Geschichte der Intel-CPUs: Wie haben sie sich bis heute entwickelt?

Intel ist bekannt für seine Prozessoren mit dem ISA x86, der im Laufe der Zeit mehrere Entwicklungen durchlaufen hat und zur universellen Sprache aller Anwendungen geworden ist, die auf unseren PCs ausgeführt werden, und obwohl andere Register und Befehle erschienen sind Das Unternehmen, das Pat Gelsinger heute Ende der 1970er Jahre leitet, ist immer noch so stark wie am ersten Tag, wenn nicht sogar noch stärker.

Intels frühe Geschichte, vor 8086

Im ersten Abschnitt dieser Geschichte werden wir die CPUs diskutieren, die Intel vor der Ankunft des IBM-PCs hergestellt hat, die zum Erfolg führen und zum größten Hersteller von Prozessoren für Personalcomputer in der Geschichte werden sollten.

Der Intel 4004, die erste CPU auf einem Chip

Wenn Sie sich ein Geschichtsbuch ansehen, werden sie Ihnen sagen, dass das erste CPU dass Gordon Moore und Robert Noyce unter der Marke Intel entwickelten, war der i4004, der als die erste komplette CPU aus einem Stück gilt, da früher alle Komponenten einer CPU auf mehrere verschiedene Chips aufgeteilt waren.

Allerdings war es damals nicht das Flaggschiff des Unternehmens, da das Kapital aus dem Verkauf von DRAM und SRAM-Speicher für die damaligen Minicomputer stammte. Zu dieser Zeit gab es noch keine Personalcomputer und Direktzugriffsspeicher waren Stand der Technik. Obwohl es nicht Noyce und Moore waren, die an den Designtisch kamen, um den 4004 zu entwickeln, war es die Arbeit von drei Ingenieuren: Federico Faggin, Ted Hoff und Stanley Mazor, die eine komplette 4-Bit-CPU für Busicom, ein Unternehmen für Elektronik, entwarfen Rechner aus Japan, die das Projekt bei Intel in Auftrag gegeben hatten.

So war derjenige, der damals im Vergleich zu anderen Giganten der Zeit wie Fairchild Semiconductor oder Texas Instruments ein aufstrebendes Unternehmen war, dafür verantwortlich, die erste komplette CPU auf einem Chip zu schaffen.

Der Intel 8008 und das Datenpunkt-Terminal

Das i4004-Experiment diente Intel dazu, sich für den Rest der Branche zu validieren, aber sie waren immer noch nicht der Riese, der sie Jahre später werden sollten. Die Ära des PCs war noch nicht angebrochen und die wenigen Computernutzer nutzten weiterhin Timesharing-Terminals, die an einen Minicomputer angeschlossen waren, der paradoxerweise so groß wie ein Kühlschrank sein konnte.

Eine dieser Firmen war die Datapoint Corporation, und ihr 2200er Terminalmodell hatte eine Besonderheit, nämlich dass ihre Schaltung nicht nur als entferntes Terminal diente, sondern auch über einen kompletten Computer verfügte, da sie dank der integrierten Schaltungen Programme ausführen konnte einer CPU im Inneren. Wieder wurden die drei verantwortlichen Architekten des i4004 damit beauftragt, alle komplexen 8008-Schaltungen zu reduzieren, die Sie über diesen Bildern auf dem i8008 sehen.

Leider kam das Projekt mit Datapoint nicht zum Tragen und am Ende brachen die Beziehungen zwischen beiden Unternehmen komplett ab. Dies hielt sie nicht davon ab, ihre erste 8-Bit-CPU fertigzustellen, aber Intel war mit dem Ergebnis nicht sehr zufrieden.

Der Intel 8080 und der S-100 Boom

Intels dritter Prozessor entstand aus der Tatsache heraus: Der 8008 war zu begrenzt, um komplexe Programme zu verwenden und auszuführen. Aus diesem Grund hat Intel einen weiteren 8-Bit-Prozessor in Betracht gezogen, der in der Lage sein könnte, jedes Computerprogramm auszuführen, und daraus wurde der i8080 geboren.

Wieder machten sich Federico Faggin und Stan Mazor wieder an die Arbeit, diesmal unterstützt von Masatoshi Shima, der bereits beim Design des 4004 mit ihnen zusammengearbeitet hatte. Kurioserweise verließ Faggin 1974 Intel, um Zilog zu gründen und eine verbesserte Version im Form des berühmten Z80, der die zentrale CPU von Systemen wie Spectrum, MSX, Amstrad CPC und vielen anderen war.

Der 8080 war keine von Grund auf neu gebaute CPU, er wurde nach dem Design des 8008 gebaut. Sie behielten das Interrupt-System bei, verbesserten jedoch die Adressierung von maximal 16 KB RAM auf 64 KB, weitere Peripherieanschlüsse und neue Anweisungen hinzugefügt. Die Taktrate stieg von 0.5 MHz auf 2 MHz und ist damit viermal schneller als sein Vorgänger.

Diese CPU zeichnete sich als Hauptprozessor des Altair 8800 aus, der vom Massachusetts Technical Institute entwickelt wurde, das die erste Generation von Personalcomputern namens S-100 mitbrachte, da die verschiedenen Komponenten des Computers an eine gemeinsame Platine angeschlossen waren die eine gleichnamige Schnittstelle verwendet haben. Das Betriebssystem für die MITS-Maschine war das CP / M von Gary Kildall, dem Vorläufer von MS-DOS.

Dank der standardmäßigen Verwendung des S-100-Busses tauchten bald überall Klone des Altair 8800 auf, leider hat die Existenz des verbesserten Z80 Intel aus der Führung dieser Vorläufer der Personal Computer herausgenommen.

Der Weg zum Intel 8086

Es wird angenommen, dass der Intel 8086 ein Prozessor war, der von Intel auf Anfrage von IBM für seinen ersten PC hergestellt wurde, was falsch ist, da er bereits zwei Jahre zuvor existierte und seine Geschichte nichts mit dem ersten Personal Computer der Welt zu tun hat damals blauer Riese. Außerdem war es zunächst ein kleines Projekt innerhalb von Gordon Moores Unternehmen, da der 8800, veröffentlicht als iAPX 432, auf dem Papier mit einer 32-Bit-ALU, einer integrierten MMU und allem, was man dazu braucht, viel besser war. Multitasking.

Erschwerend kommt hinzu, dass die drei Musketiere, die die ersten drei Intel-CPUs entwickelt hatten, übrig blieben, es war ein einzelner Stephen Morse, der aus zwei Gründen ausgewählt wurde, den 8086 zu entwerfen: Er war Elektro- und Softwareingenieur. Also kannte er beide Welten perfekt. Der 8086 hatte jedoch ein Problem, nämlich dass er mit einem völlig neuen ISA startete und die Binärdatei nicht kompatibel war. Wenn die Programme für CP/M gut passten, dann war es viel schneller als das Z80, aber niemand wollte es tun.

Morse verließ das Unternehmen kurz darauf, der 8086 war Intels bisher größter Misserfolg oder auch nicht.

Die Geschichte von Intel in den 80er Jahren: die Anfänge des PCs

1981 gab es bereits Personal Computer in den Geschäften, also erfand IBM den Personal Computer nicht, aber nach und nach wurden sie eine Bedrohung für den blauen Riesen und deshalb beschlossen sie, ein Low-Budget-Projekt namens Project Chess zu entwickeln, basierend auf verwenden vorhandene Hardware und nehmen hierfür als Beispiel die vom Altair 100 abgeleiteten S-8800-Computer.

Zu dieser Zeit war die fortschrittlichste CPU für diese Computer die 68000, aber diese CPU war noch nicht serienreif. Die Lösung? Es kam von Intel, das einen Intel 8086 und dessen 8-Bit-Version, den 8088, hatte. Um den Zuschlag für die CPU des ersten IBM-PCs zu bekommen, musste man akzeptieren, dass es einen zweiten Lieferanten des Prozessors geben würde, eine bestimmte Firma namens AMD . Über Nacht wurde aus einem Projekt, das der größte Misserfolg seiner Geschichte war, sein größter Erfolg.

Sowohl der 8088 als auch der 8086 waren die ersten CPUs mit x86 ISA, sie waren auch die ersten Prozessoren in einem Heimsystem mit einer 16-Bit-ALU. Der Unterschied zwischen den beiden Modellen? Der 8088 hatte einen 8-Bit- und keinen 16-Bit-Datenbus. Am auffälligsten war jedoch die 20-Bit-Speicheradressierung, die es einem System ermöglichte, bis zu 1 MB Speicher zu haben, 16-mal mehr als der 8080.

Der 80286, der größte IPC-Sprung von einer x86-CPU

Der Erfolg des IBM-PCs war überwältigend, bereits 1984 war er als Personal Computer für Unternehmen auf der ganzen Welt zur Plattform schlechthin geworden, aber es war notwendig, eine schnellere Version zu entwickeln, die mit der Entwicklung des AT-PCs einherging und dies Mal ja, dass IBM in vollem Vertrauen mit Intel ihn bat, eine neue CPU auf binärer Ebene vollständig abwärtskompatibel zu machen, aber viel schneller.

Der 80286 war der größte Sprung in der IPC-Geschichte in der Geschichte der Intel-CPUs, da seine Leistung pro Taktzyklus mehr als doppelt so hoch war wie die des 8086. Um dies zu erreichen, wurden seine internen Busse verbessert, die diese Multiplex-Prozesse stoppten der Erfassungsbefehle wurde optimiert und die Funktionalität der Sprungbefehle verbessert. Außerdem hat Intel erstmals eine MMU eingebaut, die nach Segmenten arbeitet.

Kurioserweise ist es die langlebigste CPU für PCs in der Geschichte, da man bereits 1990 Computer mit dieser CPU zum Verkauf finden konnte.

Endlich die 32 Bit, die 80386

Der 80386 war nicht die erste 32-Bit-CPU in der Geschichte von Intel, aber der iAPX 432 hat die Ehre, es zu sein, als es jedoch an der Zeit war, eine 32-Bit-Version des 8086 zu entwickeln, übernahm Intel viele Konzepte aus diesem Projekt, obwohl die Die größte Herausforderung war das Verschieben des Codes. Die Lösung? Verwenden Sie die gleichen Register, jedoch auf bis zu 32 Bit erweitert. Darüber hinaus war der 80386 die erste CPU in der Geschichte von Intel mit einer segmentierten Pipeline, die dreistufig war.

Obwohl die große Herausforderung mit Multitasking zu tun hatte, war die Idee, einen Prozessor zu haben, der ein Betriebssystem ausführen kann, das mehrere Programme gleichzeitig auf einem PC oder einer Workstation ausführen kann. Dafür entwarfen sie eine neue MMU, die diesmal virtuellen Speicher per Paging unterstützt, eine Methode, die heute verwendet wird.

Dank dieser CPU hat der PC als Plattform einen Qualitätssprung gemacht, da er die Neuigkeiten brachte, die es ermöglichten Windows von seiner dritten Version, um kein Witz mehr zu sein, sowie Linux und vor allem markierte es die Dominanz des PCs gegenüber anderen Plattformen.

Der 80486, ein kleines, aber wichtiges Update

Die vierte Generation von x86-Prozessoren in der Geschichte von Intel brachte uns zwei wichtige Neuerungen, die erste davon die First-Level-Caches von Daten und Anweisungen. Die zweite war die Integration der Gleitkommaeinheit, die kein separater Coprozessor mehr war, um ein integraler Bestandteil der CPU zu werden. Seine Pipeline oder verlängerte Segmentierung bei 5 Zyklen ermöglichte es ihm, mit dem DX100-Modell 4 MHz zu erreichen.

Es war auch der Nagel im Sarg des Rivalen Motorola, der sich schließlich mit IBM zusammengetan hat und Apple um die PowerPCs zu erstellen. Der Grund? Intel gab sich mit einer leicht verbesserten Version des 386 nicht zufrieden und wiederholte den Umzug des 286 mit einer unglaublichen Steigerung des IPC, was dem PC die größere Leistung im Vergleich zu seinen Konkurrenten bescheinigte, aber vor allem Intel den endgültigen Sieg über Motorola bescherte.

Kurioserweise war der Chefarchitekt Pat Gelsinger, der derzeitige CEO von Intel.

Der Intel Pentium, die erste Multimedia-CPU der Geschichte

Der Intel Pentium war die erste superskalare CPU unter ISA x86, was die Möglichkeit mit sich brachte, 2 Befehle parallel und gleichzeitig auszuführen. Dadurch verbesserte sich der CPI gegenüber 80486 dabei um 40%.

Jahre später brachte Intel den Pentium MMX auf den Markt, der eine Änderung in der Gleitkommaeinheit vornahm, da er das SIMD-Überregister darin implementierte, um die beginnenden Multimedia-Programme der Zeit zu beschleunigen. Die kommerzielle Lebensdauer des Pentium MMX war jedoch kurz, da er 1997 bei seiner Einführung mit dem Pentium II auf den Markt kam, nur ein Jahr nach der verbesserten Version von Intels x86-CPU der fünften Generation.

Auf architektonischer Ebene waren die Änderungen im Vergleich zum 80486 geringfügig, aber das Design kehrte wieder in die Hände derjenigen zurück, die den ursprünglichen 80386 entworfen hatten, die den Entwurf 1992 fertigstellten. Abgesehen von seinem superskalaren Design war er schließlich sehr konservativ. , das Unternehmen hatte aufgehört, Konkurrenz zu haben, dies bedeutete jedoch nicht, dass sie tatenlos zusehen mussten.

Das RISC-Attentat, die P6-Ära

Es wird gesagt, dass Intel in jedem Jahrzehnt seiner Geschichte große Veränderungen an seinen CPUs vornimmt, in den 80er Jahren war es der 80386, der den ISA auf 32 Bit aktualisierte, und in den 90er Jahren war es der Pentium Pro, ein Prozessor, der als Speerspitze galt von x86 zum Workstation-Markt, der damals von RISC-Architekturen dominiert wurde.

Von Intel wussten sie sehr gut, dass der x86-Befehlssatz Grenzen hat, deshalb hat Intel für diesen Prozessor sowohl eine ungeordnete als auch eine spekulative Ausführung entwickelt. Außerdem wurde die Anzahl der Stages von 5 auf 14 erhöht und erstmals der Second-Level-Cache hinzugefügt.

Unter der Architektur des Pentium Pro oder P6 kamen verschiedene CPUs, die als Generationen verschiedener kommerzieller Produkte veröffentlicht wurden.

• Der Pentium Pro war die erste CPU, bei der der L2-Cache in den Prozessor eingebaut war, bis dahin war er auf dem Board in der Nähe des Prozessors enthalten.
• Der Pentium II basierte auf dem Pentium Pro, verlagerte jedoch den L2-Cache, obwohl er im Gegensatz zu seinem Vorgänger im gleichen Paket belassen wurde, wurde er für den Heim-PC-Markt eingeführt und bringt die Leistung der Arbeit mit. Stationen.
• Der Pentium III hingegen beinhaltete die SSE-Anweisungen und integrierte schließlich den L2-Cache wieder in den Prozessor.

Intels Strategie funktionierte und in den späten 90er Jahren schmachten die meisten RISC-Architekturen völlig in Erwartung ihres endgültigen Todes. Nur ARMs und die im Macintosh verwendeten PowerPCs überlebten bei weitem, der Rest trug das Damoklesschwert und würde bald erliegen.

Pentium 4, das Ende einer Ära

Für den Pentium 4 entwickelte Intel eine neue Architektur namens Netburst, die dem Trend der Zeit folgte, eine große Anzahl von Stufen hinzuzufügen, um eine hohe Taktrate zu erreichen. Mit diesem Prozessor erreichte Intel die Geschwindigkeitsgrenze und es stellte sich heraus, dass das Rennen basierend auf dieser Metrik aufgrund des hohen Verbrauchs der Prozessoren und der von ihnen erzeugten Temperatur keine Zukunft hatte.

Aus den Erfahrungen mit dem Pentium 4 gewann die Metrik „Power per Watt“ an Bedeutung und begann, CPUs bereits nach dem Multicore-Konzept zu entwickeln. Der Grund war insbesondere, dass sie nicht auf Laptops montiert werden konnten und die Lebensdauer des P6 verlängert werden mussten, um CPUs für den damals in Entwicklung befindlichen Computertyp starten zu können.

Die Gerüchte sagen, dass es ein von seinen Industriedesigns besessener Apple war, der Intel einen Impuls gab, ob es einen Kern mit genügend Leistung pro Watt und mit mehr Leistung als der PowerPC schaffen könnte, nur dann würde es den Sprung zum x86 schaffen. Und so war es, aber damit gaben sie auch den Namen Pentium auf, um einen anderen anzunehmen.

Die Multi-Core-Ära der Intel-Geschichte

Die ersten Intel Core basierten auf der P6-Architektur, jedoch mit einer Dual-Core-Konfiguration. Sie hatten jedoch eine zweite Generation entwickelt, die revolutionär war und als die beste CPU der 2000er Jahre gilt.

Für seine Entwicklung kopierte Intel mehrere Ideen auf den Opteron von AMD; ebenso wie die Implementierung der Northbridge innerhalb des Prozessors und die Einführung der x86 64-Bit-Erweiterung. In Bezug auf die Leistung haben sie den IPC fast verdoppelt und es ist der drittgrößte Leistungssprung nach dem, der mit dem 80286 und 80486 erreicht wurde. Dazu verbesserten sie die Ausführung außerhalb der Reihenfolge und machten die CPU in der Lage, mehr Befehle in parallel und sie fügten zuerst den Smart Cache auf Intel-Prozessoren hinzu.

Der Core 2 könnte jedoch als die Null-Generation angesehen werden, da Intel begann, die Marken Intel Core i3, i5 und i7 aus der Nehalem-Architektur zu verwenden, die als Intel Core der ersten Generation angesehen werden. Seitdem haben wir mehrere Generationen mit schrittweisen Verbesserungen gehabt.

• Sand/Efeu-Brücke: Intel verbesserte erneut die Sprungvorhersageeinheit, außerdem verbesserte es Elemente wie den Micro-Op-Cache, die Integer- und Floating-Point-Einheiten und die Leistung bestimmter Befehle zum Abrufen von Daten aus dem Speicher.
• Haswell/Broadwell: Intel hat die Anzahl der Befehle, die die CPU pro Zyklus ausführen kann, erneut erweitert, die Bandbreite der internen Prozessorcaches erhöht und den Speichercontroller verbessert. Dazu gehörte auch der In-CPU Voltage Controller (FIVR).
• SkyLake-Generation: Intel hat die Anzahl der Befehle, die die CPU dekodieren kann, verbessert, aber die Anzahl der Befehle, die sie parallel ausführen kann, nicht erhöht. Die Änderungen gegenüber früheren Generationen sind sehr gering (sie haben den FIVR entfernt).
• Rocket Lake-S / Tigersee: Es handelt sich um das aktuelle Rocket Lake-S und Tiger Lake. Nach Jahren mit leichten Verbesserungen beim IPC hat sich Intel entschlossen, den Weg von AMD zu gehen, um nicht abgehängt zu werden.

Die neueste Version ist der Intel Core 12 mit Alder Lake-S-Architektur, die seit der Einführung von Intel Core 2 weitere Neuerungen hinzufügt, wie die Ausführung mit heterogenen Kernen, die Hinzufügung des Thread Director und andere Neuheiten, die wir nicht haben wissen, ob es der große Generationssprung sein wird, den das Unternehmen in jedem Jahrzehnt macht oder ob etwas mehr unter der Haube steckt, klar ist, dass die Geschichte von Intel zumindest spannend ist.