Mikroprozessor

Texas Instrumente TMS1000

Intel 4004

Motorola 6800 (MC6800)

Eine moderne 64 Bit x86-64 Prozessor (AMD Ryzen 5 2600, basierend auf Zen+, 2017)

AMD Ryzen 7 1800X (2016, basierend auf Zen) Prozessor in a AM4 Steckdose auf einem Motherboard

A Mikroprozessor ist ein Computerprozessor, bei dem die Datenverarbeitungslogik und die Steuerung auf einem einzigen enthalten sind Integrierter Schaltkreis, oder eine kleine Anzahl integrierter Schaltungen. Der Mikroprozessor enthält die Arithmetik-, Logik- und Steuerschaltung, die erforderlich sind, um die Funktionen der zentralen Verarbeitungseinheit eines Computers auszuführen. Der integrierte Schaltkreis kann Programmanweisungen interpretieren und ausführen und arithmetische Operationen ausführen.^[1] Der Mikroprozessor ist ein Mehrzweck, Uhr-Gefahren, registrieren-basierend, Digitale integrierte Schaltung das akzeptiert binär Daten als Eingabe, verarbeitet es nach nach Anweisungen gelagert in seinem Erinnerungund liefert Ergebnisse (auch in binärer Form) als Ausgang. Mikroprozessoren enthalten beide Kombinationslogik und Sequentielle digitale Logikund operieren mit Zahlen und Symbolen, die in der dargestellt werden binäre Zahl System.

Die Integration einer ganzen CPU in einen einzelnen oder wenigen integrierten Schaltungen verwendet Sehr große Integration (VLSI) reduzierte die Kosten für die Verarbeitungsleistung erheblich. Integrierte Leiterprozessoren werden in großer Anzahl von stark automatisierten Herstellungen hergestellt Metalloxid-Sämiewerk (Mos) Herstellungsprozesse, was zu relativ niedrig führt Stückpreis. Ein-Chip-Prozessoren erhöhen die Zuverlässigkeit, da viel weniger elektrische Verbindungen ausfallen könnten. Da sich die Mikroprozessor -Konstruktionen verbessern, bleiben die Kosten für die Herstellung eines Chips (mit kleineren Komponenten, die auf einem Halbleiterchip gleich groß sind) im Allgemeinen gleich. Rocks Gesetz.

Vor Mikroprozessoren wurden kleine Computer mit Racks von erstellt Leiterplatten mit vielen Mittel- und Kleine integrierte Schaltkreise, typisch von Ttl Typ. Mikroprozessoren kombinierten dies zu einem oder wenigen groß angelegt ICs. Der erste im Handel erhältliche Mikroprozessor war der Intel 4004 1971 eingeführt.

Die kontinuierliche Erhöhung der Mikroprozessorkapazität hat seitdem andere Formen von Computern fast vollständig veraltet gemacht (siehe Geschichte der Berechnung der Hardware) mit einem oder mehreren Mikroprozessoren, die in allem vom kleinsten verwendet werden eingebettete Systeme und Tragbare Geräte zum größten Mainframes und Supercomputer.

Struktur

Ein Blockdiagramm der Architektur der Z80 Mikroprozessor, der die zeigt arithmetischer und logischer Abschnitt, registrieren Datei, Kontrolllogik Abschnitt und Puffer nach extern die Anschrift und Datenlinien

Die Komplexität eines integrierten Schaltkreises wird durch physikalische Einschränkungen auf die Anzahl von begrenzt Transistoren Dies kann auf einen Chip gelegt werden, die Anzahl der Paketabschlüsse, die den Prozessor mit anderen Teilen des Systems verbinden können zerstreuen. Die fortschreitende Technologie macht komplexere und leistungsstarke Chips für die Herstellung möglich.

Ein minimaler hypothetischer Mikroprozessor könnte nur eine enthalten Arithmetik-Logikeinheit (Alu) und a Kontrolllogik Sektion. Der Alu führt Addition, Subtraktion und Operationen wie und oder oder oder aus. Jeder Betrieb des Alu legt einen oder mehrere fest Flaggen in einem Statusregister, die die Ergebnisse der letzten Operation anzeigen (Nullwert, negative Zahl, Überlauf, oder andere). Die Steuerlogik ruft Anweisungscodes aus dem Speicher ab und initiiert die Abfolge der Operationen, die für die Ausführung der Anweisung erforderlich sind. Ein einzelnes Betriebscode könnte viele einzelne Datenpfade, Register und andere Elemente des Prozessors beeinflussen.

Als integrierte Schaltungstechnologie war es möglich, immer komplexere Prozessoren auf einem einzigen Chip herzustellen. Die Größe der Datenobjekte wurde größer; mehr Transistoren auf einem Chip erlaubt zulassen Wort Größen zu erhöhen von 4- und 8 Bit Worte bis heute 64-Bit Wörter. Die Prozessorarchitektur wurden zusätzliche Funktionen hinzugefügt. Weitere On-Chip-Register haben Programme und komplexe Anweisungen verwendet werden, um kompaktere Programme zu erstellen. Schwimmende PunktarithmetikZum Beispiel war beispielsweise bei 8-Bit Software. Integration des schwimmende Punkteinheit, zuerst als separater integrierter Schaltkreis und dann als Teil desselben Mikroprozessor-Chips, schwimmende Punktberechnungen.

Gelegentlich machten physikalische Einschränkungen integrierter Schaltungen wie a Praktiken Bit Slice Ansatz notwendig. Anstatt das gesamte lange Wort auf einem integrierten Schaltkreis zu verarbeiten, mehrere Schaltungen parallel zu Verarbeitete Teilmengen jedes Wortes. Während dies zusätzliche Logik erforderte, um beispielsweise in jedem Schicht zu transportieren und zu überfließen, war das Ergebnis ein System, das beispielsweise verarbeiten konnte. 32-Bit Wörter mit integrierten Schaltungen mit einer Kapazität für jeweils nur vier Bit.

Die Fähigkeit, eine große Anzahl von Transistoren auf einen Chip zu setzen, macht es möglich, das Speicher auf denselben Würfel wie der Prozessor zu integrieren. Dies CPU -Cache Hat den Vorteil eines schnelleren Zugriffs als des Off-Chip-Speichers und erhöht die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Systems für viele Anwendungen. Prozessor Taktfrequenz hat also schneller als externe Speichergeschwindigkeit gestiegen, also Cache-Speicher ist notwendig, wenn der Prozessor nicht durch langsameres externes Speicher verzögert werden soll.

Spezialentwürfe

Ein Mikroprozessor ist ein allgemeiner Zweck. Es wurden mehrere spezialisierte Verarbeitungsgeräte befolgt:

• A digitaler Signalprozessor (DSP) ist spezialisiert für Signalverarbeitung.
• Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs) sind Prozessoren, die hauptsächlich für für Realtime Rendering von Bildern.
• Andere spezialisierte Einheiten existieren für Videoverarbeitung und Maschinenaufwand. (Sehen: Hardware-Beschleunigung.))
• Mikrocontroller in eingebettete Systeme und Peripheriegeräte.
• Systeme auf Chip (SOCS) integrieren häufig einen oder mehrere Mikroprozessor- und Mikrocontroller -Kerne in andere Komponenten wie Funkmodems und werden in Smartphones und Tablet -Computern verwendet.

Überlegungen zur Geschwindigkeit und Leistung

Intel Core i9-9900k (2018, basierend auf Kaffeesee)

Mikroprozessoren können für unterschiedliche Anwendungen ausgewählt werden, basierend auf ihrer Wortgröße, was ein Maß für ihre Komplexität ist. Längere Wortgrößen erlauben jeweils Taktzyklus eines Prozessors, um mehr Berechnung durchzuführen, entspricht jedoch einem physikalisch größeren integrierten Schaltkreis mit höherem Standby und Betrieb Energieverbrauch.^[2] 4-, 8- oder 12-Bit-Prozessoren sind weit verbreitet in Mikrocontroller, die eingebettete Systeme betreiben. Wenn ein System erwartet wird, dass es größere Datenmengen verarbeitet oder eine flexiblere benötigt Benutzeroberfläche, 16-, 32- oder 64-Bit-Prozessoren werden verwendet. Ein 8- oder 16-Bit Prozessor kann über einen 32-Bit-Prozessor für ausgewählt werden System auf einem Chip oder Mikrocontroller -Anwendungen, die extrem erfordern Elektronik mit geringer Leistung, oder sind Teil von a Mischsignale integrierte Schaltung mit rauschempfindlichem On-Chip Analoge Elektronik wie hochauflösend analog zu digitalen Konvertern oder beides. Einige Leute sagen, dass das Ausführen von 32-Bit-Arithmetik auf einem 8-Bit-Chip mehr Strom ausführen könnte, da der Chip Software mit mehreren Anweisungen ausführen muss.^[3] Andere sagen jedoch, dass moderne 8-Bit-Chips immer stärker effizienter sind als 32-Bit-Chips, wenn äquivalente Softwareroutinen ausgeführt werden.^[4]

Eingebettete Anwendungen

Tausende von Gegenständen, die traditionell nicht computerbezogen waren, umfassen Mikroprozessoren. Dazu gehören Haushalt Haushaltsgeräte, Fahrzeuge (und ihr Zubehör), Werkzeuge und Testinstrumente, Spielzeug, Lichtschalter/Dimmer und Elektrikschalter, Rauchmelder, Batteriepackungen und Hi-Fi-Audio-/visuelle Komponenten (von DVD Spieler zu Phonograph -Plattenspieler). Produkte wie Mobiltelefone, DVD -Video System und HDTV Rundfunksysteme erfordern grundlegend Verbrauchergeräte mit leistungsstarken, kostengünstigen Mikroprozessoren. Zunehmend strengere Verschmutzungssteuerungsstandards erfordern die Hersteller von Automobilen effektiv, um Mikroprozessor -Motormanagementsysteme zu verwenden, um eine optimale Steuerung der Emissionen über die weit verbreiteten Betriebsbedingungen eines Automobils zu ermöglichen. Nicht programmierbare Kontrollen würden sperrige oder kostspielige Implementierung erfordern, um die mit einem Mikroprozessor möglichen Ergebnisse zu erzielen.

Ein Mikroprozessor -Steuerungsprogramm (eingebettete Software) kann auf die Bedürfnisse einer Produktlinie zugeschnitten werden, sodass Verbesserungen in der Leistung mit minimaler Neugestaltung des Produkts ermöglicht werden können. Einzigartige Funktionen können in den verschiedenen Modellen der Produktlinie zu vernachlässigbaren Produktionskosten implementiert werden.

Die Mikroprozessorsteuerung eines Systems kann Kontrollstrategien bereitstellen, die mithilfe elektromechanischer Steuerungen oder speziell gebauten elektronischen Steuerungen unpraktisch sind. Beispielsweise kann das Steuerungssystem eines internen Verbrennungsmotors das Zündzeitpunkt basierend auf Motorgeschwindigkeit, Last, Temperatur und jeder beobachteten Tendenz zum Klopfen einstellen - damit der Motor mit einer Reihe von Kraftstoffnoten betrieben wird.

Geschichte

Das Aufkommen von kostengünstigem Computers an integrierte Schaltkreise hat sich transformiert moderne Gesellschaft. Allgemeine Mikroprozessoren in persönliche Computer werden zur Berechnung verwendet, Textbearbeitung, Multimedia -Displayund Kommunikation über die Internet. Viele weitere Mikroprozessoren sind Teil von eingebettete SystemeBereitstellung einer digitalen Kontrolle über unzählige Objekte, von Geräten bis hin zu Autos bis hin Handy und industriell Prozesssteuerung. Mikroprozessoren führen Binäroperationen basierend auf Boolesche Logik, benannt nach George Boole. Die Fähigkeit, Computersysteme mit Boolesche Logik mit einer Booleschen Logik zu bedienen Claude Shannon, der später Professor wurde. Shannon gilt als "Vater der Informationstheorie".

Nach der Entwicklung von MOS -integrierte Schaltung Chips in den frühen 1960er Jahren erreichten MOS -Chips höher Transistordichte und niedrigere Produktionskosten als bipolar integrierte Schaltkreise Bis 1964 erhöhte sich die Komplexität mit einer Rate, die von vorhergesagt wurde Moores Gesetz, führen zu Große Integration (LSI) mit Hunderten von Transistoren auf einem einzigen MOS -Chip Ende der 1960er Jahre. Die Anwendung von MOS -LSI -Chips auf Computer war die Grundlage für die ersten Mikroprozessoren, als die Ingenieure anfingen, dies vollständig zu erkennen Computerprozessor Könnte auf mehreren MOS -LSI -Chips enthalten sein.^[5] Die Designer in den späten 1960er Jahren bemühten sich, die zu integrieren Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) Funktionen eines Computers auf eine Handvoll MOS -LSI -Chips, die als MPU -Chipsätze (Microprozessoreinheit) bezeichnet werden.

Der erste kommerziell produzierte Mikroprozessor war der Intel 40041971 als einzelner Mos LSI -Chip veröffentlicht.^[6] Der Single-Chip-Mikroprozessor wurde mit der Entwicklung von MOs ermöglicht Silizium-Gate Technologie (Sgt).^[7] Die frühesten MOS -Transistoren hatten Aluminium Metalltore, was italienischer Physiker Federico Faggin Ersetzt mit Silizium selbstausgerichtete Tore Entwicklung des ersten Silicon-Gate-Mos-Chips bei Fairchild Semiconductor 1968.^[7] Faggin schloss sich später an Intel und benutzte seine Silicon-Gate MOS-Technologie, um den 4004 zusammen mit zu entwickeln Marcian Hoff, Stanley Mazor und Masatoshi Shima 1971.^[8] Der 4004 wurde für für Bussicom, das zuvor 1969 ein Multi-Chip-Design vorgeschlagen hatte, bevor Faggins Team bei Intel es in ein neues Single-Chip-Design verwandelte. Intel führte den ersten kommerziellen Mikroprozessor vor, den, den 4-Bit Intel 4004, 1971. Es folgte bald der 8-Bit-Mikroprozessor Intel 8008 1972.

Sonstiges eingebettet Verwendung von 4-Bit- und 8-Bit-Mikroprozessoren, wie z. Terminals, Drucker, verschiedene Arten von Automatisierung usw., kurz darauf folgt. Erschwingliche 8-Bit-Mikroprozessoren mit 16-Bit Die Adressierung führte auch zum ersten Allzweck Mikrocomputer Ab Mitte der 1970er Jahre.

Die erste Verwendung des Begriffs "Mikroprozessor" wird auf Viutron Computersysteme^[9] Beschreibung der in ihrem System 21 kleine Computersystem verwendeten benutzerdefinierten integrierten Schaltung, die 1968 angekündigt wurde.

Seit den frühen 1970er Jahren ist die Erhöhung der Kapazität der Mikroprozessoren verfolgt Moores Gesetz; Dies deutete ursprünglich darauf hin, dass die Anzahl der Komponenten, die sich jedes Jahr an einem Chip -Doppel befinden können. Mit der gegenwärtigen Technologie sind es tatsächlich alle zwei Jahre,^[10] Und infolgedessen änderte Moore später die Periode auf zwei Jahre.^[11]

Erste Projekte

Diese Projekte lieferten ungefähr zur gleichen Zeit einen Mikroprozessor: Garrett AiResearch's Zentralluftdatencomputer (CADC) (1970), Texas Instrumente'TMS 1802NC (September 1971) und Intel's 4004 (November 1971, basierend auf einem früheren 1969 Bussicom Entwurf). Wohl, Vier-Phasen-Systeme Al1 Der Mikroprozessor wurde auch 1969 abgegeben.

Vier-Phasen-Systeme AL1 (1969)

Das Vier-Phasen-Systeme Al1 war ein 8-Bit Bit Slice Chip mit acht Registern und einem Alu.^[12] Es wurde von entworfen von Lee Boysel 1969.^[13][14][15] Zu dieser Zeit war es Teil eines 24-Bit-CPU mit neun Chips mit drei AL1s. Es wurde später als Mikroprozessor bezeichnet, als als Reaktion auf Rechtsstreitigkeiten der 1990er Jahre von Texas Instrumente, Boyssel konstruierte ein Demonstrationssystem, bei dem ein einzelner AL1 zusammen mit RAM, ROM und einem Eingangs-Output-Gerät Teil eines Demonstrationssystems des Gerichtssaals war.^[16]

Garrett Airesearch CADC (1970)

1968,, Garrett AiResearch (Wer beschäftigte Designer Ray Holt und Steve Geller) wurde eingeladen, einen digitalen Computer zu produzieren, mit dem man konkurrieren kann elektromechanisch Systeme, die dann für den Hauptflugsteuerungscomputer in der Entwicklung entwickelt werden, in der US Navyneu F-14 Tomcat Kämpfer. Das Design wurde 1970 abgeschlossen und verwendet a Mos-Basierendem Chipsatz als Kern -CPU. Das Design war signifikant (ungefähr 20 -mal) kleiner und viel zuverlässiger als die mechanischen Systeme, gegen die es konkurrierte, und wurde in allen frühen Tomcat -Modellen verwendet. Dieses System enthielt "einen 20-Bit, Pipeline, parallel Multimikroprozessor"Die Marine lehnte es ab, die Veröffentlichung des Designs bis 1997 zu ermöglichen. Veröffentlicht 1998 die Dokumentation über die CADC, und die MP944 Chipsatz sind bekannt. Ray Holts autobiografische Geschichte dieses Designs und dieser Entwicklung wird im Buch: The Unfallingenieur präsentiert.^[17][18]

Ray Holt Abschluss von California Polytechnic University 1968 begann und begann seine Karriere als Computerdesign beim CADC. Von Anfang an wurde es bis 1998 geheim gehüllt, als die US -Marine auf Holts Anfrage die Dokumente in die Öffentlichkeitsbereich erlaubte. Holt hat behauptet, dass niemand diesen Mikroprozessor mit denen verglichen hat, die später kamen.^[19] Laut Parab et al. (2007),

Die um 1971 veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten und Literatur zeigen, dass der Digitalprozessor MP944 für das F-14 Tomcat-Flugzeug der US Navy als erster Mikroprozessor qualifiziert ist. Obwohl es interessant war, war es kein Einzelchip-Prozessor, ebenso wie der Intel 4004-beide waren eher wie eine Reihe paralleler Bausteine, mit denen Sie eine allgemeine Formularform erstellen konnten. Es enthält eine CPU, RAM, Romund zwei weitere Unterstützungschips wie der Intel 4004. Es wurde aus demselben hergestellt P-Kanal Technologie, betrieben bei militärische Spezifikationen und hatte größere Chips - ein ausgezeichnetes Computertechnik -Design nach allen Maßstäben. Das Design zeigt einen großen Fortschritt gegenüber Intel und zwei Jahr zuvor. Es hat tatsächlich funktioniert und flog in der F-14, als der Intel 4004 bekannt gegeben wurde. Es zeigt an, dass das heutige Branchenthema des Konvergens DSP-Mikrocontroller Die Architekturen wurden 1971 begonnen.^[20]

Diese Konvergenz von DSP- und Mikrocontroller -Architekturen ist als a bekannt Digital Signal Controller.^[21]

Pico/General Instrument

Der 1971 eingeführte Pico1/GI250 -Chip: Es wurde von Pico Electronics (Glenrothes, Schottland) entworfen und von General Instrument of Hicksville NY hergestellt.

1971 Pico Electronics^[22] und Allgemeines Instrument (GI) führte ihre erste Zusammenarbeit in ICS ein, einem vollständigen Einzelchip-Taschenrechner für den Monroe/Litton Royal Digital III-Taschenrechner. Dieser Chip könnte auch behaupten, einer der ersten Mikroprozessoren oder Mikrocontroller zu sein Rom, RAM und ein RISC Anweisungssatz On-Chip. Das Layout für die vier Schichten der PMOs Der Prozess wurde von Hand in X500 -Skala im Mylar -Film von Hand gezeichnet, eine bedeutende Aufgabe zu der Zeit angesichts der Komplexität des Chips.

Pico war ein Spinout von fünf GI-Designingenieuren, deren Sicht darin bestand, ICs mit einem Chip-Taschenrechner zu erstellen. Sie hatten eine bedeutende frühere Designerfahrung bei mehreren Taschenrechnerchipsätzen mit GI und Marconi-Elliott.^[23] Die wichtigsten Teammitglieder waren ursprünglich beauftragt worden Elliott Automatisierung Um einen 8-Bit Glenrothes, Schottland im Jahr 1967.

Die Taschenrechner wurden zum größten Binnenmarkt für Halbleiter, so dass Pico und GI in diesem aufkeimenden Markt erhebliche Erfolge erzielten. GI führte weiterhin in Mikroprozessoren und Mikrocontrollern mit Produkten wie CP1600, IOB1680 und PIC1650 innovativ.^[24] 1987 wurde das GI -Mikroelektronikgeschäft in das ausgerichtet Mikrochip PIC -Mikrocontroller Geschäft.

Intel 4004 (1971)

Das 4004 mit Abdeckung entfernt (links) und wie tatsächlich verwendet (rechts)

Das Intel 4004 wird allgemein als der erste echte Mikroprozessor angesehen, der auf einem einzelnen Chip baut,^[25][26] Preis bei US $ 60 (äquivalent zu 400 US -Dollar im Jahr 2021).^[27] Die erste bekannte Anzeige für den 4004 ist vom 15. November 1971 datiert und erschien in Elektronische Nachrichten. Der Mikroprozessor wurde von einem Team entworfen, das aus italienischem Ingenieur bestand Federico Faggin, Amerikanische Ingenieure Marcian Hoff und Stanley Mazor, und japanischer Ingenieur Masatoshi Shima.^[28]

Das Projekt, das den 4004 produzierte, entstand 1969, als Bussicom, ein japanischer Taschenrechner-Hersteller, der Intel gebeten hat, einen Chipsatz für Hochleistungen zu bauen Desktop -Taschenrechner. Das ursprüngliche Design von Busicom erforderte einen programmierbaren Chip -Set, der aus sieben verschiedenen Chips bestand. Drei der Chips sollten eine Spezial-CPU mit ihrem Programm in ROM und den Daten im Schaltregister-Leseschreiberspeicher gespeichert werden. Ted HoffDer Intel Engineer, der zur Bewertung des Projekts zugewiesen wurde, glaubte, dass das Bussicom-Design durch den dynamischen RAM-Speicher für Daten und nicht den Verschiebungsregisterspeicher und eine traditionellere CPU-Architektur allgemeiner Zwecke vereinfacht werden könnte. Hoff hatte einen Architekturvorschlag mit vier Chipen: einen ROM-Chip zum Speichern der Programme, einen dynamischen RAM-Chip zum Speichern von Daten, ein einfacher I/o Gerät und eine 4-Bit-zentrale Verarbeitungseinheit (CPU). Obwohl er kein Chip-Designer war, war er der Meinung, dass die CPU in einen einzigen Chip integriert werden könnte, aber da ihm das technische Know-how fehlte, blieb die Idee vorerst nur ein Wunsch.

Erster Mikroprozessor von Intel, der 4004

Während die Architektur und Spezifikationen des MCS-4 aus der Interaktion von Hoff mit stammten Stanley Mazor, ein Software -Ingenieur, der an ihn und mit dem Bussicom -Ingenieur berichtet Masatoshi ShimaIm Jahr 1969 wechselten Mazor und Hoff zu anderen Projekten. Im April 1970 stellte Intel italienische Ingenieur ein Federico Faggin Als Projektleiter wurde ein Schritt, der das Single-Chip-CPU-endgültige Design letztendlich verwaltete (Shima hat in den ersten sechs Monaten der Implementierung die Firmware für die Firmware für Bussicom-Rechner und Assistent-Faggin entworfen). Faggin, der ursprünglich das entwickelte Siliziumtor Technologie (Sgt) im Jahr 1968 bei Fairchild Semiconductor^[29] und entwickelte den weltweit ersten kommerziellen integrierten Schaltkreis mit Sgt, dem Fairchild 3708, den richtigen Hintergrund, um das Projekt in den ersten kommerziellen Allzweck -Mikroprozessor zu führen. Da Sgt seine eigene Erfindung war, verwendete Faggin es auch, um seine neue Methodik für zu schaffen zufällige Logik Das Design, das es ermöglichte, eine Single-Chip-CPU mit der richtigen Geschwindigkeit, der Stromversorgung und den Kosten zu implementieren. Der Manager der MOS -Designabteilung von Intel war Leslie L. Vadász Zum Zeitpunkt der MCS-4-Entwicklung, aber Vadász 'Aufmerksamkeit richtete sich vollständig auf das Mainstream-Geschäft von Halbleiter-Erinnerungen aus, sodass er die Führung und das Management des MCS-4-Projekts an Faggin überließ, der letztendlich für die Leitung des 4004-Projekts zu seinem Projekt verantwortlich war Realisierung. Die Produktionseinheiten der 4004 wurden erstmals im März 1971 an das Bussicom geliefert und Ende 1971 an andere Kunden verschickt.

Texas Instrumente TMX 1795 (1970-1971)

Zusammen mit Intel (der das entwickelte 8008), Texanische Instrumente, die 1970–1971 entwickelt wurden, ein Ein-Chip-CPU-Ersatz für die DataPoint 2200 Terminal, der TMX 1795 (später TMC 1795.) Wie der 8008 wurde es vom Kundendatenpunkt abgelehnt. Laut Gary Boone erreichte der TMX 1795 nie die Produktion. Da es an derselben Spezifikation gebaut wurde, war der Anweisungssatz dem Intel 8008 sehr ähnlich.^[30][31]

Texas Instrumente TMS 1802NC (1971)

Der TMS1802NC wurde am 17. September 1971 angekündigt und implementierte einen Vierfunktionsrechner. Der TMS1802NC war trotz seiner Bezeichnung nicht Teil der TMS 1000 Serie; Es wurde später als Teil der TMS 0100 -Serie neu bezeichnet, die im Ti -Datamath -Rechner verwendet wurde. Obwohl der TMS1802NC als Taschenrechner auf dem A-Chip vermarktet wurde, war er vollständig programmierbar, einschließlich des Chip-A-CPU mit einem 11-Bit-Anweisungswort, 3520 Bit (320 Anweisungen) von ROM und 182 Bit RAM.^{[30][32][31][33]}

Gilbert Hyatt

Gilbert Hyatt wurde mit einem Patent ausgezeichnet, in dem eine Erfindung sowohl Ti als auch Intel behauptet hat und einen "Mikrocontroller" beschrieb.^[34] Das Patent wurde später ungültig, aber nicht bevor wesentliche Lizenzgebühren ausgezahlt wurden.^[35][36]

8-Bit-Designs

Das Intel 4004 wurde 1972 von der verfolgt Intel 8008, die erste der Welt 8 Bit Mikroprozessor.^[37] Der 8008 war jedoch nicht eine Erweiterung des 4004 -Designs, sondern der Höhepunkt eines separaten Entwurfsprojekts bei Intel, der sich aus einem Vertrag mit ergibt Computer Terminals Corporationvon San Antonio TX für einen Chip für ein Terminal, das sie entworfen haben,^[38] das DataPoint 2200- Finanzamentale Aspekte des Designs kamen nicht von Intel, sondern von CTC. 1968 entwickelten CTCs Vic Poor und Harry Pyle das ursprüngliche Design für die Befehlssatz und Betrieb des Prozessors. 1969 beauftragte CTC zwei Unternehmen, Intel und Texas Instrumente, um eine Single-Chip-Implementierung durchzuführen, die als CTC 1201 bekannt ist.^[39] Ende 1970 oder Anfang 1971 stellte TI aus, dass er nicht zuverlässig antreten konnte. 1970, da Intel noch nicht das Teil liefert, entschied sich CTC für die Verwendung ihrer eigenen Implementierung im DataPoint 2200 mit der herkömmlichen TTL -Logik (somit war die erste Maschine, die "8008 Code" ausführte ein Jahr zuvor). Die Version von Intel des 1201 -Mikroprozessors kam Ende 1971 an, war jedoch zu spät, langsam und benötigte eine Reihe zusätzlicher Unterstützungschips. CTC hatte kein Interesse daran, es zu verwenden. CTC hatte Intel ursprünglich für den Chip erkrank und hätte sie geschuldet US $ 50.000 (äquivalent zu 334.552 USD im Jahr 2021) für ihre Entwurfsarbeiten.^[39] Um nicht für einen Chip zu bezahlen, den sie nicht gewünscht haben (und nicht verwenden konnten), veröffentlichte CTC Intel aus ihrem Vertrag und erlaubte ihnen die kostenlose Verwendung des Designs.^[39] Intel vermarktete es im April 1972 als 8008 als erstes 8-Bit-Mikroprozessor der Welt. Es war die Grundlage für die Berühmten "Mark-8"Computer Kit im Magazin beworben Radioelektronik 1974 hatte dieser Prozessor einen 8-Bit-Datenbus und einen 14-Bit-Adressbus.^[40]

Der 8008 war der Vorläufer des erfolgreichen Intel 8080 (1974), das eine verbesserte Leistung über den 8008 bot und weniger Support -Chips erforderte. Federico Faggin konzipierte und entwarf es mit Hochspannungs -N -Kanal -MOS. Das Zilog Z80 (1976) war auch ein Faggin-Design, das N-Kanal mit niedrigem Spannung mit Depletionsbelastung und abgeleiteten Intel 8-Bit-Prozessoren verwendete: Alle, die mit der für den 4004 erstellten Methodik-Faggin entwickelt wurden. Motorola veröffentlichte das Wettbewerb 6800 im August 1974 und die ähnlichen MOS -Technologie 6502 wurde 1975 veröffentlicht (beide hauptsächlich von denselben Personen). Die 6502 -Familie nahm in den 1980er Jahren mit dem Z80 an.

Ein niedriger Gesamtkosten, wenig Verpackung, einfach Computerbus Anforderungen und manchmal die Integration von zusätzlichen Schaltkreisen (z. B. die integrierten Z80 Speicherfrischung Schaltkreise) erlaubten die Heimcomputer "Revolution" in den frühen 1980er Jahren stark beschleunigen. Dies lieferte so kostengünstige Maschinen wie Sinclair ZX81, was verkauft für US $ 99 (äquivalent zu 295,08 USD im Jahr 2021). Eine Variation der 6502, die MOS -Technologie 6510 wurde in der verwendet Commodore 64 und noch eine Variante, die 8502, toppte die Commodore 128.

Das Western Design Center, Inc. (WDC) stellte die CMOs vor WDC 65C02 1982 und lizenzierte das Design für mehrere Firmen. Es wurde als CPU in der verwendet Apfel iie und Iic Personalcomputer sowie in medizinischer implantierbarer Qualität Herzschrittmacher und Defibrillatoren, Automobil-, Industrie- und Verbrauchergeräte. WDC war Pionier der Lizenzierung von Mikroprozessorkonstruktionen, später gefolgt von ARM (32-Bit) und anderer Mikroprozessor geistiges Eigentum (IP) Anbieter in den 1990er Jahren.

Motorola stellte die vor MC6809 1978. Es war ein ehrgeiziges und gut überdachtes 8-Bit-Design, das war Quelle kompatibel mit dem 6800und implementiert nur mit fest verdrahtet Logik (nachfolgende 16-Bit-Mikroprozessoren typischerweise verwendet Mikrocode in gewissem Maße als CISC Die Entwurfsanforderungen wurden für reine hart verdrahtete Logik zu komplex.

Ein weiterer früher 8-Bit-Mikroprozessor war der Signetics 2650, was aufgrund seiner innovativen und mächtigen Anstiege einen kurzen Anstieg des Interesses erlebte Anweisungsset Architektur.

Ein wegweisender Mikroprozessor in der Welt des Weltraumfluges war RCA's RCA 1802 (auch bekannt Galileo Sonde an Jupiter (ins Leben gerufen, 1989, angekommen 1995). RCA Cosmac war der erste, der implementiert wurde CMOs Technologie. Der CDP1802 wurde verwendet, weil er bei sehr ausgeführt werden konnte geringer Stromund weil eine Variante mit einem speziellen Produktionsprozess verfügbar war, hergestellt wurde, Silizium auf Saphir (SOS), was viel besseren Schutz gegen kosmische Strahlung und elektrostatische Entladung als der eines anderen Prozessors der Ära. Somit soll die SOS -Version des 1802 die erste sein strahlungsgehärtet Mikroprozessor.

Der RCA 1802 hatte a statisches Design, was bedeutet, dass die Taktfrequenz könnte willkürlich niedrig gemacht werden oder sogar gestoppt werden. Das ließ das Galileo Raumfahrzeug Verwenden Sie eine minimale elektrische Leistung für lange ereignislose Strecken einer Reise. Timer oder Sensoren würden den Prozessor rechtzeitig für wichtige Aufgaben wie Navigationsaktualisierungen, Einstellungskontrolle, Datenerfassung und Funkkommunikation wecken. Aktuelle Versionen des Western Design Center 65C02 und 65C816 haben ebenfalls Statische Kerneund so Daten beibehalten, selbst wenn die Uhr vollständig gestoppt ist.

12-Bit-Designs

Das Intersil 6100 Familie bestand aus a 12-Bit Mikroprozessor (6100) und eine Reihe peripherer Unterstützung und Gedächtnis -ICs. Der Mikroprozessor erkannte den Dec PDP-8 Minicomputer Befehlssatz. Als solches wurde es manchmal als das bezeichnet CMOS-PDP8. Da es auch von der Harris Corporation produziert wurde, war es auch als die bekannt Harris HM-6100. Aufgrund seiner CMOS -Technologie und der damit verbundenen Vorteile wurde der 6100 bis in die frühen 1980er Jahre in einige militärische Entwürfe aufgenommen.

16-Bit-Designs

Der erste Mehrkörper-Chip 16-Bit Mikroprozessor war der Nationaler Halbleiter Imp-16, eingeführt Anfang 1973. Eine 8-Bit-Version des Chipsatzes wurde 1974 als IMP-8 eingeführt.

Andere frühe Multi-Chip-16-Bit-Mikroprozessoren umfassen die MCP-1600 das Digital Equipment Corporation (DEC) verwendet in der LSI-11 OEM -Board -Set und das verpackte PDP-11/03 Minicomputer-und die Fairchild Semiconductor Mikroflame 9440, beide 1975–76 eingeführt. 1975 führte National den ersten 16-Bit-Single-Chip-Mikroprozessor vor, den den Nationales Halbleitertempo, was später von einem folgten Nmos Version, die INS8900.

Ein weiterer früher ein-Chip-16-Bit-Mikroprozessor war Ti's TMS 9900, was auch mit ihren kompatibel war Ti-990 Minicomputer -Linie. Der 9900 wurde im TI 990/4 Minicomputer verwendet, der Texas Instrumente ti-99/4a Heimcomputer und die TM990 -Linie von OEM -Mikrocomputer -Boards. Der Chip wurde in einem großen Keramik-64-poligen verpackt Dip -PaketWährend die meisten 8-Bit-Mikroprozessoren wie der Intel 8080 den häufigeren, kleineren und günstigeren Plastik-Plastik-Dip verwendeten. Ein Follow-On-Chip, der TMS 9980, wurde so konzipiert, dass er mit dem Intel 8080 konkurrieren konnte, den vollständigen TI 990 16-Bit-Befehlssatz, verwendete ein Plastik-40-poligen Paket, bewegte Daten von 8 Bits jeweils, konnte jedoch nur eine Adresse ansprechen 16KB. Ein dritter Chip, der TMS 9995, war ein neues Design. Die Familie erweiterte sich später um 99105 und 99110.

Das Western Design Center (WDC) stellte die CMOs vor 65816 16-Bit-Upgrade der WDC-CMOs 65C02 1984. Der 16-Bit-Mikroprozessor 65816 war der Kern der Apfel -Iigs und später die Super Nintendo Entertainment System, was es zu einem der beliebtesten 16-Bit-Designs aller Zeiten macht.

Intel "up-Grentisierte" ihr 8080-Design in den 16-Bit Intel 8086, das erste Mitglied der x86 Familie, die am modernsten macht PC Typ Computer. Intel stellte den 8086 als kostengünstige Möglichkeit zur Portierung von Software aus den 8080-Zeilen ein und gelang es, in dieser Prämisse viel Geschäfte zu gewinnen. Das 8088Eine Version des 8086, die einen 8-Bit-externen Datenbus verwendete, war der Mikroprozessor in der ersten IBM PC. Intel veröffentlichte dann die 80186 und 80188, das 80286 und 1985 der 32-Bit 80386, um ihre PC -Marktdominanz mit der Rückwärtskompatibilität der Prozessorfamilie zu festigen. Die 80186 und 80188 waren im Wesentlichen Versionen der 8086 und 8088, die mit einigen Bord -Peripheriegeräten und einigen neuen Anweisungen verbessert wurden. Obwohl die 80186 und 80188 von Intel in IBM PC -Typ -Designs nicht verwendet wurden, wurde nicht^{[zweifelhaft – diskutieren]} Zweite Quellversionen von NEC, die V20 und V30 waren häufig. Die 8086 und die Nachfolger hatten eine innovative, aber begrenzte Methode von Speichersegmentierung, während der 80286 eine mit vollständigen Segmented eingeführte Segmentierung einführte Speicherverwaltungseinheit (MMU). Der 80386 führte ein flaches 32-Bit-Speichermodell mit der PAGED-Speicherverwaltung ein.

Die 16-Bit-Intel X86-Prozessoren bis hin zu und einschließlich der 80386 enthalten nicht Gleitkomma-Einheiten (FPUs). Intel stellte die vor 8087, 80187, 80287 und 80387 Mathematik-Coprozessoren zum Hinzufügen von Hardware-Floating-Punkt- und Transzendentalfunktionsfunktionen zum 8086 bis 80386 CPUs. Der 8087 funktioniert mit dem 8086/8088 und 80186/80188,^[41] Der 80187 funktioniert mit dem 80186, aber nicht mit dem 80188,^[42] Der 80287 funktioniert mit dem 80286 und der 80387 funktioniert mit dem 80386. Die Kombination eines X86-CPU und einem X87-Coprozessor bildet einen einzelnen Multi-Chip-Mikroprozessor; Die beiden Chips werden mit einem einzigen integrierten Befehlssatz als Einheit programmiert.^[43] Die Coprozessoren der 8087 und 80187 sind parallel mit den Daten verbunden und befassen sich mit Bussen ihres übergeordneten Prozessors und führen direkt für diese vorgesehene Anweisungen aus. Die Coprozessoren der 80287 und 80387 werden über E/A -Anschlüsse im Adressraum der CPU an die CPU miteinander verbunden. Dies ist für das Programm transparent, das nicht direkt über diese E/A -Anschlüsse informiert oder zugreifen muss. Das Programm greift durch normale Anweisungen Opcodes auf den Koprozessor und seine Register zu.

32-Bit-Designs

Obere Verbindungsschichten auf einem Intel 80486DX2 sterben

16-Bit-Designs waren erst kurz auf dem Markt, als 32-Bit Implementierungen erschienen.

Das bedeutendste der 32-Bit-Designs ist die Motorola MC680001979 eingeführt. Die 68K hatte, wie es allgemein bekannt war Reduzieren Sie die Pin-Anzahl) und unterstützten extern nur 24-Bit-Adressen (intern funktionierten es mit vollständigen 32-Bit-Adressen). Im PC-basierte IBM-kompatible Mainframes Der interne MC68000-Mikrocode wurde so modifiziert, dass das 32-Bit-System/370 IBM-Mainframe emuliert wurde.^[44] Motorola beschrieb es allgemein als 16-Bit-Prozessor. Die Kombination aus hoher Leistung, groß (16Megabyte oder 2²⁴Bytes) Speicherplatz und ziemlich niedrige Kosten machten ihn am beliebtesten CPU -Design seiner Klasse. Das Apple Lisa und Macintosh Entwürfe nutzten den 68000, ebenso wie eine Vielzahl anderer Entwürfe Mitte der 1980er Jahre, einschließlich der Atari st und Commodore Amiga.

Der weltweit erste Einzelchip vollständig 32-Bit-Mikroprozessor mit 32-Bit-Datenpfaden, 32-Bit-Bussen und 32-Bit-Adressen war die AT&T Bell Labs Bellmac-32a, mit ersten Proben im Jahr 1980 und allgemeine Produktion im Jahr 1982.^[45][46] Nach dem Veräußerung von AT & T. 1984 wurde es in WE 32000 (wir für umbenannt Westliche Elektrik) und hatte zwei Nachverfolgung, die WE 32100 und We 32200. Diese Mikroprozessoren wurden in den Minicomputern AT & T 3B5 und 3B15 verwendet; im 3b2, dem weltweit ersten Desktop -Super -Mikrocomputer; im "Begleiter", dem ersten 32-Bit der Welt Laptop Computer; Und in "Alexander", dem ersten Super-Mikrocomputer der Welt der weltweiten Buchgröße, das ROM-Pack-Speicherpatronen ähnelt wie die heutigen Spielekonsolen. All diese Systeme haben die ausgeführt UNIX -System v Betriebssystem.

Der erste kommerzielle Einzelchip, vollständig 32-Bit-Mikroprozessor auf dem Markt, war der HP -Fokus.

Intels erster 32-Bit-Mikroprozessor war der IAPX 432, das 1981 eingeführt wurde, aber kein kommerzieller Erfolg war. Es hatte einen Fortgeschrittenen Fähigkeit basiert objektorientierter Architektur, aber schlechte Leistung im Vergleich zu zeitgenössischen Architekturen wie Intels eigener 80286 (eingeführt 1982), das bei typischen Benchmark -Tests fast viermal so schnell war. Die Ergebnisse für das IAPX432 waren jedoch teilweise auf eine gehetzte und suboptimale Ada Compiler.

Der Erfolg von Motorola mit dem 68000 führte zum MC68010was hinzugefügt wurde virtueller Speicher Unterstützung. Das MC680201984 eingeführt wurde vollständige 32-Bit-Daten und Adressbusse hinzugefügt. Der 68020 wurde in der sehr beliebt Unix Supermicrocomputer -Markt und viele kleine Unternehmen (z. B.,, Altos, Charles River Data Systems, Cromemco) Produzierte Systeme mit Desktop-Größe. Das MC68030 wurde als nächstes eingeführt und das vorherige Design verbessert, indem die MMU in den Chip integriert wurde. Der anhaltende Erfolg führte zum MC68040, einschließlich eines FPU Für eine bessere mathematische Leistung. Der 68050 konnte seine Leistungsziele nicht erreichen und wurde nicht veröffentlicht, und das Follow-up MC68060 wurde in einen Markt freigesetzt, der von viel schnelleren RISC -Designs gesättigt war. Die 68K -Familie verblasste in den frühen neunziger Jahren aus dem Gebrauch.

Andere große Unternehmen haben die 68020 und Follow-Ons in eingebettete Geräte entwickelt. Irgendwann gab es mehr 68020 in eingebettete Geräte als es gab Intel Pentien in PCs.^[47] Das Kaltes Feuer Prozessorkerne sind Derivate der 68020.

In dieser Zeit (Anfang bis Mitte der 1980er Jahre), Nationaler Halbleiter führte einen sehr ähnlichen 16-Bit-Pinout, 32-Bit-interner Mikroprozessor mit dem Namen NS 16032 (später in 32016 um), der vollständigen 32-Bit-Version mit dem Namen The The NS 32032. Später produzierte der nationale Halbleiter die NS 32132, die es zwei CPUs ermöglichten, sich im gleichen Speicherbus mit eingebautem Schiedsverfahren zu befinden. Der NS32016/32 übertraf den MC68000/10, der NS32332, der ungefähr zur gleichen Zeit wie der MC68020 ankam - hatte nicht genug Leistung. Der Chip der dritten Generation, der NS32532, war anders. Es hatte ungefähr die doppelte Leistung des MC68030, der ungefähr zur gleichen Zeit veröffentlicht wurde. Das Erscheinen von RISC -Prozessoren wie der AM29000 und MC88000 (jetzt beide tot) beeinflussten die Architektur des letzten Kerns, des NS32764. Technisch fortgeschritten-mit einem Supercalar-RISC-Kern, 64-Bit-Bus und intern übertaktet-konnte es immer noch Anweisungen der Serie 32000 durch Echtzeitübersetzung ausführen.

Als der National Semiconductor beschloss, den UNIX-Markt zu verlassen, wurde der Chip mit einer Reihe von On-Chip-Peripheriegeräten in den Schwertfisch-eingebetteten Prozessor umgestaltet. Der Chip erwies sich als zu teuer für die Laserdrucker Markt und wurde getötet. Das Designteam ging zu Intel und dort entwarf den Pentium -Prozessor, der dem NS32764 -Kern intern sehr ähnlich ist. Der große Erfolg der Serie 32000 war auf dem Laserdruckermarkt, auf dem der NS32CG16 mit mikrokodierten Bitblt -Anweisungen einen sehr guten Preis/eine sehr gute Leistung hatte und von großen Unternehmen wie Canon übernommen wurde. Mitte der 1980er Jahre, Sequent stellte den ersten SMP Server-Class-Computer mit dem NS 32032 ein. Dies war einer der wenigen Siege des Designs und verschwand Ende der 1980er Jahre. Das MIPS R2000 (1984) und R3000 (1989) waren sehr erfolgreich 32-Bit-RISC-Mikroprozessoren. Sie wurden in High-End-Workstations und Servern von verwendet SGI, unter anderen. Andere Designs waren die Zilog Z80000, was zu spät zum Markt kam, um eine Chance zu haben, und verschwand schnell.

Das ARM Erschienen erstmals 1985.^[48] Das ist ein RISC Prozessordesign, das seitdem den 32-Bit dominiert eingebettete Systeme Prozessorraum, der größtenteils auf seine Leistungseffizienz, sein Lizenzmodell und seine große Auswahl an Systementwicklungswerkzeugen fällig ist. Halbleiterhersteller lizenzieren im Allgemeinen Kerne und integrieren sie in ihre eigenen System auf einem Chip Produkte; Nur wenige solcher Anbieter wie Apple dürfen lizenziert, um die Armkerne zu ändern oder ihre eigenen zu erstellen. Die meisten Handys Fügen Sie einen ARM -Prozessor ein, ebenso wie eine Vielzahl anderer Produkte. Es gibt mikrocontrollerorientierte Armkerne ohne virtuelle Gedächtnisunterstützung sowie Symmetrischer Multiprozessor (SMP) Anwendungsprozessoren mit virtuellem Speicher.

Von 1993 bis 2003 die 32-Bit x86 Architekturen wurden immer dominanter in Desktop, Laptopund Servermärkte, und diese Mikroprozessoren wurden schneller und fähiger. Intel hatte frühe Versionen der Architektur an andere Unternehmen lizenziert, lehnte es jedoch ab, das Pentium so zu lizenzieren. AMD und Cyrix Erbaute spätere Versionen der Architektur basierend auf ihren eigenen Designs. Während dieser Spanne erhöhten diese Prozessoren die Komplexität (Transistorzahl) und die Fähigkeiten (Anweisungen/Sekunde) um mindestens drei Größenordnungen. Die Pentiumlinie von Intel ist wahrscheinlich das berühmteste und erkennbarste 32-Bit-Prozessormodell, zumindest bei der Öffentlichkeit bei Broad.

64-Bit-Designs in PCs

Während 64-Bit Mikroprozessordesigns werden seit Anfang der neunziger Jahre in mehreren Märkten verwendet (einschließlich der Nintendo 64 Spielekonsole 1996) wurden in den frühen 2000er Jahren 64-Bit-Mikroprozessoren auf den PC-Markt eingeführt.

Mit AMDs Einführung einer 64-Bit-Architektur rückwärtskompatibel mit x86, x86-64 (auch genannt AMD64) im September 2003, gefolgt von Intels nahezu vollständig kompatiblen 64-Bit-Erweiterungen (zuerst als IA-32E oder EM64T bezeichnet, später umbenannt Intel 64) Die 64-Bit-Desktop-Ära begann. Beide Versionen können 32-Bit-Legacy-Anwendungen ohne Leistungsstrafe sowie neue 64-Bit-Software ausführen. Mit Betriebssystemen Windows XP X64, Windows Vista x64, Windows 7 x64, Linux, BSD, und Mac OS In diesem Lauf von 64-Bit nativ ist die Software auch darauf ausgerichtet, die Funktionen solcher Prozessoren vollständig zu nutzen. Der Umzug auf 64 Bit beträgt mehr als nur eine Zunahme der Registergröße gegenüber der IA-32, da sie auch die Anzahl der allgemeinen Register verdoppelt.

Der Umzug zu 64 Bits von Powerpc war seit dem Design der Architektur in den frühen 90ern beabsichtigt und war keine Hauptursache für Inkompatibilität. Bestehende Ganzzahlregister werden erweitert, ebenso wie alle verwandten Datenwege, aber wie bei IA-32 waren sowohl Floating-Punkt- als auch Vektoreinheiten seit mehreren Jahren bei oder über 64 Bits tätig. Im Gegensatz zu dem, was passiert ist, als IA-32 auf X86-64 erweitert wurde .

Im Jahr 2011 stellte Arm die neue 64-Bit-Armarchitektur ein.

RISC

Mitte der 1980er bis frühen neunziger Jahre eine Ernte neuer Hochleistungsanlagenssatzcomputer (Computer mit hoher Leistung reduziert (RISC) Mikroprozessoren erschienen, beeinflusst durch diskrete RISC-ähnliche CPU-Designs wie die IBM 801 und andere. RISC-Mikroprozessoren wurden ursprünglich in Spezialmaschinen verwendet und Unix Arbeitsstationen, aber dann in anderen Rollen eine breite Akzeptanz gewonnen.

Das erste kommerzielle RISC -Mikroprozessordesign wurde 1984 veröffentlicht von MIPS -Computersysteme, der 32-Bit R2000 (Der R1000 wurde nicht freigegeben). 1986 veröffentlichte HP sein erstes System mit a Pa-risc ZENTRALPROZESSOR. 1987 in der Nicht-Unix Eichelcomputer'32-Bit, dann Cache-Less, ARM2-basierend Acorn Archimedes wurde der erste kommerzielle Erfolg mit dem Armarchitekturdann als Acorn Risc -Maschine (Arm) bekannt; Erstes Silizium ARM1 1985. Der R3000 machte das Design wirklich praktisch und die R4000 stellte den weltweit ersten im Handel erhältlichen 64-Bit-RISC-Mikroprozessor ein. Konkurrierende Projekte würden zum IBM führen ENERGIE und Sonne Sparc Architekturen. Bald veröffentlichte jeder große Anbieter ein RISC -Design, einschließlich der AT & T CRISP, AMD 29000, Intel i860 und Intel i960, Motorola 88000, Dec Alpha.

In den späten neunziger Jahren wurden immer noch zwei 64-Bit-RISC-Architekturen für nicht eingebettete Anwendungen in Volumen hergestellt: Sparc und Macht ISAAber als Arm in den frühen 2010er Jahren immer mächtiger geworden ist, wurde es die dritte RISC -Architektur im General Computing -Segment.

SMP- und Multi-Core-Design

Abit BP6 Motherboard unterstützte zwei Intel Celeron 366MHz -Prozessoren Bild zeigt Zalman Heateskas.

Abit BP6 Dual-Socket-Motherboard mit Zalman-Blütenheizkühlkästen.

SMP Symmetrische Multiprozessierung^[49] ist eine Konfiguration von zwei, vier oder mehr CPUs (paarweise), die normalerweise seit den 1990er Jahren auf Servern, bestimmten Workstations und in Desktop -Personalcomputern verwendet werden. EIN Multi-Core-Prozessor ist eine einzelne CPU, die mehr als einen Mikroprozessorkern enthält.

Dieses beliebte zweiköpfige Motherboard von Ein bisschen wurde 1999 als erste SMP -fähige PC -Motherboard veröffentlicht, die Intel Pentium Pro war die erste kommerzielle CPU, die Systembauer und Enthusiasten angeboten wurde. Der Abit BP9 unterstützt zwei Intel Celeron -CPUs und bei Verwendung mit einem SMP -fähigen Betriebssystem (Windows NT/2000/Linux) viele Anwendungen erhalten eine viel höhere Leistung als eine einzelne CPU. Der frühe Celerons sind leicht zu übertaktbar und Hobbyisten verwendeten diese relativ kostengünstigen CPUs bis zu 533 MHz - weit über die Intel -Spezifikation hinaus. Nach der Entdeckung der Kapazität dieser Motherboards entfernte Intel den Zugang zum Multiplikator in späteren CPUs.

Im Jahr 2001 veröffentlichte IBM das Power4 CPU, es war ein Prozessor, der über fünf Jahre Forschung entwickelt wurde, begann 1996 mit einem Team von 250 Forschern. Die Bemühungen, das Unmögliche zu erreichen, wurde durch die Entwicklung von und durch die Remote-Kollaboration und die Zuweisung jüngerer Ingenieure der Zusammenarbeit mit erfahreneren Ingenieuren zugewiesen. Die Teams erzielten mit dem neuen Mikroprozessor Power4 Erfolg. Es ist eine Zwei-in-Eins-CPU, die die Leistung zum halben Preis des Wettbewerbs mehr als verdoppelt hat, und ein großer Fortschritt bei der Rechnung. Das Business Magazine Eweek schrieb: "Das neu gestaltete 1 -GHz -Power4 ist ein enormer Sprung über seinen Vorgänger". Ein Branchenanalyst, Brad Day of Giga Information Group, sagte: "IBM wird sehr aggressiv und dieser Server ist ein Game Changer."

Der Power4 gewann "Analystenauswahl für den besten Workstation/Server -Prozessor von 2001 ", und Es brach bemerkenswerte Rekorde, einschließlich des Gewinns eines Wettbewerbs gegen die besten Spieler in der Gefahr!^[50] US -Fernsehsendung.

Intel Codename Yonah Die CPUs wurde am 6. Januar 2006 eingeführt und wurden mit zwei auf a verpackten Stanztätern hergestellt Multi-Chip-Modul. Auf einem heiß umkämpften Marktplatz AMD und andere veröffentlichten neue Versionen von Multi-Core-CPUs, AMDs SMP Athlon MP CPUs von der Athlonxp Linie im Jahr 2001 veröffentlichte Sun die Niagara und Niagara 2 mit achtküsten, AMD's Athlon x2 wurde im Juni 2007 veröffentlicht. Die Unternehmen waren in einem unendlichen Rennen um Geschwindigkeitsrennen beteiligt, in der Tat anspruchsvollere Software, die mehr Verarbeitungsleistung und schnellere CPU-Geschwindigkeiten vorgeschrieben hat.

In 2012 Dual und Quad-Core Die Prozessoren wurden in PCs und Laptops weit verbreitet, neuere Prozessoren - ähnlich wie bei den professionellen Intel Xeon von höherer Kosten - mit zusätzlichen Kernen, die parallel Anweisungen ausführen, sodass die Softwareleistung in der Regel zunimmt, sofern die Software für die Verwendung erweiterter Hardware entwickelt wurde. Betriebssysteme unterstützten mehrere Cores und SMD-CPUs. Viele Softwareanwendungen, einschließlich großer Workload- und Ressourcenintensivanwendungen-z. B. 3-D-Spiele-werden so programmiert, dass sie mehrere Kern- und Multi-CPU-Systeme nutzen.

Apple, Intel und AMD leiten derzeit den Markt mit mehreren Kerndesktop- und Workstation -CPUs. Obwohl sie sich häufig für die Führung in der Leistungsstufe einseitig hop. Intel behält höhere Frequenzen bei und hat somit die schnellste Single-Core-Leistung, während AMD aufgrund eines fortgeschritteneren ISA häufig führend in Multi-Threaden-Routinen ist und der Prozessknoten, auf dem die CPUs's hergestellt werden.

Multiprozessierung Konzepte für Multi-Core-/Multi-CPU-Konfigurationen beziehen sich auf Amdahls Gesetz.

Marktstatistik

Im Jahr 1997 rund 55% aller CPUs In der Welt verkauft waren 8-Bit Mikrocontroller, von denen über 2 Milliarden verkauft wurden.^[51]

Im Jahr 2002 waren weniger als 10% aller in der Welt verkauften CPUs 32-Bit oder mehr. Von allen verkauften 32-Bit-CPUs werden etwa 2% in Desktop- oder Laptop-PCs verwendet. Die meisten Mikroprozessoren werden in eingebetteten Steuerungsanwendungen wie Haushaltsgeräte, Automobile und Computerperipheriegeräte verwendet. Insgesamt als Ganzes eingenommen, den Durchschnittspreis für einen Mikroprozessor, ein Mikrocontroller oder ein Mikrocontroller oder DSP ist knapp vorbei US $ 6 (äquivalent zu 9,04 USD im Jahr 2021).^[52]

Im Jahr 2003 wurden Mikroprozessoren im Wert von rund 44 Milliarden US -Dollar (entspricht etwa 65 Milliarden US -Dollar im Jahr 2021) hergestellt und verkauft.^[53] Obwohl etwa die Hälfte dieses Geldes für CPUs ausgegeben wurde, die auf Desktop oder Laptop verwendet wurden persönliche ComputerDiese zählen nur etwa 2% aller verkauften CPUs.^[52] Der qualitätsbereinigte Preis für Laptop-Mikroprozessoren verbesserte sich im Jahr 2004 bis 2010 auf –25% auf –35% pro Jahr, und die Verbesserungsrate verlangsamte sich auf –15% auf –25% pro Jahr im Jahr 2010–2013.^[54]

Im Jahr 2008 wurden ungefähr 10 Milliarden CPUs hergestellt. Die meisten neuen CPUs werden jedes Jahr eingebettet.^[55]

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

• Patentprobleme
• Dirk Oppelt. "Die CPU -Sammlung". Abgerufen 23. Dezember 2009.
• Gennadiy Shvets. "CPU-Welt". Abgerufen 23. Dezember 2009.
• Jérôme Cremet. "Die CPU -Bibliothek des Geckos". Abgerufen 23. Dezember 2009.
• "Wie Mikroprozessoren funktionieren". April 2000. Abgerufen 23. Dezember 2009.
• William Blair. "IC Die Fotografie". Abgerufen 23. Dezember 2009.
• John Bayko (Dezember 2003). "Große Mikroprozessoren der Vergangenheit und Gegenwart". Archiviert von das Original am 15. April 2013. Abgerufen 23. Dezember 2009.
• Wade Warner (22. Dezember 2004). "Großartige Momente in der Geschichte der Mikroprozessor". IBM. Abgerufen 7. März 2013.