gilbert Hyatt, pihak ketiga, diberikan paten yang boleh merangkumi "mikropemproses". Sila lihat laman web yang menuntut rekaan yang mendahului kedua-dua TI dan Intel yang memerihalkan "mikropengawal". Menurut pematahan dan ulasan, paten itu kemudian ditarik balik tetapi tidak sebelum banyak royalti dibayar.
Cip komputer ialah kelainan mikropemproses yang menggabungkan teras mikropemproses (CPU), ingatan, dan talian-talian I/O (input/output) lines ke dalam satu cip yang tunggal. Paten cip komputer, dikenali sebagai "paten mikrokomputer ketika itu, U.S. Patent 4,074,351, diberikan kepada Gary Boone dan Michael J. Cochran dari TI. Selain daripada paten ini, takrif mikrokomputer yang piawai ialah komputer yang menggunakan satu atau lebih mikropemproses sebagai unit pemprosesan pusat (CU), dengan konsep yang ditakrifkan dalam patent mungkin lebih merupakan sebuah mikropengawal.
Menurut "Sejarah Pengkomputeran Moden" (Percetakan MIT), m.s. 220–21, Intel mengikat kontrak dengan Perbadanan Computer Terminals (kemudian dikenali sebagai Datapoint) dari San Antonio TX, bagi sebuah cip terminal yang sedang direka bentuk oleh mereka. Datapoint kemudian memutuskan tidak akan menggunakan cip itu, dan Intel memasarkannya sebagai cip 8008 pada April 1972. Cip itu kini dikenali sebagai mikropemproses 8-bit yang pertama di dunia dan merupakan asas bagi kit komputer "Mark-8" yang termasyhur yang diiklankan dalam majalah Radio-Electronics pada tahun 1974. Cip 8008 dan pengantinya, cip 8080 yang termasyhur di dunia, membuka pasaran komponen mikropemproses.
Reka-reka bentuk 8-bit yang utama
Cip 4004 diikuti pada tahun 1972 oleh Intel 8008, mikropemproses 8-bit yang pertama di dunia. Pemproses-pemproses ini merupakan pendahulu kepada Intel 8080 (1974) yang amat berjaya, serta Zilog Z80 (1976), dan terbitan-terbitan pemproses Intel 8-bit. Cip Motorola 6800, produk bersaing, dikeluarkan pada bulan Ogos 1974. Seni binanya diklon dan diperbaik dalam reka bentuk MOS Technology 6502 pada tahun 1975, dan bersaing dengan Z80 dari segi kepopularan semasa dekad 1980-an.
Kedua-dua cip Z80 dan 6502 menumpukan kos keseluruhan yang rendah melalui penggabungan pempakejan yang kecil, keperluan bas komputer yang mudah, dan pemasukan pelitaran yang biasanya dibekalkan dalam sebuah cip yang berasingan (misalnya, Z80 merangkumi sebuah pengawal ingatan). Adalah ciri-ciri ini yang menyebabkan permulaan "revolusi" komputer rumah" pada awal dekad 1980-an yang akhirnya membenarkan mesin-mesin komputer dijual pada harga AS$99.
Western Design Center, Inc. (WDC) memperkenalkan CMOS 65C02 pada tahun 1982 dan melesenkan reka bentuknya kepada sebilangan syarikat yang menjadikannya sebagai teras bagi komputer-komputer peribadi Apple IIc dan IIe, perentak dan defibrilator gred boleh implan, kereta, peranti-peranti perindustrian dan pengguna. WDC mempelopori pelesenan teknologi mikropemproses yang kemudian diikuti oleh ARM dan pembekal-pembekal harta intelektual (IP) mikropemproses pada dekad 1990-an.
Motorola trumped the entire 8-bit world by introducing the MC6809 in 1978, arguably one of the most powerful, orthogonal, and clean 8-bit microprocessor designs ever fielded – and also one of the most complex hardwired logic designs that ever made it into production for any microprocessor. Microcoding replaced hardwired logic at about this point in time for all designs more powerful than the MC6809 – specifically because the design requirements were getting too complex for hardwired logic.
Another early 8-bit microprocessor was the Signetics 2650, which enjoyed a brief flurry of interest due to its innovative and powerful instruction set architecture.
A seminal microprocessor in the world of spaceflight was RCA's RCA 1802 (aka CDP1802, RCA COSMAC) (introduced in 1976) which was used in NASA's Voyager and Viking spaceprobes of the 1970s, and onboard the Galileo probe to Jupiter (launched 1989, arrived 1995). RCA COSMAC was the first to implement C-MOS technology. The CDP1802 was used because it could be run at very low power,* and because its production process (Silicon on Sapphire) ensured much better protection against cosmic radiation and electrostatic discharges than that of any other processor of the era. Thus, the 1802 is said to be the first radiation-hardened microprocessor.
Reka-reka bentuk 16-bit
The first multi-chip 16-bit microprocessor was the National Semiconductor IMP-16, introduced in early 1973. An 8-bit version of the chipset was introduced in 1974 as the IMP-8. During the same year, National introduced the first 16-bit single-chip microprocessor, the National Semiconductor PACE, which was later followed by an NMOS version, the INS8900.
Other early multi-chip 16-bit microprocessors include one used by Digital Equipment Corporation (DEC) in the LSI-11 OEM board set and the packaged PDP 11/03 minicomputer, and the Fairchild Semiconductor MicroFlame 9440, both of which were introduced in the 1975 to 1976 timeframe.
The first single-chip 16-bit microprocessor was TI's TMS 9900, which was also compatible with their TI-990 line of minicomputers. The 9900 was used in the TI 990/4 minicomputer, the TI-99/4A home computer, and the TM990 line of OEM microcomputer boards. The chip was packaged in a large ceramic 64-pin DIP package package, while most 8-bit microprocessors such as the Intel 8080 used the more common, smaller, and less expensive plastic 40-pin DIP. A follow-on chip, the TMS 9980, was designed to compete with the Intel 8080, had the full TI 990 16-bit instruction set, used a plastic 40-pin package, moved data 8 bits at a time, but could only address 16 KiB. A third chip, the TMS 9995, was a new design. The family later expanded to include the 99105 and 99110.
The Western Design Center, Inc. (WDC) introduced the CMOS 65816 16-bit upgrade of the WDC CMOS 65C02 in 1984. The 65816 16-bit microprocessor was the core of the Apple IIgs and later the Super Nintendo Entertainment System, making it one of the most popular 16-bit designs of all time.
Intel followed a different path, having no minicomputers to emulate, and instead "upsized" their 8080 design into the 16-bit Intel 8086, the first member of the x86 family which powers most modern PC type computers. Intel introduced the 8086 as a cost effective way of porting software from the 8080 lines, and succeeded in winning much business on that premise. The 8088, a version of the 8086 that used an external 8-bit data bus, was the microprocessor in the first IBM PC, the model 5150. Following up their 8086 and 8088, Intel released the 80186, 80286 and, in 1985, the 32-bit 80386, cementing their PC market dominance with the processor family's backwards compatibility.
The integrated microprocessor memory management unit (MMU) was developed by Childs et al. of Intel, and awarded US patent number 4,442,484.
Reka-reka bentuk 32-bit
16-bit designs were in the market only briefly when full 32-bit implementations started to appear.
The most famous of the 32-bit designs is the MC68000, introduced in 1979. The 68K, as it was widely known, had 32-bit registers but used 16-bit internal data paths, and a 16-bit external data bus to reduce pin count, and supported only 24-bit addresses. Motorola generally described it as a 16-bit processor, though it clearly has 32-bit architecture. The combination of high speed, large (16 mebibytes) memory space and fairly low costs made it the most popular CPU design of its class. The Apple Lisa and Macintosh designs made use of the 68000, as did a host of other designs in the mid-1980s, including the Atari ST and Commodore Amiga.
The world's first single-chip fully-32-bit microprocessor, with 32-bit data paths, 32-bit buses, and 32-bit addresses, was the AT&T Bell Labs BELLMAC-32A, with first samples in 1980, and general production in 1982 (See this bibliographic reference and this general reference). After the divestiture of AT&T in 1984, it was renamed the WE 32000 (WE for Western Electric), and had two follow-on generations, the WE 32100 and WE 32200. These microprocessors were used in the AT&T 3B5 and 3B15 minicomputers; in the 3B2, the world's first desktop supermicrocomputer; in the "Companion", the world's first 32-bit laptop computer; and in "Alexander", the world's first book-sized supermicrocomputer, featuring ROM-pack memory cartridges similar to today's gaming consoles. All these systems ran the UNIX System V operating system.
Intel's first 32-bit microprocessor was the iAPX 432, which was introduced in 1981 but was not a commercial success. It had an advanced capability-based object-oriented architecture, but poor performance compared to other competing architectures such as the Motorola 68000.
Motorola's success with the 68000 led to the MC68010, which added virtual memory support. The MC68020, introduced in 1985 added full 32-bit data and address busses. The 68020 became hugely popular in the Unix supermicrocomputer market, and many small companies (e.g., Altos, Charles River Data Systems) produced desktop-size systems. Following this with the MC68030, which added the MMU into the chip, the 68K family became the processor for everything that wasn't running DOS. The continued success led to the MC68040, which included an FPU for better math performance. A 68050 failed to achieve its performance goals and was not released, and the follow-up MC68060 was released into a market saturated by much faster RISC designs. The 68K family faded from the desktop in the early 1990s.
Other large companies designed the 68020 and follow-ons into embedded equipment. At one point, there were more 68020s in embedded equipment than there were Intel Pentiums in PCs (See this webpage for this embedded usage information). The ColdFire processor cores are derivatives of the venerable 68020.
During this time (early to mid 1980s), National Semiconductor introduced a very similar 16-bit pinout, 32-bit internal microprocessor called the NS 16032 (later renamed 32016), the full 32-bit version named the NS 32032, and a line of 32-bit industrial OEM microcomputers. By the mid-1980s, Sequent introduced the first symmetric multiprocessor (SMP) server-class computer using the NS 32032. This was one of the design's few wins, and it disappeared in the late 1980s.
The MIPS R2000 (1984) and R3000 (1989) were highly successful 32-bit RISC microprocessors. They were used in high-end workstations and servers by SGI, among others.
Other designs included the interesting Zilog Z8000, which arrived too late to market to stand a chance and disappeared quickly.
In the late 1980s, "microprocessor wars" started killing off some of the microprocessors. Apparently, with only one major design win, Sequent, the NS 32032 just faded out of existence, and Sequent switched to Intel microprocessors.
From 1985 to 2003, the 32-bit x86 architectures became increasingly dominant in desktop, laptop, and server markets, and these microprocessors became faster and more capable. Intel had licensed early versions of the architecture to other companies, but declined to license the Pentium, so AMD and Cyrix built later versions of the architecture based on their own designs.During this span, these processors increased in complexity (transistor count) and capability (instructions/second) by at least a factor of 1000.
Reka-reka bentuk 64-bit dalam komputer peribadi
Sedangkan reka-reka bentuk mikropemproses 64-bit telah digunakan dalam banyak pasaran sejak dari awal dekad 1990-an, awal dekad 2000-an melihat pengenalan mikrocip 64-bit yang disasarkan pada pasaran komputer peribadi.
Dengan pengenalan AMD64 (seni bina IA-32 64-bit keserasian ke belakang yang pertama) oleh AMD pada bulan September 2003, diikuti oleh cip Intel x86-64, era komputer meja 64-bit bermula. Kedua-dua pemproses boleh menjalankan warisan 32-bit serta juga perisian 64-bit yang baru. Dengan Windows XP 64-bit, Linux dan Mac OS X (pada takat yang terhad) yang menjalankan 64-bit asli, perisian juga disesuaikan untuk menggunakan kuasa penuh pemproses-pemproses tersebut. Peralihan ke 64 bit bukan sahaja menambahkan saiz daftar daripada IA-32 tetapi ia juga bertambah sekali ganda bilangan daftar am bagi reka-reka bentuk CISC yang menua.
Peralihan ke 64-bit oleh pemproses-pemproses PowerPC telah dirancang sejak dari reka bentuk pemproses awal 1990-an dan oleh itu, ia tidak menjadi punca ketakserasian yang utama. Daftar-daftar integer yang wujud telah diperluas, sebagaimana dengan semua laluan data yang berkait tetapi sebagaimana dengan kes IA-32, kedua-dua titik apung dan unit vektor telah dikendalikan pada atau melebihi 64 bit selama beberapa tahun. Bagaimanapun berbeza dengan apa yang berlaku pada IA-32 yang diperluas menjadi x86-64, tiadanya daftar am yang baru ditambah pada PowerPC 64-bit dan oleh itu, tidak terdapat banyak tambahan prestasi ketika menggunakan atur-atur cara mod 64-bit yang tidak menggunakan ruang alamat yang lebih besar.
Reka-reka bentuk berbilang teras
| Rencana utama: Berbilang teras |
Suatu pendekatan yang lain untuk memperbaik prestasi komputer ialah untuk menambah jumlah pemproses, sebagaimana dengan reka bentuk multipemprosesan simetri yang popular dengan pelayan dan stesen kerja sejak dari awal dekad 1990-an. Usaha untuk memeliharakan Hukum Moore telah menjadi semakin susah kerana teknologi pembuatan cip telah mendekati had fizikal teknologi. Sebagai gerak balas, para pengilang mikropemproses mencari-cari cara yang lain untuk memperbaik prestasi agar memeliharakan momentum peningkatan yang tetap dalam pasaran.
Secara mudah, pemproses berbilang teras ialah cip tunggal yang mengandungi melebihi satu teras mikropemproses dan dengan itu, menggandakan prestasi berpotensi secara berkesan (asalkan sistem pengendalian dan perisian dapat mendukungnya). Sesetengah komponen seperti antara muka bas dan cache peringkat kedua boleh dikongsi antara teras-teras. Oleh sebab teras-teras amat rapat lokasinya, ia boleh mengantara muka pada kelajuan jam yang lebih pantas, berbanding dengan sistem-sistem multipemproses yang berasingan dan dengan itu, memperbaik prestasi sistem keseluruhan.
Pada tahun 2005, pemproses dua teras pasaran massa yang pertama diumumkan dan menjelang tahun 2007, pemproses dua teras telah digunakan secara meluas dalam pelayan, stesen kerja dan komputer peribadi, manakala pemproses empat teras kini boleh didapati untuk kegunaan-kegunaan atasan bagi kedua-dua sekitaran rumah dan profesional.
RISC
Pada pertengahan dekad 1980-an dan awal 1990, sebilangan mikropemproses RISC (reduced instruction set computer, iaitu komputer set suruhan terkurang) baru yang berprestasi tinggi muncul. Ia pada asalnya digunakan dalam mesin-mesin khusus serta stesen kerja Unix tetapi kini digunakan dalam hampir semua peranan kecuali komputer meja piawai Intel.
Reka bentuk awal: R2000 32-bit, reka bentuk komersil yang pertama, dikeluarkan oleh MIPS Technologies (tidak adanya R1000). R3000 menyebabkan reka bentuk menjadi benar-benar praktik, dengan R4000 memperkenalkan reka bentuk 64-bit yang pertama di dunia. Projek-projek yang bersaing menyebabkan kemunculan sistem-sistem IBM POWER dan SPARC Sun. Tidak lama kemudian, setiap penjual utama mengeluarkan reka bentuk RISC masing-masing, termasuk AT&T CRISP, AMD 29000, Intel i860 serta Intel i960, Motorola 88000, DEC Alpha dan HP-PA.
Persaingan: Kuasa-kuasa pasaran kemudian menghapuskan banyak daripada reka bentuk ini dan meninggalkan PowerPC sebagai pemproses RISC komputer meja yang utama, denga SPARC hanya digunakan dalam reka-reka bentuk Sun. MIPS terus membekalkan sebilangan sistem SGI tetapi terutamanya digunakan sebagai reka bentuk terbenam, khususnya dalam penghala Cisco. Reka-reka bentuk asal yang lain tidak wujud lagi atau tidak akan wujud lagi. Syarikat-syarikat yang lain menyasarkan peluang pasaran, khususnya ARM yang pada asalnya bertujuan untuk komputer rumah tetapi kini menumpukan pasaran pemproses terbenam. Reka-reka bentuk RISC berdasarkan teras MIPS, ARM atau PowerPC kini menguasai kebanyakan peranti komputeran.
Pada tahun 2006, banyak seni bina 64-bit masih dikeluarkan, termasuk x86-64, MIPS, SPARC, Seni Bina Power, dan Itanium.
| Laman Sesawang Yang Lain | ||
|---|---|---|
| ||
| [ Versi bahasa Inggeris: {{{2}}} {{{3}}} ] |
|
|
