Intel-suorittimien historia: Miten ne ovat kehittyneet tähän päivään asti?

Intel tunnetaan prosessoristaan ​​ISA x86:lla, joka on kehittynyt useaan otteeseen ajan myötä ja josta on tullut kaikkien tietokoneillamme toimivien sovellusten universaali kieli. Yritys, jota Pat Gelsinger nyt johtaa 1970-luvun lopulla, on edelleen yhtä vahva kuin ensimmäinen päivä, ellei vielä vahvempi.

Intelin varhainen historia, ennen 8086:ta

Tämän tarinan ensimmäisessä osassa aiomme keskustella prosessoreista, joita Intel teki ennen IBM PC:n saapumista ja jotka johtaisivat niihin menestykseen ja historian suurimmaksi henkilökohtaisten tietokoneiden prosessorien valmistajaksi.

Intel 4004, ensimmäinen suoritin sirulla

Jos katsot mitä tahansa historiakirjaa, he kertovat sinulle sen ensimmäisenä prosessori että Gordon Moore ja Robert Noyce suunnitteli Intel-brändillä oli i4004, jota pidetään ensimmäisenä kokonaisena yhtenä kappaleena rakennettuna suorittimena, koska ennen CPU:n kaikki komponentit jaettiin useisiin eri siruihin.

Se ei kuitenkaan ollut tuolloin yrityksen lippulaivatuote, sillä sen pääoma tuli DRAM- ja SRAM-muistien myynnistä silloisille minitietokoneille. Tuohon aikaan ei ollut henkilökohtaisia ​​tietokoneita ja hajasaantimuisti oli huippuluokkaa. Vaikka Noyce ja Moore eivät tulleet suunnittelupöytään luomaan 4004:ää, se oli kolmen insinöörin työ: Federico Faggin, Ted Hoff ja Stanley Mazor, jotka suunnittelivat täydellisen 4-bittisen CPU:n Busicomille, elektroniikkayhtiölle. Laskimet Japanista, jotka olivat tilannut projektin Inteliltä.

Siten se, joka tuolloin oli nouseva yritys verrattuna muihin sen ajan jättiläisiin, kuten Fairchild Semiconductoriin tai Texas Instrumentsiin, vastasi ensimmäisen täydellisen CPU:n luomisesta sirulle.

Intel 8008 ja Datapoint-pääte

i4004-kokeilu auttoi Inteliä validoimaan itsensä muulle teollisuudelle, mutta ne eivät silti olleet jättiläisiä, joista tulisi vuosia myöhemmin. PC:n aika ei ollut vielä saapunut ja harvat tietokoneen käyttäjät jatkoivat minitietokoneeseen kytkettyjen aikajakopäätteiden käyttöä, joka paradoksaalisesti saattoi olla jääkaapin kokoinen.

Yksi näistä yrityksistä oli Datapoint Corporation, ja sen 2200-päätemallin erityispiirre oli se, että sen piirit eivät toimineet vain etäpäätteenä, vaan sillä oli myös täydellinen tietokone, koska se pystyi suorittamaan ohjelmia integroidun piirin ansiosta. sisällä olevasta CPU:sta. Jälleen kolme i4004:stä vastaavaa arkkitehtia sai tehtäväkseen vähentää kaikkia monimutkaisia ​​8008-piirejä, jotka näet näiden kuvien yläpuolella i8008:ssa.

Valitettavasti projekti Datapointin kanssa ei toteutunut ja lopulta yritysten väliset suhteet katkesivat kokonaan. Tämä ei estänyt heitä viimeistelemästä ensimmäistä 8-bittistä CPU:ta, mutta Intel ei ollut kovin tyytyväinen tulokseen.

Intel 8080 ja S-100 puomi

Intelin kolmas prosessori syntyi tosiasiasta: 8008 oli liian rajoitettu käyttää ja ajaa monimutkaisia ​​ohjelmia. Siksi Intel harkitsi toista 8-bittistä prosessoria, jolla voisi olla kyky ajaa mitä tahansa tietokoneohjelmaa, ja sieltä syntyi i8080.

Taas Federico Faggin ja Stan Mazor palasivat töihin, tällä kertaa Masatoshi Shiman auttamana, joka oli jo tehnyt heidän kanssaan yhteistyötä 4004:n suunnittelussa. Uteliaisuuden vuoksi Faggin jätti Intelin vuonna 1974 perustaakseen Zilogin ja luodakseen parannetun version kuuluisan Z80:n muoto, joka oli keskussuoritin järjestelmissä, kuten Spectrum, MSX, Amstrad CPC ja monet muut.

8080 ei ollut tyhjästä rakennettu prosessori, vaan se rakennettiin 8008:n suunnittelusta. Ne säilyttivät keskeytysjärjestelmän, mutta paransivat osoitteita 16 kt:stä ​​maksimiarvosta. RAM 64 kilotavuun, lisätty lisää oheislaitteita ja uusia ohjeita. Mitä tulee kellotaajuuteen, se nousi 0.5 MHz:stä 2 MHz:iin, mikä tekee siitä neljä kertaa nopeamman kuin edeltäjänsä.

Tämä prosessori erottui siitä, että se oli Massachusettsin teknisen instituutin luoman Altair 8800:n pääprosessori, joka toi mukanaan ensimmäisen sukupolven henkilökohtaisia ​​tietokoneita nimeltä S-100, koska tietokoneen eri komponentit oli kytketty yhteiseen piirilevyyn. joka käytti samannimistä käyttöliittymää. MITS-koneen käyttöjärjestelmä oli Gary Kildallin, MS-DOSin edeltäjän, luoma CP / M.

S-100-väylän vakiokäytön ansiosta Altair 8800:n klooneja ilmestyi pian kaikkialle, valitettavasti parannetun Z80:n olemassaolo jätti Intelin näiden henkilökohtaisten tietokoneiden edelläkävijöiden johtajuudesta.

Tie Intel 8086:een

Uskotaan, että Intel 8086 oli Intelin IBM:n pyynnöstä valmistama prosessori ensimmäiseen PC-tietokoneeseensa, mikä on väärä, koska se oli olemassa jo kaksi vuotta aiemmin eikä sen historialla ole mitään tekemistä sen ensimmäisen henkilökohtaisen tietokoneen kanssa. silloin sininen jättiläinen. Lisäksi se oli alun perin pieni projekti Gordon Mooren yrityksessä, koska 8800, joka julkaistiin nimellä iAPX 432, oli paperilla paljon parempi 32-bittisellä ALU:lla, integroidulla MMU:lla ja kaikella mitä tarvitset tehdäksesi. monitehtävä.

Asiaa pahensi se, että kolme muskettisoturia, jotka olivat luoneet kolme ensimmäistä Intel-suoritinta, lähtivät. Yksinäinen Stephen Morse valittiin suunnittelemaan 8086:ta kahdesta syystä: Hän oli sähkö- ja ohjelmistoinsinööri. Joten hän tunsi molemmat maailmat täydellisesti. 8086:ssa oli kuitenkin ongelma, eli se, että se aloitti täysin uudesta ISA:sta ja binaari ei ollut yhteensopiva. Jos CP / M:n ohjelmat sopisivat hyvin, se oli paljon nopeampi kuin Z80, mutta kukaan ei halunnut tehdä sitä.

Morse jätti yrityksen pian sen jälkeen, 8086:sta oli tullut Intelin tähän mennessä suurin epäonnistuminen tai ei.

Intelin historia 80-luvulla: PC:n alku

Vuonna 1981 henkilökohtaisia ​​tietokoneita oli jo kaupoissa, joten IBM ei keksinyt henkilökohtaista tietokonetta, mutta pikkuhiljaa ne olivat uhka siniselle jättiläiselle ja siksi he päättivät luoda pienen budjetin Project Chess -projektin, joka perustui käyttää olemassa olevaa laitteistoa ja tätä varten he ottaisivat esimerkkinä Altair 100:sta johdetut S-8800-tietokoneet.

Tuolloin edistynein suoritin näille tietokoneille oli 68000, mutta tämä prosessori ei ollut valmis massatuotantoon. Ratkaisu? Se tuli Inteliltä, ​​jolla oli Intel 8086 ja sen 8-bittinen versio 8088. Saadakseen sopimuksen ensimmäisen IBM PC:n suorittimesta heidän oli hyväksyttävä, että prosessorille tulee toinen toimittaja, tietty yritys nimeltä AMD . Yön aikana projektista, joka oli ollut sen historian suurin epäonnistuminen, tuli sen suurin menestys.

Sekä 8088 että 8086 olivat ensimmäiset prosessorit, joissa oli x86 ISA, ja ne olivat myös ensimmäiset kotijärjestelmän prosessorit, joissa oli 16-bittinen ALU. Ero näiden kahden mallin välillä? 8088:ssa oli 8-bittinen eikä 16-bittinen dataväylä. Vaikka erottuikin eniten, oli sen 20-bittinen muistiosoite, jonka ansiosta järjestelmässä oli jopa 1 Mt muistia, 16 kertaa enemmän kuin mitä 8080 tukee.

80286, suurin IPC-hyppy x86-suorittimesta

IBM PC:n menestys oli ylivoimainen, sillä jo vuonna 1984 siitä oli tullut alusta par excellence henkilökohtaisena tietokoneena yrityksille kaikkialla maailmassa, mutta AT PC:n luomisen myötä tuli luoda nopeampi versio ja tämä aika kyllä, että IBM täysin luottaen Inteliin pyysi häntä tekemään uudesta CPU:sta täysin taaksepäin yhteensopivan binääritasolla, mutta paljon nopeammin.

80286 oli suurin hyppy IPC:ssä, joka on tehty Intel-suorittimien historiassa, koska sen suorituskyky kellojaksoa kohden oli yli kaksinkertainen 8086:n suorituskykyyn verrattuna. Tämän saavuttamiseksi sen sisäisiä väyliä parannettiin, mikä pysäytti nämä multipleksoidut prosessit. kaappauskäskyjä optimoitiin ja hyppykäskyjen toimivuutta parannettiin. Lisäksi Intel sisälsi ensimmäistä kertaa MMU:n, joka toimi segmenteittain.

Kuriositeettina se on historian pisin PC-suoritin, sillä jopa vuonna 1990 löytyi tällä prosessorilla varustettuja tietokoneita myynnissä.

Lopuksi 32-bittinen, 80386

80386 ei ollut ensimmäinen 32-bittinen prosessori Intelin historiassa, mutta iAPX 432:lla on kuitenkin kunnia olla, kun tuli aika luoda 32-bittinen versio 8086:sta Intel otti monia konsepteja kyseisestä projektista, vaikka Suurin haaste oli koodin siirtäminen. Ratkaisu? Käytä samoja rekistereitä, mutta laajennettuna 32 bittiin. Lisäksi 80386 oli Intelin historian ensimmäinen prosessori, jossa oli segmentoitu putki, joka oli kolmivaiheinen.

Vaikka suuri haaste koski moniajoa, ajatus prosessorista, joka pystyy ajamaan käyttöjärjestelmää, joka pystyy ajamaan useita ohjelmia samanaikaisesti henkilökohtaisessa tietokoneessa tai työasemassa. Tätä varten he suunnittelivat uuden MMU:n, joka tällä kertaa tukee virtuaalimuistia hakua kohden, menetelmä, jota käytetään nykyään.

Tämän CPU:n ansiosta PC otti laadussa harppauksen alustana, koska se toi uutiset, jotka mahdollistivat Windows kolmannesta versiostaan ​​lakkaa olemasta vitsi Linux ja ennen kaikkea se merkitsi PC:n määräävää asemaa muihin alustoihin nähden.

80486, pieni mutta tärkeä päivitys

Intelin historian neljäs sukupolvi x86-prosessorit toi meille kaksi tärkeää uutuutta, joista ensimmäinen ensimmäisen tason data- ja ohjevälimuistit. Toinen oli liukulukuyksikön integrointi, joka ei enää ollut erillinen apuprosessori tullakseen kiinteäksi osaksi CPU:ta. Sen liukuhihna tai pitkänomainen segmentointi 5 jaksolla mahdollisti sen saavuttamisen 100 MHz:n DX4-mallilla.

Se oli myös naula kilpailijan arkkuun Motorola, joka päätyi liittoutumaan IBM:n ja omena luodaksesi PowerPC:t. Syy? Intel ei ollut tyytyväinen 386:n hieman parannettuun versioon ja toisti 286:n liikkeen IPC:n uskomattomalla nousulla, mikä osoitti PC:n suuremman tehon kilpailijoihinsa verrattuna, mutta erityisesti antoi Intelille lopullisen voiton Motorolasta.

Kuriositeettina sen pääarkkitehti oli Pat Gelsinger, Intelin nykyinen toimitusjohtaja.

Intel Pentium, historian ensimmäinen multimediasuoritin

Intel Pentium oli ensimmäinen superskalaarisuoritin ISA x86:n alla, joka toi mukanaan mahdollisuuden suorittaa 2 käskyä rinnakkain ja samanaikaisesti. Tämän ansiosta kuluttajahintaindeksi 80486:een verrattuna parani prosessissa 40 %.

Vuosia myöhemmin Intel lanseerasi Pentium MMX:n, joka teki muutoksen liukulukuyksikköön, koska se otti siihen käyttöön SIMD over -rekisterin nopeuttaakseen tuon ajan alkavia multimediaohjelmia. Mutta Pentium MMX:n kaupallinen käyttöikä oli lyhyt, sillä vuonna 1997, kun ne lanseerattiin, ne osuivat markkinoille Pentium II:n kanssa, vain vuosi Intelin viidennen sukupolven x86-suorittimen parannetun version jälkeen.

Arkkitehtonisella tasolla muutokset olivat pieniä verrattuna 80486:een, mutta suunnittelu palasi jälleen alkuperäisen 80386:n luoneiden käsiin, jotka valmistuivat vuonna 1992. Superskalaarisuunnittelunsa lisäksi se oli loppujen lopuksi hyvin konservatiivinen. , yritys oli lakannut kilpailemasta, mutta tämä ei tarkoittanut, että he olisivat olleet toimettomana.

RISC-murha, P6-aikakausi

Sanotaan, että jokaisen historian vuosikymmenen aikana Intel tekee suuria muutoksia prosessoreihinsa, 80-luvulla 80386 päivitti ISA:n 32-bittiseksi ja 90-luvulla Pentium Pro, prosessori, jota pidettiin keihäänkärkenä. x86:sta työasemamarkkinoille, joita hallitsivat tuolloin RISC-arkkitehtuurit.

Inteliltä he tiesivät erittäin hyvin, että x86-käskysarjalla oli rajoituksia, minkä vuoksi Intel loi tälle prosessorille sekä epäjärjestyksessä että spekulatiivisen suorituksen. Lisäksi se lisäsi vaiheiden lukumäärää 5:stä 14:ään ja lisäsi toisen tason välimuistin ensimmäistä kertaa.

Pentium Pron tai P6:n arkkitehtuuriin sisältyi erilaisia ​​suorittimia, jotka julkaistiin eri kaupallisten tuotteiden sukupolvina.

• Pentium Pro oli ensimmäinen prosessori, jossa L2-välimuisti oli sisäänrakennettu prosessoriin, ja siihen asti se oli mukana levyllä prosessorin lähellä.
• Mitä tulee Pentium II:een, se perustui Pentium Prohon, mutta se siirsi L2-välimuistin pois, vaikka jätti sen samaan pakettiin, toisin kuin edeltäjänsä, se lanseerattiin kotitietokonemarkkinoille, mikä toi työn tehon. asemat.
• Pentium III toisaalta sisälsi SSE-ohjeet ja lopulta integroi L2-välimuistin takaisin prosessoriin.

Intelin strategia toimi, ja 90-luvun lopulla useimmat RISC-arkkitehtuurit jäivät täysin odottamaan lopullista kuolemaansa. Ainoastaan ​​ARM:t ja Macintoshissa käytetyt PowerPC:t selvisivät pitkälle, muilla oli Damokleen miekka ja ne antautuivat pian.

Pentium 4, aikakauden loppu

Intel loi Pentium 4:lle uuden arkkitehtuurin nimeltä Netburst, joka seurasi nykyistä trendiä lisätä useita vaiheita korkean kellonopeuden saavuttamiseksi. Intel osui tällä prosessorilla nopeuskattoon ja havaittiin, että tuohon mittaan perustuvalla kilpailulla ei ollut tulevaisuutta prosessorien suuren kulutuksen ja niiden tuottaman lämpötilan vuoksi.

Pentium 4:n kokemuksesta johtuen metrisestä "teho per watti" tuli tärkeä ja se alkoi suunnitella prosessoreita jo moniytimisen konseptin pohjalta. Varsinkin syynä oli se, että niitä ei ollut mahdollista asentaa kannettaviin tietokoneisiin, ja niiden oli täytynyt pidentää P6:n käyttöikää voidakseen käynnistää prosessorit tämän tyyppisille tietokoneille, jotka olivat tuolloin tekeillä.

Juorut sanovat, että se oli yksi Apple, joka oli pakkomielle teollisiin malleihinsa, joka antoi Intelille sysäyksen, pystyisikö se luomaan ytimen, jolla on tarpeeksi suorituskykyä wattia kohden ja enemmän tehoa kuin PowerPC, vasta sitten se teki harppauksen x86:een. Ja niin se oli, mutta sen myötä he myös luopuivat Pentium-nimestä ottaakseen toisen käyttöön.

Intelin historian moniytiminen aikakausi

Ensimmäiset Intel Core perustuivat P6-arkkitehtuuriin, mutta niissä oli kaksiytiminen kokoonpano. He olivat kuitenkin kehittäneet toisen sukupolven, joka oli vallankumouksellinen ja jota pidetään 2000-luvun parhaana suorittimena.

Kehittämistä varten Intel kopioi useita ideoita AMD:n Opteroniin; samoin kuin Northbridgen käyttöönotto prosessorissa ja x86 64-bittisen laajennuksen käyttöönotto. Suorituskyvyn suhteen ne lähes kaksinkertaistavat IPC:n, ja se on kolmanneksi suurin suorituskyvyn hyppy 80286:lla ja 80486:lla saavutetun jälkeen. Tätä varten he paransivat epäjärjestyksessä tapahtuvaa suoritusta ja tekivät CPU:sta kykenevän käsittelemään enemmän ohjeita rinnakkain ja he lisäsivät ensin Smart Cachen Intel-prosessoreihin.

Core 2:ta voidaan kuitenkin pitää nollasukupolvena, koska Intel alkoi käyttää Intel Core i3-, i5- ja i7-tuotemerkkejä Nehalem-arkkitehtuurista, jota pidetään ensimmäisen sukupolven Intel Core -na. Siitä lähtien tähän asti meillä on ollut useita sukupolvia asteittaisten parannusten kanssa.

• Sandy / Ivy Bridge: Intel paransi jälleen hypyn ennustusyksikköä, tämän lisäksi se paransi elementtejä, kuten mikro-operaatiovälimuistia, kokonaisluku- ja liukulukuyksiköitä sekä tiettyjen ohjeiden suorituskykyä tietojen hakemiseksi muistista.
• Haswell / Broadwell: Intel on jälleen lisännyt prosessorin suorittamien käskyjen määrää sykliä kohden, lisäten lisäksi prosessorin sisäisten välimuistien kaistanleveyttä ja parantanut muistiohjainta. Niissä oli myös In-CPU Voltage Controller (FIVR).
• SkyLaken sukupolvi: Intel paransi niiden käskyjen määrää, joita prosessori pystyy purkamaan, mutta ei lisännyt käskyjen määrää, jotka se voi suorittaa rinnakkain. Muutokset aikaisempiin sukupolviin verrattuna ovat hyvin pieniä (he poistivat FIVR:n).
• Rocket Lake-S / Tiger Lake: Se on nykyinen Rocket Lake-S ja Tiger Lake. Vuosien IPC:tä paranneltujen pienten parannusten jälkeen Intel on päättänyt seurata AMD:n polkua, jotta se ei jää jälkeen.

Sen uusin julkaisu on Intel Core 12 Alder Lake-S -arkkitehtuurilla, joka on se, joka on lisännyt uusia uutuuksia Intel Core 2:n julkaisun jälkeen, kuten suoritus heterogeenisillä ytimillä, Thread Directorin lisäys ja muita uutuuksia. tietää, onko se suuri sukupolven harppaus, jonka yritys tekee joka vuosikymmenellä vai onko konepellin alla jotain muutakin, on selvää, että Intelin historia on ainakin jännittävää.