Evoluția Microprocesoarelor

1. Istoric

Primul produs considerat calculator personal a fost IBM PC, apărut în august 1981. Termenul a fost adoptat rapid, el referindu-se la toate calculatoarele de dimensiuni mici, proiectate pentru a fi folosite de o singură persoană. Foarte repede, iniţialele PC au înlocuit termenul de "calculator personal".

De-a lungul anilor, termenul "PC" a devenit mai restrictiv. Acesta serveşte la definirea unui anumit model de calculator, într-o definiţie specializată, un PC înseamnă o maşină compatibilă cu primul IBM Personal Computer, adică un calculator care foloseşte un procesor care înţelege aceleaşi programe şi limbaje ca şi primul PC. Folosind această definiţie mai limitată, un PC este o maşină al cărei model se bazează, în mare, pe cel al primului IBM PC. Microprocesorul este un produs Intel, sau dacă este produs de altă companie, este proiectat astfel încât să emuleze un microprocesor Intel.

1.1. Microprocesoarele calculatoarelor personale

Microprocesorul este componenta cheie a unui calculator, iar alegerea lui impune limitele performanţei şi preţul sistemului. Până de curând, toate microprocesoarele care rulau software pentru PC erau variante ale vechiului procesor Intel 8086 şi aveau la bază arhitectura X86. X86 se referă la familia de procesoare produse de firma Intel (şi apoi şi de alte firme) după apariţia tipului 8086.

În prezent chiar şi unele procesoare RISC (Reduced Instruction Set Computer - calculator cu set redus de instrucţiuni) pot rula software pentru PC, fie emulând funcţiunile procesoarelor Intel X86, fie încorporând unităţi de execuţie a instrucţiunilor compatibile cu cele de la Intel. Un avantaj al familiei de procesoare Intel X86 îl constituie preocuparea producătorului de a menţine compatibilitatea totală cu modelele anterioare. De la introducerea procesorului 8086 în 1978, fiecare nou procesor apărut pe piaţă a putut rula programele scrise pentru toţi predecesorii săi.

2. Evoluţia microprocesoarelor

Din intreaga piaţa IT, cea mai dinamica evoluţie au suferit-o microprocesoarele. Acum aproximativ 20 de ani s-a enunţat o lege nescrisa conform căreia performanta procesoarelor se dublează la fiecare 18 luni. Aceasta lege poarta numele de Legea lui Moore si este valabila si in zilele noastre. Prima parte a acestui articol acoperă perioada 1971-1981 care coincide cu apariţia primului Personal Computer.

Pentru a va convinge de valabilitatea legii lui Moore, in rândurile următoare va vom prezenta evoluţia microprocesoarelor pentru PC-uri, incepand cu anul 1971. In acel an, o companie foarte mica, pe nume Intel, a combinat mai multe tranzistoare pentru a crea ceea ce se numeşte si astăzi Central Processing Unit sau CPU. Acel chip a purtat numele de Intel 4004. Cu toate acestea, abia peste 10 ani avea sa se construiască primul calculator personal.

2.1. Perioada 1971-1981

Intel 4004 (anul 1971)

Primul CPU a fost Intel 4004, un procesor pe 4 biti. Acesta procesa datele in grupuri de 4 biti, insa instrucţiunile sale erau lungi de 8 biti. Memoria era separata pentru programe si pentru date. Putea sa folosească 1Kb de memorie pentru date si 4Kb pentru programe. De asemenea, existau 16 registri de 4 biti (sau 8 de 8 biti) precum si 46 de instrucţiuni. Acest procesor utiliza doar 2300 de tranzistoare si rula la o viteza de 740KHz (0,74MHz).

Intel 4040 (anul 1972)

Intel 4040 era o versiune îmbunătăţită a lui 4004, aducând 14 noi instrucţiuni, o stiva mai larga (pe 8 nivele), un spaţiu de memorie pentru programe de 8Kb, precum si posibilitatea de a executa intreruperi. Intel 4040 a ieşit si in afara atmosferei terestre fiind folosit in sondele spaţiale Pioneer 10 si Pioneer 11.

Intel 8080 (Aprilie 1974)

8080 a fost succesorul lui 8008 (apărut in aprilie 1972) si care era similar lui 4040. In timp ce 8008 avea o lungime maxima a unei adrese de memorie de 14 biti, 8080 extindea aceasta lungime la 16 biti având de asemenea si o magistrala de date de 8 biti. Existau şapte registri de 8 biti dintre care 3 perechi puteau fi combinate pentru a forma registri de 16 biti. O alta noutate o reprezentau cele 256 de porturi de intraie/iesire. datorita cărora se puteau conecta mult mai uşor periferice. 8080 a fost folosit in Altair 8800, care a fost primul calculator personal (PC) si rula la o viteza de 2MHz. In anul 1975, Intel a îmbunătăţit acest CPU, lansând 8085, care simplifica hardware-ul folosind doar tensiunea de +5V.

Zilog Z-80 (Iulie 1976)

Z-80 s-a vrut a fi un 8080 imbunatatit, creat de ingineri plecaţi de la Intel, si a fost intr-adevar o varianta mult imbunatatita. Putea sa execute codul pentru 8080 insa aducea 80 de noi instrucţiuni (operaţii pe l, 4, 8 si 16 biti). Numărul de registri s-a dublat, iar viteza mergea de la 2,5MHz (Z-80 original) pana la 8MHz pentru Z80-H. Interfaţa cu memoria a fost insa ceea ce a făcut acest procesor foarte popular. Dat fiind ca Z-80 putea sa genereze el singur reîmprospătarea memoriei, a dus la costuri mai mici de fabricare sî la un design mai facil. In aceasta perioada a apărut si CP/M, primul sistem de operare pentru aceste microprocesoare.

Intel 8086 (1978)

Intel 8086 s-a bazat pe designul 8080/8085 având insa o magistrala de date de 16 biti. Dispunea de 4 registri generali de 16 biti care puteau fi accesaţi si ca 8 registri de 8 biti, precum si de 4 registri index de 16 biti. Pentru prima oara in istorie, citirea datelor si execuţia puteau fi realizate simultan.

Procesorul putea accesa pana la 1 Mb de memorie, folosind insa un procedeu foarte bizar (bazat pe adresele de segment). Ca urmare datele putea fi citite in segmente de maxim 64KB si era posibil ca doi pointeri cu aceleaşi valori sa duca spre locaţii de memorie diferite sau doi pointeri diferiţi sa duca in aceeaşi locaţie de memorie. Acest lucru a dus printre altele la confuzii in limbajele de nivel inalt unde au apărut de exemplu pointeri de tip far/near.