Первый микропроцессор был создан в. История процессоров
Первые микропроцессоры на четыре разряда (бита) состояли из одного кристалла.
Первые микропроцессоры были выполнены на р - МОП-схе-мах. Современные микропроцессоры выполняются на и - МОП-схемах, имеющих низкую стоимость и среднее быстродействие, на предельно-маломощных КМОП-схемах и на ТТЛ-схемах с высоким быстродействием.
Первые микропроцессоры (МП) появились в начале 70 - х годов в результате совместных усилий системотехников, решающих проблемы архитектурной организации средств вычислительной техники, и схемотехников, занимающихся вопросами конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств.
Первый микропроцессор - 4-разрядный Intel 404 - поступил на неподготовленный к этому событию рынок в 1971 г. МП 4004 разработанный с ориентацией на требования изготовителей калькуляторов, предстал перед миром как знамение новой эры интегральной электроники.
В первых микропроцессорах применялся способ управления памятью, известный как чисто машинный.
Стоит напомнить, что первые микропроцессоры, импортированные в Японию в 1971 г., стоили около тысячи долларов.
За более чем 30 лет, прошедших с момента появления первых микропроцессоров, были выработаны определенные правила обмена, которым следуют и разработчики новых микропроцессорных систем. Правила эти не слишком сложны, но твердо знать и неукоснительно соблюдать их для успешной работы необходимо.
Операционные системы создаются для какого-либо типа микропроцессоров на основе той системы команд, которая закладывается в микропроцессор при разработке. Первый микропроцессор был создан в фирме Intel, лидировавшей в производстве микросхем.
Может ли какое-либо техническое достижение компьютерной эры соперничать по своей значимости с микропроцессором. Первые микропроцессоры, короткая история которых началась всего десятилетие назад, основывались главным образом на достижениях микроэлектроники - технологии, возникшей гораздо позднее появления самих ЭВМ и в значительной степени независимо от них. С самого начала конструкторы и изготовители микропроцессоров вызывали бурное одобрение, как только им удавалось продемонстрировать, что каждая их новая разработка еще на какой-то шажок становится ближе по структуре к современной средней или большой вычислительной машине. Наблюдатели без труда приходили к выводу, что если плотность монтажа, быстродействие и возможности автоматического проектирования будут продолжать возрастать в соответствии с ожиданиями, то микропроцессоры вскоре по мощности и логике сравняются с крупными мини - ЭВМ, а возможно, и с большими вычислительными машинами.
В 1970 г. был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004 (см. рис. справа), который был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоящий прорыв, ибо микропроцессор Intel-4004 размером менее 3 см был производительнее гигантской машины ENIAC. Правда, возможности Intel-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора больших компьютеров того времени, - он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших компьютеров обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле.
Создание такой операционной системы, как PC-DOS, не является ни делом случая, ни результатом чисто технократического планирования. Экономическая конкуренция давно привела к появлению операционных систем для больших ЭВМ еще до появления первых микропроцессоров.
Он представляет собой одну-единственную микросхему, управляющую всем, что происходит в ПК. Микросхема эта работает на определенной тактовой частоте, измеряемой некоторым количеством мегагерц. По сегодняшним меркам первые микропроцессоры (8088 или 80286) были до ужаса медлительны и не смогли бы управлять современными программами.
Переконструировать большую интегральную схему всякий раз, когда компания пожелает обновить ассортимент выпускаемой продукции, что случается очень часто, действительно колоссальная работа. Микропроцессор появился на свет благодаря идее, выдвинутой специалистами из Бизиком: необходимо CKOEI-струировать такую интегральную схему, которую легко можно приспособить к любому новому изделию, осваиваемому их фирмой. Увы, тогда Япония была еще слишком слаба в сфере опытно-конструкторских разработок; поэтому Соединенным Штатам удалось подхватить мячик и убежать, создав первый микропроцессор.
Однако фирма Intel продолжала придерживаться прототипа, средства на разработку которого уже были израсходованы. Таким образом, хорошо известный МП Intel 8008 стал первым микропроцессором на мировом рынке.
Кто и когда изобрел первый микропроцессор в мире
О том, кто изобрел микропроцессор, знает каждый сотрудник компании Intel. В 1969 году в этой, тогда еще не известную, фирму пришли работать японские разработчики, которые раньше занимались проектированием калькуляторов. Инженеры использовали двенадцать интегральных схем, чтобы создать обычный настольный вычислитель. Главную роль в данном проекте играл Масатоши Шима. В то время Тед Хофсор управлял одним из отделов Intel. Он, как будущий создатель микропроцессора, понял вместо калькулятора с возможностью программирования лучше сделать компьютер, который будет программировать работу калькулятора.
Создание первого процессора в мире началось с разработки его архитектуры. В 1969 году один из сотрудников Интел предложил назвать первую серию микропроцессоров как семейство 4000. Каждая модель семейства имело шестнадцать выходных микросхем. Это помогает понять, какой был первый микропроцессор. Модель 4001 имело память на 2 Кб. В модели 4003 был десятибитовый расширитель со связью для клавиатуры и различными индикаторам. А версия 4004 уже было четырехбитовым процессорным устройством. Многие считают, что и был самый первый микропроцессор. В модели 4004 работало две тысячи триста транзисторов. Устройство работало на частоте 108 кГц.
Сегодня можно встретить разные мнения касательно того, когда был создан первый процессора Однако большинство считает, что 15 ноября 1971 года это дата и год создания первого микропроцессора в мире. Первоначально эту разработку выкупила японская фирма Busicom за шестьдесят тысяч долларов, но Интел позже вернула деньги, чтобы оставаться единственными правообладателями изобретения.
Первый процессор использовали в системах управления дорожными движением, в частности в светофорах. Кроме того, устройство применялось в анализаторах крови. Чуть позже 4004 нашел место в космическом зонде Пионер-10, который запустили в 1972 году.
Первый отечественный микропроцессор был создан в начале семидесятых годах в Специальном Вычислительном Центре под руководством Д.И. Юдицкого.
Таким образом, в 70-е года микропроцессоры стали постепенно проникать в самые разные области деятельности человека. Все процессоры позже разделились на непосредственно микропроцессоры и микроконтроллеры. Первые используются в персональных компьютерах, а микроконтроллеры нашли применение в управлении разными системами. В них более слабое вычислительное ядро, но имеется множество дополнительных узлов. Микроконтроллеры иногда называют микро-ЭВМ, поскольку все узлы и модули у них расположены прямо на кристалле.
Фирма Intel выпустила свой первый микропроцессор - модель 4004
Компания Intel выпустила первый в мире микропроцессор, который был доступен всем коммерческим структурам и простым людям. За год до этого военными был разработан микропроцессор F14 CADC(en), который носил гриф «совершенно секретно» до 1998 года.
Японская компания Busicom Corp (ранее называлась Nippon Calculating Machine, Ltd) занималась производством калькуляторов, но микросхемы, требуемые для работы вычислительной машинки, разрабатывала фирма Intel. Поэтому компания Busicom Corp для своего нового калькулятора заказала 12 микросхем. Стоит отметить, что микросхема обладала минимальным количеством функций и способна была выполнять определенный перечень работы. Когда появлялось новое действие, приходилось разрабатывать дополнительную микросхему. Сотрудники компании Intel считали, что это экономически и практически не выгодно. Стоит все имеющиеся микросхемы заменить одним центральным процессором, который будет выполнять все необходимые задачи.
Идею поддержали обе компании. С 1969 года Тэд Хофф, разработчик проекта и представитель компании Intel, и Стэнли Мейзор сотрудник компании Busicom Corp, который ранее занимался общим дизайном микросхем, занялись проектированием процессора. Разработки начались с сокращения количества микросхем до 4. Они включили в себя – центральный процессор, 4-х разрядный центральный процессор, постоянное запоминающее устройство для хранения постоянной информации и оперативное запоминающее устройство для хранения информации пользователя.
Когда в компанию Intel пришел работать итальянский физик Федерико Фаджин, разработки микропроцессора перешли на новый этап. Его потом назовут главным разработчиком микропроцессоров семьи MCS-4. До этого времени Фаджин разрабатывал похожие схемы. В 1961 году в компании Olivetti Федерико занимался логическим проектированием компьютеров. В 1968 году для фирмы Fairchil разработал коммерческую микросхему с технологией silicon gate: Fairchild 3708. Этот опыт помог ему свести в одно целое микропроцессор CPU. Фаджин сделал огромный вклад в развитие и разработку микросхемы. Совместная работа итальянского физика с Масатоси Симой, инженером по программному обеспечению фирмы Busicom Corp, привела к разработке первого микропроцессора 4004, который был представлен всему миру 15 ноября 1971 году. Стоимость микропроцессора составляла 200 долларов.
Почему микропроцессору присвоили имя 4004? Первая цифра обозначает номер изделия. Каждое изделие фирмы Intel имело свой номер. Под первым номером выпускались микросхемы памяти (PMOS-чипы). Под вторым номером выпускались микросхемы NMOS. Под третьим номером проектировались биполярные микросхемы. Соответственно, четвертый номер получили микропроцессоры. Под пятым номером стали выпускать микросхемы CMOS. Под номером семь – магнитные домены. Под восьмым номером – разрядные микропроцессоры и микроконтроллеры. Шестой и девятый номер отсутствовал.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ
МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИЇ
Современные решения в сфере автоматизации, роботизации и электропривода невозможно представить без использования микропроцессорных средств и систем. Весомый вклад в развитие полупроводниковой микросхемотехники внесла известная американская компания Intel, основанная в 1968 году. Это было время появления новых технологий, благодаря которым появилась возможность создавать миниатюрные полупроводниковые устройства – микросхемы. Их применение открывало новые перспективы во всех областях техники, в т. ч. и в автоматизации. Начиналась эра цифровой машинной обработки информации. Первый компьютер ENIAC, созданный в 1946 году, весил около 30 т и занимал большое помещение. В 1968 году в мире насчитывалось уже 30 тыс. компьютеров. Это были преимущественно большие универсальные ЭВМ (электронные вычислительные машины) и «мини-компьютеры» размером со шкаф. Неприятной особенностью этих ЭВМ были частые аварийные ситуации из-за перегрева ламп и большого числа разъемов. Поэтому появление интегральной электроники было обусловлено объективными причинами.
Рис. 1. Первый электронный цифровой компьютер общего назначения ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer))
Основателями фирмы Intel были талантливые ученые и изобретатели Роберт Нойс, Гордон Мур и Эндрю Гроув. Именно Роберт Нойс в 1959 году изобрел интегральную микросхему. В середине 60 х годов Нойс работал менеджером американской компании Fairchild Semiconductor, известной своими разработками в сфере электронных технологий. Гордон Мур возглавлял научные исследования и конструкторские разработки в Fairchild Semiconductor, был одним из восьми основателей Fairchild. Энди Гроув, уроженец Венгрии, был специалистом по разработке технологических процессов. Он пришел в компанию Fairchild Semiconductor после того, как получил в университете Беркли степень доктора наук в области химических технологий.
В конце 60 х много талантливых инженеров увольнялись из Fairchild Semiconductor и создавали собственные фирмы. Роберт Нойс и Гордон Мур основали Intel и стали ее первыми сотрудниками. Со временем к ним присоединился и Энди Гроув. Стартовый капитал (2,5 млн. долларов) фирме предоставил финансист из Сан-Франциско Артур Рок.
Фирма Intel специализировалась на производстве полупроводниковых запоминающих устройств. Первым серийным устройством была микросхема «3101» 64 разрядной Шоттки-биполярной статической оперативной памяти. Особенное же место, которое заняла Intel в мире электроники, связано с другими устройствами – микропроцессорами. Именно они стали технической базой нынешней компьютерной научно-технической революции.
Толчком к созданию микропроцессора оказался контракт с японской фирмой Busicom, специализировавшейся на выпуске калькуляторов. Busicom заказала Intel разработку двенадцати специализированных микросхем, однако для выполнения такого крупного заказа Intel не имела достаточно человеческих, финансовых и производственных ресурсов. Тогда талантливый инженер Тед Хофф предложил вместо двенадцати специализированных микросхем создать одну универсальную, которая сможет их заменить. Р. Нойс и Г. Мур оценили утонченность предложенного Т. Хоффом решения. Идея удовлетворила и компанию Busicom, которая финансировала работу. Таким образом, Intel начала разработку универсальной микросхемы, которую можно запрограммировать на выполнение тех или иных команд. Впервые отпала необходимость в аппаратной реализации алгоритма работы устройства: все операции по обработке числовых данных теперь велись в соответствии с определенной программой, что обещало экономию средств и времени. Над реализацией задуманного Т. Хоффом работала группа инженеров и конструкторов Intel, которую возглавлял Федерико Феджин. Через 9 месяцев напряженного труда появился первый в мире микропроцессор «4004». Он насчитывал 2300 полупроводниковых транзисторов, но спокойно умещался на ладони. В производительности же новый процессор не уступал компьютеру ENIAC, занимавшему 85 кубических метров и состоявшему из 18000 вакуумных ламп. Тед Хофф разработал архитектуру первого процессора, Стен Мейзор – систему его команд, а Федерико Феджин спроектировал кристалл процессора.
Оценив преимущества использования микропроцессоров, руководство Intel пошло на переговоры с компанией Busicom, вследствие которых Intel приобрела все права на процессор «4004» за 60 тысяч долларов (следует отметить, что вскоре Busicom обанкротилась). После этого началась широкая рекламная компания, целью которой было донести инженерному сообществу большой потенциал программируемых устройств в разных сферах – от управления дорожным движением до автоматизации сложных производственных процессов. Intel проводила семинары для инженеров, публиковала рекламные материалы и справочные пособия по использованию микропроцессоров. В некоторые недели фирма продавала больше справочной документации, чем самих микропроцессоров. Через определенное время они получили очень широкое распространение.
Таким образом, микросхема «4004» стала первым микропроцессором. Приблизительно через полгода о появлении подобных устройств объявили еще несколько фирм. Эти микропроцессоры, исполненные по р-МОП технологии, были четырехразрядными, т. е. за один раз могли обрабатывать только 4 бита информации. Длина программы и набор команд были ограничены, первые процессоры не имели многих функций, обязательных для современных микропроцессоров. В 1972 году фирма Intel выпустила процессор «8008», который унаследовал основные черты «4004». Это был первый 8 разрядный процессор, который сегодня относят к процессорам первого поколения. Он уже имел аккумулятор, шесть регистров общего назначения, указатель стека, восемь регистров адреса и специальные команды для ввода/вывода данных, но и этот процессор не стал широкоупотребительным в коммерческих разработках.
В конце 1973 года фирмой Intel разрабатывается новый 8-разрядный микропроцессор «8080». Его архитектура и система команд оказались настолько удачными, что и сегодня он считается классическим.
Широкое применение микропроцессоров в технике началось именно с появлением чипа «8080», который принадлежал к процессорам третьего поколения, но был не единственным удачным 8 разрядным процессором. Спустя полгода появился микропроцессор «6800» американской фирмы Motorola, который составил жесткую конкуренцию интеловскому процессору. Как и «8080», микропроцессор «6800» был выполнен по n МОП технологии, требовал наличия отдельного тактового генератора, имел трехшинную структуру с 16 разрядной шиной адреса, хорошо развитую архитектуру и систему команд. Его главными преимуществами были более мощная, чем у «8080» система прерываний и одно (а не три, как у «8080») напряжение питания. Принципы внутренней архитектуры «6800» также значительно отличались от «8080» прежде всего отсутствием регистров общего назначения, в которых, в зависимости от поставленных задач, могла сохраняться как адресная информация, так и числовые данные. Вместо них в состав процессора добавился второй равноценный аккумулятор для обработки данных и специализированные 16 разрядные регистры, где хранилась только адресная информация. Данные для обработки выбирались из внешней памяти и туда же возвращались после обработки. Команды работы с памятью были проще и короче, но пересылка байта в память занимала больше времени, чем обмен между внутренними регистрами «8080». Архитектура ни одного из двух упомянутых процессоров не имела существенных преимуществ, и каждый из них стал родоначальником двух больших семейств микропроцессоров – Intel и Motorola, представители которых конкурируют по сей день.
В 1978 году на фирме Intel был изготовлен первый 16 разрядный микропроцессор «8086», использованный компанией International Business Machines (IBM) для создания персональных компьютеров, а 16 разрядный чип «68000» фирмы Motorola был применен в известных компьютерах Atari и Apple. Что касается «домашних» компьютеров, то они широко распространились с появлением модели ZX Spectrum (на базе процессора «Z80») английской фирмы Sinclair Research Ltd, основателем которой был талантливый инженер сэр Клайв Синклер. Идея применить телевизор вместо дорогого монитора и бытовой магнитофон для хранения программ и данных значительно удешевила домашний компьютер и сделала его доступным для среднего покупателя.
 |
Intel 4004
– 4-битный микропроцессор, разработанный корпорацией Intel и выпущенный 15 октября 1971 года. Эта микросхема считается первым в мире коммерчески доступным однокристальним микропроцессором. |
 |
Intel 8080
– 8-битный микропроцессор, выпущенный в 1974 году. Обеспечивал десятикратный прирост вычислительной производительности в сравнении с предыдущим процессором. Это устройство, благодаря которому инженерное сообщество восприняло идею микропроцессоров. Этот чип спровоцировал бум персональных компьютеров. |
 |
Intel 8048
– первый в мире микроконтроллер, был выпущен в конце 70 х годов. Это устройство получило широкое распространение благодаря использованию его в клавиатурах персональных компьютеров и в игровых приставках |
 |
Intel 8051
– микроконтроллер второго поколения, был выпущен в 1980 году. Благодаря удачной архитектуре и системе команд стал фактически промышленным стандартом. Выпускается до сих пор известными корпорациями Америки, Кореи та Японии. |
 |
Современный многоядерный процессор
Вычислительная производительность современных микропроцессоров по результатам разных тестов приблизительно в десятки тысяч раз превышает производительность первого процессора. |
Рис. 2. Линейка ключевых моделей микропроцессоров и микроконтроллеров
Через год после создания микропроцессора «8080» несколько инженеров Intel перешли в фирму Zilog и начали работать над созданием нового процессора, опираясь на свои предыдущие разработки. Вследствие этого в 1977 году появился микропроцессор «Z80», который стал лучшим представителем 8-разрядных процессоров. В сравнении с «8080» он требовал только одного напряжения питания, имел более мощную и гибкую систему прерываний, втрое более высокую тактовую частоту, два аккумулятора и двойной набор регистров общего назначения. Система команд «Z80» вмещала все 78 команд микропроцессора «8080» и почти такое же число дополнительных команд, поэтому программы, созданные для «8080», без каких либо изменений переносились на «Z80».
Позднее (середина 70-х) возникла еще одна тенденция в развитии микропроцессоров, имеющая непосредственное отношение к автоматизации и появлению процессоров для встраиваемых решений. Начало ей положил процессор «8085» фирмы Intel. Сначала он задумывался как продолжение чипа «8080», но через некоторое время появился «Z80» и новый микропроцессор «6809» фирмы Motorola. Оба они значительно превосходили «8085» в производительности, что побудило Intel взяться за разработку первого 16- разрядного микропроцессора «8086», но с разработкой периферийных микросхем «8156» и «8755» процессор «8085» получил новые перспективы. Первая микросхема содержала статическое ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) объемом 256 байт, два 8 разрядных, побитно настраиваемых на ввод/вывод порта и программируемый таймер-счетчик. В состав второй входили три многоразрядных порта ввода/вывода и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) емкостью 2 Кбайта с ультрафиолетовым стиранием. Объединив соответствующим образом выводы этих трех микросхем, разработчики электронной аппаратуры получали функционально завершенный модуль – микроконтроллер, который можно встроить в любой прибор: вольтметр, частотомер, в разного рода усилительные устройства или преобразователи. Несколько фирм выпустили экономичные по питанию k МОП версии этого семейства. Это дало возможность создавать микропроцессорные приборы с автономным батарейным питанием. Наконец, в конце 70 х годов Intel «объединила» эти три микросхемы в один чип и создала однокристальную микро ЭВМ (микроконтроллер) «8048», в состав которой вошли ОЗУ и ПЗУ, арифметико-логическое устройство, встроенный тактовый генератор, таймер-счетчик, порты ввода/вывода. Далее были разработаны подобные сорок восьмому микроконтроллеры «8035» и «8748». Система команд однокристальных микроконтроллеров была значительно слабее, чем у процессора «8085», объем ОЗУ и ПЗУ, количество портов ввода/вывода также было меньшим, чем у выше упомянутого трехкорпусного модуля, но все это размещалось в одном чипе, что значительно упрощало разработку и производство новых устройств на базе однокристальных микро ЭВМ. Идея создания универсальных аппаратных средств с программной настройкой на конкретные задачи, которая стала толчком к появлению микропроцессоров, получила наивысшую степень реализации именно в однокристальных микроконтроллерах.
В начале 80 х годов Intel выпустила более мощный микроконтроллер «8051, а вскоре – и его модификации «8031» и «8751». Ядро микро ЭВМ этой серии стало классическим для микроконтроллеров. С точки зрения технологии микроконтроллер «8051» был для своего времени очень сложным устройством MCS 51 – безусловный лидер по числу разновидностей и компаний, выпускающих его модификации. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров MCS 51, которые выпускаются почти 20 ведущими фирмами-производителями электронных компонентов (Atmel, Infineon Technologies, Philips, Hyundai, Dallas Semiconductor, Temic, TDK, Oki, AMD, MHS, LG, Winbond, Silicon Labs, и др.). Получили свою нишу также и микроконтроллеры оригинальной архитектуры фирм Motorola, Zilog, Analog Devices, Microchip, Scenix, Holtec.
| Боб Нойс (Bob Noyce)
Известен своими новаторскими взглядами на пути развития полупроводниковых технологий. Именно Роберт Нойс в 1959 году изобрел интегральную микросхему. В середине 60 х Нойс был менеджером влиятельной фирмы Fairchild Semiconductor. В дальнейшем – один из основателей фирмы Intel. |
|
 |
Гордон Мур (Gordon Moore)
Талантливый и трудолюбивый инженер, пользовавшийся большим авторитетом среди коллег. Один из основателей фирмы Intel. |
 |
Енді Гроув (Andy Grove)
Энергичный и предприимчивый Эндрю Гроув работал в фирме Fairchild Semiconductor специалистом по разработке технологических процессов. Гроув пришел в Fairchild после того, как получил в университете Беркли ученую степень доктора в области химических технологий. Один из основателей Intel. |
| Тед Хофф (Ted Hoff)
Тедди Хофф – один из изобретателей микропроцессора. Именно он предложил концепцию универсальной микро-схемы и разработал архитектуру первого процессора. |
Рис. 3. Выдающиеся ученые-изобретатели, революционеры в области микроэлектроники
Создание микропроцессора признано одним из выдающихся достижений ХХ века. Ежегодно в мире продаются сотни миллионов микропроцессоров и миллиарды микроконтроллеров. По данным журнала «мир компьютерной автоматизации», средний американец на протяжении дня около 300 раз (!) имеет дело с микроконтроллерами, встроенными буквально повсюду – от стиральных машин, лифтов и телефонов до светофоров, автомобилей и промышленных станков.
Журнал «Обзор состояния дел в полупроводниковой промышленности и торговле» («Semiconductor Industry and Business Survey») считает: если бы автомобилестроение и авиационная промышленность развивались такими же темпами, как производство полупроводников на протяжении 30 лет, то автомобиль «Роллс-ройс» стоил бы 2 доллара 75 центов и, используя всего лишь один литр бензина, мог бы проехать почти полторы тысячи километров, а самолет «Боинг 767» стоил бы 500 долларов и мог бы облететь вокруг земного шара за 20 минут, истратив лишь канистру керосина. В 1996 году имена создателей микропроцессора доктора Тедда Хоффа, доктора Федерико Феджина и Стена Мейзора были занесены в Национальный зал славы изобретателей США (г. Эйкрон, Огайо) и встали в ряд с именами Томаса Эдисона, братьев Райт и Александра Белла.
Еще одно направление развития микропроцессорных систем зародилось в 1969 году, что было обусловлено необходимостью замены на промышленных предприятиях сложных, громоздких и ненадежных релейно-контакторных схем автоматического управления. Именно в этом году компания General Motors подготовила тендерный запрос на разработку универсального микропроцессорного устройства для нужд промышленного производства.
Тендер виграла компания Bedford Associates из штата Массачусетс, которую на то время возглавлял Ричард Морли. Они разработали микропроцессорное устройство (контроллер), которое позволяло коммутировать присоединенные к нему сигнальные провода в разных комбинациях. Эти комбинации задавались программой управления, которая составлялась на компьютере, а потом загружалась в память контроллера. Таким образом, с помощью одного микропроцессорного устройства с загруженной в него программой стало возможно реализовать систему управления, для разработки которой ранее приходилось коммутировать десятки или даже сотни разнообразных электромеханических компонентов, таких как реле, таймеры, счетчики, регуляторы и т. п. При этом один и тот же контроллер можно было бы использовать для управления разнообразными машинами и механизмами только лишь изменяя загруженную в него программу. Так в мире появился первый программируемый логический контроллер (ПЛК), который компания Bedford Associates окрестила «Проектом 084».
Компания стала развивать производство промышленных контроллеров и позднее была переименована в «Modicon» (сокращение от «Modular Digital Controller», т. е. модульный цифровой контроллер). В 1977 году бренд “Modicon” был продан компании Gold Electronics, позднее его выкупила известная немецкая фирма “AEG”. В итоге, бренд «Modicon» перешел в собственность французской компании “Schneider Electric ”, которая владеет им до сего дня. Следует отметить, что «Schneider Electric» является одним из мировых лидеров в сфере разработки, производства и внедрения технических средств электроснабжения, электропривода и автоматизации.
В тендере по заявке General Motors также принимала участие еще одна фирма, которая и сейчас занимает высокие позиции среди лидеров производителей компонентов для автоматизации. Речь идет про Allen Bradley. Хотя фирма и проиграла тендер, работы в этом направлении выполнялись дальше. Руководство Allen Bradley приобрело контрольные пакеты акций компании Information Instruments и корпорации Bunker-Ramo, которые на то время уже разработали контроллер «PDQ II» (сокращение от «Program Data Quantizer», программный модулятор данных). Эта модель контроллера оказалась слишком громоздкой и сложной в программировании. Однако Allen Bradley проявила настойчивость и в 1970 году на базе «PDQ II» был разработан контроллер «PMC» («Programmable Matrix Controller», или программируемый матричный контроллер). Однако и эта модель не слишком соответствовала требованиям заказчиков для управления технологическими агрегатами. После доработки на свет появилась модель, названная PLC 1 («Programmable Logic Controller», программируемый логический контроллер). Именно это название и аббревиатура PLC утвердились в сфере автоматизации и используются специалистами для обозначения такого класса устройств.
 |
 |
| а) | б) |
В середине 70 х годов прошлого века рынок программируемых логических контроллеров начал стремительно расти и у Modicon и Allen Bradley появился ряд конкурентов, среди которых следует отметить General Electric, Siemens, Square D, Industrial Solid State Controls, и др.
Значительным шагом к упрощению применения программируемых логических контроллеров стало введение международного стандарта IEC 61131 3, который декларирует языки программирования для ПЛК. Благодаря этому инженер любого профиля (технолог, электрик, химик, и т. п.) может с легкостью создавать программы для управления технологическими установками даже без знания тонкостей программирования. Также обозначенные языки универсальны для ПЛК разных производителей.
К
омпания Intel была создана 18 июля 1968 года двумя инженерами – Гордоном Муром и Робертом Нойсом, которые работали на компанию Fairchild. Несколько позднее у компании появился еще один сооснователь – Эндрю Гроув. На тот момент инженеры уже имели перед собой определенную цель – сделать полупроводниковую память практичной и доступной. Задумка была весьма амбициозной, поскольку на то время память полупроводникового типа стоила более чем в сто раз дороже памяти, созданной при помощи магнитных технологий. На тот момент себестоимость полупроводниковой памяти была более одного доллара за бит.
Процессор Intel 4004
К 1970 году компания Intel была уже довольно известна как успешный поставщик микросхем памяти, первой создав самый емкий на тот момент модуль памяти 1 килобайт. Модуль, известный как динамическое запоминающее устройство, использующее произвольную выборку (DRAM), стал самым продаваемым полупроводниковым чипом по итогам года. В тот момент компания уже насчитывала более ста сотрудников.
На продукцию Intel обратила внимание компания Busicom. Вскоре японская компания заказала у Intel разработку чипов для целого семейства программируемых калькуляторов. В то время все микросхемы управления создавались по индивидуальным проектам под требуемые задачи, что не позволяло подобным микросхемам получать широкого распространения.
Изначально проект Busicom подразумевал создание не менее двенадцати различных микросхем уникальной архитектуры. Тэд Хофф, инженер Intel, отказался от данной идеи и предложил создать однокристальное универсальное устройство, загружающее инструкции из полупроводниковой памяти. При помощи всего четырех микросхем (процессор 4004, контроллер ввода-вывода, ОЗУ, ПЗУ) программа могла менять их функции и выполнять определенные задания. Новая микросхема была универсальной, что позволяло устанавливать ее в другие устройства, а не только в калькуляторах. Все разрабатываемые ранее микросхемы имели поддержку уникального «вшитого» набора инструкций, а новое изобретение предоставляло возможность выполнять различные инструкции, загружаемые из памяти.
В апреле 1970 года Intel нанимает инженера Фредерико Фаггина для разработки управляющей микросхемы 4004 в соответствии с наработками Хоффа. Фаггин, как и основатели Intel, ранее работал в компании Fairchild Semiconductor, где принимал непосредственное участие в разработке технологии кремниевого затвора, которая сыграла значимую роль при создании микропроцессоров. Работа над серией микросхем 4004 была завершена в марте 1971 года, а массовое производство было налажено уже в июне этого же года.
Процессор 4004 изначально предназначался для использования в программируемых калькуляторах, однако в дальнейшем нашел и другие применения. Например, чип использовался при анализе крови, для управления светофорами и даже в ракете «Pioneer 10», созданной и запущенной специалистами NASA.
Следующая версия процессора, 8080, была представлена в апреле 1974 года. Данный чип содержал порядка 6 тысяч транзисторов и был способен адресовать уже 64 килобайт памяти. Именно он был использован для установки первого персонального компьютера Altair 8800. Данный компьютер использовал операционную систему CP/M, а также интерпретатор языка BASIC, разработанный компанией Microsoft.
Начиная с 70-х гг. прошлого века процессоры для ПК выпускались довольно большим количеством различных компаний, причем каждая из них вносила в разработку устройств новые технологии. Но далеко не у всех получилось завоевать мировой рынок, так, как у Intel или AMD: одни компании начинали выпускать иную продукцию, другие – просто прекратили свое существование. Но сначала – обо всем по порядку.
История создания процессора
Первые процессоры компьютеров 50-х гг. прошлого века работали на основе механического реле, позже появлялись модели, задействовавшие электронные лампы, затем — транзисторы. Сами же компьютеры, использующие данные виды процессоров, представляли собой огромные, очень дорогие и сложные устройства.
Компоненты процессора, отвечающие за производимые вычисления, необходимо было соединить в одну микросхему. Этого удалось достигнуть лишь после появления интегральных полупроводниковых схем. Хотя в первое время разработчики даже и не догадывались, что данная технология может принести пользу, поэтому устройства еще довольно продолжительное время изготавливались как набор отдельных микросхем.
В 1969 г. компанией Busicom было заказано 12 микросхем у Intel , предназначенных для их собственной разработки – настольного калькулятора. Уже тогда у разработчиков Intel возникла мысль – соединить несколько микросхем в одну. Идея была одобрена руководством корпорации, так как технология позволяла хорошо сэкономить на производстве микросхем, к тому же, специалисты смогли сделать процессор универсальным и использовать его во многих других устройствах, производящих вычисления.
Так появился первый микропроцессор, который получил название . Он мог выполнять 60000 операций в секунду, обрабатывать двоичные числа. Но процессор так и не смогли применить в ПК – их тогда попросту не выпускали.
«Mark 8» — первый ПК на земле
Разработал американский студент Джонатан Титус. Известный журнал «Электроника» назвал его ПК «Mark 8» (с англ. «Модель 8»). В издании также было дано описание компьютера, показана детальная конструкция. Титус хотел заработать, продавая печатные платы тем, кому нужно было собрать свой собственный ПК. Остальные устройства клиентам приходилось покупать в магазинах.
Естественно, «Модель 8» не принесла много прибыли своему создателю, но Джонатан оказал человечеству бесценную услугу, создав полноценный ПК.
История процессоров Intel
После Intel 4004 на свет появился процессор Intel 8008, который работал с частотой 600-800 кГц, содержал 3500 транзисторов, он сильно отличался от своего предшественника. Intel 8008 применялся в различных цифровых устройствах и калькуляторах. В то время на рынке высоких технологий стали появляться персональные компьютеры, поэтому корпорация Intel вскоре решила, что для ПК будут нужны куда более мощные процессоры. Вскоре был разработан производительный Intel 8080, который по своим характеристикам превосходил «808-ого» примерно в десять раз.
По тем временам устройство стоило достаточно дорого, но, как считали специалисты Intel, цена была оптимальной для использования процессора в ПК. Финансовое положение корпорации стремительно улучшалось благодаря его удачным продажам.
В скором времени вышел Altair-8800, персональный компьютер, выпущенный компанией MITS, (который, кстати, работал на чипе Intel 8800). Он начал эру ПК, что побудило многие компании начать разрабатывать собственные микропроцессоры.
Тем временем в СССР
Отечественная вычислительная техника быстро развивалась вплоть до начала 70-х гг., в то время разрабатывались различные ЭВМ, которые не уступали в производительности зарубежным образцам. В 1970 году правительство нашей страны издало указ «об аппаратной и программной совместимости ЭВМ», который способствовал появлению новой концепции вычислительных машин. В их основу легла американская технология IBM 360, а позже ее место заняла архитектура PDP-11.
Советские разработки стали не нужны, компьютерное производство включало в себя лишь копирование импортных образцов, что привело к неизбежному отставанию СССР от Америки в плане электронного производства. Полностью исчезла технология PDP-11, все компьютеры, выпущенные в 80-е гг. работали на аналогах процессоров Zilog и Intel. Американские технологии опережали отечественные более чем на 10 лет.
История развития процессоров
В 1974 г. Компания Motorola выпустила свою первую разработку — процессор MC6800 , который был достаточно производителен (частота 1-2 МГц, 64 кб обрабатываемой памяти, 4500 транзисторов), оперировал 16-битными числами и имел такую же цену, как и Intel 8080, но очень плохо продавался, из-за чего не нашел применения в ПК. Позже, потерпевшая неудачу компания распустила более 4 тыс. сотрудников.
В 1975 г. бывшие сотрудники компании Motorola образовали свою собственную компанию под названием MOS Technology, первым процессором которой стал MOS Technology 6501 , по характеристикам схожий с MC6800. Но угрозы судом от Motorola за плагиат вынудили компанию устранить все сходства с их процессором, поэтому вскоре вышла новая модель – чип версии 6502, который стоил относительно дешево, вследствие чего широко применялся на различных ПК, в числе которых были компьютеры компании Apple. Процессор отличался от предыдущей версии более современной технологией вычислений и высокой тактовой частотой.
Бывшие сотрудники Intel тоже решились на создание собственного проекта – в 1976 г. они выпустили процессор Zilog Z80, который не особо отличался от Intel 8080. У устройства была всего одна линия питания, довольно низкая цена, на нем работали все те же самые программы, что и на чипе от Intel. Мало того, процессор можно было разогнать, т. е. увеличить его производительность, не задействовав при этом оперативную память – все это привело к успеху компании Zilog на рынке.
В нашей стране процессор Z80 долгое время использовался как микроконтроллер в военной технике, пультах дистанционного управления, а также как процессор игровых приставок и различных электронных играх. Z80 широко применялся в России в 80-х – 90-х годах.
«Устаревший» терминатор
В фильме «Терминатор» есть сцены, в которых робот глазами сканирует окрестности, а в это время на его экране постоянно бегают строчки неизвестного программного кода. Спустя несколько лет выяснилось, что эти строчки принадлежат программе процессора MOS Technology 6502. Сей факт выглядит очень забавно, ведь действие фильма происходит в далеком будущем, где, однако, до сих пор используются процессоры 70-х годов.
История развития процессоров Intel, Motorola, Zilog
В 1979 году корпорация Intel снова совершила технологический прорыв, разработав новый процессор Intel 8086 , который все эксперты сразу же окрестили «убийцей» Zilog и MOS Technology. Новый чип был гораздо мощнее своих конкурентов, но ожидаемого успеха он так и не достиг, так как для 16-разрядной шины процессора требовались соответствующие дорогостоящие микросхемы для материнских плат. Это послужило образованию высоких цен на ПК с Intel 8086, которые впоследствии плохо продавались. Но это не отменяет больших заслуг нового процессора — он задал очень высокую планку производительности, а потомки Intel 8086 прочно занимают лидирующие позиции на рынке микропроцессоров для ПК.
Следующий чип — Intel 8088 — был работой над ошибками и имел успехи в продажах. Он содержал 30000 транзисторов, работал на частоте 10 МГц. Небезызвестный IBM PC работал именно с этим процессором.
Motorola в 1979 году выпустила чип MC68000 , который по тем временам был мощнейшим – 24-разрядная шина памяти, частота 10-16 МГц. Процессор был очень дорогим, требовал соответствующие микросхемы, но все равно имел значительный успех, подкупая пользователей своими широкими возможностями.
В этом же году компанией Zilog был выпущен весьма спорный процессор – Z8000 . Он был довольно производительным, но в то же время не был совместим аппаратно и программно с Z80, из-за чего новый процессор почти никто не хотел покупать.
Процессоры и числа
Первые модели микропроцессоров могли обрабатывать целые и дробные числа, но для вычисления последних нужно было сначала преобразовать дробь в несколько целых чисел и после операций привести полученное число к начальному виду. Но такие постоянные преобразования – довольно затратный процесс, в смысле памяти ПК, поэтому нужно было как-то улучшить технологию процессоров. Вскоре многие компании начали разрабатывать дополнительные чипы, специально предназначенные для расчетов с дробями. Сначала их продажу осуществляли отдельно от основных процессоров, но позже производители смогли соединить два чипа в один, интегрировав дополнительный процессор в основной. Проблема была решена.
Компания Intel стала лидером среди производителей процессоров
В 1982 году вышел процессор Intel 80286, который разгромил конкурентов в лице Motorola и Zilog. Он был намного мощнее и быстрее своего предшественника Intel 8086, работал с большими объемами памяти и не имел проблем с аппаратной и программной совместимостью. Значит, пользователям больше не нужно было обновлять дорогостоящее программное обеспечение. Все это было достигнуто с помощью введения нового режима работы процессора, благодаря которому обеспечивалась работа сразу нескольких программ. Защищенный режим повышал производительность чипа в разы – в этом был секрет успеха Intel 80286.
Новое поколение процессоров Intel
Процессор P5 от Intel вышел в марте 1993 года, он стал называться Pentium. Технологии чипа были переработаны до неузнаваемости – появилась возможность выполнять сразу две команды, процесс кэширования информации радикально изменился, пропускная способность 64-разрядной шины повысилась в 2 раза. Но процессоры, которые работали на частоте 60 МГц, не были успешны, так как они требовали новую материнскую плату с гнездом Socket 4, а старые не могли полноценно использовать Pentium. Поэтому в конце 1993 года вышел Pentium II, еще более производительный процессор, ситуацию удалось исправить.
Таким образом, чипы от компании Intel обошли своих конкурентов на рынке ПК и прочно заняли лидирующую позицию в стремительной гонке развития процессоров.
Бюджетные версии процессоров Intel
Для успешной конкуренции с AMD компания Intel должна была возглавить рынок бюджетных версий процессоров. Руководство компании приняло решение не снижать цены, а выпускать не слишком мощные процессоры, которые стали называться Intel Celeron.
Первая подобная модель вышла 1998 году. Celeron работал на ядре процессора Pentium II, но в нем отсутствовал кэш, да и сам процессор имел довольно среднюю производительность, хотя был совместим с новыми технологиями. Именно такое устройство и нужно было Intel, чтобы заполнить бюджетный рынок, при этом избежав снижения цен на свои главные разработки.
Cyrix и IDT – производители процессоров версии x86
Компания Cyrix была основана в 1988 году. Ее разработчики создавали процессоры, использующие все те же технологии, что и Intel. Cyrix выпускала вспомогательные чипы для процессоров Intel 80286 и Intel 80386. Последний продукт, кстати, даже смог перегнать по продажам сопроцессор Intel той же версии.
Свои же собственные процессоры – 486DLC и 486SLC – Cyrix выпустили только в 1991 году. Они были совместимы с Socket Intel 80386. Разработки Cyrix ничуть не уступали чипам Intel в плане производительности и были довольно популярны среди пользователей, желающих сделать апгрейд своего ПК.
Еще через четыре года компания выпустила два новых процессора – Cx5x86, с помощью которого можно было перейти с версии 80486 на Intel Pentium, а также Cyrix версии 6×86. Он стал первым чипом, сумевшим превзойти аналог Intel – процессор под маркой Pentium. Но и 6х86 не был лишен недостатков: по тактовой частоте и производительности в трехмерных играх Pentium все же его превосходил.
Преимущество на рынке процессоров закончилось для Cyrix ближе к концу 90-х гг., так как производимым компанией процессорам недоставало мощности и скорости работы. Вскоре Cyrix была куплена тайваньской компанией VIA Technologies.
История компании IDT началась в 1997 году, когда она выпустила Win Chip – этот процессор был разработан по технологиям Pentium. Он продавался по низкой цене, потреблял мало электроэнергии и слабо нагревался, но вместе с тем имел низкую производительность, если сравнивать с конкурентами. Такие особенности Win Chip приобрел с помощью хитрой технологии – несложный набор команд сочетался со специальным устройством, преобразующим команды х86 в свои собственные.
Прошли те времена, когда актуальный и ретроспективный обзор существующих процессоров на рынке был плевым делом. Сегодня, задавшись целью рассмотреть все результаты деятельности чипмейкеров, приходится взваливать на свои плечи практически непосильный труд. Я долго откладывал данную статью, хотя с периодичностью несколько раз в месяц приходят письма о востребованности подобного материала. Что ж, попробую описать не только все (!!!) современные процессоры, но и построить их полное «генеалогическое древо».
Часть I. Как все начиналось…
По большому счету историю процессоров надо начинать с тех «лохматых времен», когда электротехника еще была наукой эмпирической. Да-да, можно сказать, что современными процессорами мы обязаны и препарированным лягушкам Гальвани, и воздушным змеям Франклина, и когорте славных и немного безбашенных теоретиков и практиков от Ампера до Яблочкова. Благодаря им электротехника стала точной наукой, породив из себя радиотехнику, та в свою очередь дала начало электронике, откуда и вышла, наконец, микроэлектроника. В генеалогическом древе всех современных процессоров должно найтись место и примитивным формам жизни, как, например, лейденская банка или детекторный диод, тупиковым ветвям типа электронных ламп, этим неандертальцам электронного мира. И, разумеется, первому полупроводниковому транзистору и первой интегральной микросхеме.
Идея объединить несколько дискретных элементов в единую схему пришла в 1958 году в голову сразу двум великим инженерам. Одного из них звали Роберт Нойс и он работал директором фирмы Fairchild Semiconductors. Независимо от него Джек Килби из Texas Instruments также придумал нечто, названное интегральной схемой (или микросхемой, или чипом, как чаще их называют сегодня).
А в 1961 году компанией Fairchild Semiconductor Corporation было начато массовое производство микросхем.
Первые микропроцессоры Intel
i4004
До 1971 года микросхемы выполняли узкоспециальные, раз и навсегда «зашитые» в них функции, пока молодая компания Intel, взявшись за исполнение заказа японской компании Busicom, не столкнулась с серьезными трудностями. Заказчику требовалось 12 различных микросхем для одной из моделей программируемого калькулятора, а ресурсы Intel не позволяли освоить подобный масштабный заказ. Идея, пришедшая в голову одному из сотрудников Intel, Тедду Хоффу, блестяще решила эту проблему и положила начало всей микропроцессорной индустрии. Мысль, что и говорить, была просто шикарная – создать универсальную схему, которая могла бы выполнять арифметические и логические функции сразу нескольких микросхем.
Вначале был F-14 CADC…
Если верить некоторым источникам, творцами первого микропроцессора были вовсе не инженеры фирмы Intel, а два американских инженера Рэй Холт и Стив Геллер. Еще в 1968 году они якобы создали 20-разрядный чип SLF (Special Logic Function), который содержал арифметическое вычислительное устройство (ALU), декодер инструкций и поддерживал управляемую логику.Работы над чипом были строго засекречены, что не удивляет, поскольку он разрабатывался для нужд военной промышленности. Точнее, чип SLF был основой бортового компьютера CADC (Central Air Data Computer) и предназначался для использования в принципиально новом для того времени истребителе F-14 с изменяемой геометрией крыла.
Для нужд бравых американских летчиков требовался не абы какой чип, а поддерживающий слова длиной как минимум 20 разрядов, сопрягавшийся с аналоговой и цифровой аппаратурой, умеющий решать задачи в масштабе реального времени и вдобавок оптимизированный для одновременного выполнения нескольких интенсивных вычислительных процессов (так, в F-14 из-за больших объемов вычислений использовалось одновременно три (!) синхронно работающих микропроцессора SLF). Чип якобы также обладал специально разработанным для него математическим сопроцессором.
Как также сообщается, по окончании работ над CADC Рэй Холт устроился в компанию AMI, которая в 1972 году сочла, что у микропроцессоров нет будущего, и закрыла это направление.
А рассекречены данные по F-14 CADC были только в 1998 году.
Доверять подобной информации? Я не решаюсь…
Так 15 ноября 1971 года на свет появился первый в мире микропроцессор - четырехразрядное детище фирмы Intel i4004.
Чип представлял собой 4-разрядный процессор с классической Гарвардской архитектурой. Микропроцессор i4004 насчитывал 2300 транзисторов, изготавливался по технологии 10 мкм, работал на тактовой частоте 108кГц и был упакован в пластмассовый или металлокерамический DIP-корпус с 16 выводами. Напряжение питания составляло 15В.
Микропроцессор имел трехуровневый адресный стек, блок из 16-ти 4-битных регистров общего назначения (РОН), 4-разрядное параллельное АЛУ, аккумулятор, регистр команд с дешифратором команд и схемой управления, а также схему связи с внешними устройствами. Все функциональные узлы объединялись между собой 4-разрядной шиной данных. Память команд составляла 4 Кбайт. При этом чип мог адресовать до 640 байт памяти.
Набор инструкций i4004 по нашим меркам негуст - всего 46 инструкций (41 - 8-разрядные, 5 - 16-разрядные)
Как видим, i4004 обладал всеми функциями центрального процессора и мог быть с успехом применен для создания действующих компьютеров. Тем не менее, он не нашел себе применения в компьютерной индустрии – его вычислительной мощности с избытком хватало для превосходства над компьютерами 50-х годов, но на дворе было начало семидесятых – мощности ЭВМ были совсем иными. Применялся же микропроцессор в основном в калькуляторах, для управления бытовой электроникой и промышленным оборудованием.
Кстати, микропроцессор i4004 поставлялся и работал в комплекте со вспомогательными микросхемами (i4001 (ROM), i4002 (RAM), i4003 (расширитель ввода-вывода), i4008 (фиксатор адреса) и i4009 (преобразователь доступа ввода-вывода)). Семейство i400x было фактически первым чипсетом и получило специальное название MCS-4.
Хотя сама идея показала себя весьма многообещающей, чипсет MCS-4 так и не стал хитом продаж.
i4040
В начале 1972 года корпорация Intel выпустила более продвинутую модель – i4040. Конструктивно i4040 стал вдвое шире и обзавелся 24-ми ножками. По сравнению с предшественником, некоторые его параметры были улучшены. Набор инструкций был расширен до 60 команд, ПЗУ увеличилось вдвое, стек стал восьмиуровневым, а количество регистров возросло до 24. Но главным нововведением в процессоре стала поддержка прерываний, без которых не обходится практически ни один компьютер современности. Набор вспомогательных микросхем, получивший наименование MSC-40, также был расширен до 9 чипов.
Как и i4004, i4040 использовался не в компьютерной технике, а в управлении оборудованием, игрушках и т.д.
i8008
1 апреля 1972 г. Intel выпускает 8-битную версию процессора i4004, назвав его, не мудрствуя лукаво, i8008. Точно так же и набор микросхем получил название MSC-8.
В отличие от своих четырехбитных предшественников, новый микропроцессор имел архитектуру ЭВМ принстонского типа. Он допускал применение в качестве памяти комбинации ПЗУ и ОЗУ. Переход на одношинную архитектуру не привел к какому-либо снижению производительности. i8008 работал приблизительно в два с половиной раза быстрее, чем i4004, в первую очередь за счет увеличения вдвое разрядности чипа, поднятия рабочей частоты до 500 кГц и уменьшения почти в два раза длительности машинного цикла.
Некоторые ключевые характеристики также были улучшены: количество инструкций было расширено до 65, адресуемая память увеличилась до 16 кБ, не разделяясь более на память команд и данных, появилась возможность адресовать 8 портов ввода и 24 порта вывода. Чудо инженерной мысли содержало 3500 транзисторов и было упаковано в 18-контактный керамический DIP-корпус.
Такой процессор уже мог составить серьезную конкуренцию обычной в то время элементной базе во многих секторах рынка, включая контрольно-измерительное оборудование и системы управления технологическими процессами. Однако i8008, как и i4004/i4040 вынужден был общаться с внешними устройствами через узкий интерфейс, что влекло за собой шифрацию сигналов, а значит, и большое количество вспомогательных чипов. В среднем требовалось до двух десятков микросхем для сопряжения процессора с памятью и устройствами ввода/вывода.
Вскоре увидел свет модернизированный вариант данного процессора, i8008-1. Частота модифицированного чипа была увеличена до 800 кГц, что способствовало его активному использованию в различных областях торговли, промышленности, медицины. Также чип нашел применение и в военной электронике.
Однако, несмотря на непрекращающуюся агитацию фирмы Intel, в первые годы продвижения микропроцессоров на рынок они никак не приживались в компьютерах – ЭВМ тех лет по-прежнему были большими.
И вот, наконец, в 1974 г. на базе микропроцессора i8008 появились сразу два персональных компьютера – Mark-8 и Scelbi-8N. Mark-8 считается первым в мире промышленно производимым персональным компьютером – по сегодняшним меркам, весьма тяжёлым в сборке, использовании и обслуживании.
Конкуренты Intel
Intel недолго была одинока – начиная с 1972 года еще несколько фирм-производителей выпустили свои процессоры. Необходимо отметить, что в те времена еще не существовало наработанных решений, стандартов и традиций – каждая компания разрабатывала свою продукцию «как Бог на душу положит», закладывая в нее самые разные функции. Одни из них оказались непонятыми и соответственно невостребованными, другие же определили пути развития индустрии на долгие годы.
1972 год – появился микропроцессор TMS1000 от компании Texas Instruments . Это был первый микропроцессор «все в одном», не требующий дополнительных микросхем. В самом чипе были реализованы ОЗУ (32 байта), ПЗУ (1 кбайт), часы и поддержка ввода/вывода. Это дает нам все основания считать TMS1000 первым микроконтроллером (см. врезку). Также в нем впервые была реализована возможность изменения набора инструкций, тем самым TMS1000 породил целый класс чипов с микропрограммным управлением.
Микроконтроллеры
Микроконтроллер (МК) – представляет из себя компьютер на одном кристалле. Применяется для управления различными электронными устройствами. В отличие от микропроцессора (МП), микроконтроллер содержит встроенные дополнительные устройства. К ним относятся различные устройства памяти (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ и т.п.), порты ввода/вывода, интерфейсы связи (параллельные, последовательные, АЦП и ЦАП, устройства управления дисплеями и т.п.), таймеры, системные часы. Разумеется, эти устройства быстрее и надежнее внешних аналогов.Микроконтроллеры применяются практически повсеместно: в промышленном и торговом оборудовании (станки, кассовые аппараты, детекторы валют, электронные весы), бытовой технике (холодильники, стиральные машины, кухонные комбайны, телевизоры, видеомагнитофоны и т.п.), на транспорте, короче говоря, везде, где от прибора требуется хоть какой-то уровень интеллекта.
Правда, во всем остальном архитектура чипа оставляла желать лучшего – он представлял собой 4-битный процессор, имевший 9 разновеликих регистров: 4-pазpядный регистр Y и 2-х или 3-х разрядный регистр X (объединявшиеся для создания 6 или 7-pазpядного индексного регистра), 4-разрядный аккумулятор, однобитный регистр состояния, 6-pазpядный счетчик, 4-pазpядный регистр страницы, 1-pазpядный регистр банка, 6-pазpядный регистр возврата из подпрограммы и 4-pазpядный буфер страницы.
Его набор команд состоял из 12 жестко заданных 8-разрядных инструкций и 31 программируемой инструкции. Процессор не поддерживал прерывания.
Тем не менее, этот микропроцессор, точнее микроконтроллер, имел немалый успех. Он широко применялся в игровых консолях, бытовых приборах, микрокалькуляторах и других электронных устройствах – за все время было продано более 10 миллионов штук TMS1000.
3 квартал 1972 года – появился 4-битный микропроцессор PPS-4 от компании Rockwell . Он, правда, несколько запоздал – Intel уже щеголяла 8-битным i8008, продукт же Rockwell мог составить конкуренцию разве что i4004. Процессор, тем не менее, за счет грамотно разработанной архитектуры получился довольно-таки резвым, что сразу же привлекло к нему внимание разработчиков систем. В нем были реализованы некоторые интересные идеи, в частности, возможность использования под стек оперативной памяти.
Система команд данного процессора имела уклон в сторону вычислительных задач, что не удивительно – чип изначально разрабатывался для применения в калькуляторах. По этой же причине у него отсутствовала поддержка прерываний.
4 квартал 1972 года – 8-битный микропроцессор 7200 от компании AMI . Первый так называемый секционный процессор. Он был реализован не как монокристальный процессор, а состоял из трех частей: блока регистров с арифметико-логическим устройством (RALU), блока управления (CU) и микропрограммного ПЗУ (MROM). Как и PPS-4, он был микропроцессором с микропрограммным управлением.
1 квартал 1973 года – появился микропроцессор IMP-4 от компании National Semiconductor . IMP-4 по многим заложенным в него возможностям опередил свое время на несколько лет. Как и Ami 7200, IMP-4 состоял из трех частей – блока регистров с арифметико-логическим устройством (RALU) на 4-битном чипе IMP-00A, блока сопряжения с памятью и периферией (FILU) и модуля управления с ПЗУ (CROM), который позволял разработчику зашивать в ПЗУ свой собственный набор команд. Выпускалось несколько стандартных вариантов набора команд - изначально IMP-4A/521 (4-битный стандартный набор), позднее появились IMP-8A/520 (8-битный стандартный набор), IMP-16A/521 (16-битный стандартный набор) и IMP-16A/522 (16-битный расширенный набор).
Как и Ami 7200, IMP-4 был одним из первых секционных (bit-slice) микропроцессоров с микропрограммным управлением.
Его набор регистров включал в себя целых четыре аккумулятора, также IMP-4 обладал достаточно мощными встроенными средствами обработки прерываний.
Разумеется, секционная и микропрограммная архитектура давали мощные средства в руки разработчиков. Но были у них и серьезные минусы. Уровень технологий того времени не позволил разработчикам объединить все составные части в монокристальный процессор, что отрицательно сказалось на стоимости решений, а также на простоте построения систем на их основе. К тому же использование микропрограммного управления не было оправдано при построении простых 4-разрядных систем, где в основном и применялись данные комплекты.
PPS-4, Ami 7200 и IMP-4 стали предшественниками i3000 и AMD Am2900, но сами, к сожалению, не оказали серьезного влияния на рынок.
1 квартал 1973 года – появился первый японский микропроцессор uPD751 (uCOM-4) от компании NEC . 4-битный процессор работал на частоте 1 MHz и мог адресовать 4 kb памяти. Он не использовал прерывания и имел набор из 55 инструкций. Использовался в POS-терминалах.
1 квартал 1974 года – 8-битный микропроцессор 5065 от компании Mostek .
2 квартал 1974 года – 12-битный микропроцессор TLCS-12A (T3190) от компании Toshiba .
3 квартал 1974 года – 16-битный микропроцессор CP1600 от компании General Instrument . Работал на частоте 0.89 MHz. Применялся в игровых консолях, управлении бытовой техникой, микрокомпьютерах, в более поздних компьютерах (типа ZX-Spectrum) использовался в музыкальном синтезаторе.
1974 год – 8-битный микропроцессор PPS-8 от компании Rockwell . Более продвинутая версия PPS-4
Заключение
Как видим, к 1974 году немало фирм, оценивших перспективность данного сектора рынка, начало подтягиваться и пробовать свои силы в производстве микропроцессоров. Все упомянутые в первой части статьи процессоры относятся к первому поколению. Во второй части статьи я расскажу о появлении второго поколения микропроцессоров и нешуточных «силиконовых» войнах, вспыхнувших в середине 70-х.
