إن تاريخ تطور المعالجات الدقيقة موجز. تاريخ المعالجات الدقيقة

هل تستخدم جهاز كمبيوتر أو جهاز محموللقراءة هذا الموضوع الآن. يستخدم الكمبيوتر أو الجهاز المحمول معالجًا دقيقًا لتنفيذ هذه الإجراءات. المعالج الدقيق هو قلب أي جهاز أو خادم أو كمبيوتر محمول. هناك العديد من العلامات التجارية للمعالجات الدقيقة من أكثرها مختلف الشركات المصنعة، لكنهم جميعًا يفعلون نفس الشيء وبنفس الطريقة تقريبًا.
معالج دقيق- يُعرف أيضًا باسم المعالج أو وحدة المعالجة المركزية ، وهو محرك حوسبة مبني على شريحة واحدة. كان أول معالج دقيق هو Intel 4004 ، والذي ظهر عام 1971 ولم يكن بنفس القوة. يمكنه الجمع والطرح ، وهذا فقط 4 بتات في المرة الواحدة. كان المعالج مذهلاً لأنه تم تنفيذه على شريحة واحدة. سوف تسأل لماذا؟ وسأجيب: صنع المهندسون في ذلك الوقت معالجات إما من شرائح متعددة أو من مكونات منفصلة (تم استخدام الترانزستورات في حزم منفصلة).

إذا كنت قد تساءلت يومًا عما يفعله المعالج الدقيق في الكمبيوتر ، أو كيف يبدو ، أو ما هي اختلافاته مقارنة بأنواع المعالجات الدقيقة الأخرى ، فانتقل تحت الخفض- هناك كل التفاصيل والأكثر إثارة للاهتمام.

تقدم المعالج الدقيق: Intel

المعالج الدقيق الأول ، والذي أصبح فيما بعد قلب البساطة الكمبيوتر المنزلي، كان Intel 8080 ، وهو كمبيوتر كامل 8 بت على شريحة واحدة ظهر في عام 1974. تسبب المعالج الدقيق الأول في حدوث طفرة حقيقية في السوق. في وقت لاحق في عام 1979 صدر موديل جديد- Intel 8088. إذا كنت معتادًا على سوق أجهزة الكمبيوتر وتاريخه ، فأنت تعلم أن سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصي قد انتقل من Intel 8088 إلى Intel 80286 ، وذلك إلى Intel 80386 و Intel 80486 ، ثم إلى Pentium و Pentium II و Pentium III و Pentium 4 تم تصنيع كل هذه المعالجات الدقيقة بواسطة Intel ، وكلها تحسينات على التصميم الأساسي لـ Intel 8088. يمكن لـ Pentium 4 تنفيذ أي كود ، لكنه يفعل ذلك 5000 مرة أسرع.

في عام 2004 ، قدمت إنتل معالجات دقيقة ذات نوى متعددة ومليون ترانزستور ، ولكن حتى هذه المعالجات الدقيقة اتبعت قواعد عامةكرقائق مصنعة مسبقًا. معلومة اضافيةفي الطاولة:

• تاريخ: هي السنة التي تم فيها تقديم المعالج لأول مرة. تم إعادة إصدار العديد من المعالجات ، ولكن بسرعات أعلى على مدار الساعة ، واستمر هذا لسنوات عديدة بعد تاريخ الإصدار الأصلي.
• الترانزستورات: هذا هو عدد الترانزستورات الموجودة على رقاقة. يمكنك أن ترى أن عدد الترانزستورات لكل قالب يتزايد باطراد على مر السنين.
• ميكرون: عرض أصغر سلك على الشريحة بالميكرونات. للمقارنة ، يمكنني الاستشهاد بشعر بشري يبلغ سمكه حوالي 100 ميكرون. كلما كانت الأبعاد أصغر وأصغر ، زاد عدد الترانزستورات.
• تردد الساعة: أقصى سرعة يمكن للرقاقة أن تصل إليها. سأخبرك عن تردد الساعة بعد قليل.
• عرض (الحافلة) البيانات: عرض ALU (وحدة المنطق الحسابي). يمكن لـ ALU 8 بت الجمع والطرح والضرب وما إلى ذلك. في كثير من الحالات ، يكون ناقل البيانات هو نفس عرض ALU ، ولكن ليس دائمًا. كان Intel 8088 16 بت وكان به ناقل 8 بت ، بينما موديلات حديثةبنتيوم 64 بت.
• MIPS: يرمز هذا العمود في الجدول إلى عرض عدد العمليات في الثانية. إنها وحدة قياس للمعالجات الدقيقة. يمكن للمعالجات الحديثة القيام بالعديد من الأشياء المختلفة لدرجة أن تقييمات اليوم ، المعروضة في الجدول ، تفقد معناها بالكامل. لكن يمكنك أن تشعر بالقوة النسبية للمعالجات الدقيقة في تلك الأوقات

من هذا الجدول ، يمكنك أن ترى ، بشكل عام ، أن هناك علاقة بين سرعة الساعة و MIPS (العمليات في الثانية). السرعة القصوى للساعة هي إحدى وظائف معالج التصنيع. هناك أيضًا علاقة بين عدد الترانزستورات وعدد العمليات في الثانية. على سبيل المثال ، يعمل Intel 8088 المُسجل بسرعة 5 ميجا هرتز (الآن 2.5-3 جيجا هرتز) فقط 0.33 MIPS (حوالي تعليمات واحدة لكل 15 دورة ساعة). يمكن للمعالجات الحديثة في كثير من الأحيان تنفيذ تعليمتين لكل دورة ساعة. ترتبط هذه الزيادة ارتباطًا مباشرًا بعدد الترانزستورات الموجودة على الشريحة وسأتحدث عن هذا أكثر.

ما هي الرقاقة؟

الشريحة تسمى أيضًا الدائرة المتكاملة. عادة ما تكون قطعة صغيرة رفيعة من السيليكون نقش عليها الترانزستورات التي يتكون منها المعالج الدقيق. يمكن أن تكون الشريحة صغيرة مثل بوصة واحدة ، لكنها لا تزال تحتوي على عشرات الملايين من الترانزستورات. أكثر معالجات بسيطةيمكن أن تتكون من عدة آلاف من الترانزستورات محفورة على شريحة بحجم بضعة ملليمترات مربعة فقط.

كيف تعمل

إنتل بنتيوم 4

لفهم كيفية عمل المعالج الدقيق ، سيكون من المفيد النظر إلى الداخل والتعرف على مكوناته الداخلية. في هذه العملية ، يمكنك أيضًا التعرف على لغة التجميع ، واللغة الأصلية للمعالج الدقيق ، والكثير مما يمكن للمهندسين القيام به لزيادة سرعة المعالج.

ينفذ المعالج الدقيق مجموعة من تعليمات الجهاز التي تخبر المعالج بما يجب فعله. بناءً على التعليمات ، يقوم المعالج الدقيق بثلاثة أشياء رئيسية:

• باستخدام ALU (وحدة المنطق الحسابي) ، يمكن للمعالج الدقيق إجراء عمليات حسابية. على سبيل المثال ، الجمع والطرح والضرب والقسمة. المعالجات الدقيقة الحديثة قادرة على إجراء عمليات معقدة للغاية
• يمكن للمعالج الدقيق نقل البيانات من موقع ذاكرة إلى آخر
• يمكن للمعالج الدقيق اتخاذ القرارات والانتقال إلى مجموعة جديدة من التعليمات بناءً على تلك القرارات

بصراحة ، يقوم المعالج الدقيق بأشياء معقدة ، لكنني وصفت أعلاه ثلاثة أنشطة رئيسية. يوضح الرسم البياني التالي معالجًا دقيقًا بسيطًا جدًا قادرًا على القيام بهذه الأشياء الثلاثة. يحتوي هذا المعالج الدقيق على:

• ناقل العنوان (8 أو 16 أو 32 بت) الذي يرسل وصولاً إلى الذاكرة
• ناقل البيانات (8 أو 16 أو 32 بت) الذي ينقل البيانات إلى الذاكرة أو يستقبل البيانات من الذاكرة
• يخبر RD (قراءة) و WR (كتابة) الذاكرة ما إذا كانوا يريدون التثبيت أو الحصول على موقع معنون
• خط الساعة الذي يسمح لك بمشاهدة تسلسل ساعة المعالج
• سطر إعادة تعيين يعيد تعيين عداد الأوامر إلى الصفر ويبدأ التنفيذ

ذاكرة المعالجات الدقيقة

تحدثنا سابقًا عن حافلات العناوين والبيانات ، بالإضافة إلى سطور القراءة والكتابة. كل هذا متصل إما مع ذاكرة الوصول العشوائي ( الرامات "الذاكرة العشوائية في الهواتف والحواسيب) أو ROM (قراءة فقط الذاكرة أو قراءة الذاكرة فقط ، ROM) - عادةً مع كليهما. في مثال المعالجات الدقيقة لدينا ، لدينا ناقل عنوان عريض 8 بت وناقل بيانات عريض بنفس القدر - أيضًا 8 بت. هذا يعني أن المعالج الدقيق يمكنه الوصول إلى 2 ^ 8 إلى 256 بايت من الذاكرة ، ويمكنه قراءة وكتابة 8 بتات من الذاكرة في المرة الواحدة. لنفترض أن هذا المعالج الدقيق يحتوي على 128 بايت من الذاكرة الداخلية تبدأ من العنوان 0 و 128 بايت من ذاكرة الوصول العشوائي بدءًا من العنوان 128.

ذاكرة الوصول العشوائي تعني ذاكرة القراءة فقط. تمت برمجة شريحة الذاكرة للقراءة فقط ببايتات محددة مسبقًا. يخبر عنوان الناقل شريحة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التي يجب أن تصل إلى ناقل البيانات وتناسبه. عندما يغير سطر القراءة حالته ، تقدم شريحة ذاكرة القراءة فقط البايت المحدد إلى ناقل البيانات.

RAM تعني RAM ، lol. تحتوي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) على بايت من المعلومات ، ويمكن للمعالج الدقيق القراءة أو الكتابة إلى هذه البايتات اعتمادًا على ما إذا كان سطر القراءة أو الكتابة يشير. واحدة من المشاكل التي يمكن العثور عليها في رقائق اليوم هي أنها تنسى كل شيء بمجرد نفاد الطاقة. لذلك ، يجب أن يحتوي الكمبيوتر على ذاكرة وصول عشوائي (RAM).

شريحة RAM أو شريحة ذاكرة للقراءة فقط (ROM)

بالمناسبة ، تحتوي جميع أجهزة الكمبيوتر تقريبًا على قدر من ذاكرة الوصول العشوائي. على الكمبيوتر الشخصي ، تسمى ذاكرة القراءة فقط BIOS (نظام الإدخال / الإخراج الأساسي). عند بدء التشغيل ، يبدأ المعالج الدقيق في تنفيذ التعليمات التي يجدها في BIOS. تعليمات BIOS، بالمناسبة ، يقومون أيضًا بأدوارهم: يفحصون الأجهزة ، ثم تنتقل جميع المعلومات إلى HDDلإنشاء قطاع تمهيد. قطاع التمهيد هو برنامج صغير ، ويقوم BIOS بتخزينه في الذاكرة بعد قراءته من القرص. ثم يبدأ المعالج الدقيق في تنفيذ التعليمات قسم الاحذيةمن RAM. سيعرض برنامج قطاع التمهيد المعالج الدقيق ما يجب أخذه معه. القرص الصلبفي ذاكرة الوصول العشوائي ، ثم يفعل كل شيء ، وهكذا. هذه هي الطريقة التي يقوم بها المعالج الدقيق بتحميل وتشغيل نظام التشغيل بالكامل.

تعليمات المعالجات الدقيقة

حتى المعالجات الدقيقة البسيطة للغاية التي وصفتها للتو سيكون لديها ما يكفي مجموعة كبيرةالتعليمات التي يمكنه اتباعها. يتم تنفيذ مجموعة التعليمات كنماذج بت ، لكل منها معنى مختلفعندما منعت في قطاع القيادة. الناس ليسوا جيدين بشكل خاص في تذكر أنماط البت لأنها مجموعة من الكلمات القصيرة. بالمناسبة ، تسمى هذه المجموعة من الكلمات القصيرة لغة تجميع المعالج. يمكن للمجمّع أن يترجم الكلمات إلى نمط بت بسهولة شديدة ، وبعد ذلك سيتم وضع جهود المجمّع في الذاكرة للمعالج الدقيق للتنفيذ.

فيما يلي مجموعة من تعليمات لغة التجميع:

• ذاكرة LOADA- تحميل في التسجيل مع عنوان الذاكرة
• ذاكرة LOADB- تحميل في السجل B من عنوان الذاكرة
• مذكرة CONB- تحميل قيمة ثابتة في السجل ب
• حفظ الذاكرة- حفظ السجل B على عنوان الذاكرة
• ذاكرة SAVEC- حفظ سجل C على عنوان الذاكرة
• يضيف- أضف A و B واحفظ النتيجة إلى C.
• الفرعية- اطرح A و B وقم بتخزين النتيجة في C
• MUL- اضرب A و B وقم بتخزين النتيجة في C.
• DIV- انقسام A و B وتخزين النتيجة في C.
• كوم- قارن A و B واحفظ النتيجة في الاختبار
• JUMP عنوان- اذهب إلى العنوان
• JEQ العنوان- اذهب ، إذا كانت متساوية ، لحلها
• JNEQ العنوان- اذهب ، إن لم تكن متساوية ، لحلها
• JG العنوان- اذهب ، إذا كان أكثر ، للحل
• عنوان JGE- اذهب إذا كانت أكبر أو تساوي لحلها
• JL العنوان- اذهب ، إذا كان أقل ، لحلها
• جل العنوان- اذهب إذا كان أقل أو يساوي لحل
• قف- أوقف الإعدام

لغة التجميع
المترجم سي يترجم كود سي هذا إلى لغة التجميع. بافتراض أن ذاكرة الوصول العشوائي تبدأ من العنوان 128 في هذا المعالج ، وذاكرة القراءة فقط (التي تحتوي على برنامج لغة التجميع) تبدأ من العنوان 0 ، ثم بالنسبة للمعالج الصغير البسيط ، قد يبدو المجمع كما يلي:

// افترض أن a في العنوان 128 // افترض أن العنوان 1290 CONB 1 // a = 1 ؛ 1 SAVEB 1282 CONB 1 // f = 1 ؛ 3 SAVEB 1294 LOADA 128 // إذا كان a> 5 ، انتقل إلى 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f = f * a؛ 9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a = a + 1؛ 13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // loop back to if17 STOP

ذاكرة القراءة فقط (ROM)
لذا فإن السؤال المطروح الآن هو ، "كيف تتكامل كل هذه التعليمات مع ذاكرة القراءة فقط؟" سأشرح ، بالطبع: يجب تمثيل كل من هذه التعليمات في لغة التجميع كرقم ثنائي. للتبسيط ، دعنا نفترض أن كل تعليمات لغة تجميع تخصص لنفسها رقمًا فريدًا. على سبيل المثال ، سيبدو كالتالي:

• LOADA - 1
• تحميل - 2
• CONB - 3
• حفظ - 4
• ذاكرة SAVEC - 5
• يضيف - 6
• الفرعية - 7
• MUL - 8
• DIV - 9
• كوم - 10
• JUMP عنوان - 11
• JEQ العنوان - 12
• JNEQ العنوان - 13
• JG العنوان - 14
• عنوان JGE - 15
• JL العنوان - 16
• جل العنوان - 17
• قف - 18

ستعرف هذه الأرقام باسم أكواد التشغيل. في ذاكرة القراءة فقط ، سيبدو برنامجنا الصغير كما يلي:

// افترض أن a في العنوان 128 // افترض F أن العنوان 129Addr opcode / value0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 12824 3 // CONB 125126 6 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430831 18 // STOP

يمكنك أن ترى أن 7 أسطر من كود C أصبحت 18 سطرًا من المجمع ، وأن جميعها أصبحت 32 بايت في ذاكرة القراءة فقط.

فك
يجب أن تحول تعليمات فك التشفير كل من أكواد التشغيل إلى مجموعة من الإشارات التي ستقود مكونات مختلفة داخل المعالج الدقيق. لنأخذ تعليمات ADD كمثال ونرى ما يجب القيام به. وبالتالي:

• 1. في دورة الساعة الأولى ، تحتاج إلى تحميل التعليمات نفسها ، لذلك يحتاج جهاز فك التشفير إلى: تنشيط المخزن المؤقت لعداد الأوامر بثلاث حالات ، وتنشيط سطر القراءة (RD) ، وتنشيط البيانات في الحالات الثلاث من المخزن المؤقت في سجل الأوامر
• 2. في دورة الساعة الثانية ، يتم فك تشفير تعليمات ADD. لا يوجد الكثير للقيام به هنا: اضبط عملية وحدة المنطق الحسابي (ALU) لتسجيل C
• 3. خلال الدورة الثالثة ، يزيد عداد البرنامج (من الناحية النظرية ، يمكن أن يتداخل هذا في الدورة الثانية)

يمكن تقسيم كل تعليمة إلى مجموعة من العمليات المتسلسلة - مثلما نظرنا للتو. يتعاملون مع مكونات المعالج الدقيق بالترتيب الصحيح. قد تستغرق بعض التعليمات ، مثل تعليمات ADD ، دورتين أو ثلاث دورات على مدار الساعة. قد يتخذ البعض الآخر خمسة أو ستة تدابير.

دعنا نصل إلى النهاية

عدد الترانزستورات له تأثير كبير على أداء المعالج. كما ترى أعلاه ، يمكن للمعالج الدقيق Intel 8088 أن يكمل 15 دورة. كلما زاد عدد الترانزستورات ، زاد الأداء - إنه بسيط. يسمح العدد الكبير من الترانزستورات بتكنولوجيا مثل خطوط الأنابيب.

تتكون بنية خط الأنابيب من تنفيذ الأوامر. يمكن أن يستغرق تنفيذ أمر واحد خمس دورات ، ولكن لا يمكن أن يكون هناك خمسة تعليمات في مراحل مختلفة من التنفيذ في نفس الوقت. لذلك يبدو أن تعليمات واحدة تكمل كل دورة على مدار الساعة.

كل هذه الاتجاهات تسمح لعدد الترانزستورات بالنمو ، مما يؤدي إلى ترانزستور ثقيل بملايين الدولارات متوفر اليوم. يمكن أن تؤدي هذه المعالجات حوالي مليار عملية في الثانية - تخيل فقط. بالمناسبة ، أصبح العديد من المصنّعين مهتمين الآن بإصدار معالجات محمولة 64 بت ومن الواضح أن موجة أخرى قادمة ، هذه المرة فقط هندسة 64 بت هي ملك الموضة. ربما سأصل إلى هذا الموضوع في المستقبل القريب وأخبرك كيف يعمل بالفعل. ربما هذا كل شيء لهذا اليوم. أتمنى أن تكون قد وجدت ذلك ممتعًا وتعلمت الكثير.

في الوقت الحاضر ، حتى الهواتف المحمولة الأقل تقدمًا لا تستغني عن المعالج الدقيق ، ناهيك عن أجهزة الكمبيوتر اللوحية والكمبيوتر المحمول وأجهزة الكمبيوتر المكتبية الشخصية. ما هو المعالج الدقيق وكيف تطور تاريخ إنشائه؟ بلغة بسيطة ، فإن المعالج الدقيق هو دائرة متكاملة أكثر تعقيدًا ومتعددة الوظائف.

يبدأ تاريخ الدائرة المصغرة (الدائرة المتكاملة) منذ عام 1958عندما اخترع موظف في شركة Texas Instruments الأمريكية جاك كيلبي جهازًا معينًا من أشباه الموصلات يحتوي على عدة ترانزستورات في حالة واحدة ، متصلة بواسطة موصلات. الدائرة الدقيقة الأولى - وهي سلف المعالج الدقيق - تحتوي على 6 ترانزستورات فقط وكانت عبارة عن لوحة رفيعة مصنوعة من الجرمانيوم مع مسارات ذهبية مطبقة عليها ، وكان كل هذا موجودًا على ركيزة زجاجية. للمقارنة ، لا يوجد اليوم سوى وحدات بل وعشرات الملايين من عناصر أشباه الموصلات.

بحلول عام 1970شارك الكثير من الشركات المصنعة في تطوير وإنشاء دوائر متكاملة ذات قدرات مختلفة وتوجهات وظيفية مختلفة. ولكن هذا العام بالذات يمكن اعتباره تاريخ ميلاد أول معالج دقيق. في هذا العام ، أنشأت Intel شريحة ذاكرة بسعة 1 كيلو بايت فقط - لا يكاد يذكر للمعالجات الحديثة ، لكنها كبيرة بشكل لا يصدق في ذلك الوقت. في ذلك الوقت كان إنجازًا كبيرًا - كانت شريحة الذاكرة قادرة على تخزين ما يصل إلى 128 بايت من المعلومات - أعلى بكثير من نظائرها المماثلة. بالإضافة إلى ذلك ، في نفس الوقت تقريبًا ، طلبت شركة Busicom اليابانية المصنعة للآلة الحاسبة نفس الدوائر الدقيقة Intel 12 ذات الوظائف المختلفة. تمكن متخصصو إنتل من تنفيذ جميع الاتجاهات الوظيفية الاثني عشر في دائرة كهربائية دقيقة واحدة. علاوة على ذلك ، تبين أن الدائرة المصغرة التي تم إنشاؤها متعددة الوظائف ، لأنها جعلت من الممكن تغيير وظائفها برمجيًا دون تغيير الهيكل المادي. تؤدي الدائرة المصغرة وظائف معينة اعتمادًا على الأوامر المقدمة لمخرجات التحكم الخاصة بها.

في غضون عام في عام 1971أطلقت إنتل أول معالج دقيق 4 بت ، يحمل الاسم الرمزي 4004. وبالمقارنة مع أول شريحة 6 ترانزستور ، احتوت على ما يصل إلى 2.3 ألف عنصر من أشباه الموصلات وأجرى 60 ألف عملية في الثانية. في ذلك الوقت ، كان اختراقًا كبيرًا في مجال الإلكترونيات الدقيقة. يعني 4 بت أن 4004 يمكنه التعامل مع بيانات 4 بت في وقت واحد. بعد عامين آخرين في عام 1973تنتج الشركة معالج 8008 8 بت ، والذي يعمل بالفعل مع بيانات 8 بت. يبدأ منذ عام 1976بدأت الشركة بالفعل في تطوير إصدار 16 بت من المعالج الدقيق 8086. كان هو الذي بدأ استخدامه في أول أجهزة الكمبيوتر الشخصية لشركة IBM ، وفي الواقع ، وضع أحد اللبنات الأساسية في تاريخ أجهزة الكمبيوتر.

أنواع المعالجات الدقيقة

بحكم طبيعة الكود القابل للتنفيذ وتنظيم جهاز التحكم ، يتم تمييز عدة أنواع من البنى:

معالج مع مجموعة تعليمات معقدة.تتميز هذه البنية بعدد كبير من التعليمات المعقدة ، ونتيجة لذلك ، جهاز تحكم معقد. تتميز الإصدارات المبكرة من معالجات CISC ومعالجات التطبيقات المضمنة بأوقات تنفيذ طويلة للتعليمات (من عدة دورات على مدار الساعة إلى مئات) ، يتم تحديدها بواسطة الرمز الصغير لجهاز التحكم. تتميز معالجات superscalar عالية الأداء بتحليل عميق للبرامج وتنفيذ العمليات خارج الترتيب.

معالج بمجموعة تعليمات مبسطة.هذه الهندسة لديها جهاز تحكم أبسط بكثير. تحتوي معظم تعليمات معالج RISC على نفس العدد الصغير من العمليات (1 ، أحيانًا 2-3) ، وكلمات الأمر نفسها في الغالبية العظمى من الحالات لها نفس العرض (PowerPC ، ARM) ، على الرغم من وجود استثناءات (Coldfire) . تحتوي معالجات Superscalar على أبسط مجموعة من التعليمات دون تغيير ترتيب التنفيذ.

معالج متوازي بشكل صريح.وهو يختلف عن الآخرين في المقام الأول من حيث أن تسلسل وتوازي تنفيذ العمليات وتوزيعها بين الأجهزة الوظيفية محددة بوضوح من قبل البرنامج. يمكن أن تحتوي هذه المعالجات على عدد كبير من الأجهزة الوظيفية دون الكثير من التعقيد لجهاز التحكم وفقدان الكفاءة. عادةً ما تستخدم هذه المعالجات كلمة تحكم واسعة تتكون من عدة مقاطع لفظية تحدد سلوك كل جهاز وظيفي أثناء دورة الساعة.

الحد الأدنى من معالج مجموعة التعليمات.يتم تحديد هذه البنية بشكل أساسي من خلال عدد صغير جدًا من التعليمات (عدة عشرات) ، وجميعها تقريبًا معاملات فارغة. هذا النهج يجعل من الممكن حزم الكود بإحكام شديد ، مع تخصيص من 5 إلى 8 بتات لتعليمات واحدة. عادةً ما يتم تخزين البيانات الوسيطة في مثل هذا المعالج على المكدس الداخلي ، ويتم تنفيذ العمليات على القيم الموجودة أعلى المكدس. ترتبط هذه البنية ارتباطًا وثيقًا بأيديولوجية البرمجة في اللغة الرابعة وعادة ما تُستخدم لتنفيذ البرامج المكتوبة بهذه اللغة.

معالج مجموعة التعليمات المتغيرة.بنية تسمح لك بإعادة برمجة نفسك عن طريق تغيير مجموعة التعليمات ، وتعديلها حسب المهمة التي تقوم بها.

معالج يحركه النقل.تفرعت الهندسة المعمارية في الأصل من EPIC ، ولكنها تختلف اختلافًا جوهريًا عن غيرها من حيث أن تعليمات مثل هذا المعالج ترمز العمليات الوظيفية ، وما يسمى بعمليات النقل ترميز عمليات نقل البيانات بين الأجهزة الوظيفية والذاكرة بترتيب عشوائي.

وفقًا لطريقة تخزين البرامج ، تبرز بنيتان:

عمارة فون نيومان... تستخدم معالجات هذه البنية ناقلًا واحدًا وجهاز إدخال / إخراج واحد للوصول إلى البرنامج والبيانات.

عمارة هارفارد.في معالجات هذه البنية ، توجد نواقل منفصلة وأجهزة إدخال / إخراج لجلب البرامج وتبادل البيانات. في المعالجات الدقيقة والميكروكونترولر و DSPs المضمنة ، يحدد هذا أيضًا وجود جهازي ذاكرة مستقلين لتخزين البرامج والبيانات. في وحدات المعالجة المركزية ، يحدد هذا وجود تعليمات منفصلة وذاكرة التخزين المؤقت للبيانات. خلف ذاكرة التخزين المؤقت ، يمكن دمج الحافلات في واحد عن طريق مضاعفة الإرسال.

من الصعب تخيل حياة الإنسان بدون الإلكترونيات الحديثة. بالطبع ، هناك العديد من الأماكن التي يوجد فيها o التقنيات الحديثةحتى الآن ولم أسمع ، وليس للاستخدام. ولكن مع ذلك ، فإن الغالبية العظمى من سكان العالم مرتبطة بطريقة ما بالإلكترونيات ، والتي أصبحت جزءًا لا يتجزأ من حياتنا وعملنا.

منذ العصور القديمة ، استخدم الإنسان العديد من الأجهزة من أجل جعل بعض عمليات الإنتاج أكثر كفاءة أو لجعل وجوده أكثر راحة. حدث الاختراق الحقيقي في أواخر الأربعينيات من القرن العشرين ، عندما تم اختراع الترانزستورات. الأول كان الترانزستورات ثنائية القطب ، ولا تزال تستخدم حتى اليوم. وتبعهم MOSFETs (أشباه موصلات أكسيد المعادن).

كانت الترانزستورات الأولى من هذا النوع أكثر تكلفة وأقل موثوقية من أبناء عمومتها ثنائية القطب. ولكن ابتداءً من عام 1964 ، بدأ استخدام الإلكترونيات دوائر متكاملة، والتي تعتمد على الترانزستورات MOS. هذا سمح لاحقًا بتقليل تكلفة الإنتاج. الأجهزة الإلكترونيةوتقليل حجم الأدوات والأنظمة بشكل كبير مع تقليل استهلاك الطاقة. بمرور الوقت ، أصبحت الدوائر الدقيقة أكثر تعقيدًا وتعقيدًا ، لتحل محل كتل كبيرة من الترانزستورات ، مما أتاح إمكانية تقليل حجم الأجهزة الإلكترونية.

بحلول نهاية الستينيات ، بدأت الدوائر المصغرة بالانتشار إلى حد ما عدد كبيربوابات منطقية (كبيرة في ذلك الوقت): 100 وأكثر. هذا جعل من الممكن استخدام عناصر جديدة لإنشاء أجهزة الكمبيوتر. أدرك مطورو أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية بسرعة نسبيًا أن زيادة كثافة الترانزستورات في الدائرة الدقيقة ستسمح في النهاية بإنشاء معالج كمبيوتر على شكل شريحة واحدة. في البداية ، تم استخدام الدوائر المتكاملة مع ترانزستورات MOS لإنشاء محطات وحاسبات ، وتم استخدامها من قبل مطوري الأنظمة الموجودة على متن الطائرة لنقل الركاب والنقل العسكري.

لحظة مهمة

اليوم ، يعترف معظم المتخصصين في الإلكترونيات أن بداية مرحلة جديدة نوعيًا في تطوير الإلكترونيات بدأت في عام 1971 ، عندما ظهر معالج 4 بت 4004 من Intel ، تم استبداله لاحقًا بشريحة 8 بت 8008. ظهرت بعد يابانية صغيرة شركة تسمى Nippon Calculation Machine، Ltd. (لاحقًا Busicom Corp.) طلبت 12 شريحة فقط من Intel. احتاجت الشركة إلى هذه الدوائر الدقيقة لآلاتها الحاسبة ، وتم تطوير التصميم المنطقي للرقائق بواسطة موظف في شركة العميل). في ذلك الوقت ، تم تطوير مجموعة جديدة من الدوائر الدقيقة لكل جهاز ، تؤدي وظائف عالية التخصص.

عند تنفيذ الطلب ، اقترح Martian Edward Hoff تقليل عدد الدوائر الدقيقة للجهاز الجديد للشركة اليابانية من خلال إدخال استخدام المعالج المركزي. كان من المفترض ، وفقًا لفكرة المهندس ، أن يصبح مركزًا لمعالجة البيانات ويقوم بالوظائف الحسابية والمنطقية. كان على المعالج استبدال عدة دوائر دقيقة في وقت واحد. وافقت إدارة الشركتين على هذه الفكرة. في خريف عام 1969 ، اقترح هوف ، بمساعدة ستانلي ميسور ، بنية جديدة للدوائر الدقيقة ، والتي تم تقليل عددها إلى 4. فقط بعض العناصر المقترحة هي معالج مركزي 4 بت ، ROM وذاكرة الوصول العشوائي.

تم تطوير المعالج نفسه بواسطة Federico Fagin ، الفيزيائي الإيطالي الذي أصبح المصمم الرئيسي لعائلة MCS-4 في Intel. كان هو الذي ، بفضل معرفته بتكنولوجيا MOS ، كان قادرًا على إنشاء معالج ، وتنفيذ فكرة Hoff. بالمناسبة ، تم تطوير أول دائرة كهربائية صغيرة تجارية في العالم تستخدم تقنية بوابة السيليكون. كانت تسمى فيرتشايلد 3708.

كان Fagin ، بصفته موظفًا في Intel ، قادرًا على إنشاء طريقة جديدة لتصميم أنظمة منطقية عشوائية. ساعده في عمله ماساتوشي شيما ، الذي كان مهندسًا في Busicom في ذلك الوقت. طور Fagin و Sima لاحقًا المعالج الدقيق Zilog Z80 ، والذي ، بالمناسبة ، لا يزال قيد الإنتاج.

معمارية معالج Intel 4004

لكن الشيء الرئيسي حدث في 15 نوفمبر 1971. هذا هو تاريخ ظهور أول معالج دقيق من إنتل ، شريحة 4004. كانت تكلفته في ذلك الوقت 200 دولار. تم تنفيذ جميع وظائف معالج الكمبيوتر المركزي تقريبًا على شريحة واحدة. تم الإعلان عنه في نوفمبر 1971 في مجلة الأخبار الإلكترونية.

مواصفات المعالج:

• تاريخ الظهور: 15 نوفمبر 1971
• عدد الترانزستورات: 2300
• مساحة الكريستال: 12 مم²
• تكنولوجيا المعالجة: 10 ميكرومتر (تقنية P-channel سيليكون فطيرة MOS)
• تردد الساعة: 740 كيلو هرتز (على وجه التحديد من 500 إلى 740.740 ... كيلو هرتز ، منذ فترة الساعة 2..1.35 ميكرو ثانية (أو 92.6 كيلو هرتز؟)
• عرض السجلات: 4 بت
• عدد التسجيلات: 16 (يمكن استخدام 16 أربع بت كـ 8 ثماني بتات)
• عدد المنافذ: 16 مدخل رباعي بت و 16 مخرج رباعي بت
• عرض ناقل البيانات: 4 بت
• عرض ناقل العنوان: 12 بت
• عمارة هارفارد
• الكومة: 3 طبقات داخلية
• ذاكرة الأوامر (ROM / ROM): 4 كيلو بايت (32768 بت)
• حجم الذاكرة القابلة للعنونة (RAM / RAM): 640 بايت (5120 بت)
• عدد التعليمات: 46 (41 منها 8 بت و 5 بت 16)
• دورة التعليمات: 10.8 ميكروثانية
• جهد الإمداد: −15 فولت (بموس)
• درجة حرارة العمل: 0 إلى + 70 درجة مئوية
• ظروف التخزين والتشغيل: من -40 إلى +85 درجة مئوية
• الموصل: DIP16 (تم لحام الدائرة المصغرة مباشرة لوحة الدوائر المطبوعةأو مثبتة في فتحة خاصة)
• العلبة: 16 سنًا DIP (1 بلاستيك أو 3 سيراميك ، على سبيل المثال C4004 (سيراميك أبيض مع خطوط رمادية) ، C4004 (سيراميك أبيض) ، D4004 (سيراميك أسود ورمادي) ، P4004 (بلاستيك أسود))
• نوع التسليم: بشكل منفصل وفي مجموعات MCS-4 (ROM ، RAM ، I / O ، CPU)

نفذ هذا المعالج 60.000 إلى 93.000 تعليمات في الثانية. في الوقت نفسه ، كان بإمكان أحد أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الأولى ، ENIAC ، تنفيذ 5000 تعليمات فقط في الثانية. في الوقت نفسه ، احتلت ENIAC 280 مترًا مربعًا ووزنها 27 طنًا واستهلكت 174 كيلوواط من الطاقة.

لم يحظى المعالج 4004 بشعبية كبيرة. الشريحة رقم 8080 ، والتي يمكن تسميتها "حفيد" 4004 ، بدأ استخدامها في كل مكان.

الآلات الحاسبة وأجهزة الكمبيوتر

في عام 1971 ، شركة انتلكان هناك منافسون. على سبيل المثال ، قامت شركة Mostek ، التي طورت أجهزة وأجهزة أشباه الموصلات بناءً عليها ، بإنشاء أول "آلة حاسبة على شريحة" في العالم ، MK6010.

في يونيو 1971 ، أطلقت شركة Texas Instruments حملة إعلامية تسلط الضوء على فوائد معالجها. في ذلك الوقت ، تم وصف Datapoint 2200 القائم على TMX 1795 بأنه "كمبيوتر قوي متفوق على الأصلي" ، مما يعني أن Datapoint 2200 القائم على TMX 1795 كان متفوقًا بشكل كبير على Datapoint 2200 القائم على القطبين. لكن STS ، بعد اختبار الشريحة الجديدة ، رفضتها ، وواصلت استخدام الرقائق ثنائية القطب. كانت Intel لا تزال تعمل على معالجها الخاص.

بعد مرور بعض الوقت ، بعد أن تأكدت TI من عدم وجود طلب على TMX 1795 (لاحقًا - TMC 1795) ، أنهت الحملة الإعلامية وأوقفت إنتاج النظام. لكن هذه الشريحة بالذات دخلت التاريخ كأول معالج 8 بت.

في عام 1971 ، فقدت STS الاهتمام بمعالج واحد لأنظمتها ، ونقلت جميع الحقوق إلى شريحة Intel الجديدة. لم تفوت الشركة هذه الفرصة ، واستمرت في تطوير شريحة 8008 ، ونجحت في تقديمها لعدد من الشركات الأخرى. في أبريل 1972 ، قامت بتسليم مئات الآلاف من هذه المعالجات. بعد ذلك بعامين ، تم استبدال المعالج 8008 بـ 8080 الجديد ، وبعد ذلك جاء 8086 وبدأ عصر الأنظمة على معمارية x86. الآن ، عند العمل على جهاز كمبيوتر شخصي أو كمبيوتر محمول قوي ، يجدر بنا أن نتذكر أن بنية مثل هذا النظام قد تم تطويرها منذ عدة سنوات من أجل Datapoint 2200 HMI.

ثم استخدمت إنتل تقنية أكثر تقدمًا ، والتي وفرت ميزة معالجاتها. كانت سريعة وفعالة نسبيًا في استخدام الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، كانت رقائق Intel ذات كثافة ترانزستور أعلى من شريحة TI ، مما قلل من حجم المعالجات. بالإضافة إلى ذلك ، لعب التسويق أيضًا دورًا مهمًا ، في هذا المجال قامت Intel أيضًا بعدد من الخطوات الناجحة ، والتي ضمنت شعبية تطورات الشركة.

مهما كان الأمر ، فإن الوضع مع القيادة في تطوير المعالجات الأولى بعيد كل البعد عن الغموض كما هو شائع. كان هناك العديد من الرواد هنا في وقت واحد ، ولكن فيما بعد أصبح تطوير واحد منهم فقط شائعًا. في الواقع ، نحن جميعًا نتعامل مع "أحفاد" محدثين لهذه التكنولوجيا اليوم ، في القرن الحادي والعشرين.

العلامات: إضافة العلامات

مقدمة

1 تطوير المعالجات الدقيقة

2 المعالجات الدقيقة i80386

3 المعالجات الدقيقة i80486

4 معالجات بنتيوم

5 أداء المعالج

6 معالجات مشتركة

فهرس

مقدمة

أهم عنصر في أي جهاز كمبيوتر هو المعالج الدقيق. إنه يحدد إلى حد كبير قدرات نظام الحوسبة. تم تصنيع أول معالج دقيق i4004 في عام 1971 ومنذ ذلك الحين احتلت إنتل مكانة رائدة في قطاع السوق. أنجح مشروع تطوير هو i8080. كان يعتمد عليه كمبيوتر Altair ، والذي كتب من أجله ب. جيتس أول مترجم أساسي له. كان للهندسة المعمارية الكلاسيكية لـ i8080 تأثير كبير على مزيد من التطويرالمعالجات الدقيقة أحادية الشريحة. أصبح المعالج الدقيق i8088 ، الذي أعلنت عنه إنتل في يونيو 1979 ، هو المعيار الصناعي الحقيقي لأجهزة الكمبيوتر. في عام 1981 ، اختارت "العملاق الأزرق" (IBM) هذا المعالج لأجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم. في البداية ، كان المعالج الدقيق i8088 يعمل عند 4.77 ميجاهرتز وسرعته حوالي 0.33 موبس ، ولكن بعد ذلك تم تطوير نسخه المصممة لتردد ساعة أعلى يبلغ 8 ميجاهرتز. ظهر المعالج الدقيق i8086 قبل عام واحد بالضبط ، في يوليو 1978 ، وأصبح شائعًا بفضل الكمبيوتر CompaqDecPro. بناءً على بنية i8086 والطلب في السوق ، أصدرت Intel i80286 في فبراير 1982. ظهر في نفس وقت ظهور كمبيوتر IBM PC AT الجديد. إلى جانب الزيادة في الأداء ، كان لديه وضع محمي (يستخدم تقنية إدارة ذاكرة أكثر تعقيدًا). يسمح الوضع المحمي لبرامج مثل Windows 3.0 و OS / 2 بالعمل بأكثر من 1 ميجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي. بفضل بيانات 16 بت على ناقل النظام الجديد ، يمكن تبادل الرسائل ثنائية البايت مع لوحة التحكم. أتاح المعالج الدقيق الجديد الوصول إلى 16 ميغا بايت من ذاكرة الوصول العشوائي في الوضع المحمي. يقدم المعالج i80286 تعدد المهام والتحكم لأول مرة على مستوى الرقاقة ذاكرة افتراضية... مع تردد الساعة 8 ميجا هرتز ، تم تحقيق أداء 1.2 ميجا.

1 تطوير المعالجات الدقيقة

أصبحت أجهزة الكمبيوتر منتشرة على نطاق واسع منذ الخمسينيات. في السابق ، كانت هذه الأجهزة كبيرة جدًا وباهظة الثمن تستخدم فقط في وكالات الحكومةوالشركات الكبيرة. لقد تغير حجم وشكل أجهزة الكمبيوتر الرقمية إلى درجة يصعب التعرف عليها نتيجة لتطوير أجهزة جديدة تسمى المعالجات الدقيقة.

المعالج الدقيق (MP) هو جهاز رقمي إلكتروني يتم التحكم فيه عن طريق البرامج ومصمم لمعالجة المعلومات الرقمية والتحكم في عملية هذه المعالجة ، ويتم صنعه على دائرة متكاملة واحدة أو أكثر مع درجة عالية من تكامل العناصر الإلكترونية.

في عام 1970 ، صمم Martian Edward Hoff من Intel دائرة متكاملة مماثلة في وظيفتها لوحدة المعالجة المركزية للإطار الرئيسي - أول معالج دقيق Intel-4004 ، والذي تم طرحه في السوق في عام 1971.

لقد كان اختراقًا حقيقيًا ، لأن حجم Intel-4004 MP الذي يقل حجمه عن 3 سم كان أكثر إنتاجية من آلة ENIAC العملاقة. صحيح أنه كان يعمل بشكل أبطأ بكثير ويمكنه معالجة 4 بتات فقط من المعلومات في كل مرة (معالجات الحاسوب المركزي عالجت 16 أو 32 بت في نفس الوقت) ، لكن تكلفة أول MP كانت أرخص بعشرات الآلاف من المرات.

كان الكريستال عبارة عن معالج 4 بت بهيكل كمبيوتر كلاسيكي من نوع Harvard وتم تصنيعه وفقًا لتقنية MOS المتقدمة ذات القناة p بمعيار تصميم يبلغ 10 ميكرون. رسم بياني كهربائيالجهاز يتكون من 2300 ترانزستور. عمل MP بتردد ساعة 750 كيلو هرتز مع دورة قيادة تبلغ 10.8 ميكرو ثانية. تحتوي شريحة i4004 على مكدس عناوين (عداد تعليمات وثلاثة سجلات مكدس من نوع LIFO) ، كتلة RON (سجلات ذاكرة الوصول العشوائي أو ملف تسجيل - RF) ، وحدة ALU متوازية 4 بت ، بطارية ، تسجيل تعليمات بأمر وحدة فك ترميز ودائرة تحكم ، بالإضافة إلى دائرة اتصال مع الأجهزة الخارجية... تم توحيد كل هذه الوحدات الوظيفية بواسطة محرك متدرج 4 بت. وصلت ذاكرة التعليمات إلى 4 كيلو بايت (للمقارنة: نادرًا ما يتجاوز حجم ذاكرة الكمبيوتر الصغير في أوائل السبعينيات 16 كيلو بايت) ، وتتكون وحدة المعالجة المركزية RF من 16 تسجيلًا 4 بت ، والتي يمكن استخدامها 8 إلى 8. سجلات بت. تم الحفاظ على مثل هذا التنظيم لـ RONs في النواب اللاحقين من Intel. قدمت ثلاثة سجلات مكدس ثلاثة مستويات من تداخل الروتين الفرعي. تم تركيب MP i4004 في هيكل بلاستيكي أو ملبد من نوع DIP (حزمة مزدوجة في الخط) مع 16 دبوسًا فقط. يتكون نظام قيادته من 46 تعليمات فقط.

في الوقت نفسه ، كان لدى البلورة وسائل إدخال / إخراج محدودة للغاية ، ولم يحتوي نظام الأوامر على عمليات معالجة بيانات منطقية (AND ، OR ، EXCLUSIVE OR) ، وبالتالي كان لا بد من تنفيذها باستخدام إجراءات فرعية خاصة. لم يكن لدى وحدة i4004 القدرة على إيقاف (أوامر HALT) والتعامل مع المقاطعات.

تتكون دورة تعليمات المعالج من 8 دورات على مدار الساعة. كان هناك متعدد الإرسال А (ناقل العنوان) / ШД (ناقل البيانات) ، تم إرسال عنوان 12 بت بواسطة 4 بتات.

في الأول من أبريل عام 1972 ، بدأت إنتل في شحن أول معالج i8008 ثماني بتات في الصناعة. تم تصنيع البلورة باستخدام تقنية p-channel MOS بمعيار تصميم يبلغ 10 ميكرون وتحتوي على 3500 ترانزستور. يعمل المعالج بتردد 500 كيلو هرتز مع مدة دورة الماكينة 20 ميكرو ثانية (10 فترات مذبذب رئيسي).

على عكس سابقاتها ، كان لدى MP بنية كمبيوتر من نوع برينستون ، وكذاكرة ، سمحت باستخدام مزيج من ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة الوصول العشوائي.

مقارنة بـ i4004 ، انخفض عدد RON من 16 إلى 8 ، وتم استخدام سجلين لتخزين العنوان في معالجة الذاكرة غير المباشرة (قيود التكنولوجيا - تم تنفيذ كتلة RON ، على غرار البلورات 4004 و 4040 في MP 8008 ، في النموذج من الذاكرة الديناميكية). تم تقليل مدة دورة الآلة إلى النصف تقريبًا (من 8 إلى 5 حالات). لمزامنة العمل مع الأجهزة البطيئة ، تم تقديم إشارة READY.

يتكون نظام القيادة من 65 تعليمات. يمكن أن يعالج MP ذاكرة 16 كيلو بايت. زاد أدائها مقارنةً بـ MP بأربع بتات بمقدار 2.3 مرة. في المتوسط ​​، كانت هناك حاجة إلى حوالي 20 دائرة تكامل متوسطة لربط المعالج بالذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج.

الاحتمالات تقنية p-channelتم تقريبًا استنفاد نواب معقدين وعالي الأداء ، لذلك تم نقل "اتجاه التأثير الرئيسي" إلى تقنية N-channel MOS.

في 1 أبريل 1974 ، تم عرض Intel 8080 MP على انتباه جميع الأطراف المعنية. بفضل استخدام تقنية p-MOS بمعيار تصميم 6 ميكرون ، كان من الممكن وضع 6 آلاف ترانزستور على الرقاقة. تمت زيادة سرعة ساعة المعالج إلى 2 ميجا هرتز ، وكان وقت دورة التعليمات 2 ميكرو ثانية. تمت زيادة حجم الذاكرة التي يعالجها المعالج إلى 64 كيلو بايت.

نظرًا لاستخدام الحزمة ذات 40 سنًا ، كان من الممكن فصل А و ، تم تقليل العدد الإجمالي للدوائر الدقيقة المطلوبة لبناء نظام في الحد الأدنى من التكوين إلى 6.

في الاتحاد الروسي ، تم تقديم مؤشر المكدس ، والذي يستخدم بنشاط في معالجة المقاطعة ، بالإضافة إلى سجلين لا يمكن الوصول إليهما برمجيًا لعمليات النقل الداخلية. تم تنفيذ كتلة RON على دوائر ذاكرة ثابتة. أدى استبعاد البطارية من الاتحاد الروسي وإدخالها في ALU إلى تبسيط دائرة التحكم في الحافلة الداخلية.

الجديد في هندسة الترجمة الآلية هو استخدام نظام مقاطعة متجه متعدد المستويات. أتاح هذا الحل التقني إمكانية رفع العدد الإجمالي لمصادر المقاطعة إلى 256 (قبل ظهور وحدات تحكم المقاطعة LSI ، تطلب مخطط توليد ناقل المقاطعة استخدام ما يصل إلى 10 شرائح إضافية للتكامل المتوسط). يقدم i8080 آلية وصول مباشر للذاكرة (DMA) (كما هو الحال سابقًا في حواسيب IBM System 360 المركزية ، وما إلى ذلك).

فتحت PDP الضوء الأخضر لاستخدام مثل هذه الأجهزة المعقدة مثل الأقراص المغناطيسية وشرائط العرض على CRTs في الحواسيب الصغيرة ، والتي حولت الحواسيب الصغيرة إلى نظام حوسبة كامل.

كان تقليد الشركة ، بدءًا من أول بلورة ، هو عدم إصدار شريحة وحدة معالجة مركزية منفصلة ، ولكن مجموعة من وحدات LSI المصممة للاستخدام المشترك.

المعالجات الدقيقة الحديثة مبنية على بنية 32 بت x86 أو IA-32 (معمارية إنتل 32 بت) ، ولكن في القريب العاجل سيكون هناك انتقال إلى بنية 64 بت أكثر تقدمًا وفعالية IA-64 (معمارية إنتل 64 بت). في الواقع ، بدأ الانتقال بالفعل ، ويتجلى ذلك من خلال الإصدار الشامل والإصدار للبيع في عام 2003 من المعالج الدقيق Athlon 64 الجديد من AMD (Advanced Micro Devices) ، هذا المعالج الدقيق معروف بحقيقة أنه يمكن أن يعمل مع كلا 32 تطبيقات بت وتطبيقات 64 بت. بت. أداء المعالجات الدقيقة 64 بت أعلى من ذلك بكثير.

2 المعالجات الدقيقة i80386

في أكتوبر 1985 ، أعلنت إنتل عن أول معالج دقيق 32 بت ، i80386. كان أول كمبيوتر يستخدم هذا المعالج الدقيق هو CompaqDeskPro 386. تم استكمال بنية 32 بت الكاملة في المعالج الدقيق الجديد بوحدة إدارة ذاكرة ممتدة ، والتي بالإضافة إلى وحدة التجزئة تم استكمالها بوحدة تحكم في الصفحة. يسهل هذا الجهاز إعادة ترتيب المقاطع من موقع ذاكرة إلى آخر. عند تردد الساعة 16 ميجا هرتز ، كانت السرعة 6 ميجا. جعلت خطوط 32 عنوانًا من الممكن معالجة 4 جيجابايت من الذاكرة فعليًا ، بالإضافة إلى ذلك ، تم تقديم وضع إدارة الذاكرة الظاهرية V86 الجديد. في هذا الوضع ، يمكن تشغيل العديد من المهام لـ i8086 في وقت واحد.

كان يسمى المعالج الدقيق i80386 ، المصنوع على قالب واحد باستخدام معالج مساعد ، i80386DX. ظهر نموذج أرخص من المعالجات الدقيقة 32 بت فقط في يوليو 1988 (i80386SX). استخدم المعالج الدقيق الجديد ناقل بيانات 16 بت وناقل عنوان 24 بت. كان هذا مفيدًا بشكل خاص لأجهزة الكمبيوتر القياسية IBM PC AT. تم تشغيل البرنامج المكتوب لـ i80386DX على i80386DX. كانت السجلات الداخلية متطابقة تمامًا. يأتي فهرس SX من الكلمة "sixteen" (ناقل بيانات 16 بت). بالنسبة لـ i486 ، أصبحت SX تعني عدم وجود معالج مساعد. في معرض الخريف التجاري في عام 1989 ، أعلنت إنتل عن معالج i80486DX ، الذي يحتوي على 1.2 مليون ترانزستور في قالب واحد وكان متوافقًا تمامًا مع بقية المعالجات البالغ عددها 86. لأول مرة ، جمعت الدوائر الدقيقة الجديدة بين وحدة المعالجة المركزية والمعالج المساعد والذاكرة المؤقتة في قالب واحد. استخدام بنية الأنابيب المتأصلة في معالجات RISC ، مما يسمح بتحقيق أداء 4 مرات لأنظمة 32 بت التقليدية. 8 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت على متن الطائرة المسرَّعة بسبب التخزين الوسيط للتعليمات والبيانات المستخدمة بشكل متكرر. عند تردد ساعة 25 ميجا هرتز ، كان أداء المعالج الدقيق 16.5 ميجا هرتز. تأسست في يناير 1991 سمح إصدار المعالج الدقيق بتردد ساعة 50 ميجاهرتز بزيادة الأداء بنسبة 50 ٪ أخرى. أدى المعالج المدمج المدمج إلى تسريع العمليات الحسابية بشكل كبير ، ولكن اتضح لاحقًا أن 30٪ فقط من المستخدمين يحتاجون إلى مثل هذا المعالج الدقيق.

تتكون المعالجات الدقيقة الأولى من أربع بتات من بلورة واحدة.

اعتمدت المعالجات الدقيقة الأولى على دوائر p - MOS. يتم تنفيذ المعالجات الدقيقة الحديثة على و- دوائر MOS بتكلفة منخفضة وسرعة متوسطة ، على دوائر CMOS منخفضة الطاقة للغاية وعلى دوائر TTL بسرعة عالية.

ظهرت المعالجات الدقيقة الأولى (MP) في أوائل السبعينيات نتيجة للجهود المشتركة لمهندسي النظم ، حلالين المشاكلالتنظيم المعماري لمعدات الكمبيوتر ومهندسي الدوائر المشاركين في تكنولوجيا التصميم والإنتاج الوسائل الإلكترونية اللاسلكية.

دخل أول معالج دقيق ، وهو Intel 404 4 بت ، إلى السوق غير الجاهز في عام 1971. ظهر المعالج 4004 MP ، المصمم لتلبية احتياجات مصنعي الآلات الحاسبة ، قبل العالم كعلامة لعصر جديد في الإلكترونيات المتكاملة.

استخدمت المعالجات الدقيقة الأقدم طريقة لإدارة الذاكرة تُعرف باسم ذاكرة الآلة البحتة.

وتجدر الإشارة إلى أن المعالجات الدقيقة الأولى التي تم استيرادها إلى اليابان عام 1971 كانت تكلف حوالي ألف دولار.

لأكثر من 30 عامًا مرت منذ ظهور المعالجات الدقيقة الأولى ، تم تطوير قواعد تبادل معينة ، والتي يتبعها مطورو أنظمة المعالجات الدقيقة الجديدة. هذه القواعد ليست معقدة للغاية ، ولكن من الضروري معرفتها بحزم واتباعها بدقة من أجل العمل الناجح.

يتم إنشاء أنظمة التشغيل لأي نوع من المعالجات الدقيقة بناءً على مجموعة التعليمات التي يتم وضعها في المعالج الدقيق أثناء التطوير. تم إنشاء أول معالج دقيق بواسطة شركة Intel ، الشركة الرائدة في تصنيع الرقائق.

هل يمكن لأي إنجاز تقني في عصر الكمبيوتر أن ينافس المعالج الدقيق في الأهمية؟ كانت المعالجات الدقيقة الأولى ، التي بدأ تاريخها القصير قبل عقد من الزمان فقط ، تعتمد بشكل أساسي على إنجازات الإلكترونيات الدقيقة ، وهي تقنية نشأت في وقت متأخر عن ظهور أجهزة الكمبيوتر نفسها وإلى حد كبير بشكل مستقل عنها. منذ البداية ، قوبل مصممو ومصنعي المعالجات الدقيقة بإشادة ساحقة بمجرد أن تمكنوا من إثبات أن كل تطوير جديد كان أقرب خطوة في الهيكل إلى آلة الحوسبة المتوسطة أو الكبيرة الحديثة. استنتج المراقبون بسهولة أنه إذا استمرت كثافة التركيب والسرعة وقدرات التصميم الآلي في الارتفاع كما هو متوقع ، فستكون المعالجات الدقيقة قريبًا على قدم المساواة في القوة والمنطق مع أجهزة الكمبيوتر الصغيرة الكبيرة ، وربما أجهزة الكمبيوتر الكبيرة.

في عام 1970 ، آخر خطوة مهمةفي الطريق إلى الكمبيوتر الشخصي - صمم مارشيان إدوارد هوف من إنتل دائرة متكاملة مماثلة في وظيفتها لوحدة المعالجة المركزية كمبيوتر كبير... هكذا ظهر أول معالج دقيق Intel-4004 (انظر الصورة على اليمين) ، والذي تم طرحه للبيع في عام 1971. كان طفرة حقيقية ، لأن المعالج الدقيق Intel-4004 بحجم أقل من 3 سم كان أكثر إنتاجية من آلة ENIAC العملاقة. صحيح أن قدرات Intel-4004 كانت أكثر تواضعًا بكثير من قدرات المعالج المركزي لأجهزة الكمبيوتر الكبيرة في ذلك الوقت - فقد كان يعمل بشكل أبطأ بكثير ويمكنه معالجة 4 بتات فقط من المعلومات في وقت واحد (معالجات أجهزة الكمبيوتر الكبيرة تم معالجة 16 أو 32 بت في وقت واحد) ، لكنها أيضًا أرخص بعشرات الآلاف من المرات.

إن إنشاء نظام تشغيل مثل PC-DOS ليس مسألة صدفة ولا نتيجة تخطيط تكنوقراطي بحت. أدت المنافسة الاقتصادية منذ فترة طويلة إلى ظهور أنظمة التشغيلللحواسيب المركزية حتى قبل المعالجات الدقيقة الأولى.

إنها شريحة واحدة تتحكم في كل ما يحدث في جهاز الكمبيوتر. تعمل هذه الدائرة الصغيرة بتردد معين على مدار الساعة ، تقاس بعدد معين من الميجاهرتز. وفقًا لمعايير اليوم ، كانت المعالجات الدقيقة الأولى (8088 أو 80286) بطيئة للغاية ولن تكون قادرة على التعامل مع البرامج الحديثة.

إن إعادة تصميم دائرة متكاملة كبيرة كلما أرادت شركة ما تحديث نطاق منتجاتها ، وهو ما يحدث كثيرًا ، يعد حقًا مهمة هائلة. ولد المعالج الدقيق بفضل فكرة طرحها متخصصون من Bizicom: من الضروري إنشاء CKOEI لهيكل دائرة متكاملة يمكن تكييفها بسهولة مع أي منتج جديد تتقنه شركتهم. للأسف ، كانت اليابان لا تزال ضعيفة للغاية في مجال البحث والتطوير ؛ لذلك تمكنت الولايات المتحدة من الاستيلاء على الكرة والهرب بعيدًا عن طريق إنشاء أول معالج دقيق.

ومع ذلك ، استمرت إنتل في الالتزام بالنموذج الأولي ، الذي تم بالفعل إنفاق أموال التطوير عليه. وهكذا ، أصبح Intel 8008 MP المعروف أول معالج دقيق في السوق العالمية.

من ومتى اخترع أول معالج دقيق في العالم

يعرف كل موظف في Intel من اخترع المعالج الدقيق. في عام 1969 ، بدأ المطورون اليابانيون الذين شاركوا سابقًا في تصميم الآلات الحاسبة ، العمل في هذه الشركة التي لم تكن معروفة بعد. استخدم المهندسون اثنتي عشرة دائرة متكاملة لإنشاء كمبيوتر مكتبي مشترك. الدور الرئيسي في هذا المشروع لعبه ماساتوشي شيما. في ذلك الوقت ، كان تيد هوفسور يدير أحد أقسام شركة إنتل. لقد أدرك ، بصفته مبتكر المعالج الدقيق في المستقبل ، أنه بدلاً من الآلة الحاسبة التي لديها القدرة على البرمجة ، سيكون من الأفضل صنع جهاز كمبيوتر يقوم ببرمجة عمل الآلة الحاسبة.

بدأ إنشاء أول معالج في العالم مع تطور بنيته. في عام 1969 ، اقترح أحد موظفي Intel استدعاء السلسلة الأولى من المعالجات الدقيقة لعائلة 4000. كل نموذج في العائلة يحتوي على ستة عشر شريحة إخراج. هذا يساعد على فهم ماهية المعالج الدقيق الأول. الموديل 4001 به ذاكرة 2 كيلوبايت. يحتوي جهاز 4003 على موسع عشر بتات مع اتصال لوحة المفاتيح ومؤشرات مختلفة. والإصدار 4004 كان بالفعل جهاز معالج رباعي بت. يعتقد الكثيرون أنه كان أول معالج دقيق. في نموذج 4004 ، عمل ألفان وثلاثمائة ترانزستور. الجهاز يعمل بتردد 108 كيلو هرتز.

يمكنك اليوم العثور على آراء مختلفة حول وقت إنشاء المعالج الأول ، ومع ذلك ، يعتقد معظمهم أن 15 نوفمبر 1971 هو تاريخ وسنة إنشاء أول معالج دقيق في العالم. في البداية ، اشترت شركة Busicom اليابانية هذا التطوير مقابل ستين ألف دولار ، لكن إنتل أعادت الأموال لاحقًا لتبقى أصحاب حقوق الطبع والنشر الوحيدين للاختراع.

تم استخدام المعالج الأول في أنظمة التحكم في حركة المرور ، ولا سيما في إشارات المرور. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام الجهاز في أجهزة تحليل الدم. بعد ذلك بقليل ، وجد 4004 مكانًا في مسبار الفضاء بايونير 10 ، الذي تم إطلاقه في عام 1972.

تم إنشاء أول معالج دقيق محلي في أوائل السبعينيات في مركز الحوسبة الخاصة تحت قيادة D.I. يوديتسكي.

وهكذا ، في السبعينيات ، بدأت المعالجات الدقيقة تتغلغل تدريجياً في مجالات مختلفة من النشاط البشري. تم تقسيم جميع المعالجات لاحقًا إلى معالجات دقيقة ووحدات تحكم دقيقة مباشرة. تُستخدم الأولى في أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، وقد وجدت المتحكمات الدقيقة تطبيقًا مسيطرًا أنظمة مختلفة... لديهم نواة حوسبة أضعف ، لكن هناك العديد من العقد الإضافية. تسمى المتحكمات الدقيقة أحيانًا بأجهزة الكمبيوتر الصغيرة ، نظرًا لأن جميع العقد والوحدات تقع مباشرة على الشريحة.

إنتل 4004- معالج دقيق 4 بت من تصميم شركة Intel Corp. وتم إصداره في 15 نوفمبر 1971. تعتبر هذه الدائرة المصغرة أول معالج دقيق أحادي الرقاقة متوفر تجارياً في العالم. ومع ذلك ، في عام 1970 ، قبل أكثر من عام من إصدار شريحة i4004 ، تم تصنيع المعالج الدقيق العسكري F14 CADC (en) ، والذي تم تصنيفه حتى عام 1998.

1969 شركة يابانية صغيرة Nippon Calculate Machine، Ltd.(لاحقًا Busicom Corp.) ، الشركة المصنعة للآلة الحاسبة ، طلبت 12 شريحة من Intel (تم تطوير التصميم المنطقي للنظام بواسطة موظف Busicom Masatoshi Shima (嶋 正 利)) لاستخدامها في آلة حاسبة سطح مكتب جديدة. كانت هذه الدوائر الدقيقة تتميز دائمًا بوظائف متخصصة للغاية وتم تصميمها لأداء عمل محدد بدقة ، لذلك بالنسبة لكل تطبيق جديد ، كان لا بد من إعادة تصميم مجموعة الشرائح بأكملها. وجد موظفو إنتل أن هذا الأسلوب غير مربح. يقترح Martian Edward (Ted) Hoff ، 32 عامًا ، أن تقلل Intel و Busicom عدد الرقائق باستخدام وحدة المعالجة المركزية التي يجب أن تقوم بالحسابات و وظائف المنطق، واحدة بدلاً من عدة دوائر كهربائية دقيقة. وقد قبلت إدارة الشركتين الفكرة "بضجة كبيرة". خلال خريف عام 1969 ، اقترح تيد هوف ، بمساعدة ستانلي مازور ، بنية شرائح جديدة ، تم تقليل عددها إلى 4 ، بما في ذلك وحدة معالجة مركزية: وحدة معالجة مركزية 4 بت (CPU) ، ROM لـ تخزين البرامج وذاكرة الوصول العشوائي لتخزين بيانات المستخدم ... بدأ تطوير المعالج الدقيق في أبريل 1970 فقط عندما انضم فيديريكو فاجين ، عالم فيزياء من إيطاليا ، إلى شركة إنتل بصفته المصمم الرئيسي لعائلة MCS-4. بفضل معرفته العميقة بتكنولوجيا بوابة السيليكون MOS التي طورها في Fairchild في عام 1968 ، والخبرة الواسعة التي اكتسبها في عام 1961 في شركة Olivetti الإيطالية في مجال تصميم الكمبيوتر المنطقي ، تمكن من تقليل المعالج الدقيق لوحدة المعالجة المركزية إلى شريحة واحدة . في عام 1968 ، عندما كان يعمل في Fairchild ، قام أيضًا بتطبيق أول شريحة تجارية في العالم تستخدم تقنية بوابة السيليكون: Fairchild 3708. في Intel ، طور Fagin شريحة جديدة ، حتى ذلك الحين الطريقة الحاليةتصميم الدوائر الدقيقة المنطقية وساهم في العديد من الابتكارات في تصميم العمليات والدوائر الدقيقة ، وهو أمر مهم جدًا لتنفيذ معالج دقيق في شريحة واحدة. ماساتوشي شيما ، الذي عمل كمهندس برمجيات في Busicom وليس لديه خبرة في تصميم أجهزة MOS ، ساعد Fagin في تطوير MCS-4 ، وعمل معه لاحقًا في Zilog ، التي تأسست في أواخر عام 1974 من قبل Fagin و Ralph Ungermann وخصصت بالكامل للمعالجات الدقيقة . طور Fagin و Shima معًا المعالج الدقيق Zilog Z80 ، والذي لا يزال قيد الإنتاج حتى اليوم.

يشير الرقم الثاني إلى نوع المنتج: 0 - معالجات ، 1 - شرائح ذاكرة الوصول العشوائي ، 2 - وحدات تحكم ، 3 - شرائح ROM ، 4 - سجلات التحول ، 5 - رقائق EPLD ، 6 - شرائح PROM ، 7 - رقائق EPROM ، 8 - المراقبة تزامن الرقائق والدوائر في مولدات النبض ، 9 - رقائق للاتصالات.

يتوافق الرقمان الثالث والرابع مع الرقم التسلسلي للمنتج ، ومنذ أن تطلب المعالج الأول ثلاث دوائر دقيقة أكثر تخصصًا (ROM و RAM وموسع الإدخال / الإخراج) ، والتي تم إصدارها قبل 4004 ، تم تسمية المعالج الدقيق 4004.

في 15 نوفمبر 1971 ، تم إطلاق الدائرة المصغرة 4004 - أول معالج دقيق ، بتكلفة 200 دولار ، نفذ جميع وظائف معالج حاسب مركزي على شريحة واحدة. تم الإعلان عن أول معالج دقيق في العالم في نوفمبر 1971 في مجلة الأخبار الإلكترونية (بالإنجليزية: Electronic News).

تم وضع المعالج الدقيق 4004 في حزمة DIP ذات 16 سنًا بحجم قالب يبلغ 12 مم 2 (3 × 4 مم). يمكن للمعالج تنفيذ 60000 (في المتوسط ​​، بحد أقصى 93000) تعليمات في الثانية. (للمقارنة ، نفذ أحد أوائل أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية بالكامل - ENIAC الأمريكية - 5000 تعليمات فقط (كحد أقصى) في الثانية ، واحتلت مساحة 278.7 مترًا مربعًا ووزنه 30 طنًا.) توقعت إنتل الأهمية الحاسمة للمعالجات الدقيقة في تصغير أجهزة الكمبيوتر ، وبالتالي اشترت حقوق الطبع والنشر للمعالج الدقيق 4004 وإصداراته المحسّنة من Busicom مقابل 60 ألف دولار.

ومع ذلك ، في عام 1971 ، لم يحقق المعالج نجاحًا كبيرًا في المبيعات. كانت إستراتيجية إنتل هي تسويق 4004 لتوسيع السوق لرقائق الذاكرة 1101/1103 الأكثر شيوعًا. فقط المعالج الدقيق 8080 ، "الحفيد الأكبر" 4004 ، بدأ يتمتع بشعبية مستحقة.

الدوائر الدقيقة المتخصصة من سلسلة 4xxx

شريحة 4004 تأتي مع 3 ASICs: ROM و RAM و I / O Expander. وعلى الرغم من أن هذه الدوائر المصغرة لها نظام التعيين الخاص بها (سلسلة 1xxx و 2xxx و 3xxx) ، إلا أنها حصلت على اسم ثانٍ في فئة 4xxx ، والتي بدأ تحديدها بجانب ترقيمها المعتاد.

• 4001 *. ذاكرة ROM سعة 256 بايت (256 بت 8 بت تعليمات البرنامج) ، ومنفذ إدخال / إخراج مدمج 4 بت.
• 4002 ... 40 بايت من ذاكرة الوصول العشوائي (80 خلية من 4 بت) ، ومنفذ إخراج مدمج 4 بت ؛ تم تنظيم ذاكرة الوصول العشوائي في الشريحة في 4 "سجلات" من عشرين خلية من 4 بت:
  • 16 خلية بيانات (تستخدم لأرقام الجزء العشري في الآلة الحاسبة الأصلية)
  • 4 خلايا حالة (في الآلة الحاسبة الأصلية المستخدمة لأرقام وعلامات الأس)
• 4003 ... "موسع الإدخال / الإخراج" 10 بت (سجل التحويل يحول الكود التسلسلي إلى متوازي)

بالإضافة إلى ذلك ، تم إصدار شرائح 4008 و 4009 في عائلة 4xxx ، والتي يمكن أيضًا توفيرها مع 4004.

• 4008 *. مزلاج عنوان 8 بت للوصول إلى شرائح الذاكرة القياسية ، ومنفذ إدخال / إخراج مدمج
• 4009 *. محول وصول الإدخال / الإخراج إلى الذاكرة القياسية وشرائح الإدخال / الإخراج

(*) ملاحظة: لا يمكن استخدام شريحة 4001 في النظام مع زوج شرائح 4008/4009

تمت الإشارة أيضًا إلى عائلة 400x باسم MCS-4(جهاز كمبيوتر مايكرو 4 بت).

كما باعت شركة إنتل انتليك -4(مربعات زرقاء كبيرة) - نظام تطوير واختبار برمجيات لـ 4004. في الواقع ، كان من أوائل الحواسيب الصغيرة التي تم إنشاؤها على أساس سلسلة 4xxx (شرائح 4004 و 4201 و 4001 × 4 و 4002 × 2). فقط الثمن الباهظ (5 آلاف دولار) لم يسمح بتسميته بالحاسوب الشخصي.

تعد Intel 4004 ، بالطبع ، واحدة من أكثر الرقائق القابلة للتحصيل شيوعًا. أغلى الأبيض والذهبي رقائق إنتل 4004 بعلامات رمادية ظاهرة على الجزء الأبيض (نوع الجسم الأصلي). لذلك في عام 2004 ، قُدرت هذه الدائرة الدقيقة ، في مزاد eBay عبر الإنترنت ، بحوالي 400 دولار. أقل قيمة هي الدوائر الدقيقة التي لا تحتوي على علامات رمادية على العلبة ، وعادة ما تتراوح تكلفتها بين 200 و 300 دولار. تم إصدار تلك الرقائق (ذات العلامات الرمادية) بدون تاريخ إصدار في الجزء السفلي من الشريحة في وقت سابق ، لذا فإن قيمتها أعلى.

إنتل تطلق أول معالج دقيق لها

كانت العملية التطورية التي أدت إلى الحواسيب الدقيقة الحديثة سريعة للغاية. على الرغم من أن إنشاء الآلة المعروفة باسم " كمبيوتر شخصي"، تم استخدام عدد كبير من الاكتشافات والاختراعات ، وينبغي ذكر الحدث الذي أصبح أهم معلم في تاريخ العلم.

تم طرح المعالج الدقيق Intel® 4004 في 15 نوفمبر 1971 ، وأطلق ثورة إلكترونية غيرت العالم. قبل 4004 ، لم تكن هناك معالجات دقيقة قابلة للبرمجة في السوق. كانوا أول المعالجات التي صنعت البرمجياتعنصر مهم في تصميم الإلكترونيات الدقيقة.

في عام 1969 ، جلبت إنتل الإثارة إلى صناعة الإلكترونيات من خلال دوائر متكاملة تبلغ 1 كيلوبت في الثانية والتي كانت أكبر بكثير من أي أجهزة أخرى متوفرة في ذلك الوقت. نظرًا لنجاح الشركة في تطوير الدوائر المصغرة ، اتصلت بها شركة الآلات الحاسبة اليابانية Busicomp وعرضت إصدار 12 دائرة كهربائية صغيرة لإحدى الآلات الحاسبة الخاصة بها.

أخذ مهندسو Intel التصميم المكون من 12 شريحة وقاموا بدمج جميع الميزات والإمكانيات المطلوبة في شريحة عامة متعددة الأغراض. كان هذا IC مختلفًا عن التصميمات السابقة ، حيث تمت برمجته لغرض واحد باستخدام التعليمات المضمنة.

كان المفهوم هو تصميم جهاز حوسبة شبه كامل على شريحة واحدة. أصبح المعالج الدقيق Intel 4004 رباعي البتات مجرد جهاز من هذا القبيل. كان حجم الظفر ، وكان له نفس الحجم القدرة الحاسوبيةكأول كمبيوتر إلكتروني ENIAC ، تم إنشاؤه عام 1946 ، ويشغل غرفة كاملة ويستخدم 18000 أنبوب مفرغ.

تعد شريحة Intel 4004 واحدة من أكثر الشرائح شيوعًا من حيث المقتنيات. أغلى شرائح Intel 4004 هي الأبيض والذهبي ، مع وجود علامات رمادية على الجزء الأبيض. لذلك ، في عام 2004 ، قدرت هذه الدائرة المصغرة في مزاد eBay عبر الإنترنت بحوالي 400 دولار.

أقل قيمة بقليل من الدوائر الدقيقة بدون علامات رمادية على العلبة ، وعادة ما تكون تكلفتها حوالي 200-300 دولار. تم إصدار تلك الرقائق التي ليس لها تاريخ إصدار في الجزء السفلي من الشريحة في وقت سابق ، لذا فإن قيمتها أعلى.

بدأت Intel عملياتها في يوليو 1968. مؤسسوها ، المهندسين ، جوردون مور وروبرت نويس ، عملوا سابقًا في فيرتشايلد. حدد الخبراء على الفور الاتجاه الرئيسي للعمل - لجعل الذاكرة القائمة على أشباه الموصلات سهلة المنال وعملية قدر الإمكان. في ذلك الوقت ، كانت الذاكرة من هذا النوع أغلى بعدة مرات من الذاكرة القائمة على التقنيات المغناطيسية. في هذه المقالة ، سوف نتعلم كيف تم تطوير المعالج الدقيق الأول ومن هم مبتكروه.

في وقت لاحق ، أصبحت Busicom (اليابان) مهتمة بأنشطة الشركة ، حيث أبرمت عقدًا مع Intel لتطوير دوائر كهربائية صغيرة لخط من الآلات الحاسبة القابلة للبرمجة. في تلك السنوات ، تم إنشاء هذه الدوائر الدقيقة على الفور لأجهزة معينة.

أول معالج دقيق. تاريخ الخلق

في البداية ، تضمن المشروع ما لا يقل عن 12 شريحة من هياكل مختلفة. رفض مهندسو إنتل هذا المبدأ ، واقترحوا إنشاء جهاز عالمي بشريحة واحدة تستخدم أوامر من ذاكرة الوصول العشوائي للعمل. مع 4 شرائح فقط (ROM ، وحدة تحكم I / O ، ذاكرة الوصول العشوائي ومعالج 4004) ، كود البرنامجيمكن أن يقدموا عملهم وأدائهم المهام المختلفة... نظرًا لأن الوحدة كانت متعددة الاستخدامات ، فيمكن تكييفها بسرعة للعمل في الأجهزة الأخرى. (تعرف على المزيد حول تاريخ معالجات Intel)

في ربيع عام 1970 ، استعانت إنتل بالمهندس فريدريكو فاجين لتصميم شريحة التحكم 4004 ، وهي أول معالج دقيق. عمل فاجين أيضًا سابقًا في Fairchild Semiconductor ، حيث اخترع تقنية بوابة السيليكون. تم استخدام هذه التطورات في عملية إنشاء رقائق ميكروية جديدة.

في البداية ، كانت جميع حقوق الدائرة المصغرة الجديدة مملوكة لشركة Busicom. كان فاجن واثقًا من أن اختراعه سيجد استخدامًا واسع النطاق في المستقبل ، لذلك أقنع الإدارة بشراء حقوق الشريحة. عانت Busicom أيضًا من مشاكل مالية خطيرة ، لذلك وافقت على تعويض قدره 60 ألف دولار.

في 15 نوفمبر 1971 ، تم الإعلان رسميًا عن الشريحة 4004 (أول معالج دقيق من إنتل) ، والتي تم استخدامها في الحواسيب الصغيرة MCS-4. كان أداء المعالج 108 كيلو هرتز فقط. تم استخدام تقنية 10 ميكرون لإنشاء الشريحة ، مما جعل من الممكن استيعاب 2300 ترانزستور. والجدير بالذكر أن الأداء كان مشابهًا لأداء ENIAC (1946) التي استخدمت 18000 أنبوب مفرغ وغطت مساحة 85 مترًا مربعًا.

على الرغم من أن المعالج الدقيق الأول كان مخصصًا للاستخدام في الآلات الحاسبة ، فقد وجد لاحقًا استخدامه في مناطق أخرى. على سبيل المثال ، تم استخدام الشريحة في الطب لفحوصات الدم وأنظمة إدارة حركة المرور وحتى في صاروخ الفضاء Pioner 10 الذي طورته وكالة ناسا للبحث.

حسنًا ، ولخبراء الفيديو باللغة الإنجليزية حول المعالج 4004

تم إنشاء أول معالج دقيق Intel 4004 في العالم منذ 40 عامًا

منذ 40 عامًا بالضبط ، أصدرت إنتل أول معالج دقيق تجاري لها ، وهو Intel 4004 ، والذي أصبح أول معالج دقيق في العالم. حدث ذلك في 15 نوفمبر 1971 ، لكنه بدأ في عام 1969 ، عندما طلبت شركة Nippon Calculation Machine Corporation اليابانية من شركة Intel إنشاء 12 شريحة لآلة حاسبة Busicom 141-PF.