Historia om Intel-processorer: Hur har de utvecklats fram till idag?

Intel är känt för sina processorer med ISA x86, som har haft flera utvecklingar över tiden och har blivit det universella språket för alla applikationer som körs på våra datorer och även om andra uppsättningar av register och instruktioner har dykt upp för idag ISA som uppfanns av företag som Pat Gelsinger nu driver i slutet av 1970-talet är fortfarande lika starkt som den första dagen om inte ännu starkare.

Intels tidiga historia, före 8086

I det första avsnittet av den här historien kommer vi att diskutera processorerna som Intel tillverkade innan IBM PC:n kom som skulle leda dem till framgång och att bli den största tillverkaren av processorer för persondatorer i historien.

Intel 4004, den första processorn på ett chip

Om du tittar på någon historiebok kommer de att berätta att den första CPU att Gordon Moore och Robert Noyce designade under varumärket Intel var i4004, som anses vara den första kompletta CPU byggd i ett stycke, sedan tidigare en CPU brukade ha alla sina komponenter uppdelade i flera olika chips.

Det var dock inte företagets flaggskeppsprodukt vid den tiden, eftersom dess kapital kom från försäljningen av DRAM- och SRAM-minnen för dåtidens minidatorer. På den tiden fanns det inga persondatorer och random access-minnet var toppmodernt. Även om det inte var Noyce och Moore som kom till designbordet för att skapa 4004:an, var det tre ingenjörers verk: Federico Faggin, Ted Hoff och Stanley Mazor som designade en komplett 4-bitars CPU för Busicom, ett företag inom elektronik. räknare från Japan som hade beställt projektet från Intel.

Således var den som vid den tiden var ett framväxande företag jämfört med andra jättar på den tiden som Fairchild Semiconductor eller Texas Instruments ansvarig för att skapa den första kompletta CPU:n på ett chip.

Intel 8008 och Datapoint Terminal

i4004-experimentet tjänade Intel för att validera sig för resten av branschen, men de var fortfarande inte den jätte de skulle bli år senare. PC:ns era hade ännu inte kommit och de få datoranvändarna fortsatte att använda tidsdelningsterminaler kopplade till en minidator, som paradoxalt nog kunde vara stor som ett kylskåp.

Ett av dessa företag var Datapoint Corporation och dess 2200 terminalmodell hade en speciell egenskap och det är att dess kretsar inte bara fungerade som en fjärrterminal, utan också hade en komplett dator, eftersom den kunde köra program tack vare det faktum att de hade integrerade kretsar. av en CPU inuti. Återigen fick de tre arkitekterna som ansvarade för i4004 i uppdrag att reducera alla komplexa 8008-kretsar som du ser ovanför dessa bilder på i8008.

Tyvärr blev projektet med Datapoint inte av och till slut upphörde relationerna mellan de båda företagen helt. Detta hindrade dem inte från att avsluta sin första 8-bitars CPU, men Intel var inte särskilt nöjd med resultatet.

Intel 8080 och S-100 bommen

Intels tredje processor föddes av faktum: 8008 var för begränsad för att använda och köra komplexa program. Det var därför Intel övervägde ytterligare en 8-bitars processor som kunde ha möjlighet att köra vilket datorprogram som helst och därifrån föddes i8080.

Återigen kom Federico Faggin och Stan Mazor tillbaka till jobbet, denna gång med hjälp av Masatoshi Shima som redan hade samarbetat med dem i designen av 4004:an. Som en kuriosa skulle Faggin lämna Intel 1974 för att grunda Zilog och skapa en förbättrad version i form av den berömda Z80 som var den centrala CPU:n för system som Spectrum, MSX, Amstrad CPC och många andra.

8080 var inte en CPU byggd från grunden, den byggdes från designen av 8008. De behöll avbrottssystemet, men förbättrade adresseringen från max 16 KB RAM till 64 KB, lagt till fler perifera portar och nya instruktioner. När det gäller klockhastigheten steg den från 0.5 MHz till 2 MHz, vilket gör den fyra gånger snabbare än sin föregångare.

Denna CPU stod ut för att vara huvudprocessorn i Altair 8800 skapad av Massachusetts Technical Institute som tog med sig den första generationen persondatorer kallade S-100 på grund av det faktum att de olika komponenterna i datorn var anslutna till ett gemensamt kort som använde ett gränssnitt med samma namn. Operativsystemet för MITS-maskinen var CP/M skapad av Gary Kildall, föregångaren till MS-DOS.

Tack vare användningen av S-100-bussen som standard dök snart kloner av Altair 8800 upp överallt, tyvärr lämnade förekomsten av den förbättrade Z80 Intel utanför ledarskapet för dessa föregångare till persondatorer.

Vägen till Intel 8086

Det finns en uppfattning om att Intel 8086 var en processor tillverkad av Intel på begäran av IBM för sin första PC, vilket är falskt, eftersom den redan existerade i två år tidigare och dess historia inte har något att göra med den första persondatorn i då blå jätte. Dessutom var det från början ett mindre projekt inom Gordon Moores företag, eftersom 8800, släppt som iAPX 432, var mycket bättre på pappret med en 32-bitars ALU, en integrerad MMU och allt du behöver för att göra det. multi aktivitet.

För att göra saken värre lämnade de tre musketörerna som hade skapat de tre första Intel-processorerna, det var en ensam Stephen Morse som valdes att designa 8086 av två anledningar: Han var en el- och mjukvaruingenjör. Så han kände båda världarna perfekt. Men 8086:an hade ett problem och det är att den startade från en helt ny ISA och binären var inte kompatibel. Om programmen för CP/M passade bra så var den mycket snabbare än Z80, men ingen var villig att göra det.

Morse lämnade företaget kort efter, 8086 hade blivit Intels största misslyckande hittills, eller inte.

Intels historia på 80-talet: datorns början

1981 fanns det redan persondatorer i butik, så IBM uppfann inte persondatorn, men så småningom var de ett hot mot den blå jätten och det var därför man bestämde sig för att skapa ett lågbudgetprojekt kallat Project Chess, baserat på använda befintlig hårdvara och för detta skulle de som exempel ta S-100-datorerna från Altair 8800.

På den tiden var den mest avancerade CPU:n för dessa datorer 68000, men denna CPU var inte redo för massproduktion. Lösningen? Den kom från Intel, som hade en Intel 8086 och dess 8-bitars version, 8088. För att få kontraktet för processorn till den första IBM PC:n var de tvungna att acceptera att det skulle finnas en andra leverantör av processorn, ett visst företag ringde AMD . Över en natt blev ett projekt som hade varit det största misslyckandet i dess historia dess största framgång.

Både 8088 och 8086 var de första CPU:erna med x86 ISA, de var också de första processorerna i ett hemsystem som hade en 16-bitars ALU. Skillnaden mellan de två modellerna? 8088:an hade en 8-bitars och inte en 16-bitars databuss. Även om det som stack ut mest var dess 20-bitars minnesadressering, vilket gjorde att ett system kunde ha upp till 1 MB minne, 16 gånger mer än vad 8080 stödde.

80286, det största IPC-hoppet från en x86-processor

Framgången för IBM PC var överväldigande, redan 1984 hade den blivit plattformen par excellence som en persondator för företag över hela världen, men det var nödvändigt att skapa en snabbare version som kom med skapandet av AT PC och denna gång ja att IBM i totalt förtroende med Intel bad honom att göra en ny CPU helt bakåtkompatibel på binär nivå, men mycket snabbare.

80286 var det största steget i IPC som har gjorts i historien om Intel-processorer, eftersom dess prestanda per klockcykel var mer än dubbelt så hög som 8086:ans. För att uppnå detta förbättrades dess interna bussar som stoppade dessa multiplexerade, processen av fånga instruktioner optimerades och funktionaliteten av hoppinstruktionerna förbättrades. Dessutom inkluderade Intel för första gången en MMU, som fungerade efter segment.

Som en kuriosa är det historiens längsta processor för PC, eftersom du redan 1990 kunde hitta datorer till salu med denna processor.

Slutligen de 32 bitarna, 80386

80386 var inte den första 32-bitars CPU i Intels historia, men iAPX 432 har dock äran att vara när det var dags att skapa en 32-bitars version av 8086 Intel tog många koncept från det projektet, även om Den största utmaningen var att flytta koden. Lösningen? Använd samma register, men utökade i storlek upp till 32 bitar. Dessutom var 80386 den första CPU:n i Intels historia med en segmenterad pipeline, som var trestegs.

Även om den stora utmaningen hade att göra med multitasking, idén att ha en processor som kan köra ett operativsystem som kan köra flera program samtidigt på en persondator eller arbetsstation. För detta designade de en ny MMU, denna gång med stöd för virtuellt minne per personsökning, en metod som används idag.

Tack vare denna CPU tog PC:n ett steg i kvalitet som plattform, eftersom den kom med nyheterna som tillät Windows från sin tredje version till att sluta vara ett skämt, liksom Linux och framför allt markerade det PC:ns dominans över andra plattformar.

80486, en mindre men viktig uppdatering

Den fjärde generationen av x86-processorer i Intels historia gav oss två viktiga nyheter, den första av dem är första nivåns cacher med data och instruktioner. Den andra var integrationen av flyttalsenheten, som inte längre var en separat samprocessor för att bli en integrerad del av CPU:n. Dess pipeline eller långsträckta segmentering vid 5 cykler gjorde att den nådde 100 MHz med DX4-modellen.

Det var också spiken i rivalens kista Motorola, som slutade samarbeta med IBM och Apple för att skapa PowerPC:erna. Anledningen? Intel var inte nöjd med en något förbättrad version av 386:an och upprepade draget av 286:an med en otrolig ökning av IPC:an, vilket intygade PC:ns större kraft jämfört med konkurrenterna, men framför allt gav Intel den slutliga segern över Motorola.

Som en kuriosa var dess chefsarkitekt Pat Gelsinger, nuvarande VD för Intel.

Intel Pentium, den första multimedia-processorn i historien

Intel Pentium var den första superskalära CPU:n under ISA x86, vilket förde med sig möjligheten att utföra 2 instruktioner parallellt och samtidigt. Tack vare detta förbättrades KPI jämfört med 80486 med 40 % under processen.

År senare lanserade Intel Pentium MMX, som gjorde en förändring i flyttalsenheten, eftersom den implementerade SIMD-överregistret i den för att påskynda tidens begynnande multimediaprogram. Men den kommersiella livslängden för Pentium MMX var kort, eftersom de 1997 när de lanserades sammanföll på marknaden med Pentium II, bara ett år efter den förbättrade versionen av Intels femte generationens x86-processor.

På arkitektonisk nivå var förändringarna mindre jämfört med 80486, men designen återvände igen till händerna på dem som hade skapat den ursprungliga 80386 som avslutade designen 1992. Utanför dess superskalära design var den trots allt väldigt konservativ. , företaget hade upphört att ha konkurrens, det betydde dock inte att de hade stått passivt.

RISC-mordet, P6-eran

Det sägs att Intel under varje decennium av historien gör en stor förändring i sina CPU:er, på 80-talet var det 80386 som uppdaterade ISA till 32 bitar och på 90-talet var det Pentium Pro, en processor som ansågs vara en spjutspets från x86 till arbetsstationsmarknaden, som dominerades av RISC-arkitekturer vid den tiden.

Från Intel visste de mycket väl att x86-instruktionsuppsättningen hade begränsningar, det var därför Intel skapade både out-of-order och spekulativ exekvering för denna processor. Dessutom ökade det antalet steg från 5 till 14 och lade till den andra nivåns cache för första gången.

Under arkitekturen av Pentium Pro eller P6 kom olika processorer, släppta som generationer av olika kommersiella produkter.

• Pentium Pro var den första processorn som hade L2-cachen inbyggd i processorn, fram till dess brukade den ingå på kortet nära processorn.
• När det gäller Pentium II var den baserad på Pentium Pro, men den flyttade ut L2-cachen, även om den lämnade den i samma paket, till skillnad från sin föregångare, lanserades den för hemma-PC-marknaden, vilket gav kraften i arbetet stationer.
• Pentium III å andra sidan inkluderade SSE-instruktionerna och slutade så småningom med att integrera L2-cachen tillbaka i processorn.

Intels strategi fungerade och i slutet av 90-talet försvann de flesta RISC-arkitekturer helt i väntan på sin slutliga död. Endast ARM och PowerPC som användes i Macintosh överlevde överlägset, resten hade Damokles svärd på sig och skulle snart duka under.

Pentium 4, slutet på en era

För Pentium 4 skapade Intel en ny arkitektur kallad Netburst, som följde dagens trend att lägga till ett stort antal steg för att uppnå en hög klockhastighet. Det var med den här processorn som Intel slog hastighetstaket och det upptäcktes att racet baserat på det måttet inte hade någon framtid, på grund av den höga förbrukningen av processorerna och den temperatur de genererade.

Det var från erfarenheten av Pentium 4 som den metriska "effekten per watt" kom att få betydelse och började designa processorer som redan var baserade på multicore-konceptet. Särskilt anledningen var att de var omöjliga att montera på bärbara datorer och hade behövt förlänga livslängden på P6 för att kunna lansera processorer för den typen av datorer som var i vardande vid den tiden.

Skvallren säger att det var ett Apple, besatt av sin industriella design, som gav Intel en puls på om den kunde skapa en kärna med tillräckligt med prestanda per watt och med mer kraft än PowerPC:n, först då skulle den ta steget till x86. Och så var det, men med det övergav de också Pentium-namnet för att adoptera ett annat.

Intels historia med flera kärnor

Den första Intel Core var baserad på P6-arkitekturen, men med en dubbelkärnig konfiguration. De hade dock utvecklat en andra generation som var revolutionerande och anses vara den bästa CPU:n på 2000-talet.

För sin utveckling kopierade Intel flera idéer till Opteron från AMD; liksom implementeringen av Northbridge i processorn och antagandet av x86 64-bitars förlängning. När det gäller prestanda fördubblade de nästan IPC och det är det tredje största prestandahoppet efter det som uppnåddes med 80286 och 80486. För att göra detta förbättrade de out-of-order exekvering, gjorde CPU kapabel att hantera fler instruktioner i parallellt och de lade först till Smart Cache på Intel-processorer.

Core 2 kan dock betraktas som nollgenerationen, eftersom Intel började använda varumärkena Intel Core i3, i5 och i7 från Nehalem-arkitekturen, betraktad som den första generationens Intel Core. Sedan dess har vi haft flera generationer med gradvisa förbättringar.

• Sandy / Ivy Bridge: Intel förbättrade återigen hoppprediktionsenheten, förutom detta förbättrade den element som micro-op-cachen, heltals- och flyttalsenheterna och prestandan för vissa instruktioner för att hämta data från minnet.
• Haswell / Broadwell: Intel utökade återigen antalet instruktioner som CPU:n kan köra per cykel, förutom att öka bandbredden på de interna processorcacharna och förbättra minneskontrollern. De inkluderade också In-CPU Voltage Controller (FIVR).
• SkyLake generation: Intel förbättrade antalet instruktioner som processorn kan avkoda, men ökade inte antalet instruktioner som den kan utföra parallellt. Förändringarna jämfört med tidigare generationer är mycket små (de tog bort FIVR).
• Rocket Lake-S / Tiger Lake: Det är den nuvarande Rocket Lake-S och Tiger Lake, Efter år med små förbättringar i IPC har Intel beslutat att följa AMDs väg för att inte bli kvar.

Dess senaste utgåva är Intel Core 12 med Alder Lake-S-arkitektur, som är den som lägger till fler nyheter sedan lanseringen av Intel Core 2 som exekvering med heterogena kärnor, tillägget av Thread Director och andra nyheter, det gör vi inte vet om det kommer att vara det stora generationssprång som företaget gör under varje decennium eller om det finns något mer under huven, vad som är klart är att historien om Intel är åtminstone spännande.