Η Ιστορία των Μικροεπεξεργαστών

Πριν την εμφάνιση των μικροεπεξεργαστών , η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) ήταν υπεύθυνη για την εκτέλεση των εντολών σε έναν υπολογιστή. Οι κεντρικές μονάδες επεξεργασίας ήταν ογκώδη σε μέγεθος, αποτελούνταν από πολλά ολοκληρωμένα κυκλώματα και είχαν περιορισμένη ισχύ. Ένας μικροεπεξεργαστής περιλαμβάνει τις περισσότερες ή και όλες τις λειτουργίες μιας Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας σε ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC). Ονομάστηκαν μικροεπεξεργαστές λόγω της μείωσης του μεγέθους τους. Οι πρώτοι μικροεπεξεργαστές εμφανίστηκαν στις αρχές του 1970 και η χρήση τους περιορίζονταν σε αριθμομηχανές (calculators) για αριθμητικές πράξεις με δεκαδικούς αριθμούς σε δυαδική αναπαράσταση των 4 bits αλλά σχετικά γρήγορα ακολούθησαν ενσωματωμένοι μικροεπεξεργαστές των 4 και 8 bits σε τερματικά συστήματα (terminals), εκτυπωτές (printers) και διάφορα αυτοματοποιημένα συστήματα. Προς τα τέλη της δεκαετίας του 1970 το κόστος των μικροεπεξεργαστών μειώθηκε σημαντικά και η εμφάνιση μικροεπεξεργαστών 8 bits με 16 bits διευθυνσιοδότηση οδήγησε στην δημιουργία του πρώτου μικροϋπολογιστή γενικής χρήσης (microcomputer).

Για μεγάλο χρονικό διάστημα οι μικροεπεξεργαστές αποτελούσαν απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs) μικρού και μεσαίου μεγέθους των μερικών εκατοντάδων τρανζίστορς (transistor). Η ενσωμάτωση όμως ολόκληρης της CPU σε ένα κύκλωμα μείωσε σημαντικά το κόστος παραγωγής και η διαρκώς αυξανόμενη υπολογιστική τους ισχύς, είχε ως αποτέλεσμα οι μικροεπεξεργαστές να χρησιμοποιούνται οπουδήποτε. Από οποιοδήποτε μικρό ενσωματωμένο σύστημα μέχρι σε μεγάλα τερματικά συστήματα (mainframes) και υπερυπολογιστές (supercomputers).

Ο μικροεπεξεργαστή αναλαμβάνει την εκτέλεση των εντολών οι οποίες είναι εντολές σε γλώσσα μηχανής και είναι αποθηκευμένες στην κύρια μνήμη. Μια εντολή σε γλώσσα μηχανής είναι μια σειρά από δυαδικά ψηφία, ένα πλήθος των οποίων ψηφίων χρησιμοποιείται για την κωδικοποίηση της εντολής. Το σύνολο αυτών των εντολών χρησιμεύει ως μία διασύνδεση ανάμεσα στο λογισμικό (software) και το υλικό (hardware), δηλαδή ανάμεσα στα προγράμματα και στους επεξεργαστές. Η λειτουργικότητα ενός μικροεπεξεργαστή εξαρτάται πλήρως από το σύνολο εντολών που είναι ικανός να εκτελέσει. Ο μικροεπεξεργαστής είναι υπεύθυνος για όλη τη λειτουργία του υπολογιστή. Η δομή ενός μικροεπεξεργαστή φαίνεται στη παρακάτω εικόνα.

Η Εξέλιξη των Μικροεπεξεργαστών

4 bit Μικροεπεξεργαστές

Θεωρείται ότι ο Intel 4004 είναι ο πρώτος μικροεπεξεργαστής, αν και στις αρχές τις δεκαετίας του 1970 τρεις μικροεπεξεργαστές έκαναν την εμφάνιση τους, κατασκευασμένοι από τρεις διαφορετικές εταιρείες. Οι μικροεπεξεργαστές αυτοί ήταν ο 4004 της Intel, ο TMS 1000 της Texas Instruments (TI) και ο Central Air Data Computer (CADC) της Garrett AiResearch. Ο Intel 4004 παρουσιάστηκε το 1971 από τον Ted Hoff και το συνεργάτη του Stan Mazor, μηχανικούς της Intel, στους οποίους ανατέθηκε η ανάπτυξή του. Η Ιαπωνική εταιρεία Busicom είχε ζητήσει από την Intel την ανάπτυξη του για χρήση σε αριθμομηχανές. Ο Intel 4004 ήταν ένας 4bit επεξεργαστής (ο μικροεπεξεργαστής λαμβάνει 4 bit από την μνήμη κάθε φορά με σκοπό να τα επεξεργαστεί), που αποτελούταν από περίπου 2300 τρανζίστορς με συχνότητα ρολογιού 108 KHz. Επιπλέον, εκτελούσε 60000 πράξεις το δευτερόλεπτο και μπορούσε να δει 640 bytes μνήμης. Επιπλέον, το 1971, η Intel ανακοίνωσε τον πρώτο μικροϋπολογιστή, το σύστημα MCS-4, στο οποίο χρησιμοποιήθηκε ο 4004, το 4001 ROM chip, το 4002 RAM chip και το 4003 shift register chip για σειριακή επικοινωνία. Ο 4004 ήταν ένα τεχνολογικό αποκορύφωμα για την εποχή του παρότι ήταν πολύ περιορισμένων δυνατοτήτων. Σχεδόν ταυτόχρονα το 1971, το The Smithsonian Institution ισχυρίζονταν ότι οι μηχανικοί Gary Boone και Michael Cochran είχαν επίσης ολοκληρώσει τον πρώτο μικροεπεξεργαστή, ο οποίος ονομάστηκε TMS 1000 και διατέθηκε στην αγορά το 1974. Λίγα χρόνια πιο πριν, το 1968, ο Ray Holt, απόφοιτος του California Polytechnical University, είχε φτιάξει τον F14 CADC. Αυτό ομώς έγινε γνωστό 30 χρόνια αργότερα, το 1998, όταν το Αμερικανικό Ναυτικό (US Navy) έκανε γνωστά δημοσίως έγγραφα που αποδείκνυαν τη χρήση του μικροεπεξεργαστή σε πολεμικά αεροπλάνα. Ωστόσο επιστημονικές δημοσιεύσεις και βιβλιογραφία αναφέρουν ότι ο MP944 ήταν ο πρώτος μικροεπεξεργαστής, ο οποίος χρησιμοποιούνταν στο F-14 Tomcat πολεμικό αεροσκάφος, αλλά δεν αποτελούνταν από ένα μοναδικό chip και δεν ήταν γενικής χρήσης.

8 bit Μικροεπεξεργαστές

Τους 4 bits επεξεργαστές ακολούθησαν οι 8 bits, με τον σημαντικότερο από αυτούς τον Intel 8008 ο οποίος ήταν ο πρώτος εμπορικός 8 bit μικροεπεξεργαστής. Η ανάπτυξή του ξεκίνησε το 1971 με επικεφαλή τον Federico Faggin και ολοκληρώθηκε το 1972, αφού ξανασχεδιάστηκε καθώς η αρχική σχεδίαση είχε διαρροές ηλεκτρικού φορτίου από τις συσκευές μνήμης. Η συχνότητα ρολογιού ήταν στα 200 ΚHz, ενώ το chip χρησιμοποιούσε 3500 κρυσταλλολυχνίες και μπορούσε να δει 16 Κbytes μνήμης. Χρησιμοποιήθηκε στον Micral το 1973, ο οποίος ήταν ο πιο σύγχρονος υπολογιστής που τροφοδοτήθηκε από έναν μικροεπεξεργαστή 8008 ενώ ένα χρόνο αργότερα η Scelbi χρησιμοποιεί τον 8008 στον υπολογιστη 8H. Με τον 8008 ξέσπασε μεγάλο ενδιαφέρον για την ανάπτυξη μικροεπεξεργαστών το οποιο είχε αποτέλεσμα να αυξηθούν οι απαιτήσεις στην ταχύτητα, επικοινωνία με το περιβάλλον, και πιο πολλές εντολές και εισόδους δεδομένων.

Το 1974 ακολούθησε η κυκλοφορία του Intel 8080, ο οποίος έτρεχε στα 2 MHz, μπορούσε να δει 64 Κbytes μνήμης και περιείχε 6.000 τρανζίστορ. Σημαντικά γεγονότα που ακολούθησαν ήταν η ανάπτυξη του λειτουργικού συστήματος CP/M για τον Intel 8080 από τον Gary Kildall της εταιρίας Microcomputer Applications Associates, η σχεδίαση του υπολογιστή Altair 8800 ο οποίος χρησιμοποιούσε Intel 8080 με 256 bytes RAM και η ανάπτυξη της γλώσσας Microsoft Basic, από τον Bill Gates και τον Paul Allen, για τους μικροεπεξεργαστές της Intel. Τα γεγονότα αυτά θεωρούνται από πολλούς ότι οδήγησαν στη ραγδαία ανάπτυξη των προσωπικών υπολογιστών.

Σύντομα μετά τη κυκλοφορία του 8080, η Motorola κυκλοφόρησε τον 6800, 8 bit επεξεργαστη. Είχε 4000 τρανζίστορ, 78 εντολές, σήμα χρονισμού στα 1 ή 2 MHz με 16 bit πλάτος διαύλου διευθύνσεων και ήταν ένας από τους πρώτους μικροεπεξεργαστές με καταχωρητή δείκτη (index register). Ο 6800 ήταν καλοσχεδιασμένος, παρόλα τα προβλήματα με την παραγωγή και γι’ αυτό και χρησιμοποιήθηκε σε πολλά συστήματα. Έτσι η εταιρία MITS ξεκίνησε την σχεδίαση ενός Altair βασισμένου στον Motorola 6800 και λίγο αργότερα παρουσιάστηκε ο υπολογιστής Sphere I, με επεξεργαστή τον Motorola 6800, 4Κbytes RAM, πρόγραμμα ROM monitor, πληκτρολόγιο και διασύνδεση βίντεο. Προς τα τέλη του 1970 η Tektronix σχεδίασε τον 4051 βασισμένο στον επεξεργαστή της Motorola με 32 Κbytes RAM πληκτρολόγιο και high speed data cartridge. Ο 4051 προορίζονταν για χρήστες που προγραμμάτιζαν σε BASIC.

Τον 6800 ακολούθησε ο 6809, ένα από τα πιο ισχυρά σχέδια μικροεπεξεργαστή και επίσης ένα από τον πιο σύνθετα σχέδια λογικής που έγιναν ποτέ στην παραγωγή οποιουδήποτε μικροεπεξεργαστή. Αρχικά χρησιμοποιούσε σήμα χρονισμού στο 1 MHz στο μοντέλο 68A09, ύστερα στο στο 1.5 MHz στο μοντέλο 68A09 και στα 2 MHz στο 68B09. Ο 6809 χρησιμοποιήθηκε, μεταξύ άλλων συστημάτων και στη κονσόλα παιχνιδιών Vectrex.

Το 1975, η ανταγωνίστρια εταιρεία MOS Technology κυκλοφορεί τον επεξεργαστή 6502, μια παραλλαγή του 6800, ο οποίος χρησιμοποιούσε δυο 8 bit καταχωρητές. Είχε 5000 τρανζίστορ, 56 εντολές, σήμα χρονισμού αρχικά 20 ΚHz μέχρι 4 MHz με 16 bit πλάτος διαύλου διευθύνσεων. Χρησιμοποιήθηκε σε πολλά συστήματα, μερικά από αυτά οι κονσόλες ηλεκτρονικών παιχνιδιών Atari 2600, Nintendo Entertainment System/NES και οι πρωτοι οικιακοί υπολογιστές Commodore 64 και Apple II.

Το 1976 φτιάχνεται ο Z80 από την εταιρεία Zilog. Επίσης 8bit μικροεπεξεργαστής, βασισμένος στον 8080, του οποίου η γλώσσα μηχανής είναι υπερσύνολο αυτής του Intel 8080. Είχε σήμα χρονισμού στα 3.5 MHz με 16 bit πλάτος διαύλου διευθύνσεων, ενώ μπορούσε να δει 64 Κbytes μνήμης. Το χαμηλό κόστος, η μικρή συσκευασία καθώς και άλλα χαρακτηριστικά τον έκαναν πολύ δημοφιλή στη δεκαετία του 80.

Τέλος, το 1982, ήδη στην αρχή της εποχής των 16 bit επεξεργαστών κυκλοφορεί ο RCA(CDP)1802 της RCA και χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των δορυφόρων Voyager, Viking και του διαστημοπλοίου Γαλιλαίος. Είχε πολύ μικρή κατανάλωση και ήταν ανθεκτικός στην κοσμική ακτινοβολία και τις ηλεκτροστατικές αποφορτίσεις.

16 bit Μικροεπεξεργαστές

Ο πρώτος 16bit μικροεπεξεργαστής multi-chip ήταν ο IMP 16 της National, που εισήχθη στις αρχές του 1973. Το 1974 εισήχθη h 8 bit έκδοσή του IMP-8.Δύο χρόνια αργότερα, η National εισήγαγε το πρώτο 16bit single-chip μικροεπεξεργαστή, τον PACE, ο οποίος ακολουθήθηκε αργότερα από μια ΝMOS έκδοση, το INS8900.

Το 1976, εμφανίζεται ο TMS 9900 της Texas Instruments, ένας από τους πρώτους καθαρά 16bit μικροεπεξεργαστές. Ο TMS 9900 δεν είχε καθόλου εσωτερικούς καταχωρητές, εκτός από έναν που όριζε την θέση των καταχωρητών του στην RAM, όπου αποθηκεύονται. Η σχεδίαση επέτρεπε την ταχύτατη αλλαγή context, αφού για να αλλάξουν όλοι οι καταχωρητές και να κληθεί μια συνάρτηση, πρέπει να αλλάξει ο μοναδικός εσωτερικός καταχωρητής. Η συγκεκριμένη σχεδίαση είχε νόημα για την εποχή της, διότι η εσωτερική μνήμη ήταν πιο αργή από την εξωτερική.

Η Intel επανέρχεται στο προσκήνιο αναβαθμίζοντας το σχέδιο του 8080 στον 16bit Intel 8086, το πρώτο μέλος της x86 οικογένειας που χρησιμοποιούν οι περισσότεροι σύγχρονοι υπολογιστές. Ο 8086 είχε 10 φορές καλύτερη απόδοση από τον 8080. Η Intel εισήγαγε τον 8086 ως οικονομικώς αποδοτικό τρόπο μεταφοράς του λογισμικού από τον 8080, και πέτυχε κερδίζοντας την εμπιστοσύνη πολλών επιχειρήσεων με εκείνη την προϋπόθεση. Ο 8086 είχε 29.000 τρανζίστορ, ταχύτητα λειτουργίας στα 10 MHz, ενώ χρησιμοποιούσε καταχωρητές των 16 bit και δίαυλο δεδομένων των 16 bit. Επιπλέον, μπορούσε να δει 1 Mbyte μνήμης. Τον Ιούνιο του 1979, αποκαλύφθηκε ο μικροεπεξεργαστής 8088, που ήταν μια παραλλαγή του 8086. Πρόκειται για έναν 16bit επεξεργαστή εσωτερικά, του οποίου ο εξωτερικός δίαυλος δεδομένων ήταν των 8 bits. Η σχεδίαση αυτή είχε σκοπό τη χρήση των υπαρχόντων 8bit controller chips για συσκευές. Ο 8088 περιείχε 29000 τρανζίστορς και μπορούσε να δει 1 Mbyte μνήμης. Μετά τον 8088 η Intel απελευθέρωσε τους 16bit μικροεπεξεργαστές 80186 και 80286, παγιώνοντας την κυριαρχία της στην αγορά προσωπικών υπολογιστών. Ο 80286 παρουσιάστηκε το 1982, και είχε συχνότητα λειτουργίας αρχικά στα 6 MHz και έπειτα στα 12 MHz. Ο ιστορικός αυτός μικροεπεξεργαστής ανήκε στην οικογένεια x86 και περιελάμβανε δίαυλο δεδομένων 16 bit, δίαυλο διευθύνσεων 24 bit. Επιπλέον, μπορούσε να δει μέχρι 16 MBytes μνήμης και περιείχε 130000 τρανζίστορ. Ο 80286 αποτελεί τον πρώτο μικροεπεξεργαστής που είχε τη δυνατότητα να λειτουργεί στην κατάσταση Protected Mode (προστατευμένη κατάσταση λειτουργίας).

32 bit Μικροεπεξεργαστές

Πολύ σύντομα μετά τη κυκλοφορία των 16 bit επεξεργαστών εμφανίστηκαν οι 32 bit επεξεργαστες.

Το 1979 εισήχθη ο MC68000, Ο διασημότερος 32bit μικροεπεξεργαστής και το πρώτο μέλος της οικογένειας m68k. Είχε 32bit καταχωρητές αλλά χρησιμοποίησε 16bit διαδρομές δεδομένων, καθώς και έναν 16bit εξωτερικό δίαυλο δεδομένων. Η Motorola το περιέγραψε γενικά ως 16bit επεξεργαστή, αν και είχε 32bit αρχιτεκτονική. Ο συνδυασμός της υψηλής ταχύτητας, του μεγάλου χώρου αποθήκευσης (16 Mbyte) και του αρκετά χαμηλού κόστους τον έκανε τον δημοφιλέστερο μικροεπεξεργαστή της κατηγορίας του, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιηθεί στους υπολογιστές Apple Lisa και η Macintosh. Τον MC68000 ακολούθησε ο MC68010, ο οποίος πρόσθεσε την υποστήριξη της εικονικής μνήμης ενώ το 1985 ακολούθησε ο MC68020. είχε 200000 τρανζίστορ και συχνότητα λειτουργίας στα 16 MHz. Τα 68020 έγιναν ιδιαίτερα δημοφιλή στη super microcomputer Unix αγορά, ενώ πολλές μικρές επιχειρήσεις, όπως η Altos, παρήγαγαν τα συστήματα desktop. Έπειτα, ακολούθησε ο MC68030, ο οποίος πρόσθεσε τη μονάδα διαχείρισης μνήμης (MMU) στο τσιπ, ο 68040, ο οποίος περιέλαβε τη μονάδα υπολογισμού κινητής υποδιαστολής (FPU) για καλύτερη απόδοση ενώ ο 68050 δεν κατάφερε να επιτύχει τους στόχους απόδοσής του και έτσι δεν απελευθερώθηκε. Το ακόλουθο MC68060 βγήκε στην αγορά την ίδια περίοδου που κυκλοφορούσαν και τα πολύ γρηγορότερα σχέδια RISC όπως οι MIPS R2000 (1984) και R3000 (1989) που ήταν πολύ πετυχημένοι 32-bit RISC επεξεργαστές. Χρησιμοποιήθηκαν σε high-end σταθμούς εργασίας και servers από την SGI, μεταξυ άλλων. Η οικογένεια m68k εξασθένισε από την αγορά υπολογιστή γραφείου στις αρχές της δεκαετίας του 90.

Ο παγκόσμιος πρώτος single-chip 32bit μικροεπεξεργαστής ήταν ο BELLMAC 32A της AT&T Bell Labs, ο οποίος παρουσιάστηκε το 1980 και κυκλοφόρησε το 1982. Μετά από την αποστέρηση του AT&T το 1984 και την αλλαγή της επωνυμίας της εταιρίας, ο BELLMAC 32A μετονομάστηκε σε WE 32000 (WE είναι τα αρχικά της Western Electric). Η επόμενη γενιά μικροεπεξεργαστών που στηρίχτηκε στον WE 32000, είναι ο WE 32100 και ο WE 32200. Αυτοί οι μικροεπεξεργαστές χρησιμοποιήθηκαν στους μίνι-υπολογιστές AT&T 3B5, 3B15 στο 3B2, τον πρώτο super microcomputer γραφείου. Όλα αυτά τα συστήματα έτρεξαν το αρχικό λειτουργικό σύστημα Unix των Bell Labs.

Ο πρώτος 32bit μικροεπεξεργαστής της Intel ήταν το iAPX 432, ο οποίος εισήχθη το 1981 αλλά δεν ήταν μια εμπορική επιτυχία. Παρόλο που είχε μια προηγμένη αντικειμενοστραφή αρχιτεκτονική, είχε κακή απόδοση σε σχέση με άλλες ανταγωνιστικές αρχιτεκτονικές όπως το Motorola 68000.

Ένα άλλο ενδιαφέρον σχέδιο ήταν ο Zilog Z8000, ο οποίος εισήχθη πολύ αργά στην αγορά και εξαφανίστηκε από αυτή πολύ γρήγορα.

Από το 1985 έως τπ 2003, η32-bit x86 αρχιτεκτονική έγινε η κυρίαρχη αρχιτεκτονική στην αγορά dektops, laptop, και server και οι επεξεργαστές έγιναν γρηγορότεροι και πιο ισχυροί. Η σειρά Pentium της Intel είναι πιθανότατα η πιο αναγνωρίσιμη σειρά 32 bit επεξεργαστών.

Πριν τη σειρά Pentium προηγήθηκαν αρκετές σειρές επεξεργαστων. Ξεκινώντας τον Οκτώβριο του 1985, η Intel παρουσιάζει τον απόγονο του 80286 τον μικροεπεξεργαστή 80386. Είχε συχνότητα λειτουργίας αρχικά στα 16 MHz. και χρησιμοποιούσε καθαρούς 32bit καταχωρητές και 32bit διαύλους δεδομένων και διευθύνσεων. Περιείχε 275000 τρανζίστορ, υποστήριζε πολυδιεργασία (multitasking) εικονικής μνήμης με δυνατότητα σελιδοποίησης (paging). Το 1989, εμφανίζεται ο μικροεπεξεργαστής Intel 80486, ο οποίος είχε 1200000 τρανζίστορ και συχνότητα λειτουργίας 50 MHz. Τη δεκαετία του 1990 έκαναν την εμφάνισή τους οι μικροεπεξεργαστές Intel Pentium, οι οποίοι αποτελούσαν τη συνέχεια του 80486 ενώ είχαν υπερβαθμωτή (superscalar) αρχιτεκτονική και 32bit δίαυλο δεδομένων. Το 1993 εμφανίζεται ο Intel Pentium της οικογένειας P5, ο οποίος περιείχε 3100000 τρανζίστορ και λειτουργούσε στα 60 και 66 MHz. Το 1995, η Intel παρουσιάζει τον Pentium Pro, τον πρώτο στην οικογένεια των P6. Είχε 5500000 τρανζίστορ και ανήκε στην έκτη γενιά των επεξεργαστών της οικογένειας x86. Δύο χρόνια αργότερα, η Intel εισάγει τον μικροεπεξεργαστή Pentium II, έναν Pentium Pro με τεχνολογία MMX (ΜΜΧ εντολές) για την υποστήριξη πολυμέσων. Ο Pentium II είχε 7500000 τρανζίστορ και η συχνότητα λειτουργίας του βρισκόταν στα 300 MHz. Το 1999, ακολούθησε ο Pentium III με 9500000 τρανζίστορ και συχνότητα λειτουργίας στα 450 MHz. Την επόμενη χρονιά, εμφανίστηκε ο Pentium IV ο οποίος ήταν σχεδιασμένος σύμφωνα με την μικροαρχιτεκτονική NetBurst, η οποία συνεχίζει να αποτελεί την τεχνολογική καρδιά του Pentium IV και των παραλλαγών του κυκλοφόρησαν αργότερα. Ο Pentium D ήταν ο τελευταίος μικροεπεξεργαστής της σειράς Pentium, η οποία σταμάτησε να κυκλοφορεί το 2008. Λόγω του μεγάλου κόστους παραγωγής του Pentium II η Intel ανεπτυξε και κυκλοφόρησε μια νέα σειρά, τη σειρά Celeron. Ο Celeron είχε πιο προσιτή τιμή, αλλά δεν μπορούσε να λειτουργήσει σε πολύ υψηλές συχνότητες.

Η ανταγωνίστρια της Intel, AMD μπήκε δυναμικά στο χώρο το 1997. Αρκετά αργότερα σε σχέση με την Intel αφου η Intel είχε ήδη πάρει τα δικαιώματα της αρχιτεκτονικής x86 οπότε όλες οι άλλες εταιρείες έπρεπε να απαντύξουν τα δικά τους σχέδια. Η αρχή έγινε με τους επεξεργαστές της σειράς K6, οι οποίοι ήταν εφάμιλλοι αυτών της Intel σε τιμή και επιδόσεις. To 1999, η AMD προώθησε την καινούργια οικογένεια μικροεπεξεργαστών, Athlon. Ο Athlon Classic, που αποτελεί τον πρώτο επεξεργαστή της σειράς και μεγάλο ανταγωνιστή των Pentium, εισήγαγε την έβδομη γενιά επεξεργαστών της οικογένειας x86.

64 bit Μικροεπεξεργαστές

Αν και οι πρώτοι 64bit επεξεργαστές εμφανίστηκαν στις αρχές του 1990, άρχισαν να εφαρμόζονται στους υπολογιστές γραφείου το 2003. Μέχρι το 2003, οι 64bit επεξεργαστές απευθύνονταν αποκλειστικά στην αγορά των ακριβών σταθμών εργασίας και των διακομιστών. Τον Σεπτέμβριο του 2003 η AMD εισήγαγε “την καλύτερη καινοτομία στους επεξεργαστές για το έτος 2003”, τον Athlon 64 για να ακολουθήσει η Intel με τον Intel 64. Και οι 2 επεξεργαστές μπορούσαν να τρέξουν 32 και 64bit εντολές. Με τη κυκλοφορία των επεξεργαστών αυτών, η γνώμη του ευρύτερου χώρου ήταν ότι θα έβρισκαν εφαρμογή μόνο σε ακαδημαϊκά ή ερευνητικά προγράμματα καθώς εκεί χρειάζονταν μεγάλοι υπολογισμοί, γρήγορες προσβάσεις σε μεγάλες βάσεις δεδομένων αλλά και επίλυση σύνθετων προβλημάτων που μπορούσαν να προσφέρουν οι 64bit επεξεργαστές.

Ο Athlon 64 αποτελεί διαφοροποίηση της αρχιτεκτονικής AMD64 για να μειωθεί το κόστος του. Το 2005, η AMD ανακοίνωσε τους διπλοπύρηνους επεξεργαστές Opteron για servers και workstations, καθώς και τους διπλοπύρηνους επεξεργαστές Athlon 64 για προσωπικούς υπολογιστές. Τον Φεβρουάριο του 2009, η AMD παρουσίασε τον τετραπύρηνο επεξεργαστή Phenom II με το κωδικό όνομα Deneb. Οι πιο πρόσφατοι επεξεργαστές της AMD ανακοινώθηκαν τον Ιούλιο. Συγκεκριμένα η εταιρία ενημέρωσε για τη διάθεση πέντε νέων εξαπύρηνων επεξεργαστών Istanbul, με πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Όσον αφορά στην απόδοση, τα καινούργια μοντέλα δεν καταφέρνουν να φτάσουν τους Xeon E5504 και E5520 της Intel.

Το 2006, η Intel αλλάζει τα δεδομένα στην απόδοσης και κατανάλωσης των υπολογιστών ανακοινώνοντας τις αρχιτεκτονικές Intel Core 2 Duo και Intel Core 2 Extreme. Οι αρχιτεκτονικές αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε επεξεργαστές για σταθερούς, φορητούς και servers και παρέχουν ισχυρή απόδοση με παράλληλη εξοικονόμηση ενέργειας. Η χρήση των 2 ή 4 πυρήνων διευκολύνει τη ομαλότερη και γρηγορότερη εκτέλεση περισσότερων διεργασιών. To 2008, κυκλοφόρησε ο Atom, ο μικρότερος σε μέγεθος επεξεργαστής της Intel που υλοποιήθηκε με τα μικρότερα τρανζίστορ του κόσμου. Δημιουργήθηκε ως μία εντελώς νέα σχεδίαση, ειδικά για φθηνές συσκευές, όπως πολύ μικρά notebooks και φορητές συσκευές με πρόσβαση στο Internet. Για τη σχεδίαση του Atom χρησιμοποιήθηκε η μικροαρχιτεκτονική Core, η ίδια δηλαδή τεχνολογία με την οποία η Intel κατασκευάζει τους γνωστούς Core 2 Duo επεξεργαστές για επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές. Την ίδια χρονιά η Intel ανακοίνωσε τη νέα σειρά επεξεργαστών της με το όνομα Core i7.

Συνοψιζοντας

Ο σχεδιασμός των μικροεπεξεργαστών ξεκίνησε με στόχο τη δημιουργία απλών συστημάτων αυτόματου ελέγχου και τη χρήση τους σε διάφορες συσκευές. Να βελτιστοποιηθεί η απόδοση και να μειωθεί ο όγκος των αρχικων μονάδων. Η ενασχόληση των σχεδιαστων μικροεπεξεργαστών με την ανάπτυξη ολοκληρωμένων ήταν η αρχή καθώς στα επόμενα χρόνια, η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έδωσε τη δυνατότητα ενσωμάτωσης εκατομμυρίων τρανζίστορ μέσα σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Αυτό οδήγησε σε μικρότερους και ισχυρότερους μικροεπεξεργαστές και ως αποτέλεσμα τη χρήση του σχεδόν σε όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές από αριθμομηχανές μέχρι πανίσχυρους υπερυπολογιστές. Ενδεικτικά στοιχεία της εξέλιξής των σύγχρονων μικροεπεξεργαστών είναι τα εξής:

· οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές να υλοποιούν άμεσα και γρήγορα μεγάλους αριθμητικούς υπολογισμούς αφού Το μήκος λέξης του μικροεπεξεργαστή μεγάλωσε από τα 16 δυαδικά ψηφία στα 32 και έπειτα στα 64 δυαδικά ψηφία

· Αυξήθηκε το πλήθος των θέσεων μνήμης που μπορεί να προσπελάσει ο μικροεπεξεργαστής.

· Οι μικροεπεξεργαστές άρχισαν να υποστηρίζουν συστήματα ιεραρχίας μνήμης με κρυφές μνήμες

· Παραλληλία στην εκτέλεση των εντολών των προγραμμάτων (Instruction Level Parallelism) με στόχο την πιο γρήγορη εκτέλεσή των εντολών. Για το σκοπό αυτό πολλοί μικροεπεξεργαστές εφαρμόζουν διοχέτευση (pipeline) ή διαθέτουν πολλαπλούς καταχωρητές και αριθμητικές και λογικές μονάδες (multiple execution units) για να μπορούν να εκτελέσουν περισσότερες από μία εντολές ταυτόχρονα.

Η ραγδαία αυτή εξέλιξη φαίνεται να συνεχίζεται και σύντομα στο μέλλον θα δούμε ακόμη πιο ισχυρούς επεξεργαστές. Η «αλλαγή κατεύθυνσης» σε πολυπύρηνους επεξεργαστές συνέβη γιατί η συνεχής αύξηση της συχνότητας χρονισμού και του αριθμού των τρανζιστορ όπως ορίζει ο Νόμος του Μούρ οδήγησαν τους κατασκευαστές σε εμπόδια που έχουν να κάνουν με την αδυναμία των υπολοίπων κυκλωμάτων να ακολουθήσουν τους ρυθμούς του επεξεργαστή και λόγω της θερμότητας που παράγεται. Οι επεξεργαστές σύντομα θα έχουν καλύτερες επιδόσεις και η χρήση τους θα επεκταθούν σε ακόμη περισσότερες εφαρμογές.

Εξωτερικοί Σύνδεσμοι

Microprocessor

Microprocessor chronology

Antique Chips

Micropocessor History

Great moments in microprocessor history