La historia del desarrollo de microprocesadores es breve. Historia del microprocesador

¿Está usando una computadora o dispositivo móvil para leer este tema ahora. La computadora o dispositivo móvil utiliza un microprocesador para realizar estas acciones. El microprocesador es el corazón de cualquier dispositivo, servidor o computadora portátil. Hay muchas marcas de microprocesadores de los más diferentes fabricantes, pero todos hacen más o menos lo mismo y de la misma manera.
Microprocesador- También conocido como procesador o unidad central de procesamiento, es un motor informático que se fabrica en un solo chip. El primer microprocesador fue el Intel 4004, que apareció en 1971 y no era tan potente. Podía sumar y restar, y eso es solo 4 bits a la vez. El procesador fue asombroso porque se ejecutó en un solo chip. Preguntarás por qué? Mi respuesta es que los ingenieros en ese momento producían procesadores a partir de múltiples chips o de componentes discretos (los transistores se usaban en paquetes separados).

Si alguna vez se ha preguntado qué hace un microprocesador en una computadora, cómo se ve o cuáles son sus diferencias en comparación con otros tipos de microprocesadores, vaya bajo el corte- Hay todos los detalles más interesantes.

Progreso del microprocesador: Intel

El primer microprocesador, que luego se convirtió en el corazón de lo simple computador de casa, fue el Intel 8080, una computadora completa de 8 bits en un solo chip que apareció en 1974. El primer microprocesador provocó un verdadero aumento en el mercado. Más tarde en 1979 fue lanzado nuevo modelo- Intel 8088. Si está familiarizado con el mercado de PC y su historia, entonces sabrá que el mercado de PC se ha movido de Intel 8088 a Intel 80286, y ese a Intel 80386 e Intel 80486, y luego a Pentium, Pentium II, Pentium III y Pentium 4 Todos estos microprocesadores están fabricados por Intel, y todos son mejoras al diseño básico del Intel 8088. El Pentium 4 puede ejecutar cualquier código, pero lo hace 5000 veces más rápido.

En 2004, Intel introdujo microprocesadores con múltiples núcleos y un millón de transistores, pero incluso estos microprocesadores siguieron reglas generales como chips fabricados previamente. información adicional en la mesa:

• fecha: es el año en que se introdujo por primera vez el procesador. Se volvieron a lanzar muchos procesadores, pero con velocidades de reloj más altas, y esto continuó durante muchos años después de la fecha de lanzamiento original.
• Transistores: Este es el número de transistores en un chip. Puede ver que la cantidad de transistores por dado ha aumentado constantemente a lo largo de los años.
• Micrón: ancho, en micrones, del alambre más pequeño del chip. A modo de comparación, puedo citar un cabello humano, que tiene un grosor de aproximadamente 100 micrones. A medida que las dimensiones se hacían cada vez más pequeñas, la cantidad de transistores aumentaba.
• Frecuencia de reloj: la velocidad máxima que puede alcanzar el chip. Les hablaré de la frecuencia del reloj un poco más tarde.
• Datos de ancho (bus): es el ancho de la ALU (Unidad Aritmética Lógica). Una ALU de 8 bits puede sumar, restar, multiplicar, etc. En muchos casos, el bus de datos tiene el mismo ancho que la ALU, pero no siempre. Intel 8088 era de 16 bits y tenía un bus de 8 bits, mientras que modelos modernos Pentium de 64 bits.
• MIPS: Esta columna de la tabla representa el número de operaciones por segundo. Es una unidad de medida para microprocesadores. Los procesadores modernos pueden hacer tantas cosas diferentes que las calificaciones actuales, presentadas en la tabla, pierden sentido. Pero puedes sentir el poder relativo de los microprocesadores de aquellos tiempos.

En esta tabla puede ver que, en general, existe una relación entre la velocidad del reloj y MIPS (operaciones por segundo). La velocidad máxima de reloj es una función del procesador de fabricación. También existe una relación entre el número de transistores y el número de operaciones por segundo. Por ejemplo, un Intel 8088 con velocidad de 5 MHz (ahora 2,5-3 GHz) solo ejecuta 0,33 MIPS (aproximadamente una instrucción por cada 15 ciclos de reloj). Los procesadores modernos a menudo pueden ejecutar dos instrucciones por ciclo de reloj. Este aumento está directamente relacionado con la cantidad de transistores en el chip y hablaré más sobre esto.

¿Qué es un chip?

Un chip también se llama circuito integrado. Suele ser una pequeña y fina pieza de silicona sobre la que se han grabado los transistores que componen el microprocesador. Un chip puede ser tan pequeño como una pulgada, pero aún contener decenas de millones de transistores. Más procesadores simples Puede constar de varios miles de transistores grabados en un chip de solo unos pocos milímetros cuadrados.

Cómo funciona

Intel Pentium 4

Para comprender cómo funciona un microprocesador, sería útil mirar adentro y aprender sobre sus partes internas. En el proceso, también puede aprender sobre el lenguaje ensamblador, el idioma nativo del microprocesador y mucho de lo que los ingenieros pueden hacer para aumentar la velocidad del procesador.

El microprocesador ejecuta una colección de instrucciones de la máquina que le dicen al procesador qué hacer. Según las instrucciones, el microprocesador hace tres cosas principales:

• Usando su ALU (Unidad Aritmética Lógica), el microprocesador puede realizar operaciones matemáticas. Por ejemplo, suma, resta, multiplicación y división. Los microprocesadores modernos son capaces de realizar operaciones extremadamente complejas
• El microprocesador puede mover datos de una ubicación de memoria a otra
• El microprocesador puede tomar decisiones y pasar a un nuevo conjunto de instrucciones basadas en esas decisiones.

Para decirlo sin rodeos, un microprocesador hace cosas complejas, pero anteriormente describí tres actividades principales. El siguiente diagrama muestra un microprocesador muy simple capaz de hacer estas tres cosas. Este microprocesador tiene:

• Bus de direcciones (8, 16 o 32 bits) que envía el acceso a la memoria
• Bus de datos (8, 16 o 32 bits) que transfiere datos a la memoria o recibe datos de la memoria
• RD (lectura) y WR (escritura) le dicen a la memoria si quieren instalar u obtener una ubicación direccionada
• Línea de reloj que le permite ver la secuencia de reloj del procesador
• Una línea de reinicio que reinicia el contador de comandos a cero y reinicia la ejecución.

Memoria de microprocesador

Anteriormente hablamos sobre buses de datos y direcciones, así como también sobre líneas de lectura y escritura. Todo esto está conectado con RAM ( RAM) o desde ROM (memoria de solo lectura o memoria de solo lectura, ROM), como regla, con ambos. En nuestro ejemplo de microprocesador, tenemos un bus de direcciones ancho de 8 bits y un bus de datos igualmente ancho, también de 8 bits. Esto significa que el microprocesador puede acceder de 2 ^ 8 a 256 bytes de memoria y puede leer y escribir 8 bits de memoria a la vez. Supongamos que este simple microprocesador tiene 128 bytes de memoria interna comenzando en la dirección 0 y 128 bytes de RAM comenzando en la dirección 128.

La memoria de acceso aleatorio significa memoria de solo lectura. El chip de memoria de solo lectura está programado con bytes predeterminados permanentes. La dirección del bus le dice al chip de RAM a qué byte acceder y colocar en el bus de datos. Cuando la línea de lectura cambia de estado, el chip de memoria de solo lectura presenta el byte seleccionado al bus de datos.

RAM significa RAM, jajaja. La RAM contiene un byte de información y el microprocesador puede leer o escribir en estos bytes dependiendo de si la línea de lectura o escritura está señalizando. Uno de los problemas que se pueden encontrar en los chips de hoy es que se olvidan de todo en cuanto se les acaba la energía. Por lo tanto, la computadora debe tener RAM.

Chip de RAM o chip de memoria de solo lectura (ROM)

Por cierto, casi todas las computadoras contienen cierta cantidad de RAM. En una computadora personal, la memoria de solo lectura se llama BIOS (Sistema básico de entrada / salida). Al inicio, el microprocesador comienza a ejecutar las instrucciones que encuentra en el BIOS. Instrucciones BIOS, por cierto, también cumplen con sus roles: verifican el hardware, y luego toda la información va a HDD para crear un sector de arranque. El sector de arranque es un programa pequeño y el BIOS lo almacena en la memoria después de leerlo del disco. Entonces el microprocesador comienza a ejecutar instrucciones. sector de arranque de RAM. El programa del sector de arranque le mostrará al microprocesador qué más llevar consigo. disco duro en RAM, y luego lo hace todo, y así sucesivamente. Así es como el microprocesador carga y ejecuta todo el sistema operativo.

Instrucciones del microprocesador

Incluso el microprocesador increíblemente simple que acabo de describir tendrá suficiente conjunto grande instrucciones que puede seguir. La colección de instrucciones se implementa como patrones de bits, cada uno de los cuales tiene significado diferente cuando está prohibido en el sector de comando. Las personas no son particularmente buenas para recordar patrones de bits, ya que son una colección de palabras cortas. Por cierto, este conjunto de palabras cortas se denomina lenguaje ensamblador del procesador. Un ensamblador puede traducir palabras en un patrón de bits con mucha facilidad, y luego los esfuerzos del ensamblador se guardarán en la memoria para que el microprocesador los ejecute.

Aquí hay un conjunto de instrucciones en lenguaje ensamblador:

• LOADA mem- cargar en el registro con dirección de memoria
• LOADB mem- cargar en el registro B desde la dirección de memoria
• CONB mem- cargar valor constante en el registro B
• SAVEB mem- guardar el registro B en la dirección de memoria
• SAVEC mem- guardar el registro C en la dirección de memoria
• AGREGAR- agregue A y B y guarde el resultado en C
• SUB- reste A y B y almacene el resultado en C
• MUL- multiplica A y B y almacena el resultado en C
• DIV- dividir A y B y almacenar el resultado en C
• COM- compare A y B y guarde el resultado en la prueba
• DIRECCIÓN DE SALTO- ir a la dirección
• Dirección JEQ- ir, si es igual, a resolver
• Dirección JNEQ- ir, si no es igual, a resolver
• Dirección JG- ir, si hay más, por una solución
• Dirección JGE- ir si es mayor o igual para resolver
• Dirección JL- ve, si es menos, a resolver
• Jle addr- ir si es menor o igual para resolver
• PARADA- detener la ejecución

Lenguaje ensamblador
El compilador de C traduce este código C a lenguaje ensamblador. Suponiendo que la RAM comienza en la dirección 128 en este procesador y la memoria de solo lectura (que contiene el programa en lenguaje ensamblador) comienza en la dirección 0, entonces, para nuestro microprocesador simple, el ensamblador podría verse así:

// Suponga que a está en la dirección 128 // Suponga que F está en la dirección 1290 CONB 1 // a = 1; 1 SAVEB 1282 CONB 1 // f = 1; 3 SAVEB 1294 LOADA 128 // si a> 5 el salto a 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 // bucle de regreso a if17 STOP

Memoria de solo lectura (ROM)
Entonces, la pregunta ahora es: "¿Cómo se integran todas estas instrucciones con la memoria de solo lectura?" Lo explicaré, por supuesto: cada una de estas instrucciones en lenguaje ensamblador debe representarse como un número binario. Para simplificar, supongamos que cada instrucción en lenguaje ensamblador se asigna a sí misma un número único. Por ejemplo, se vería así:

• LOADA - 1
• LOADB - 2
• CONB - 3
• GUARDAR - 4
• SAVEC mem - 5
• AGREGAR - 6
• SUB - 7
• MUL - 8
• DIV - 9
• COM - 10
• DIRECCIÓN DE SALTO - 11
• Dirección JEQ - 12
• Dirección JNEQ - 13
• Dirección JG - 14
• Dirección JGE - 15
• Dirección JL - 16
• Jle addr - 17
• PARADA - 18

Estos números se conocerán como códigos de operación. En la memoria de solo lectura, nuestro pequeño programa se verá así:

// Suponga que a está en la dirección 128 // Suponga que F está en la dirección 129 Addr 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 // SALTAR 430831 18 // PARAR

Puede ver que 7 líneas de código C se convirtieron en 18 líneas de ensamblador y que todas se convirtieron en 32 bytes en la memoria de solo lectura.

Descodificación
La instrucción de decodificación debe convertir cada uno de los códigos de operación en un conjunto de señales que impulsarán varios componentes dentro del microprocesador. Tomemos las instrucciones ADD como ejemplo y veamos qué tiene que hacer. Entonces:

• 1. En el primer ciclo de reloj, debe cargar la instrucción en sí, por lo que el decodificador debe: activar el búfer para el contador de comandos en tres estados, activar la línea de lectura (RD), activar los datos en los tres estados del búfer en el registro de comando
• 2. En el segundo ciclo de reloj, se decodifica la instrucción ADD. Hay muy poco que hacer aquí: configure la operación de la unidad aritmética lógica (ALU) para registrar C
• 3. Durante el tercer ciclo, el contador del programa aumenta (en teoría, esto puede superponerse en el segundo ciclo)

Cada instrucción se puede dividir en un conjunto de operaciones secuenciadas, como las que acabamos de ver. Manipulan los componentes del microprocesador en el orden correcto. Algunas instrucciones, como la instrucción ADD, pueden tardar de dos a tres ciclos de reloj. Otros pueden tomar cinco o seis medidas.

Vamos al final

La cantidad de transistores tiene un gran impacto en el rendimiento del procesador. Como puede ver arriba, un microprocesador Intel 8088 típico podría completar 15 ciclos. Cuantos más transistores, mayor será el rendimiento, es simple. La gran cantidad de transistores también permite tecnologías como la canalización.

La arquitectura de la canalización se compone de la ejecución de comandos. Puede tomar cinco ciclos ejecutar una instrucción, pero no puede haber cinco instrucciones en diferentes etapas de ejecución al mismo tiempo. Entonces parece que una instrucción completa cada ciclo de reloj.

Todas estas tendencias están permitiendo que la cantidad de transistores crezca, lo que da como resultado los pesos pesados ​​de transistores multimillonarios que están disponibles en la actualidad. Estos procesadores pueden realizar aproximadamente mil millones de operaciones por segundo, imagínense. Por cierto, ahora muchos fabricantes se han interesado en el lanzamiento de procesadores móviles de 64 bits y, obviamente, se avecina otra ola, solo que esta vez la arquitectura de 64 bits es la reina de la moda. Tal vez llegue a este tema en un futuro cercano y le diga cómo funciona realmente. Esto, quizás, sea todo por hoy. Espero que te haya resultado interesante y hayas aprendido mucho.

Hoy en día, incluso los teléfonos móviles menos avanzados no funcionan sin un microprocesador, y mucho menos tabletas, portátiles y computadoras personales de escritorio. ¿Qué es un microprocesador y cómo se desarrolló la historia de su creación? En lenguaje sencillo, un microprocesador es un circuito integrado más complejo y multifuncional.

Comienza la historia del microcircuito (circuito integrado). desde 1958, cuando un empleado de la firma estadounidense Texas Instruments Jack Kilby inventó cierto dispositivo semiconductor que contenía varios transistores en una caja, conectados por conductores. El primer microcircuito, el progenitor del microprocesador, contenía solo 6 transistores y era una placa delgada de germanio con pistas de oro aplicadas, todo esto ubicado sobre un sustrato de vidrio. A modo de comparación, hoy en día solo hay unas pocas unidades e incluso decenas de millones de elementos semiconductores.

Para 1970 muchos fabricantes se dedicaron al desarrollo y creación de circuitos integrados de diversas capacidades y diferentes orientaciones funcionales. Pero este mismo año puede considerarse la fecha de nacimiento del primer microprocesador. Fue en este año que Intel creó un chip de memoria con una capacidad de solo 1 Kbit, insignificante para los procesadores modernos, pero increíblemente grande para ese momento. En ese momento fue un gran logro: el chip de memoria era capaz de almacenar hasta 128 bytes de información, mucho más que análogos similares. Además, aproximadamente al mismo tiempo, el fabricante japonés de calculadoras Busicom ordenó los mismos microcircuitos Intel 12 de varias orientaciones funcionales. Los especialistas de Intel lograron implementar las 12 direcciones funcionales en un microcircuito. Además, el microcircuito creado resultó ser multifuncional, ya que permitió cambiar programáticamente sus funciones sin cambiar la estructura física. El microcircuito realiza ciertas funciones dependiendo de los comandos suministrados a sus salidas de control.

Dentro de un año en 1971 Intel lanza el primer microprocesador de 4 bits, con nombre en código 4004. En comparación con el primer microcircuito de 6 transistores, contenía hasta 2,3 mil elementos semiconductores y realizaba 60 mil operaciones por segundo. En ese momento, fue un gran avance en el campo de la microelectrónica. 4 bits significaba que el 4004 podía manejar datos de 4 bits a la vez. Dos años más después en 1973 la empresa produce un procesador 8008 de 8 bits, que ya funcionaba con datos de 8 bits. Empezando desde 1976, la empresa comienza a desarrollar una versión de 16 bits del microprocesador 8086. Fue él quien comenzó a usarse en las primeras computadoras personales de IBM y, de hecho, sentó uno de los pilares de la historia de las computadoras.

Tipos de microprocesador

Por la naturaleza del código ejecutable y la organización del dispositivo de control, se distinguen varios tipos de arquitecturas:

Un procesador con un conjunto de instrucciones complejas. Esta arquitectura se caracteriza por una gran cantidad de instrucciones complejas y, como consecuencia, un dispositivo de control complejo. Las primeras versiones de los procesadores CISC y los procesadores integrados tienen tiempos de ejecución de instrucciones prolongados (desde unos pocos ciclos de reloj hasta cientos), determinados por el microcódigo del dispositivo de control. Los procesadores superescalares de alto rendimiento se caracterizan por un análisis profundo del programa y una ejecución de operaciones fuera de orden.

Un procesador con un conjunto de instrucciones simplificado. Esta arquitectura tiene un dispositivo de control mucho más simple. La mayoría de las instrucciones del procesador RISC contienen la misma pequeña cantidad de operaciones (1, a veces 2-3), y las palabras de comando en sí mismas en la inmensa mayoría de los casos tienen el mismo ancho (PowerPC, ARM), aunque hay excepciones (Coldfire) . Los procesadores superescalares tienen la agrupación de instrucciones más simple sin cambiar el orden de ejecución.

Procesador explícitamente paralelo. Se diferencia de otros principalmente en que la secuencia y el paralelismo de la ejecución de las operaciones y su distribución entre los dispositivos funcionales están claramente definidos por el programa. Tales procesadores pueden tener una gran cantidad de dispositivos funcionales sin mucha complicación del dispositivo de control y pérdida de eficiencia. Normalmente, estos procesadores utilizan una palabra de control amplia que consta de varias sílabas que determinan el comportamiento de cada dispositivo funcional durante un ciclo de reloj.

Procesador de conjunto de instrucciones mínimo. Esta arquitectura está determinada principalmente por un número muy pequeño de instrucciones (varias docenas), y casi todas son operandos nulos. Este enfoque hace posible empaquetar el código de manera muy ajustada, asignando de 5 a 8 bits para una instrucción. Los datos intermedios en dicho procesador generalmente se almacenan en la pila interna y las operaciones se realizan en los valores en la parte superior de la pila. Esta arquitectura está estrechamente relacionada con la ideología de la programación en el lenguaje Forth y generalmente se utiliza para ejecutar programas escritos en este lenguaje.

Procesador de conjunto de instrucciones variable. Una arquitectura que te permite reprogramarte cambiando el conjunto de instrucciones, ajustándolo a la tarea que tienes entre manos.

Procesador impulsado por transporte. La arquitectura originalmente se derivó de EPIC, pero fundamentalmente diferente de las demás en que las instrucciones de dicho procesador codifican operaciones funcionales, y los llamados transportes codifican transferencias de datos entre dispositivos funcionales y memoria en un orden arbitrario.

Según la forma de almacenar los programas, destacan dos arquitecturas:

Arquitectura de von Neumann... Los procesadores de esta arquitectura utilizan un bus y un dispositivo de E / S para acceder al programa y a los datos.

Arquitectura de Harvard. En los procesadores de esta arquitectura, hay buses separados y dispositivos de E / S para buscar programas e intercambiar datos. En microprocesadores, microcontroladores y DSP integrados, esto también define la existencia de dos memorias independientes para almacenar programas y datos. En las unidades centrales de procesamiento, esto determina la existencia de una instrucción y un caché de datos separados. Detrás de la caché, los buses se pueden combinar en uno mediante multiplexación.

Es difícil imaginar la vida humana sin la electrónica moderna. Por supuesto, hay muchos lugares donde o tecnologías modernas todavía no he escuchado, no usar. Pero aún así, la gran parte de la población mundial está conectada de alguna manera con la electrónica, que se ha convertido en una parte integral de nuestra vida y trabajo.

Desde la antigüedad, el hombre ha utilizado diversos dispositivos para hacer más eficientes algunos procesos de producción o para hacer más cómoda su propia existencia. El verdadero avance ocurrió a finales de los años 40 del siglo XX, cuando se inventaron los transistores. Los primeros fueron los transistores bipolares, que todavía se utilizan en la actualidad. Fueron seguidos por MOSFET (semiconductor de óxido metálico).

Los primeros transistores de este tipo eran más caros y menos fiables que sus primos bipolares. Pero, a partir de 1964, la electrónica empezó a utilizar circuitos integrados, que se basan en transistores MOS. Esto posteriormente permitió reducir el costo de producción. dispositivos electrónicos y reducir significativamente el tamaño de los dispositivos y sistemas al tiempo que reduce el consumo de energía. Con el tiempo, los microcircuitos se volvieron más complejos y sofisticados, reemplazando grandes bloques de transistores, lo que abrió la posibilidad de reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos.

A finales de los 60, los microcircuitos empezaron a extenderse con bastante un número grande puertas lógicas (grandes para ese momento): 100 y más. Esto hizo posible utilizar nuevos elementos para crear computadoras. Los desarrolladores de computadoras electrónicas reconocieron relativamente rápido que el aumento de la densidad de transistores en un microcircuito permitiría en última instancia crear un procesador de computadora en un solo chip. Inicialmente, los circuitos integrados con transistores MOS se utilizaron para crear terminales, calculadoras, fueron utilizados por los desarrolladores de sistemas a bordo para el transporte de pasajeros y militar.

Momento clave

Hoy en día, la mayoría de los especialistas en electrónica admiten que el inicio de una etapa cualitativamente nueva en el desarrollo de la electrónica comenzó en 1971, cuando apareció un procesador 4004 de 4 bits de Intel, que luego fue reemplazado por un chip 8008 de 8 bits. empresa llamada Nippon Calculating Machine, Ltd. (más tarde Busicom Corp.) ordenó un total de 12 chips a Intel. La empresa necesitaba estos microcircuitos para sus calculadoras, y un empleado de la empresa cliente desarrolló el diseño lógico de los chips). En ese momento, se desarrolló un nuevo conjunto de microcircuitos para cada dispositivo, realizando funciones altamente especializadas.

Al cumplir con el pedido, el marciano Edward Hoff propuso reducir la cantidad de microcircuitos para el nuevo dispositivo de la empresa japonesa introduciendo el uso de un procesador central. Era él, según la idea del ingeniero, quien se suponía que debía convertirse en un centro de procesamiento de datos y realizar funciones aritméticas y lógicas. El procesador tuvo que reemplazar varios microcircuitos a la vez. La dirección de ambas empresas aprobó esta idea. En el otoño de 1969, Hoff, con la ayuda de Stanley Maysor, propuso una nueva arquitectura de microcircuitos, cuyo número se redujo a solo 4. Algunos de los elementos propuestos son un procesador central de 4 bits, ROM y RAM.

El procesador en sí fue desarrollado por Federico Fagin, un físico italiano que se convirtió en el diseñador jefe de la familia MCS-4 en Intel. Fue él quien, gracias a su conocimiento de la tecnología MOS, pudo crear un procesador, implementando la idea de Hoff. Por cierto, él también desarrolló el primer microcircuito comercial del mundo que usa tecnología de puerta de silicio. La llamaban Fairchild 3708.

Fagin, como empleado de Intel, pudo crear un nuevo método para diseñar sistemas lógicos arbitrarios. Fue asistido en su trabajo por Masatoshi Shima, quien era ingeniero en Busicom en ese momento. Posteriormente, Fagin y Sima desarrollaron el microprocesador Zilog Z80, que, por cierto, todavía se está produciendo.

Arquitectura del procesador Intel 4004

Pero lo principal sucedió el 15 de noviembre de 1971. Esta es la fecha de aparición del primer microprocesador de Intel, el chip 4004. Su costo en ese momento era de $ 200. Casi todas las funciones de un procesador de mainframe se implementaron en un solo dado. Fue anunciado en noviembre de 1971 en la revista Electronic News.

Especificaciones del procesador:

• Fecha de aparición: 15 de noviembre de 1971
• Número de transistores: 2300
• Área de cristal: 12 mm²
• Tecnología de proceso: 10 μm (tecnología MOS de pastel de silicio de canal P)
• Frecuencia de reloj: 740 kHz (específicamente de 500 a 740,740 ... kHz, desde el período de reloj 2..1,35 μs (¿o 92,6 kHz?)
• Ancho de registros: 4 bits
• Número de registros: 16 (16 de cuatro bits se pueden utilizar como 8 de ocho bits)
• Número de puertos: 16 de entrada de cuatro bits y 16 de salida de cuatro bits
• Ancho del bus de datos: 4 bits
• Ancho del bus de direcciones: 12 bits
• Arquitectura de Harvard
• Pila: 3 niveles internos
• Memoria de comando (ROM / ROM): 4 kilobytes (32768 bits)
• La cantidad de memoria direccionable (RAM / RAM): 640 bytes (5120 bits)
• Número de instrucciones: 46 (de las cuales 41 son de 8 bits y 5 son de 16 bits)
• Ciclo de instrucción: 10,8 microsegundos
• Voltaje de suministro: −15 V (pMOS)
• Temperatura de trabajo: 0 a + 70C
• Condiciones de almacenamiento y funcionamiento: de -40 a + 85C
• Conector: DIP16 (el microcircuito se soldó directamente en placa de circuito impreso o instalado en una ranura especial)
• Caja: DIP de 16 pines (1 plástico o 3 cerámicas, por ejemplo, C4004 (cerámica blanca con rayas grises), C4004 (cerámica blanca), D4004 (cerámica negra y gris), P4004 (plástico negro))
• Tipo de entrega: por separado y en conjuntos MCS-4 (ROM, RAM, E / S, CPU)

Este procesador ejecutó de 60.000 a 93.000 instrucciones por segundo. Al mismo tiempo, una de las primeras computadoras electrónicas, ENIAC, solo podía ejecutar 5,000 instrucciones por segundo. Al mismo tiempo, ENIAC ocupaba 280 metros cuadrados, pesaba 27 toneladas y consumía 174 kW de energía.

El procesador 4004 no se hizo muy popular. El chip 8080, que se puede llamar el "bisnieto" del 4004, comenzó a usarse en todas partes.

Calculadoras y computadoras

En 1971 en Intel había competidores. Por ejemplo, Mostek, una empresa que desarrolló dispositivos semiconductores y dispositivos basados ​​en ellos, creó la primera "calculadora en un chip" del mundo, la MK6010.

En junio de 1971, Texas Instruments lanzó una campaña en los medios destacando los beneficios de su procesador. En ese momento, el Datapoint 2200 basado en TMX 1795 se describió como una "computadora poderosa superior al original", lo que significaba que el Datapoint 2200 basado en TMX 1795 era muy superior al Datapoint 2200 basado en transistores bipolares. Pero STS, después de probar el nuevo chip, lo rechazó y siguió usando chips bipolares. Intel todavía estaba trabajando en su propio procesador.

Después de algún tiempo, TI, habiéndose asegurado de que no hubiera demanda de TMX 1795 (más tarde, TMC 1795), terminó la campaña de medios y detuvo la producción del sistema. Pero este chip en particular pasó a la historia como el primer procesador de 8 bits.

En 1971, STS perdió interés en un solo procesador para sus sistemas, transfiriendo todos los derechos al nuevo chip Intel. La empresa no abandonó esta oportunidad y continuó desarrollando el chip 8008, ofreciéndolo con éxito a otras empresas. En abril de 1972, entregó cientos de miles de estos procesadores. Dos años más tarde, el procesador 8008 fue reemplazado por el nuevo 8080, después de lo cual llegó el 8086 y comenzó la era de los sistemas en la arquitectura x86. Ahora, cuando se trabaja en una PC o computadora portátil potente, vale la pena recordar que la arquitectura de dicho sistema se desarrolló hace muchos años para el Datapoint 2200 HMI.

Luego, Intel utilizó tecnología más avanzada, que proporcionó la ventaja de sus procesadores. Eran rápidos y relativamente eficientes desde el punto de vista energético. Además, los chips Intel tenían una densidad de transistores más alta que el chip TI, lo que permitía procesadores más pequeños. Además, el marketing también jugó un papel importante, en esta área Intel también dio una serie de pasos exitosos, lo que aseguró la popularidad de los desarrollos de la compañía.

Sea como fuere, la situación con el liderazgo en el desarrollo de los primeros procesadores está lejos de ser tan inequívoca como comúnmente se cree. Hubo varios pioneros aquí a la vez, pero luego el desarrollo de solo uno de ellos se hizo popular. En realidad, todos estamos tratando con "descendientes" modernizados de esta tecnología hoy, en el siglo XXI.

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Introducción

1 Desarrollo de microprocesadores

2 microprocesadores i80386

3 microprocesadores i80486

4 procesadores Pentium

5 Rendimiento del procesador

6 coprocesadores

Bibliografía

Introducción

El elemento más importante de cualquier PC es el microprocesador. Determina en gran medida las capacidades de un sistema informático. El primer microprocesador i4004 se fabricó en 1971 y desde entonces Intel ha mantenido firmemente la posición de liderazgo en el segmento de mercado. El proyecto de desarrollo más exitoso es el i8080. Fue en él que se basó la computadora Altair, para la cual B. Gates escribió su primer intérprete básico. La arquitectura clásica del i8080 ha tenido un gran impacto en mayor desarrollo microprocesadores de un solo chip. El microprocesador i8088, que fue anunciado por Intel en junio de 1979, se convirtió en el verdadero estándar de la industria para PC. En 1981, el "gigante azul" (IBM) eligió este procesador para su PC. Inicialmente, el microprocesador i8088 operaba a 4,77 MHz y tenía una velocidad de aproximadamente 0,33 Mops, pero luego se desarrollaron sus clones, diseñados para una frecuencia de reloj más alta de 8 MHz. El microprocesador i8086 apareció exactamente un año antes, en julio de 1978, y se hizo popular gracias a la computadora CompaqDecPro. Basándose en la arquitectura i8086 y la demanda del mercado, Intel lanzó el i80286 en febrero de 1982. Apareció al mismo tiempo que la nueva computadora IBM PC AT. Junto con el aumento en el rendimiento, tenía un modo protegido (usaba una técnica de administración de memoria más sofisticada). El modo protegido permitió que programas como Windows 3.0 y OS / 2 se ejecutaran con más de 1 MB de RAM. Gracias a los datos de 16 bits del nuevo bus del sistema, se pueden intercambiar mensajes de 2 bytes con el panel de control. El nuevo microprocesador hizo posible acceder a 16 MB de RAM en modo protegido. El procesador i80286 introduce multitarea y control por primera vez a nivel de chip memoria virtual... Con una frecuencia de reloj de 8 MHz, se logró un rendimiento de 1,2 Mips.

1 Desarrollo de microprocesadores

Las computadoras se han generalizado desde los años 50. Anteriormente, estos eran dispositivos muy grandes y costosos que se usaban solo en instituciones gubernamentales y grandes firmas. El tamaño y la forma de las computadoras digitales ha cambiado más allá del reconocimiento como resultado del desarrollo de nuevos dispositivos llamados microprocesadores.

Un microprocesador (MP) es un dispositivo digital electrónico controlado por software diseñado para procesar información digital y controlar el proceso de este procesamiento, realizado en uno o más circuitos integrados con un alto grado de integración de elementos electrónicos.

En 1970, el marciano Edward Hoff de Intel diseñó un circuito integrado similar en función a la unidad central de procesamiento de un mainframe: el primer microprocesador Intel-4004, que se lanzó al mercado en 1971.

Fue un verdadero avance, porque el Intel-4004 MP de menos de 3 cm de tamaño era más productivo que la máquina gigante ENIAC. Es cierto que funcionaba mucho más lento y podía procesar solo 4 bits de información a la vez (los procesadores de mainframe procesaban 16 o 32 bits al mismo tiempo), pero el costo del primer MP era decenas de miles de veces más barato.

El cristal era un procesador de 4 bits con una arquitectura de computadora clásica del tipo Harvard y se fabricó de acuerdo con la tecnología avanzada MOS de canal p con un estándar de diseño de 10 micrones. Diagrama eléctrico el dispositivo constaba de 2300 transistores. El MP trabajó a una frecuencia de reloj de 750 kHz con una duración de ciclo de comando de 10,8 μs. El chip i4004 tenía una pila de direcciones (un contador de instrucciones y tres registros de pila tipo LIFO), un bloque RON (registros RAM o un archivo de registro - RF), una ALU paralela de 4 bits, una batería, un registro de comando con un comando decodificador y un circuito de control, así como un circuito de comunicación con dispositivos externos... Todas estas unidades funcionales estaban unidas por un motor paso a paso de 4 bits. La memoria de instrucciones alcanzó los 4 KB (a modo de comparación: el tamaño de la memoria de una mini computadora a principios de los 70 rara vez excedía los 16 KB), y la CPU de RF tenía 16 registros de 4 bits, que podrían usarse como 8 8 bits. registros. Esta organización de RON se mantuvo en MP posteriores de Intel. Tres registros de pila proporcionaron tres niveles de anidamiento de subrutinas. El MP i4004 se montó en un cuerpo de plástico o sinterizado de tipo DIP (paquete dual en línea) con solo 16 pines. Su sistema de mando constaba de solo 46 instrucciones.

Al mismo tiempo, el cristal tenía medios de entrada / salida muy limitados, y el sistema de comando no contenía operaciones lógicas de procesamiento de datos (Y, O, O EXCLUSIVO), por lo que debían implementarse mediante subrutinas especiales. El módulo i4004 no tenía la capacidad de detenerse (comandos HALT) y manejar interrupciones.

El ciclo de instrucción del procesador constaba de 8 ciclos de reloj del oscilador maestro. Había un ША (bus de direcciones) / ШД (bus de datos) multiplexado, una dirección de 12 bits se transmitía por 4 bits.

El 1 de abril de 1972, Intel comenzó a distribuir el primer i8008 de 8 bits de la industria. El cristal se fabricó utilizando tecnología MOS de canal p con un estándar de diseño de 10 micrones y contenía 3500 transistores. El procesador operó a una frecuencia de 500 kHz con una duración de ciclo de máquina de 20 μs (10 períodos de oscilador maestro).

A diferencia de sus predecesores, el MP tenía una arquitectura de computadora tipo Princeton y como memoria permitía el uso de una combinación de ROM y RAM.

En comparación con i4004, el número de RON disminuyó de 16 a 8, y se utilizaron dos registros para almacenar la dirección en el direccionamiento de memoria indirecto (limitación tecnológica: el bloque RON, similar a los cristales 4004 y 4040 en MP 8008, se implementó en la forma de memoria dinámica). La duración del ciclo de la máquina se ha reducido casi a la mitad (de 8 a 5 estados). Para sincronizar el trabajo con dispositivos lentos, se introdujo la señal READY.

El sistema de mando constaba de 65 instrucciones. El MP podría abordar la memoria de 16 KB. Su rendimiento en comparación con MP de cuatro bits se ha incrementado 2,3 veces. En promedio, se requirieron alrededor de 20 circuitos de integración medianos para conectar el procesador con la memoria y los dispositivos de E / S.

Posibilidades tecnología de canal p para la creación de MP complejos de alto rendimiento casi se agotaron, por lo que la "dirección del impacto principal" se transfirió a la tecnología MOS de canal n.

El 1 de abril de 1974, se presentó el Intel 8080 MP a la atención de todas las partes interesadas. Gracias al uso de la tecnología p-MOS con un estándar de diseño de 6 micrones, fue posible colocar 6 mil transistores en el chip. La velocidad del reloj del procesador se incrementó a 2 MHz y el tiempo del ciclo de instrucción ya era de 2 μs. La cantidad de memoria dirigida por el procesador se ha aumentado a 64 KB.

Debido al uso de un paquete de 40 pines, fue posible separar ША y ШД, el número total de microcircuitos necesarios para construir un sistema en la configuración mínima se redujo a 6.

En la Federación de Rusia, se introdujo un puntero de pila, que se utiliza activamente en el manejo de interrupciones, así como dos registros inaccesibles mediante programación para transferencias internas. El bloque RON se implementó en microcircuitos de memoria estática. La exclusión de la batería de la Federación de Rusia y su introducción en la ALU simplificó el circuito de control del bus interno.

Una novedad en la arquitectura MT es el uso de un sistema de interrupción vectorial multinivel. Esta solución técnica hizo posible llevar el número total de fuentes de interrupción a 256 (antes de la aparición de los controladores de interrupciones LSI, el esquema de generación de vectores de interrupciones requería el uso de hasta 10 chips adicionales de integración media). El i8080 introduce un mecanismo de acceso directo a memoria (DMA) (como antes en los mainframes IBM System 360, etc.).

El PDP abrió la luz verde para el uso de dispositivos tan complejos como discos magnéticos y pantallas de cinta en CRT en microcomputadoras, lo que convirtió a la microcomputadora en un sistema informático completo.

La tradición de la compañía, comenzando con el primer cristal, no se ha convertido en un chip de CPU separado, sino en una familia de LSI diseñados para uso conjunto.

Los microprocesadores modernos se basan en la arquitectura x86 de 32 bits o IA-32 (Arquitectura Intel de 32 bits), pero muy pronto habrá una transición a una arquitectura IA-64 de 64 bits más avanzada y eficiente (Arquitectura Intel de 64 bits). De hecho, la transición ya ha comenzado, esto se evidencia por el lanzamiento masivo y lanzamiento a la venta en 2003 del nuevo microprocesador Athlon 64 de AMD (Advanced Micro Devices), este microprocesador se destaca por el hecho de que puede trabajar con ambos 32 aplicaciones de bits y aplicaciones de 64 bits. El rendimiento de los microprocesadores de 64 bits es mucho mayor.

2 microprocesadores i80386

En octubre de 1985, Intel anunció el primer microprocesador de 32 bits, el i80386. La primera computadora en utilizar este microprocesador fue CompaqDeskPro 386. La arquitectura completa de 32 bits del nuevo microprocesador se complementó con un dispositivo de administración de memoria extendido, que además de un bloque de segmentación se complementó con un bloque de control de página. Este dispositivo facilita la reorganización de segmentos de una ubicación de memoria a otra. A una frecuencia de reloj de 16 MHz, la velocidad era de 6 Mips. Las líneas de 32 direcciones permitieron direccionar físicamente 4 Gb de memoria, además, se introdujo un nuevo modo de administración de memoria virtual V86. En este modo, varias tareas para el i8086 podrían ejecutarse simultáneamente.

El microprocesador i80386, fabricado en 1 dado con un coprocesador, se llamó i80386DX. Un modelo más económico de microprocesador de 32 bits apareció recién en julio de 1988 (i80386SX). El nuevo microprocesador utilizó un bus de datos de 16 bits y un bus de direcciones de 24 bits. Esto fue especialmente útil para el IBM PC AT estándar. El software escrito para el i80386DX se ejecutó en el i80386DX. Los registros internos eran completamente idénticos. El índice SX proviene de la palabra "dieciséis" (bus de datos de 16 bits). Para el i486, SX ha llegado a significar que no hay coprocesador. En la feria de otoño de 1989, Intel anunció el i80486DX, que contenía 1,2 millones de transistores en un solo dado y era totalmente compatible con el resto de los 86 procesadores. Por primera vez, los nuevos microcircuitos combinaron la CPU, el coprocesador y la memoria caché en un dado. Uso de la arquitectura de canalización inherente a los procesadores RISC, lo que permite alcanzar 4 veces el rendimiento de los sistemas convencionales de 32 bits. 8 KB de caché integrado en la ejecución acelerada debido al almacenamiento intermedio de instrucciones y datos de uso frecuente. A una frecuencia de reloj de 25 MHz, el microprocesador tenía un rendimiento de 16,5 Mips. Establecido en enero de 1991 la versión con microprocesador con una frecuencia de reloj de 50 MHz permitió aumentar el rendimiento en otro 50%. El coprocesador incorporado aceleró significativamente los cálculos matemáticos, pero luego quedó claro que solo el 30% de los usuarios necesitaban un microprocesador de este tipo.

Los primeros microprocesadores con cuatro bits (bits) consistieron en un cristal.

Los primeros microprocesadores se basaron en circuitos p - MOS. Los microprocesadores modernos se ejecutan en circuitos MOS de bajo costo y velocidad media, en circuitos CMOS de potencia extremadamente baja y en circuitos TTL de alta velocidad.

Los primeros microprocesadores (MP) aparecieron a principios de los 70 como resultado de los esfuerzos conjuntos de los ingenieros de sistemas, solucionadores de problemas Organización arquitectónica de instalaciones informáticas e ingenieros de circuitos involucrados en tecnología de diseño y producción. medios radioelectrónicos.

El primer microprocesador, el Intel 404 de 4 bits, ingresó al mercado sin preparación en 1971. El 4004 MP, diseñado para satisfacer las necesidades de los fabricantes de calculadoras, se presentó al mundo como una señal de una nueva era en la electrónica integrada.

Los primeros microprocesadores utilizaban un método de gestión de la memoria conocido como memoria puramente de máquina.

Cabe recordar que los primeros microprocesadores importados a Japón en 1971 costaron alrededor de mil dólares.

Durante más de 30 años que han pasado desde la aparición de los primeros microprocesadores, se han desarrollado ciertas reglas de intercambio, que son seguidas por los desarrolladores de nuevos sistemas de microprocesadores. Estas reglas no son demasiado complicadas, pero es necesario conocerlas con firmeza y seguirlas estrictamente para un trabajo exitoso.

Los sistemas operativos se crean para cualquier tipo de microprocesador en función del conjunto de instrucciones que se coloca en el microprocesador durante el desarrollo. El primer microprocesador fue creado por Intel, el fabricante líder de chips.

¿Puede algún logro técnico de la era de las computadoras rivalizar en importancia con el microprocesador? Los primeros microprocesadores, cuya corta historia comenzó hace apenas una década, se basaron principalmente en los logros de la microelectrónica, una tecnología que surgió mucho más tarde que la aparición de las propias computadoras y en gran medida independientemente de ellas. Desde el principio, los diseñadores y fabricantes de microprocesadores fueron recibidos con un aplauso abrumador una vez que pudieron demostrar que cada nuevo desarrollo estaba un paso más cerca en la estructura de la moderna máquina de computación mediana o grande. Los observadores llegaron fácilmente a la conclusión de que si la densidad de montaje, la velocidad y el diseño automatizado continuaban aumentando como se esperaba, los microprocesadores pronto estarían a la par en potencia y lógica con las minicomputadoras grandes y posiblemente las grandes computadoras.

En 1970, se hizo otro paso importante camino a una computadora personal - Marshian Edward Hoff de Intel diseñó un circuito integrado similar en función a una unidad central de procesamiento computadora grande... Así apareció el primer microprocesador Intel-4004 (ver imagen de la derecha), que salió a la venta en 1971. Fue un verdadero avance, porque el microprocesador Intel-4004 con un tamaño de menos de 3 cm resultó más productivo que la gigantesca máquina ENIAC. Es cierto que las capacidades de Intel-4004 eran mucho más modestas que las del procesador central de las computadoras grandes de esa época; funcionaba mucho más lento y podía procesar solo 4 bits de información simultáneamente (los procesadores de computadoras grandes procesaban 16 o 32 bits simultáneamente) , pero también cuesta decenas de miles de veces más barato.

La creación de un sistema operativo como PC-DOS no es una cuestión de azar ni resultado de una planificación puramente tecnocrática. La competencia económica ha conducido durante mucho tiempo al surgimiento de sistemas operativos para mainframes incluso antes de los primeros microprocesadores.

Es un solo microcircuito que controla todo lo que sucede en la PC. Este microcircuito opera a una cierta frecuencia de reloj, medida por un cierto número de megahercios. Según los estándares actuales, los primeros microprocesadores (8088 o 80286) eran terriblemente lentos y no podían manejar software moderno.

Rediseñar un circuito integrado a gran escala cada vez que una empresa quiere actualizar su gama de productos, lo que sucede muy a menudo, es realmente un trabajo colosal. El microprocesador nació gracias a una idea de los especialistas de Bizicom: es necesario que CKOEI-diseñe un circuito integrado de este tipo que pueda adaptarse fácilmente a cualquier nuevo producto dominado por su empresa. Por desgracia, Japón seguía siendo demasiado débil en el campo de la I + D; así que Estados Unidos pudo agarrar la pelota y huir creando el primer microprocesador.

Sin embargo, Intel siguió apegándose al prototipo, que ya había gastado fondos de desarrollo. Así, el conocido Intel 8008 MP se convirtió en el primer microprocesador del mercado mundial.

¿Quién y cuándo inventó el primer microprocesador del mundo?

Cada empleado de Intel sabe quién inventó el microprocesador. En 1969, los desarrolladores japoneses que anteriormente habían estado involucrados en el diseño de calculadoras comenzaron a trabajar en esta empresa, entonces aún no conocida. Los ingenieros utilizaron doce circuitos integrados para crear una computadora de escritorio común. Masatoshi Shima jugó el papel principal en este proyecto. En ese momento, Ted Hofsor dirigía uno de los departamentos de Intel. Él, como futuro creador del microprocesador, se dio cuenta de que en lugar de una calculadora con la capacidad de programar, sería mejor hacer una computadora que programara el trabajo de la calculadora.

La creación del primer procesador del mundo comenzó con el desarrollo de su arquitectura. En 1969, un empleado de Intel sugirió que la primera serie de microprocesadores se llamara familia 4000. Cada modelo de la familia tenía dieciséis microcircuitos de salida. Esto ayuda a comprender cuál fue el primer microprocesador. El modelo 4001 tenía 2 KB de memoria. El 4003 tenía un expansor de diez bits con conectividad de teclado y varios indicadores. Y la versión 4004 ya era un dispositivo de procesador de cuatro bits. Muchos creen que fue el primer microprocesador. En el modelo 4004 funcionaron dos mil trescientos transistores. El dispositivo funcionó a una frecuencia de 108 kHz.

Hoy en día se pueden encontrar diferentes opiniones sobre cuándo se creó el primer procesador, sin embargo, la mayoría cree que el 15 de noviembre de 1971 es la fecha y año de la creación del primer microprocesador del mundo. Inicialmente, este desarrollo fue comprado por la empresa japonesa Busicom por sesenta mil dólares, pero Intel luego devolvió el dinero para seguir siendo los únicos titulares de los derechos de autor de la invención.

El primer procesador se utilizó en sistemas de control de tráfico, en particular en semáforos. Además, el dispositivo se utilizó en analizadores de sangre. Un poco más tarde, 4004 encontró un lugar en la sonda espacial Pioneer 10, que se lanzó en 1972.

El primer microprocesador doméstico se creó a principios de los años setenta en el Centro de Computación Especial bajo el liderazgo de D.I. Yuditsky.

Así, en la década de los 70, los microprocesadores comenzaron a penetrar gradualmente en diversas áreas de la actividad humana. Todos los procesadores se dividieron posteriormente en microprocesadores y microcontroladores directamente. Los primeros se utilizan en computadoras personales y los microcontroladores han encontrado una aplicación en el control. diferentes sistemas... Tienen un núcleo informático más débil, pero hay muchos nodos adicionales. Los microcontroladores a veces se denominan microcomputadoras, ya que todos los nodos y módulos se encuentran directamente en el chip.

Intel 4004- Microprocesador de 4 bits diseñado por Intel Corp. y lanzado el 15 de noviembre de 1971. Este microcircuito se considera el primer microprocesador de un solo chip disponible comercialmente en el mundo. Sin embargo, en 1970, más de un año antes del lanzamiento del chip i4004, se fabricó el microprocesador militar F14 CADC (en), que estuvo clasificado hasta 1998.

1969 una pequeña empresa japonesa Nippon Calculating Machine, Ltd.(más tarde Busicom Corp.), un fabricante de calculadoras, encargó 12 chips a Intel (el diseño lógico del sistema fue desarrollado por el empleado de Busicom Masatoshi Shima (嶋 正 利)) para usar en una nueva calculadora de escritorio. Estos microcircuitos siempre se caracterizaron por funciones altamente especializadas y fueron diseñados para realizar un trabajo estrictamente definido, por lo que para cada nueva aplicación, todo el chipset tuvo que ser rediseñado. Los empleados de Intel encontraron que este enfoque no era rentable. Marcian Edward (Ted) Hoff, de 32 años, propone a los ejecutivos de Intel y Busicom reducir la cantidad de chips mediante el uso de una CPU que necesitará hacer aritmética y funciones lógicas, uno en lugar de varios microcircuitos. La idea fue aceptada "con fuerza" por la dirección de ambas empresas. Durante el otoño de 1969, Ted Hoff, con la ayuda de Stanley Mazor, propuso una nueva arquitectura de chip, cuyo número se redujo a 4, incluida una unidad central de procesamiento: una unidad central de procesamiento (CPU) de 4 bits, ROM para almacenamiento de software y RAM para almacenar datos de usuario. ... El desarrollo del microprocesador no comenzó hasta abril de 1970, cuando Federico Faggin, un físico italiano, se unió a Intel como diseñador jefe de la familia MCS-4. Fagin, gracias a su profundo conocimiento de la tecnología de compuerta de silicio MOS que desarrolló en Fairchild en 1968, y a la amplia experiencia adquirida en 1961 en la firma italiana Olivetti en el campo del diseño lógico de computadoras, logró reducir el microprocesador de la CPU a un solo chip. . En 1968, mientras estaba en Fairchild, también implementó el primer chip comercial del mundo que usaba tecnología de puerta de silicio: el Fairchild 3708. En Intel, Fagin desarrolló un nuevo, hasta entonces método existente diseño para microcircuitos lógicos y contribuyó a muchas innovaciones en el diseño de procesos y microcircuitos, muy importante para la implementación de un microprocesador en un solo chip. Masatoshi Shima, quien trabajaba como ingeniero de software para Busicom y no tenía experiencia en el diseño de dispositivos MOS, ayudó a Fagin a desarrollar el MCS-4 y luego trabajó con él en Zilog, fundada a finales de 1974 por Fagin y Ralph Ungermann y completamente dedicada a los microprocesadores. . Fagin y Shima trabajaron juntos para desarrollar el microprocesador Zilog Z80, que todavía está en producción en la actualidad.

El segundo dígito denota el tipo de producto: 0 - procesadores, 1 - chips RAM, 2 - controladores, 3 - chips ROM, 4 - registros de desplazamiento, 5 - chips EPLD, 6 - chips PROM, 7 - chips EPROM, 8 - vigilancia Sincronización de chips y circuitos en generadores de pulsos, 9 - chips para telecomunicaciones.

El tercer y cuarto dígitos correspondían al número de serie del producto, y dado que el primer procesador requería tres microcircuitos más especializados (ROM, RAM y expansor de E / S), que se lanzaron antes de 4004, el microprocesador se denominó 4004.

El 15 de noviembre de 1971, se lanzó el microcircuito 4004, el primer microprocesador que, a un costo de $ 200, implementó todas las funciones de un procesador de mainframe en un solo chip. El primer microprocesador del mundo se anunció en noviembre de 1971 en la revista Electronic News.

El microprocesador 4004 estaba alojado en un paquete DIP de 16 pines con un tamaño de matriz de 12 mm2 (3x4 mm). El procesador podría ejecutar 60.000 (en promedio, hasta un máximo de 93.000) instrucciones por segundo. (A modo de comparación, una de las primeras computadoras completamente electrónicas, la ENIAC estadounidense, ejecutó solo 5000 (máximo) instrucciones por segundo, ocupaba un área de 278,7 metros cuadrados y pesaba 30 toneladas). Intel previó la importancia crucial de los microprocesadores en el miniaturización de computadoras y, por lo tanto, compró los derechos de autor del microprocesador 4004 y sus versiones mejoradas de Busicom por $ 60,000.

Sin embargo, en 1971, el procesador no se convirtió en un éxito de ventas. La estrategia de Intel fue comercializar el 4004 para expandir el mercado de los chips de memoria 1101/1103, mucho más populares. Sólo el microprocesador 8080, el "bisnieto" electrónico 4004, comenzó a gozar de una merecida popularidad.

Microcircuitos especializados serie 4xxx

El chip 4004 venía con 3 ASIC: ROM, RAM y expansor de E / S. Y aunque estos microcircuitos tenían su propio sistema de designación (series 1xxx, 2xxx y 3xxx), recibieron un segundo nombre en la categoría 4xxx, que comenzó a designarse junto a su numeración habitual.

• 4001 *. ROM de 256 bytes (256 de 8 bits instrucciones del programa) y un puerto de E / S integrado de 4 bits.
• 4002 ... RAM de 40 bytes (80 celdas de 4 bits) y un puerto de salida integrado de 4 bits; La RAM del chip está organizada en 4 "registros" de veinte celdas de 4 bits:
  • 16 celdas de datos (utilizadas para dígitos de mantisa en la calculadora original)
  • 4 celdas de estado (en la calculadora original utilizada para dígitos y signos de exponentes)
• 4003 ... "Expansor de E / S" de 10 bits (registro de desplazamiento que convierte el código de serie en paralelo)

Además, los chips 4008 y 4009 se lanzaron en la familia 4xxx, que también podría suministrarse con el 4004.

• 4008 *. Pestillo de dirección de 8 bits para acceder a chips de memoria estándar y un puerto de E / S incorporado
• 4009 *. convertidor de acceso de E / S a memoria estándar y chips de E / S

(*) Nota: el chip 4001 no se pudo utilizar en el sistema junto con el par de chips 4008/4009

La familia 400x también se conoce como MCS-4(Conjunto de microcomputadora de 4 bits).

Intel también vendió Intellec-4(grandes cajas azules): un sistema de prueba y desarrollo de software para 4004. De hecho, fue una de las primeras microcomputadoras construidas sobre la base de la serie 4xxx (chips 4004, 4201, 4001x4 y 4002x2). Solo el alto precio (5 mil dólares) no permitía llamarlo computadora personal.

El Intel 4004 es, naturalmente, uno de los chips coleccionables más populares. Los blancos y dorados más preciados Chips de Intel 4004 con marcas grises visibles en la parte blanca (tipo de carrocería original). Entonces, en 2004, dicho microcircuito, en la subasta en línea eBay, se estimó en alrededor de $ 400. Un poco menos valiosos son los microcircuitos sin marcas grises en la carcasa, por lo general su costo es de alrededor de $ 200- $ 300. Esos chips (con trazos grises) sin una fecha de lanzamiento en la parte inferior del chip se lanzaron antes, por lo que su valor es mayor.

Intel lanza su primer microprocesador

El proceso evolutivo que condujo a las microcomputadoras modernas fue extremadamente rápido. Aunque la creación de la máquina conocida como " Computadora personal”, Se utilizaron una gran cantidad de descubrimientos e invenciones, cabe mencionar el hecho que se convirtió en el hito más importante de la historia de la ciencia.

Introducido el 15 de noviembre de 1971, el microprocesador Intel® 4004 lanzó una revolución electrónica que cambió el mundo. Antes del 4004, no había microprocesadores programables en el mercado. Fueron los primeros procesadores en hacer software un elemento importante en el diseño de microelectrónica.

En 1969, Intel trajo entusiasmo a la industria de la electrónica con circuitos integrados de 1 Kbps que eran mucho más grandes que cualquier otro disponible en ese momento. Debido al éxito de la empresa en el desarrollo de microcircuitos, la empresa japonesa de calculadoras Busicomp se puso en contacto con ella y le ofreció liberar 12 microcircuitos para una de sus calculadoras.

Los ingenieros de Intel tomaron el diseño de 12 chips y combinaron todas las características y capacidades deseadas en un chip genérico multipropósito. Este CI era diferente de los diseños anteriores, programado para un solo propósito utilizando instrucciones integradas.

El concepto era diseñar un dispositivo informático casi completo en un solo chip. El microprocesador Intel 4004 de cuatro bits se ha convertido en uno de esos dispositivos. Era del tamaño de una uña y tenía el mismo poder computacional como el primer ordenador electrónico ENIAC, creado en 1946, ocupando una habitación entera y utilizando 18.000 tubos de vacío.

El chip Intel 4004 es uno de los más populares en coleccionables. Los chips Intel 4004 más apreciados son el blanco y el dorado, con marcas grises visibles en la parte blanca. Entonces, en 2004, dicho microcircuito en la subasta en línea de eBay se estimó en alrededor de $ 400.

Un poco menos valiosos son los microcircuitos sin marcas grises en la carcasa, por lo general su costo es de alrededor de 200-300 dólares. Aquellos chips sin una fecha de lanzamiento en la parte inferior del chip se lanzaron antes, por lo que su valor es mayor.

Intel inició sus operaciones en julio de 1968. Sus fundadores, los ingenieros Gordon Moore y Robert Noyce, fueron empleados anteriormente por Fairchild. Los especialistas describieron de inmediato la dirección principal del trabajo: hacer que la memoria basada en semiconductores sea lo más accesible y práctica posible. En ese momento, la memoria de este tipo era muchas veces más cara que la memoria basada en tecnologías magnéticas. En este artículo, descubriremos cómo se desarrolló el Primer Microprocesador y quiénes fueron sus creadores.

Posteriormente, Busicom (Japón) se interesó por las actividades de la empresa, que celebró un contrato con Intel para el desarrollo de microcircuitos para una línea de calculadoras programables. En esos años, estos microcircuitos se crearon inmediatamente para dispositivos específicos.

El primer microprocesador. Historia de la creacion

Inicialmente, el proyecto preveía al menos 12 chips de diferentes arquitecturas. Los ingenieros de Intel rechazaron este principio, proponiendo crear un dispositivo universal con un solo chip que usa comandos de RAM para operar. Con solo 4 chips (ROM, controlador de E / S, RAM y procesador 4004), código de programa podría proporcionar su trabajo y realizar varias tareas... Dado que el módulo era versátil, se podía adaptar rápidamente para funcionar en otros dispositivos. (Obtenga más información sobre la historia de los procesadores Intel)

En la primavera de 1970, Intel contrató al ingeniero Frederico Faggin para diseñar el chip de control 4004, el primer microprocesador. Faggin también trabajó anteriormente en Fairchild Semiconductor, donde inventó la tecnología de puerta de silicio. Estos desarrollos se utilizaron en el proceso de creación de nuevos microchips.

Inicialmente, todos los derechos del nuevo microcircuito pertenecían a Busicom. Faggin confiaba en que su invento encontraría un uso generalizado en el futuro, por lo que convenció a la gerencia para que comprara los derechos del chip. Busicom también tenía serios problemas económicos, por lo que accedió a una indemnización de 60.000 dólares.

El 15 de noviembre de 1971, se anunció oficialmente el chip 4004 (el primer microprocesador de Intel), que se utilizó en la microcomputadora MCS-4. El rendimiento del procesador fue de solo 108 kHz. Para crear el chip, se utilizó tecnología de 10 micrones, que hizo posible acomodar 2300 transistores. Cabe señalar que el rendimiento fue comparable al de ENIAC (1946), que utilizó 18.000 tubos de vacío y cubrió un área de 85 metros cuadrados.

Aunque el primer microprocesador fue diseñado para su uso en calculadoras, más tarde encontró uso en otras áreas. Por ejemplo, el chip se ha utilizado en medicina para análisis de sangre, en sistemas de control de tráfico e incluso en el cohete espacial Pioner 10 desarrollado por la NASA para la investigación.

Bueno, y para los conocedores del video en inglés sobre el procesador 4004.

El primer microprocesador Intel 4004 del mundo se creó hace 40 años

Hace exactamente 40 años, Intel lanzó su primer microprocesador comercial, el Intel 4004, que se convirtió en el primer microprocesador del mundo. Sucedió el 15 de noviembre de 1971, pero todo comenzó en 1969, cuando la empresa japonesa Nippon Calculating Machine Corporation pidió a Intel que creara 12 chips para la calculadora Busicom 141-PF.