Первые процессоры в мире: история появления и развитие
Изначально ЭВМ представляли собой дорогие устройства гигантских размеров и занимали пространство многометровых помещений. Оборудование применяли исключительно в государственных учреждениях или крупных организациях. Но прошло время, и вычислительные машины изменились до неузнаваемости — одна из ключевых причин в том, что были изобретены первые процессоры на основе интегральных микросхем. Подробнее об этом — в материале 24СМИ.
История появления первого микропроцессора
Люди, чья профессия тесно связана с компьютерной техникой, наверняка знают историю появления МП. Первые микропроцессоры — детище компании Intel. Ее основали в 1968 году инженеры Роберт Нойс и Гордон Мур, сразу обозначив цель — создание памяти на полупроводниках, чтобы она стала практичной и доступной. Ведь в тот период она стоила в десятки раз дороже, чем основанная на магнитных технологиях.
В 1969-м в компанию обратились разработчики из Японии, которые специализировались на создании калькуляторов. Они планировали использовать для новой карманной модели своих вычислителей 12 интегральных схем.
Но в одном из отделов Intel руководителем работал Тед Хофф, который подобный концепт не одобрил. Зато придумал, как создать на основе имеющихся разработок программируемое логическое устройство, которое будет считывать требуемую информацию из памяти прибора и выполнять необходимые пользователю действия.
Так дело вплотную подошло к созданию центрального микропроцессора. И началось все с разработки архитектуры. Сотрудники предложили назвать ее семейством 4000. Каждая модель содержала 16 выходных микросхем. В итоге среди прочего появилась 4-битная версия 4004. Считается, что так Intel создал первый процессор подобного типа в мире.
Анонсированный 15 ноября 1971 года 4-разрядный чип 4004 применяли в микрокомпьютерах MCS-4. Производительность составляла 108 КГц, что равнялось параметрам вычислителя ENIAC 1946 года выпуска, который занимал 85 кв. м и работал на 18 тыс. ламп. В то время как новый центральный микропроцессор по размеру можно было сравнить с человеческим ногтем.
Разработка некоторое время продолжала находиться в исключительной собственности японской фирмы Busicom, но позднее обстановка изменилась — японцы отказались от эксклюзивности, и Intel получила равные права на первые процессоры.
Дальнейшее развитие
После того как в 1971-м первый процессор появился, Intel продолжил работать над развитием технологии. Уже в 1974 году компания публикует интригующую новость о создании модели процессора 8080, который работал на 6 тыс. транзисторов и обладал памятью 64 Кб. Кроме того, у модели теплоотдача стремилась к нулю. Чуть позже появилось обновление — чип 8086, разрядность которого (x16) легла в основу всех последующих компьютеров.
Параллельно с Intel набирала обороты иная компания, которая и по сей день остается ее главным конкурентом — AMD. Ее основали в 1969-м. Фирма сначала выпускала микрочипы и прочую электронику для компьютеров по лицензии других создателей, например Semiconductor или Fairchild. Но при этом вела собственные проекты по созданию процессоров и в итоге приступила к их выпуску.
В 1975 году свет увидели первые два оригинальных чипа AMD, созданные уже без чьих-либо лицензий. Хотя, если смотреть со строго технической позиции, это не были процессоры в чистом виде. Скорее, модели представляли собой наборы компонентов, вместе составлявших модульный 4-разрядный элемент. Также AMD в этот год выпустила клон изделия 8080 — 8-разрядника от Intel.
С приходом 80-х годов AMD заявила о себе как о производителе процессоров с архитектурой x86. Поводом послужило соглашение между Intel и IBM, являвшимся на тот момент крупнейшим производителем компьютеров. Intel получил заказ на изготовление чипов, совместимых с моделями IBM.
Но производители компьютеров беспокоились, что у Intel не хватит мощностей на выпуск гигантского количества чипов, и настояли на том, чтобы те передали лицензию на производство другим фирмам.
Налаженные процессы изготовления и выпуска первого поколения элементов привели к тому, что в 1981-м появился на свет знаменитый IBM PC, который со временем стали называть просто ПК. Так сконструировали вычислительную машину, рассчитанную на широкое использование. Первый «всенародный» ПК имел разрядность процессора 16 бит.
После того как к производству подключилась AMD, в 1982-м стали массово выпускать клоны Intel 8086.
Наступил 1985 год, и в центре мирового внимания вновь оказался «Интел», потому что вышел на рынок с очередной новинкой — 32-битной архитектурой. Она дала недоступные ранее возможности по увеличению мощности, управлению памятью, быстродействию. До этого мир и не представлял, что еще недавно вышедшие «допотопные» компьютеры изменятся так быстро и настолько сильно. Теперь стала доступна работа с оперативной памятью до 4 Гб, проведение триллионов операций в течение нескольких секунд.
Чуть позже AMD спроектировала свою версию 32-разрядника, которая называлась AM386. Но еще до этого, в 1989 году, у Intel появился микропроцессор i80486DX, включавший 1,2 млн транзисторов, кэш-память, сопроцессор. С его помощью увеличилась работоспособность компьютеров за счет промежуточной памяти. А в 1991-м вышла версия i80486SX. Здесь и берет начало 2-е поколение МП.
AMD в те годы также стала выпускать 32-разрядные процессоры с архитектурой RISC. Они предназначались для рынка встраиваемых решений, а не для компьютеров высокой производительности. Но после нескольких попыток работы свернули и целиком акцентировались на производстве линейки x86.
В 1995-м в мире впервые услышали о процессоре Intel Pentium, чья мощность по тем годам оказалась рекордной — 1 млрд Mips, где последнее — единица, обозначающая выполнение миллиона операций в секунду. Параллельно AMD выпустила собственное детище — AMD 5x86 с тактовой частотой 133 МГц. При этом производительность возросла по сравнению с предшественниками за счет внедрения кэша первого уровня. Также положительно сказалось перемещение блока вычислений с плавающей запятой в корпус центрального процессора вместо прежнего решения соединять отвечающий за эти операции модуль отдельно с ЦП через плату.
Впоследствии Intel начал производить усовершенствованные версии. Кроме 32-разрядных позже появились и 64-разрядные. Технологии не стояли на месте, потому что развития требовало стремительно меняющееся общество.
Появление многоядерных процессоров
Чтобы наделить ПК новыми возможностями, инженеры предложили идею многоядерной архитектуры. Смысл: в 1 корпусе процессора присутствует сразу несколько ядер, способных одновременно обрабатывать потоки информации. При этом операционная система воспринимает каждое из ядер как отдельный процессор.
Начались эксперименты, результатом которых стали первые двухъядерные процессоры. Они вышли в 1999 году и назывались IBM Power 4. Продажи стартовали в 2001-м. С этого момента пришла эпоха многоядерной архитектуры, которая развивается и сегодня.
Внутри IBM Power 4 стояли 2 64-битных «камня», основанных на микроархитектуре PowerPC. Правда, применялись они сугубо для узкоспециализированных задач. Чтобы подобная технология появилась в персональных ПК, пришлось прождать еще 4 года.
В 2004 году компания AMD продемонстрировала свой первый двухъядерный процессор, основанный на базе уже созданного чипа Opteron. Вслед за этим в 2005-м Intel выпустила свой Pentium D, предназначенный тоже для персональных компьютеров.
Следующий, 2006 год ознаменовался появлением на свет новой ступени развития — 4-ядерного процессора Intel Core 2 Quad с ядром Kentsfield. Он представлял собой сборку, в которой стояли 2 двухъядерных кристалла в одном корпусе.
В 2007 году случился очередной переполох на мировом рынке компьютерных технологий. Отличилась компания AMD, которая представила публике процессор AMD Phenom Х4. В нем инженеры умудрились поместить на 1 кристалле сразу 4 ядра. Но в полной мере перевернуть представления о чипах не получилось, помешал ряд огрехов в разработке. В это время не бездействовали специалисты из Intel и запустили в продажу новинку — четырехъядерный Intel Core 2 Quad, но уже на ядре Yorkfield с увеличенными рабочими частотами и объемом кэш-памяти.
AMD не успокаивался и шел собственной дорогой, создавая 4-ядерные процессоры на основе 1 кристалла, в то время как в Intel делали склейки из пары 2-ядерников. Казалось бы, идея AMD выглядит прогрессивнее, но в реальности она постоянно отставала от конкурентов на 5–30 % в зависимости от конкретной модели.
Заметные изменения случились в 2009-м. Intel выпустил усовершенствованную замену старому Intel Core 2 Duo — серию Core i3, i5 и i7. Внедрил новую микроархитектуру Sandy Bridge. Позже, в 2011 году, они продвинулись еще дальше и представили 6-ядерник Intel Core i7-3960X на базе той же архитектуры. По сей день его признают одним из быстрейших CPU из категории процессоров для домашнего использования.
Но AMD успела довести до ума свой Phenom Х4, освоила технологический процесс на 45 нм, подняла объем кэш-памяти и еще за год до Intel продемонстрировала 6-ядерник AMD Phenom II Х6. Тем самым компания вновь закрепила позиции и не позволила вечному конкуренту оставить себя далеко позади.
Первые процессоры не сравнить с нынешними, хотя это изначально сложнейшее устройство с рядом важных технических характеристик. Описанные компании уже не первый десяток лет соревнуются, но невозможно дать категоричный ответ — какой процессор лучше, ибо нет единого критерия. Например, AMD предлагает любопытные разработки — гибридные процессоры с мощной встроенной графикой.
Кроме того, прогресс движется и преподносит новые сюрпризы. Так, в последнее время все настойчивее заявляют о себе процессоры ARM. О них знают многие из тех, кто разбирается в мобильных устройствах или даже ноутбуках. А недавно Apple и вовсе заявил, что планирует создать компьютеры с такими ЦП.
Технология ARM начиная с 2010 года поспособствовала стремительному развитию мобильных гаджетов и продолжает оказывать весомое влияние до сих пор. Дело в том, что ей присущ ряд достоинств, которых не найти у настольных CPU.
ARM подходит для мобильных приборов, потому что характеризуется сниженным энергопотреблением и нагревом. Благодаря использованию таких процессоров и удается создавать компактные, тонкие и легкие телефоны, планшеты и пр. При этом стоимость остается в пределах разумного.
И вот теперь оказывается, что технологию хотят внедрить в сферу ПК. Уже создано несколько серверных многоядерных чипов на базе ARM, так что в ближайшие годы мир познакомится с принципиально новыми компьютерами, которые, видимо, отправят в музей то, что делали российские и зарубежные инженеры раньше.
Российские процессоры
Мало кто знает, но к ряду упомянутых в статье моделей процессоров приложили руку русские инженеры. Вообще, ЭВМ, построенные в Советском Союзе, стояли на лидирующих позициях в мире. Сегодня трудно поверить, но траектории полетов американского «Аполлона» и советского космического корабля «Союз-19» просчитывала машина БЭСМ-6. А ведь это детище инженеров из СССР, созданное под руководством Сергея Лебедева.
После развала страны высокотехнологическое производство пришло в упадок, усилилась утечка мозгов. Например, в начале 90-х годов в ИТМиВТ над созданием микропроцессора «Эль-90» работал инженер Владимир Пентковский. Устройство включало кэш-память, умело действовать в защищенном режиме, поддерживало связку с другими процессорами. Но перемены в государстве заставили свернуть проект. А Пентковский перешел по приглашению в Intel, где стал главным разработчиком Pentium.
В том же институте трудились над комплексом «Эльбрус-3». Главой группы инженеров был Борис Бабаян. Но удалось выпустить 1 машину, и то — уступающую по ряду параметров своим современникам. Вместо нее принялись проектировать новую микроархитектуру «Эльбрус-2000», и вот она уже оказалась любопытной: работала с частотой 1,2 ГГц, выделяла мало тепла и была компактной. Однако дело так и не дошло до финала, а в 2004 году и Бабаян вместе с командой перешел в Intel.
Ситуация на рынке процессоров в России сегодня такова — есть конкурентоспособные разработки. Например, тот же «Эльбрус-16С», который составляет конкуренцию по параметрам Intel Core i7. А также радует, что недавно стали серийно выпускать процессор «Скиф» на ядрах ARM. Вероятно, у него будет более радужное будущее, чем у других «соотечественников».
Микропроцессор — важнейший элемент компьютера. От него больше всего зависят вычислительные способности машины. Поэтому за счет того, что когда-то в мире появились первые процессоры на основе интегральных микросхем, сегодняшний человек может без труда найти интересующую информацию, выполнить сложные вычисления. И возможно, в будущем получит возможность переложить еще больше собственных обязанностей на плечи искусственного интеллекта.