Содержание
история маленьких электронных блоков, двигающих большой мир
ИСТОРИЯ AMD
Зеркало современной индустрии процессоров
UA
RU
(партнер проекта)
Казалось бы, совсем недавно мы жили в «аналоговом» мире, где сегодняшние умные часы и фитнес-браслеты, смартфоны и планшеты, ноутбуки и рабочие станции казались далекой фантастикой. Но время идет, технологии стремительно развиваются, а всё это изобилие электроники настолько вписалось в окружающую действительность, что мы попросту перестали его замечать, воспринимая как должное.
Но вдумайтесь: даже этот текст вы читаете совсем не на бумаге, верно? Давайте же посмотрим, что объединяет все разнообразие умных устройств в нашей жизни и является основой, на которой они построены. Верно, это — центральный процессор, он же CPU. Но хотя процессорам в современном понимании примерно 60 лет, на самом деле их история начинается намного раньше.
В партнерском проекте с AMD рассказываем, как создавались маленькие электронные блоки, без которых сегодня мы не можем представить наш технологичный мир.
Представьте себе 1823 год: в Исландии только закончилось извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль, длившееся больше года, Греция ведет борьбу за независимость от Османской империи, в самом разгаре Турецко-персидская и Первая англо-бирманская войны, а Франко-Испанская война заканчивается победой французов при Трокадеро.
А в это время в Швеции, барон и по совместительству блестящий ученый, Йёнс Якоб Берцелиус, впервые выделил в свободном состоянии кремний (Si), который и сегодня, спустя почти 200 лет является основой современных процессоров.
ВЕРНЕМСЯ НА 200 ЛЕТ НАЗАД
Почти 45 лет спустя, 23 декабря 1947 года в стенах Bell Laboratories инженеры Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли изобретают первый транзистор. Этот важный шаг был оценен по достоинству и отмечен Нобелевской премией в 1956 году.
Переместимся на 80 лет вперед, в 1903 год. Мир на пороге новой эры: братья Райт подают заявку на свой знаменитый патент «летающей машины», а Виллем Эйнтховен конструирует первый электрокардиограф.
Но главной «рок-вездой» науки в тот период является, без сомнения, Никола Тесла. Именно он патентует в 1903 году электрические логические схемы, которые называет «переключателями» — базовую идею, которая однажды станет основой современных компьютерных вычислений.
Транзисторы позволили отказаться от электромеханических реле и вакуумных ламп, использовавшихся в ранних образцах вычислительных машин. Применение транзисторов позволило добиться более высокой скорости работы, а также снизить энергопотребление и повысить надежность ранних вычислительных машин.
Наш исторический экскурс вплотную подбирается к современной истории, но впереди еще один шаг: 12 сентября 1958 года была продемонстрирована первая в мире интегральная схема, разработанная Робертом Нойсом из Fairchild Semiconductor и Джеком Килби из Texas Instruments, объединившая в себе перечисленные ранее наработки.
Интегральные схемы позволили создавать микро-чипы с расположенными на них транзисторами.
А собственно процессор состоял из нескольких интегральных схем. Технологии быстро развивались, позволяя размещать на кремниевом кристалле всё больше и больше транзисторов — делая CPU более мощными.
Однако архитектура этих процессоров была далека от той, что мы знаем сегодня. Прежде всего это касалось программного обеспечения — его можно было использовать лишь на той конфигурации, для которой оно создавалось. Отсутствие единого стандарта не могло не тормозить общий прогресс.
И тут необходимо упомянуть компанию IBM. Прежде всего она отличилась тем, что в 1960 году в Нью-Йорке разработала первый автоматический завод по массовому производству транзисторов. А уже к 1964 году представила первую в индустрии попытку стандартизации: архитектура IBM System/360 поддерживала единый набор инструкций, который позволял создавать программное обеспечение, одинаково успешно работающее на любых модификациях System/360.
Кроме того, IBM System/360 стала первой 32-разрядной системой в индустрии, а также первой, в которой был реализован 8-битный байт (до этого существовал, как бы странно это сегодня ни звучало, 6-битный).
Этот компьютер также умел работать с виртуальной памятью и в целом задал стандарты современных решений.
19 апреля 1965 года инженер Гордон Мур делает своё знаменитое наблюдение об интегральных схемах, которое становится известным как «Закон Мура» (согласно которому количество транзисторов в кристалле микропроцессора удваивается каждые 2 года), и определяющим развитие всей индустрии на десятилетия вперед.
Немного позже, в 1968 году, Гордон Мур вместе с Робертом Нойсом основывают компанию Intel. И практически в то же самое время, 1 мая 1969 года была основана компания Advanced Micro Devices, которую сегодня все называют просто — AMD.
«ДЕСЯТИЛЕТИЕ INTEL»
Основатели AMD
19 апреля 1965 года инженер Гордон Мур делает своё знаменитое наблюдение об интегральных схемах, которое становится известным как «Закон Мура» (согласно которому количество транзисторов в кристалле микропроцессора удваивается каждые 2 года), и определяющим развитие всей индустрии на десятилетия вперед.
Немного позже, в 1968 году, Гордон Мур вместе с Робертом Нойсом основывают компанию Intel. И практически в то же самое время, 1 мая 1969 года была основана компания Advanced Micro Devices, которую сегодня все называют просто — AMD.
Микропроцессор Zilog Z80
Микропроцессор MOS Technology 6501
Микропроцессор Motorola MC6800
В то же самое время часть сотрудников Intel создала свою собственную компанию и вывела на рынок процессор Zilog Z80. Обладая большей производительностью и меньшей ценой в сравнении с первоисточником, Zilog Z80 быстро завоевал популярность и использовался вплоть до середины 90-х годов в невообразимом количестве компьютеров (среди которых ZX Spectrum и Commodore-128) и игровых приставок (Sega SG-1000, Sega Master System, Game Boy, Game Boy Color и так далее).
Примерно в то же время Motorola представила на рынке собственное решение, по техническим параметрам схожее с Intel 8080, процессор MC6800. К сожалению, особым спросом на рынке он не пользовался, вследствие чего компании пришлось уволить около 4000 сотрудников.
Часть из них объединилась в компанию MOS Technology, которая выпустила процессор MOS Technology 6501 — фактически, клон MC6800. Однако, столкнувшись с юридическим давлением со стороны бывшего работодателя, инженеры MOS в корне переработали свой процессор, создав самостоятельную версию 6502. Именно на MOS Technology 6502 работали первые компьютеры Apple, вручную собиравшиеся Стивом Возняком.
Микропроцессор Киевский КР580ВМ80А
AMD запустила собственное производство в 1974 году, начав с модели AMD 9080™ — по сути, клона 8080. Но нужно отдать компании должное, уже тогда в ее стенах началась разработка собственных решений.
Впрочем, в то время даже Киевский НИИ микроприборов отличился созданием своей копии 8080, назвав ее КР580ВМ80А. Этот клон выпускался в нескольких модификациях, в том числе и для армии.
Микрокомпьютер Altair 8800
Популярность процессора 8080 была невероятной: в США его использовали даже в системах уличного освещения и управления светофорами.
Но самое главное — он стал основой множества компьютерных систем, послуживших прообразами современных компьютеров.
Микропроцессор Intel 8080
Микропроцессор Intel 8008
Микропроцессор Intel 4004
Параллельно с 4-битным 4004 компания разрабатывала также 8-битный микропроцессор 8008, поступивший в продажу в 1972 году с ценником 120 долларов. Процессор хорошо продавался и Intel, уловив тренд, стала развивать направление, совершенствуя технологию. А уже в апреле 1974 года компания явила миру Intel 8080 — невероятно мощные по тем временам 2 МГц, 16-разрядная адресная шина и адресация 64 КБ памяти.
Самым известным из них считается представленный в 1975 году Altair 8800, который вместе с корпусом стоил всего 621 доллар, а в виде «конструктора» вообще 439. И хотя он поставлялся без клавиатуры и монитора, а за ввод и вывод данных отвечал комплект переключателей и лампочек на передней панели, популярность Altair 8800 была столь высока, что компания-производитель не справлялась с заказами.
А не меньшая популярность процессора Intel 8080 породила массу его клонов: их производством занималось множество фирм, среди которых засветились даже Siemens, National Semiconductor, NEC и AMD.
Последовавшие семидесятые были, как ни крути, «десятилетием Intel». 15 ноября 1971 года Intel представила свой первый микропроцессор Intel 4004. Он нес на борту впечатляющие 2300 транзисторов, выполнял 60 000 операций в секунду, обращался к 640 байтам памяти и стоил «всего» 200,00 долларов.
Начинались 80-е. К этому моменту Intel и AMD превратились в двух основных игроков на рынке процессоров и вечных конкурентов. Как только одна из компаний представляла новую разработку, другая тут же предлагала конкурирующее решение с улучшенными параметрами и за меньшую стоимость, тем самым подтверждая верность закона Мура.
На решения Intel в виде процессоров 8086, 8088, 80186, 80188, 80286, 80386 (i386) и 80486 (i486) у AMD тут же находился ответ в виде Am8086, Am8088, Am186, Am286, Am386, Am486 и 5×86, которые, при полной совместимости, работали в целом чуть лучше и стоили чуть дешевле.
В этом странном танго два производителя кружились более десяти лет, пока Intel не представила свой первый процессор Pentium. На дворе стоял 1993 год. Невозможность запатентовать цифры «i586» заставили Intel выбрать какое-то запоминающееся название и это оказалось верным шагом: название Pentium на долгое время стало синонимом понятия «быстрый компьютер».
ЗАКОН МУРА В ДЕЙСТВИИ. БИТВА AMD И INTEL
AMD, разумеется, не осталась в стороне. Но в этот раз ответом стала первая полностью самостоятельная разработка — процессор AMD K5™. В чём-то превосходя Pentium, в чём-то уступая ему, AMD K5™ столкнулся со шквалом несправедливой критики, которая на долгое время ухудшила репутацию AMD среди пользователей.
Следующий принципиально новый процессор AMD выпустила уже с опережением. В 1997 году компания представила очередную разработку, процессор AMD K6™ — совместимый со старыми материнскими платами, производительный и недорогой, вышедший на месяц раньше, чем Intel Pentium II. Однако предыдущие события и некоторые производственные проблемы помешали AMD стать лидером рынка в то время.
Настоящим прорывом для AMD стало 23 июня 1999 года. В этот день компания представила процессор AMD Athlon™ — удивительно успешный продукт, практически восстановивший позиции AMD на рынке.
Окончательно отказавшись от клонирования чужих идей, компания стала набирать обороты и уже в 2000 году представила буквально революционный шаг — новую 64-битную архитектуру x86–64, которую практически сразу же начали называть AMD64.
Микропроцессор AMD K5™
Микропроцессор AMD K6™
Микропроцессор AMD Athlon™
В то же время Intel сталкивается со всё большими трудностями: «предательство» Apple, отказавшейся от процессоров Intel в пользу собственных разработок, проблемы с цепочками поставок из-за продолжающейся пандемии COVID-19, а также вполне возможный перенос премьеры нового семейства процессоров Alder Lake ставят Intel в оборонительную позицию.
Микропроцессор AMD Ryzen™
Официально перейдя из аутсайдеров в пионеры технологий, AMD не растерялась, и сегодня, спустя 20 лет, стала настоящим лидером рынка процессоров для персональных компьютеров.
По последним данным, 7 из 10 процессоров, продающихся на Amazon, принадлежат к семейству AMD Ryzen™.
Знаковым событием для индустрии стало приобретение компанией AMD канадской компании ATI Technologies в 2006 году. Специализацией ATI были графические процессоры, а сама компания успешно конкурировала за лидерство в отрасли со знаменитой NVIDIA. Результатом объединения усилий инженеров двух компаний под общей крышей AMD стала революционная технология Fusion, объединившая на одном кристалле CPU (собственно центральный процессор) и GPU (графический процессор).
Технология Fusion оказалась гениальным решением, которое и сегодня, спустя добрый десяток реинкарнаций, является основой для множества аппаратных решений самых разных производителей компьютерной техники. Последняя на сегодняшний день версия носит имя Zen 3, а такой тип процессоров приобрел общепринятое название Accelerated Processing Unit, или сокращенно APU.
Например, мобильные устройства тоже нуждаются в CPU, и процессоры в смартфонах сегодня мощнее, чем в любом персональном компьютере еще несколько лет назад.
Многие компании задались целью разработать собственные процессоры, пытаясь создать некое усредненное решение, которое можно было бы использовать как в десктопных, так и в мобильных решениях. Китайские и корейские компании активно включаются в разработку новых архитектур. Европейский Союз издает директивы, направленные на развитие европейского производства процессоров. И всё это разнообразие окружает нас со всех сторон, ведь «умными» сейчас становятся холодильники и стиральные машины, чайники и кондиционеры, телевизоры и аудиотехника — всего не перечесть.
А ЧТО ДО ВСЕГО ЭТОГО НАМ, ПРОСТЫМ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМ?
На самом деле, есть о чем задуматься. Пример противоборства Intel и AMD ярко демонстрирует, что конкуренция двигает прогресс.
И всем этим устройствам, вы не поверите, нужны процессоры. Удивительно, как AMD, несмотря на невероятную конкуренцию, уверенно занимает лидерские позиции, не пытаясь почивать на лаврах. Так что остается только пожелать настоящему ветерану процессорного фронта, держать руку на пульсе и оставаться активной легендой современной индустрии.
Современные рабочие процессы требовательны, как и каждый из нас. Огромные базы данных, моделирование, совместная работа над проектами – задачи с каждым годом становятся все интереснее и сложнее. Персональные компьютеры для бизнеса на базе процессоров AMD Ryzen™ PRO воплощают мощность, безопасность и надежность, чтобы работа была комфортной.
ВЫБОР ПРОФЕССИОНАЛОВ
Новое поколение процессоров AMD Ryzen™ PRO обеспечивает необходимую производительность и надежность благодаря внедрению эффективных инновационных технологий и революционной архитектуре гибридных процессоров. Как лидер в сфере внедрения передовых технологий компания AMD акцентирует внимание на использовании эффективных инновационных разработок — от обычных настольных систем до особо важных мобильных платформ.
Процессоры AMD Ryzen™ PRO пользуются доверием крупных компаний во всем мире. Они разработаны для проведения бизнес-вычислений на высоком уровне и отличаются высокой надежностью. Технологии AMD Secure и ARM® TrustZone® обеспечивают ультрасовременные функции безопасности, выводя системы на кристалле на новый уровень.
Решения на базе AMD разработаны с учетом ежедневных потребностей работников современных компаний и обеспечивают производительность и абсолютную уверенность в нормальном рабочем процессе.
Автор: Юрий Станиславский
Фото: предоставлены AMD
Верстка и дизайн: Дмитрий Кругликов, Юлия Виноградская
Дата публикации: 16.09.2021 г.
© 2021 Все права защищены.
Информационное агентство ЛІГАБізнесІнформ
Создан первый в мире процессор с топологией 2 нм
Цифровизация
Электроника
Техника
|
Поделиться
Специалисты IBM раньше других компаний разработали двухнанометровый процессор. Его производительность на 75% выше семинанометровых, а потребление энергии ниже на 45%.
IBM намерена начать их выпуск в IV квартале 2024 г.
Впереди планеты всей
Компания IBM создала первый в мире двухнанометровый чип, демонстрирующий существенный прирост производительности в сравнении с распространенными сейчас семинанометровыми. Как пишет Engadget, IBM смогла уместить 50 млрд транзисторов на кристалле размером с ноготь.
По данным ZDnet, у IBM готовы пока только тестовые образцы новых чипов – на массовое производство в ближайшем будущем компания не рассчитывает. Оно, согласно ее планам, будет запущено к концу 2024 г. – об этом сообщил вице-президент IBM по гибридным облакам Мукеш Кхаре (Mukesh Khare).
Для тестового производства IBM задействовала мощности своей исследовательской лаборатории в городе Олбани (штат Нью-Йорк, США). Чипы были изготовлены на 300-миллиметровых пластинах.
IBM сравнила свой новый двухнанометровый чип с семинанометровыми. По ее заверениям, новинка обладает на 75% более высокой производительностью при том же уровне потребления энергии.
При этом если снизить производительность до уровня 7 нм, то потребление энергии упадет на 45%.
Пластина с двухнанометровыми процессорами IBM
Engadget пишет, что серийные образцы чипов такие спецификации не получат – IBM постарается найти для них баланс производительности и энергопотребления, чтобы они превосходили 7 нм по обоим этим параметрам. Отметим, что по неизвестным причинам IBM не стала сравнивать свою разработку с процессорами, произведенными по пятинанометрвоым нормам. Такие впервые появились осенью 2020 г.
Сферы использования
По заявлению IBM, двухнанометровые процессоры смогут ускорить вычисления в сфере искусственного интеллекта. Они также пригодятся в периферийных вычислениях и в ряде других областей. Сама IBM намерена использовать их в своих серверах Power Systems и мейнфреймах Z-серии.
IBM видит перспективы использования двухнанометровых чипов и в мобильных устройствах, например, в смартфонах. За счет пониженного потребления энергии новых процессоров мобильники, по ее подсчетам, нужно будет заряжать лишь раз в четыре дня.
Ноутбуки на двухнанометровых чипах получат прирост производительности (про их автономность IBM не упоминает), а автомобили с автопилотом благодаря им смогут быстрее обнаруживать и распознавать различные объекты на пути следования и реагировать на них.
Компания утверждает, что двухнанометровые чипы принесут пользу в освоении космоса, развитии квантовых вычислений и строительстве сотовых сетей пятого и шестого поколений. Также, по прогнозам главы IBM Research Дарио Гила (Dario Gil), их применение может положительно сказаться на снижении нагрузки на окружающую среду. Это может быть реализовано за счет перевода на них дата-центров, на которые сейчас приходится 1% мирового потребления электричества.
Чем ответят конкуренты
На момент анонса IBM собственных двухнанометровых процессоров не было ни у одной другой компании в мире. Фабриками с необходимым для их производства оборудованием тоже пока никто, кроме IBM, не располагает.
От отдельных инструментов до суперприложений: как развивался российский рынок коммуникационных сервисов
Цифровизация
Самые передовые процессоры с точки зрения техпроцесса есть пока только у компаний Samsung, Qualcomm и Apple – все они в конце 2020 г.
выпустили по собственному пятинанометровому чипу. У Samsung это Exynos 1080, у Qualcomm – Snapdragon 888, а Apple создала процессор М1
AMD лишь готовится к переходу на эти нормы, разрабатывая пока что семинанометровые Ryzen и Epyc, а Intel по-прежнему отдает предпочтение 14 нм и постепенно переходит на 10 нм. В марте 2021 г., как сообщал CNews, она обнародовала стратегию своего развития на ближайшие годы, в которой упомянут запуск семинанометрового производства в 2023 г.
Пятинанометровое производство освоили пока что две компании в мире – корейская Samsung и тайваньская TSMC. Последняя в настоящее время трудится над созданием двухнанометровых норм выпуска – над этим она работает с лета 2019 г.
В июле 2020 г. TSMC заявила о прорыве в разработке 2 нм и обозначила сроки перехода на этот техпроцесс – 2023-2024 гг. В марте 2021 г. Apple стала помогать TSMС – у нее есть прямой интерес в этом, поскольку все ее процессоры, включая пятинанометровый M1, выпускаются именно на заводах TSMC, и она рассчитывает стать основным заказчиком ее двухнанометровой продукции.
Цифровизация выездного урегулирования задолженности: как технологии помогают банкам больше зарабатывать
ИТ в банках
После включения Apple TSMC сместила крайний срок запуска двухнанометровой линии с 2024 г. на 2023 г. Попутно она ведет разработку трехнанометровых норм – выпуск соответствующих процессоров она намерена начать в 2022 г.
- Первый в России ИТ-маркетплейс Market.CNews для Вашего бизнеса. С ценами на ИТ-услуги от сотен поставщиков
Эльяс Касми
Первый в мире микропроцессор
20-разрядный конвейерный параллельный процессор с двойным резервированием, самопроверка в полете
Первый в мире микропроцессор был разработан и разработан в 1968-1970 гг. На этом сайте описываются работы по проектированию высокоинтегрированного микропроцессорного чипсета MOS-LSI, разработанного в июне 1968 г.
и завершенного к июню 1970 г. Этот высокоинтегрированный компьютерный чипсет был разработан г-ном Стивом для истребителя F14A «TomCat» ВМС США. Геллер и г-н Рэй Холт в составе проектной группы во время работы в Garrett AiResearch Corp по контракту с Grumman Aircraft, генеральным подрядчиком ВМС США. Чипы MOS-LSI, называемые MP944, были произведены компанией American Microsystems, Inc из Санта-Клары, Калифорния.
Набор микросхем MOS-LSI был частью центрального компьютера данных по воздуху (CADC), который имел функцию управления движущимися поверхностями самолета и отображения информации пилота. CADC получал входные данные из пяти источников: 1) датчика статического давления, датчика динамического давления, информации аналогового пилота, датчика температуры и входа цифрового переключателя пилота. Выход CADC управлял подвижными поверхностями самолета. Это были крылья, маневровые закрылки и органы управления перчаточными флюгерами. CADC также контролировал четыре дисплея кабины для скорости Маха, высоты, воздушной скорости и вертикальной скорости.
CADC представлял собой резервную систему со встроенным самотестированием в реальном времени. Любой единичный сбой одной системы приведет к переключению на другую.
Два современных кварцевых датчика, 20-битный высокоточный аналого-цифровой преобразователь, 20-битный высокоточный цифро-аналоговый преобразователь, набор микросхем МОП-БИС и очень эффективный силовой агрегат составил полный CADC. Команда из более чем 25 менеджеров, инженеров, программистов и техников из AiResearch и American Microsystems в течение двух лет трудилась над достижением невиданного ранее дизайнерского подвига, создав полностью современный, высокоинтегрированный цифровой компьютер данных о воздухе. Предыдущие конструкции были основаны на механической технологии, состоящей из прецизионных шестерен и кулачков. Стандартная технология, используемая в коммерческих целях в течение следующих пяти лет, разработанная для суровых военных условий, позволила совершить этот подвиг.
В 1971 году г-н Рэй Холт написал проектную документацию по конструкции набора микросхем MOS-LSI, которая была одобрена для публикации в журнале Computer Design.
Однако из соображений национальной безопасности ВМС США не одобрили эту статью для публикации. Г-н Холт снова попытался в 1985 году получить разрешение на бумагу, и ответ снова был отрицательным. Наконец, в апреле 1997 г. он снова начал процесс и на этот раз смог получить разрешение на публикацию от 21 апреля 1998 г.
Полное содержание этого оригинала 1971 статья «Архитектура микропроцессора» доступна здесь. Первым публичным объявлением о наборе микросхем микропроцессора F14A MOS-LSI стала статья, опубликованная в Wall Street Journal от 22 сентября 1998 г. Эта статья и детали конструкции были впервые публично представлены г-ном Рэем Холтом на фестивале Vintage Computer Festival. состоявшейся в конференц-центре Санта-Клары 26-27 сентября 1998 года.44 Микропроцессор:
1-й набор микропроцессоров
1-й аэрокосмический микропроцессор
1-й летный компьютер Fly-By-Plie
1-й военный микропроцессор
1-й производственный микропроцессор
1-й Полный интегрированный микропроцессор
9000 1-й микропроцессор
1-й Полный интегрированный микропроцессор
9000 1-й микропроцессор
.
1-й микропроцессор со встроенным запрограммированным самотестированием и резервированием
1-й микропроцессор в приложении для обработки цифровых сигналов (DSP)
1-й микропроцессор с исполнительным конвейером
1-й микропроцессор с параллельной обработкой
1-й микропроцессор со встроенными математическими сопроцессорами
1-е постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) со встроенным счетчиком
Какой был первый микропроцессор? – EEJournal
Мы любим новинки в этой отрасли, несмотря на то, что «первое» не обязательно завоевывает рынок. Иногда выигрывает тот, кто первым выходит на рынок. Иногда это не так. Когда дело доходит до микропроцессоров, идет непрекращающаяся битва за право хвастаться тем, что они первые.
Обычно спор крутится вокруг трех претендентов:
- Микропроцессор Intel 4004, часть чипсета MCS-4
- AiResearch MP944
- Четырехфазный AL1, одна микросхема в наборе микросхем микропроцессора
Это все микропроцессоры.
Вопрос в том, кто из них был первым?
Что сначала?
Первый микропроцессор? Первый однокристальный микропроцессор? Что такое микропроцессор?
Много вопросов.
Я разрабатываю системы для микропроцессоров и с их помощью с 1975 года. Я пишу о них с 1978 года. Я работал главным редактором двух ведущих отраслевых изданий по электронике, в которых микропроцессоры обсуждались до тошноты. Я опубликовал много статей, книг и глав книг по микропроцессорной IP. Неудивительно, что у меня есть мнение на эту тему. Вот он:
Микропроцессору необходимо:
- АЛУ для выполнения арифметических и логических операций
- Набор регистров, включающий регистр(ы) данных, регистр(ы) адреса, регистр(ы) управления/статуса, регистр(ы) стека или регистр(ы) указателя стека и регистр(ы) инструкций
- Счетчик программ
- Механизм выборки инструкций и программный секвенсор
- Декодер инструкций (может использовать один или несколько уровней микрокода для декодирования)
- Интерфейс шины
Если присутствуют все шесть этих элементов, я называю это микропроцессором.
Если все шесть этих элементов присутствуют на одном кусочке кремния, я называю его одночиповым микропроцессором. Другие люди, кажется, имеют другие определения. Это мои.
Вот спор. Используя мои определения, Intel 4004, AiResearch MP944 и Four-Phase AL1 — все это микропроцессоры. Intel 4004, разработанный в 1969 и 1970 годах, но публично анонсированный только в ноябре 1971 года, — единственный из трех процессоров, который, по моему определению, считается однокристальным микропроцессором. Я уверен, что найдутся люди, которые поспорят со мной по этому поводу. Принесите это, ребята, но только после прочтения всей этой статьи, пожалуйста.
Вот мои рассуждения:
Intel MCS-4 имел очень элегантный дизайн и идеально подходил для создания встраиваемых систем. Его 4-битная ориентация идеально подходила для намеченной цели Busicom — создания настольного калькулятора — потому что он был разработан для двоично-десятичной арифметики. Одно из очень больших изменений, внесенных в архитектуру Intel 4004, заключалось в том, что конструкция калькулятора Масатоши Симы была изменена с десятичной (все механические калькуляторы использовали десятичные колеса для вычислений, а арифметические алгоритмы были хорошо понятны) на двоично-десятичную.
Это была блестящая трансформация Тедом Хоффом исходной задачи, которая должна была уместить все на одном чипе. Архитектура Хоффа продемонстрировала глубокое математическое понимание решаемой проблемы.
Таким образом, набор микросхем MCS-4 идеально подходит для любой машины, работающей с числами в зоне взаимодействия машины и человека. Это определяет практически все встраиваемые системы. Машины не очень любят двоично-десятичные числа — им нравятся чистые двоичные числа, — но людям нужно видеть десятичные цифры. BCD — это компромисс. Если хотите, это числовой эсперанто.
Настольные компьютеры, разработанные в HP Loveland в 1970-х годах, включая HP 9825 и 9845, назывались настольными калькуляторами. У них были трехчиповые 16-разрядные гибридные процессоры с двоично-десятичной арифметикой, встроенной в третий чип гибрида, расширенный математический чип. В то время BCD широко использовался для высокоточных вычислений с плавающей запятой. Но если вы хотите работать быстро, вам нужно использовать двоичные числа с большим количеством битов.
Это одна из причин, по которой индустрия так усердно работала над 32- и 64-битными микропроцессорами.
Intel пошла на множество компромиссов, чтобы втиснуть внутренности микропроцессора 4004 в 16-контактный DIP. Возможно, самым большим компромиссом стала 4-битная двунаправленная шина, по которой адреса, инструкции и данные передаются по схеме мультиплексирования. У этой шины не было отдельных шин адреса и данных, как у последующих процессоров. У него просто была 4-битная шина с выводом синхронизации для обозначения начала каждого командного цикла.
Во время выборки инструкции, например, цикл синхронизации будет обозначать начало выборки инструкции, а следующие три цикла шины будут передачей адреса в 4-битных порциях. Затем ПЗУ помещает 8-битную инструкцию на шину 4-битными порциями в течение следующих двух циклов.
Из-за ограниченного числа доступных выводов и чрезмерного мультиплексирования шины микропроцессору Intel 4004 требовалось три цикла шины для выдачи адреса и два или более цикла шины для загрузки 8- или 16-битной инструкции.
Адреса, инструкции и данные должны были проходить по 4-битной шине.
С данными дела обстоят лучше. Поскольку это была машина, ориентированная на BCD, 4-битная шина была идеальной. Однако адреса для транзакций данных с ПЗУ и ОЗУ по-прежнему требовали трех циклов шины для передачи адреса. В результате пострадала общая производительность системы.
Intel 4004 был медленным, как патока, но вполне годился для предполагаемого использования: электронного настольного калькулятора. Он по-прежнему был намного быстрее своих электромеханических предшественников.
Эти компромиссы вынудили Intel создать огороженный сад. Стандартные RAM и ROM, доступные в то время, имели простые параллельные шины с отдельными линиями адреса и данных. Эти устройства не были напрямую совместимы со структурой шины Intel 4004. Микросхемы ОЗУ, ПЗУ и ввода-вывода в наборе микросхем Intel MCS-4 (соответственно 4001, 4002 и 4003) необходимы для реализации специальной логики интерфейса шины, чтобы находиться в огороженном саду микропроцессора 4004.
(Примечание: набор микросхем MCS-4 имел чит-код. Чипы 4001 ROM и 4002 RAM контролировали шину, идентифицировали и декодировали инструкции ввода-вывода и выполняли инструкции, предназначенные для их встроенных портов ввода-вывода. Таким образом, небольшое распределение декодирования команд между тремя микросхемами, но микропроцессор 4004 по-прежнему включал в себя все шесть моих критически важных процессорных элементов. 4004 по-прежнему остается первым в мире однокристальным микропроцессором, несмотря на недостатки, обусловленные конструктивными компромиссами.)
Так что я полностью доволен назначением Intel 4004 первым однокристальным микропроцессором, несмотря ни на что. В нем есть все, что нужно микропроцессору, на одном кристалле: АЛУ, набор регистров, счетчик команд, декодер команд, механизм выборки, секвенсор программ и интерфейс шины. Все это есть на одном куске кремния, и в немалой степени благодаря кремниевой магии Федерико Фаггина. Его гениальность в разработке этого и последующих микропроцессоров выходит за рамки гения.
AiResearch MP944, завершенный в июне 1970 года после нескольких лет разработки, явно представляет собой набор микросхем микропроцессора. Его всегда называл так его соавтор Рэй Холт, который поддерживает потрясающий веб-сайт под названием The World’s First Microprocessor . Шесть микросхем в наборе — это блок умножения, блок делителя, блок специальной логики, блок управления, ПЗУ и RAS (ОЗУ). Блоки умножения и делителя были ранними воплощениями сопроцессора, одним из многих нововведений в конструкции Холта. MP9Важнейшие компоненты процессора 44 распределены по нескольким микросхемам набора микросхем. Ни один чип в наборе не будет работать как полноценный процессор. Вы хотите доказательства? Прочтите оригинальную статью Рэя Холта от 1971 года. Никто не знал об этом микропроцессоре до десятилетий спустя, потому что он использовался для реализации Центрального компьютера данных о воздухе, который контролировал шаг крыла в истребителе F-14 Tomcat ВМС США с поворотным крылом.
Это был засекреченный проект, рассекреченный в 1998 году.
Вам предстоит немало покопаться, чтобы докопаться до правды о Четырехфазном AL1, который впервые появился в 1969. Мой анализ AL1, основанный на имеющейся информации, заключается в том, что он был разработан как битовый слайс (или байтовый слайс в данном случае) с 8-битными слайсами регистрового файла и АЛУ, похожими по концепции, но гораздо более сложнее, чем 4-битный AMD 2901, появившийся более чем на пять лет позже.
Битовый слайс — это часть микропроцессора. Он не может работать как микропроцессор сам по себе. AL1 был частью набора из 12 микросхем, который использовался для создания процессора для компьютеров Four-Phase. Four-Phase использовал три AL1 для формирования 24-битного ALU и набора регистров, но для завершения работы процессора требовались остальные микросхемы набора микросхем. Слайс AL1 не работал бы как процессор без других микросхем, которые, как я полагаю, включали блок выборки, регистр инструкций, декодер инструкций, контроллер прерываний и интерфейс системной шины.
Вы спросите, разве не было знаменитого судебного разбирательства, доказывающего, что AL1 действительно был микропроцессором? Да, действительно был. У TI (Texas Instruments) было несколько патентов, основанных на ее работе с микроконтроллерами и микропроцессорами. Компания взимала лицензионные сборы за использование этих патентов и подала иск против нескольких компаний, в частности, в данном случае против Dell, чтобы при необходимости получить эти сборы. TI подала патентный иск против Dell в 1990 году.
Один из основателей Four-Phase Systems, Ли Бойсел, выступал в качестве свидетеля-эксперта от Dell в судебном процессе. Он разработал физическую демонстрацию с AL1, чтобы доказать предшествующий уровень техники, и продемонстрировал систему суду в 1919 году.92. Четырехэтапная демонстрация заставила чип AL1 выглядеть и работать как микропроцессор, чтобы установить предшествующий уровень техники.
40-контактный чип AL1 в демонстрационной системе Boysel подключается к ОЗУ, ПЗУ и блокам ввода-вывода в пластиковом корпусе с помощью 40-контактного плоского кабеля.
Вот снимок экрана из презентации Бойзеля 2016 года под названием Как заработать свой первый миллион и другие советы начинающим предпринимателям , сделанной для класса в его alma mater, Мичиганском университете, на котором показана фотография демонстрационной системы Бойзеля для судебного процесса:
Фотография демонстрационной системы AL1, которую основатель Four-Phase и свидетель-эксперт Ли Бойсел представил в судебном процессе TI против Dell по микропроцессору ранние картриджи для видеоигр Nintendo. Они сделаны из серого пластика — непрозрачного, серого пластика. На самом деле демо-система находится в архивах Музея компьютерной истории, и в файле этого артефакта говорится, что гильзы на самом деле взяты из видеоигры Super Nintendo. Я думаю, что непрозрачность этих картриджей, особенно картриджа ROM, вероятно, очень важна для целей этой демонстрационной системы.
Я не могу этого доказать, но предполагаю, что демонстрация AL1 была технологическим фокусом.
Я не могу сказать, что это была преднамеренная попытка ввести в заблуждение, потому что я не знаю мотивов, но мне это кажется схематичным. Документ под названием Демонстрационная система в зале суда: микропроцессор AL1 1969 года , опубликованный одним из основателей Four-Phase и изобретателем AL1 Ли Бойселом в коллекции Музея компьютерной истории, содержит блок-схему демонстрационной системы, на которой показан AL1. чип, подключенный к блокам ОЗУ, ПЗУ и ввода-вывода демонстрационной системы. Вот схема:
Блок-схема четырехфазного AL1 «Одночиповый компьютер»
На этой блок-схеме и на фотографии демонстрационной системы я вижу классический образец волшебного устройства.
Любой фокус состоит из двух частей: аппарат и исполнение. Фокусники выполняют трюки на сцене, но в магическом бизнесе также есть кадры хорошо оплачиваемых людей за кулисами, которые просто придумывают и создают оборудование, которое делает возможным выполнение трюков.
Одним из основных инструментов магических выступлений является неправильное визуальное направление: дурачить людей, заставляя их смотреть не на то, что нужно, и думать, что они видят что-то, чего нет на самом деле.
Если вы видите пластиковую коробку с большой наклейкой с надписью «ПЗУ», вы, естественно, думаете, что внутри находится ПЗУ. Если вы видите белую микросхему с блестящими золотыми выводами рядом с тусклой серой коробкой, вы фокусируетесь на блестящем объекте и обращаете гораздо меньше внимания на серую коробку. Такова человеческая природа, и магические трюки основаны на ней.
Блок-схема ясно показывает, как 24-битное командное слово, полученное из внешнего ПЗУ, входит в блок, помеченный как «Регистр инструкций AL1». Инструкция, хранящаяся в «регистре инструкций AL1», затем управляет выходными контактами регистра, которые напрямую управляют АЛУ микросхемы и выбирают источник и место назначения файла регистра.
Вот чего я не вижу на этой диаграмме: декодера инструкций, счетчика программ или механизма выборки.
Из этого рисунка я делаю вывод, что поле с надписью «Регистр инструкций AL1» на самом деле является регистром микрокода и что внешнее ПЗУ в демонстрационной системе фактически работает как ПЗУ микрокода.
Это правдоподобно? Были ли по крайней мере некоторые компьютеры Four-Phase микрокодированными машинами? Вооружившись этим вопросом, Google быстро нашел ответ. Да, компьютеры Four-Phase Series 4000 и Series 6000 действительно были машинами с микрокодом и ПЗУ с 48-битным микрокодом.
Вот цитата из биографии Ли Бойзеля, которая размещена на веб-сайте Мичиганского университета:
«Бойзель разработал некоторые из самых ранних концепций и опубликовал некоторые из первых статей о компьютерных архитектурах в 1960-х и 1970-х годах, включая ЦП MOS ROM. управление микрокодом, прямое видеоотображение информации ОЗУ и единая структура двунаправленной шины — все это основные элементы современных микропроцессорных конструкций. Он также работал над проектированием и изготовлением первых аналогово-цифровых микросхем в полупроводниковой промышленности, первого статического и динамического MOS ROM, первого параллельного ALU и первого DRAM. Некоторые из этих технологий были реализованы в Fairchild, а некоторые — в Four Phase Systems».
Бойзел явно много знал о микрокоде.
Где же счетчик программ в этой демонстрационной системе? На блок-схеме AL1 его нет, и я не думаю, что он есть на микросхеме AL1. Я думаю, что это должно быть где-то еще. Здесь я рискну и скажу, что, по моему мнению, счетчик программ должен находиться внутри серой пластиковой коробки с надписью «ПЗУ».
Где дешифратор инструкций? Его нет и на блок-схеме AL1. Я не могу этого доказать, но я думаю, что ассемблер, который Бойзел использовал для создания программного обеспечения для демонстрационной системы, должен был сгенерировать микрокод непосредственно для ПЗУ. Когда-то ассемблеры микрокода были гораздо более распространены, когда был популярен дизайн процессоров с битовыми срезами. Это было 1980-х, как раз перед тем, как Бойзел создал это демо. Я думаю, что ПЗУ в сером пластиковом картридже «ПЗУ» в демоверсии содержит микрокод, по сути, предварительно декодированные инструкции.
Пожалуйста, поймите меня правильно. Использование микрокода для декодирования инструкций микропроцессора вполне законно.
Многие очень успешные микропроцессоры использовали декодеры инструкций на основе микрокода. Например, микропроцессор Motorola 68000 использовал несколько уровней микрокода для декодирования машинных инструкций. Но если этот микрокод живет вне чипа, то чип не может быть одночиповым микропроцессором, согласно моему определению.
Кен Ширриф подтверждает мои подозрения в своем чрезвычайно подробном блоге под названием «Texas Instruments TMX 1795: (почти) первый, забытый микропроцессор». (Блог Ширриффа ведется с 2016 года, поэтому я с готовностью признаю, что он пришел к тем же выводам задолго до меня.) Просматривая его веб-сайт, я вижу, что Ширриф явно является опытным компьютерным историком и экспертом по обратному инжинирингу микросхем. Дайте ему фотографию кубика, и он сможет сказать вам, что у вас на кубике.
Ширриф проанализировал микрофотографии кристалла AL1, поданные во время судебного процесса TI/Dell, и обнаружил еще один сюрприз. «Регистр инструкций AL1», показанный на блок-схеме, на самом деле не существует в кремнии.
На микросхеме есть только провода, где должен находиться регистр, что еще раз подтверждает отсутствие регистра команд в AL1. Это имеет смысл. Согласно приведенной выше блок-схеме, единственный способ войти в AL1 или выйти из него — через «Регистр инструкций AL1». Это означает, что данные из секции ALU AL1 должны проходить в микросхему и из нее через так называемый регистр инструкций. Однако регистры команд никогда не бывают двунаправленными. Провода точно есть. Я пришел к выводу, что картридж ПЗУ в демонстрационной системе передает микрокод в АЛУ и регистрирует файл непосредственно по ленточному кабелю.
Ничто из этого анализа не умаляет многих достижений Бойзеля. Чипсет AL1, безусловно, продвинул вперед уровень техники для вычислений. Бойзел утверждает в своей презентации, что компания Four-Phase на три года опережала конкурентов. Наверное, это очень точно.
Очень рекомендую посмотреть занимательную презентацию Бойзеля от 2016 года. Заключительная часть этой презентации посвящена AL1 и связанным с ним чипам, используемым в микропроцессоре Four-Phase.
Во время презентации Бойзел говорит, что Intel 4004, безусловно, был первым коммерческим микропроцессором. Это потому, что Four-Phase продавала свои процессорные чипы только на платах, упакованных в полные компьютерные системы. Сам процессор не продавался. Бойзель отказался продавать такую ценную технологию конкурентам.
«Микропроцессор просто не появился из ниоткуда», — говорит Бойзел в своей презентации. Он прав, конечно. Бойзел также говорит, что свидетели-эксперты TI сложили свои палатки и не стали давать показания, когда узнали о демонстрационной системе AL1.
Дело закрыто.
Был ли Бойзель достаточно сообразителен, чтобы вызвать грандиозную техническую иллюзию, о которой я подозреваю? Был ли он достаточно мотивирован для этого? Ли Бойсел скончался только в этом году, 25 апреля 2021 года. Поэтому я не могу спросить его напрямую. Однако вот цитата из его некролога в San Francisco Chronicle :
«Эти годы обеспечения того, чтобы эта технология оставалась в руках, по его словам, «John Q Public», были тем, чем Бафф гордился больше всего и о чем он больше всего вспоминал».