Invenții și Inovații în Tehnică

Ce este un microprocesor ?

Microprocesorul este o componentă electronică ce poate procesa două tipuri de informaţie, date şi comenzi; el primeşte şi trimite aceste informaţii, codate în limbaj binar, prin impulsuri electrice.

În ciuda complexităţii sale, microprocesorul este alcătuit în principal dintr-un singur element de bază: tranzistorul (inventat în 1947). Asamblând milioane de tranzistori, se pot crea comenzi ce analizează starea unor curenţi electrici, rezultând în execuţia pe plan logic a unei adunări, a unei comparaţii între două date etc. Mărimea unui astfel de tranzistor este foarte redusă, de ordinul miilor de atomi. Toate componentele calculatorului, inclusiv procesorul si memoria, sunt sincronizate de impulsurile unui generator de tact.

4004, apariţia primelor microprocesoare

În 1968, Robert Noyce şi Andrew Grove, nereuşind să convingă compania Fairchild să se lanseze în „aventura” circuitelor integrate, au fondat propria companie, Intel, acronimul de la Integrated şi Electronics. În anul 1969, compania japoneză Busicom, dorind să dezvolte un calculator de înaltă performanţă, încredinţează firmei Intel caietul de sarcini. Cercetătorii de la Intel au observat că este mai practic să reduci numărul circuitelor, cu condiţia să concentrezi un număr mai mare de funcţii logice pe fiecare. Aşa a rezultat primul chipset (MCS-4), cu patru circuite, din care unul dedicat pentru calcul, 4004 - primul microprocesor industrial şi comercial. Fabuloasa istorie a microprocesoarelor tocmai începuse cu primul procesor existent ca entitate distinctă, înconjurat de alte chip-uri.

La 15 noiembrie 1971 lansarea lui Intel 4004 a dat startul celei de-a IV-a generaţii de computere; chip-ul era capabil să proceseze datele pe 4 biţi, însă instrucţiunile (în număr de 46, orientate pe operaţiuni aritmetice) aveau 8 biţi; conţinea 2300 tranzistori, memoria adresabilă era de 4 KB, efectua 60.000 operaţii pe secundă, la frecvenţa de bază de 108 kHz. Acesta a fost cuplat cu o altă mare invenţie a timpului, tot a lui Intel, şi anume RAM-ul (cipuri de memorie de ordinul kilobiţilor), rezultând o viteză crescută de procesare. Intel a vândut drepturile asupra arhitecturii 4004 companiei Busicom pentru 60.000$, dar realizând că 4004 este mai mult decât un simplu chip, le-a răscumpărat mai târziu, profitând de faptul că Busicom trecea prin dificultăţi financiare. Acest târg rivalizează ca profitabilitate cu cumpărarea Peninsulei Alaska de la Rusia de către SUA, şi se spune că a fost „best-buy”-ul secolului XX. Este de notat faptul că dacă sondele spaţiale Pioneer 10 şi Pioneer 11 vor fi vreodată găsite de o civilizaţie extraterestră, procesorul Intel 4004 va fi o dovadă a tehnologiei pământene! Procesorul a dat naştere microcalculatoarelor, denumite PC-uri, care erau destul de mici şi destul de ieftine pentru a fi accesibile publicului larg.

Succesorul lui 4004 a fost 8008, apărut în 1972. Prelucra date pe 8 biţi, avea 3300 tranzistori, frecvenţa de 800 KHz, 48 de instrucţiuni, memorie adresabilă de 16 KB şi efectua 30.000 operaţii pe secundă. Proiectat iniţial pentru comanda unui display cu tub catodic pentru firma Datapoint Corp., el nu a fost acceptat de specialişti, fiind considerat prea lent. Totuşi piaţa a absorbit curând circuitul, aplicaţiile sale de manipulare de date şi caractere dovedind utilitatea sa.

În aprilie 1974 apare 8080 (4500 tranzistori, 64 KB adresabili, 2.083 MHz, 72 instrucţiuni). Avea performanţe globale de zece ori mai mari ca 8008 şi putea efectua 290.000 instrucţiuni pe secundă. Cu două magistrale, una de 8 biţi pentru date şi a doua pe 16 biţi pentru adrese, era un curios hibrid 8-16 biţi. A fost folosit în industria electronică, a bunurilor de consum şi în cea a automobilelor, fiind prezent de asemenea în primul calculator personal - Altair 8800, produs în 1975 de Micro Instrumentation Telemetry Systems. Entuziaştii timpului puteau cumpăra un kit de Altair pentru numai 395$, şi în numai câteva luni s-au vândut zeci de mii de exemplare, creându-se astfel prima listă de aşteptare din istoria PC-urilor. Este interesant de precizat că la ora aceea, a doua sursă de procesoare Intel era… Advanced Micro Devices (fondat în 1969), cu al său AMD 9080, versiunea proprie de Intel 8080.

Însă Intel nu va deţine monopolul prea mult timp, deoarece imediat după lansarea lui 8080, Motorola apare cu propriul său competitor, 6800. Pentru o scurtă perioadă de timp, inginerii şi oamenii de ştiinţă au fost divizaţi în două grupuri, susţinători ai lui Intel sau Motorola. Cu toate că 8080 şi 6800 făceau parte din aceeaşi clasă de performanţă, aveau o arhitectură total diferită. 6800 era modelat după PDP-11, la rândul lui succesor îndepărtat al lui PDP-5 de la DEC; avea o arhitectură mai precisă şi în multe privinţe îşi depăşea clar competitorul. Însă combinaţia de timing, marketingul agresiv, disponibilitatea unor unelte de dezvoltare software şi hardware mai bune i-au dat lui Intel supremaţia. Nu a fost nici prima nici ultima dată când argumentele comerciale au eclipsat factorii arhitecturali. Cu toate că în prezent procesoarele Intel sunt arhicunoscute, la începutul anilor 80 existau alte nume mari cum ar fi Zilog, cu al său Z80, sau Rockwell cu 6502, care au format şi formează încă generaţii de informaticieni, şi care echipau calculatoare precum Apple II, Zx, Oric sau Commodore. Z80 a constituit un succes deoarece era compatibil cu 8080 şi în acelaşi timp introducea multe inovaţii cum ar fi extra regiştrii. Se poate spune de asemenea că Z80 a avut un efect devastator asupra industriei microprocesoarelor, generând aşa-numitul „blestem al compatibilităţii”. Succesul lui Z80 a demonstrat faptul că e mai avantajos economic să extinzi o arhitectură deja existentă decât să creezi o altă arhitectură complet nouă. Astfel se păstrau clienţii care nu doreau să rescrie programele (lucru deosebit de costisitor) pentru noua arhitectură. Însă reversul medaliei consta din faptul că noile arhitecturi nu mai puteau aduce un salt evolutiv radical. Cu trecerea timpului, arhitectura se învecheşte şi devine din ce în ce mai greu de mânuit şi mai dificil de programat eficient.

Tot de epoca 8080 este legată şi apariţia primului calculator personal comercial, Apple II. Istoria naşterii şi evoluţiei firmei Apple ilustrează extraordinara putere a ideii inovatoare în condiţiile economiei de piaţă şi, într-un fel, mitul succesului american. Proiectat şi realizat literalmente „pe genunchi”, într-un garaj, de 2 studenţi, Steve Wozniak şi Steven Jobs, era vândut în 1976 direct din acel garaj. Acţiunea, la inceput cu puţine şanse de reuşită, a pus bazele firmei Apple Co., ce avea sa devină alternativa actuală la PC. În 1979 apare microprocesorul Motorola 68000, care va echipa calculatoarele Macintosh începând din 1984, ce vor da naştere unui segment aparte din piaţă.

Şi cum inovaţia trebuia susţinută şi în domeniul software, un la fel de tânăr student, Bill Gates, a implementat un limbaj BASIC pe calculatorul Altair 8800, primul PC vândut vreodată. A fost prima acţiune a unei mici companii, care va determina în mod decisiv software-ul microcalculatoarelor. Microsoft urma să se înfiinţeze în 1975, având ca fondatori pe Bill Gates şi Paul Allen. În 1974, Gary Kildall scrie CP/M, primul sistem de operare pentru microcomputere, strămoş şi inspirator al viitorului MS-DOS.