в каком году появился микропроцессор
Неожиданная история микропроцессоров
Intel 4-битный 4004
Транзисторы, электронные усилители и переключатели, находящиеся сейчас в центре всего, от карманного радиоприёмника до суперкомпьютера, были изобретены в 1947 году. Ранние прототипы звались биполярными транзисторами, и они всё ещё в ходу. К 1960-м инженеры придумали, как комбинировать несколько биполярных транзисторов на одной интегральной микросхеме. Но из-за их сложной структуры, на схеме могло быть только небольшое их количество. Поэтому, хотя мини-компьютер, созданный на основе биполярных интегральных микросхем, был гораздо меньше ранних компьютеров, ему требовалось несколько плат с сотнями чипов на них.
В 1960-м был показан новый тип транзисторов: транзистор со структурой металл-окисел-полупроводник, МОП-транзистор. Сначала технология не выглядела многообещающей. Они были медленнее, менее надёжными и более дорогими, чем биполярные. Но к 1964-му интегральные микросхемы на МОП-транзисторах уже могли похвастаться большей плотностью и меньшей стоимостью производства, чем биполярные. Сложность интегральных микросхем росла согласно закону Мура, но технология МОП вырвалась вперёд.
К концу 1960-х на одной МОП-микросхеме могло быть уже около 100 логических элементов, в каждом из которых было несколько транзисторов, и всё это выглядело многообещающе для создания компьютеров. Эти многокомпонентные чипы назвали ИВУ, интеграцией высокого уровня [large-scale integration, LSI].
Инженеры сообразили, что увеличивающаяся плотность МОП-транзисторов позволит поместить процессор компьютера на одном чипе. Но из-за того, что МОП-транзисторы были медленнее биполярных, компьютер на МОП-чипах имел смысл только там, где требовалось небольшое быстродействие или лёгкий и компактный аппарат – терминалы данных, калькуляторы, авиакосмическое электронное оборудование. Так что именно с таких областей применения началась революция микропроцессоров.
Большинство сегодняшних инженеров считают, что началась революция в 1971 году, с 4-битной микросхемы от Intel, 4004, за которой немедленно последовал 8-битный чип 8008. Но история рождения микропроцессора гораздо богаче и удивительнее. В частности, некоторые вновь обнаруженные документы показывают, как забытый сегодня чип, Texas Instruments TMX 1795, обогнал Intel 8008 и стал первым 8-битным микропроцессором, но затем канул в небытие.
Путь первым микропроцессорам проложило применение МОП-микросхем в компьютерной области. Первым компьютером на основе МОП-ИВУ был D200, созданный в 1967 году компанией Autonetics, подразделением North American Aviation, расположенной в городе Анахейм, Калифорния.
Трое гордых отцов: в зале славы изобретателей позируют Федерико Фаггин, Марциан Хофф младший и Стэнли Мейзор, демонстрируя микропроцессор Intel 4004.
Компактный 24-битный универсальный компьютер был разработан для авиации и навигации. Его процессор был построен из 24 МОП-чипов и пользовался четырёхфазной логикой, использовавшей четыре разных тактовых сигнала. Каждый сигнал со своей схемой включений и выключений, или фазой, управлял изменениями состояния транзисторов, что приводило к упрощению схемы. Будучи весом лишь в несколько килограмм, компьютер использовался для навигации баллистической ракеты класса Посейдон, запускаемой с подводных лодок, и для управления топливом на бомбардировщике B-1. Его даже думали поставить на космический шаттл.
Вскоре за D200 последовал другой авиационный компьютер с тремя процессорами и в сумме с 28 чипами: Central Air Data Computer за авторством Garrett AiResearch (сейчас являющейся частью Honeywell). Компьютер использовался для управления полётом истребителя F-14, использовал набор микросхем MP944 MOS-LSI, разработанные в компании с 1968 по 1970 года. 20-битный компьютер обрабатывал информацию с датчиков и выдавал данные для комплекта аппаратуры и управления самолётом.
Архитектура компьютера для F-14 была необычной. У него было три функциональных модуля, работающих параллельно: один для умножения, один для деления, и один для особых логических функций (например, удержание значения между верхним и нижним ограничениями). Каждый модуль состоял из нескольких разных МОП-чипов, таких, как постоянное запоминающее устройство, содержавшее данные, определяющие работу модуля; чип управления данными; различные арифметические чипы; и память с произвольным доступом для временного хранения.
Компьютер F-14 был засекречен, поэтому мало кто знал про чипсет MP944. Но Autonetics широко освещала свой D200, вдохновивший на создание ещё более компактного МОП-компьютера: System IV. Он был детищем Ли Бойсела, покинувшего в 1968 году Fairchild Semiconductor, чтобы основать Four-Phase Systems, компанию, которую он назвал в честь четырёхфазной логики.
Процессор 24-битной System IV был сделан всего из девяти МОП-чипов: три модуля арифметики-логики (ALU), чей дизайн назвали AL1 (выполнявшие арифметические операции типа сложения и умножения, а также логические операции, AND, OR И NOT), три ПЗУ-чипа и три чипа с генерацией случайной логики.
TMX 1795, 3 078 транзисторов
4004, 2 300 транзисторов
8008, 3 098 транзисторов
Почти в то же время в игру вступил стартап из Массачусетса Viatron Computer Systems. Всего через год после запуска в ноябре 1967, компания анонсировала System 21, 16-битный мини-компьютер с различными аксессуарами, построенный на основе самодельных МОП-чипов.
Именно они придумали слово «микропроцессор». Впервые компания использовала его в анонсе в октябре 1968 года, когда объявила о проекте, названном 2101. Но это был не чип – в терминологии Viatron этим словом обозначали часть небольшого терминала, с клавиатурой и плёночным накопителем, соединённый с отдельным мини-компьютером. Этот «микропроцессор» контролировал терминал и состоял из 18 специальных МОП-чипов на трёх платах.
И во время этого парада, в конце 1960-х японский изготовитель калькуляторов Business Computer Corp. (более известный, как Busicom), заказал компании Intel изготовление чипов для многочипового калькулятора. Конечный продукт состоял из одночипового процессора, ныне известного Intel 4004, с сопровождающими чипами памяти и ввода/вывода. 4-битный 4004 (манипулировавший данными размерностью 4 бита) часто считают первым микропроцессором.
Калькулятор с 4004-м впервые вышел в начале 1971 года. У него было много конкурентов. Полупроводниковая компания Mostek выдала первый «калькулятор на чипе», МК6010. У Pico Electronics и General Instrument был свой калькулятор G250. Через шесть месяцев заработал TMS 1802 от Texas Instruments, и это был первый чип в крайне успешной серии 0100. Эти схемы хорошо работали в качестве калькулятора, но мало что умели ещё, а вот 4004 выполнял инструкции, хранящиеся в ПЗУ. Он мог быть компьютером общего назначения.
Это было время быстрых перемен для электронных калькуляторов, и после появления финансовых трудностей Busicom продала свои исключительные права на 4004. В ноябре 1971 года Intel начал производство его и вспомогательных чипов в качестве конечного продукта для компьютерных вычислений общего плана. Через несколько месяцев 4004 затмили более мощные микропроцессоры, так что его коммерческий успех был небольшим. Он работал в нескольких пинбол-автоматах, текстовом процессоре и автомате для подсчёта голосов.
Терминал Datapoint 2200
Так что первый 4-битный микропроцессор был порождён калькулятором. А у 8-битных микропроцессоров, быстро пришедших ему на смену, было совершенно другое происхождение. Их история началась в 1969 с разработкой «программируемого терминала» Datapoint 2200 в компании Computer Terminal Corp. (CTC) из Сан-Антонио, Техас.
Datapoint 2200 был компьютером общего назначения, а не просто терминалом. Изначально 8-битный микропроцессор был построен на 100 биполярных чипах. Разработчики искали способы уменьшить потребление энергии и выработку тепла. В начале 1970 CTC договорилась с Intel о постройке одного МОП-чипа на замену процессорной платы, хотя неясно, кто из них решил использовать процессор на одном чипе.
Гэри Бун в TI вёл разработку TMX1795
К июню 1970-го Intel разработала рабочую спецификацию чипа для архитектуры Datapoint 2200, а затем заморозила проект на 6 месяцев. Этот дизайн вскоре воплотится в Intel 8008. Так что же, значит, будь то 4004, вдохновлённый калькулятором, или 8008, вдохновлённый терминалом, создание микропроцессора общего назначения необходимо отнести на счёт Intel, так? Не совсем.
Дело в том, что в 1970, когда Intel начала разработку 8008, это был стартап из 100 человек. Узнав о разработке, гигантская компания Texas Instruments, состоявшая из 45 000 человек, предложила свои услуги СТС для разработки процессора для терминала Datapoint 2200. СТС выдали TI спецификации и дали добро. Когда те вернулись с дизайном для трёх чипов, в СТС вежливо спросили, не могут ли они сделать дизайн на одном чипе, как это получилось у Intel. TI занялась одночиповым дизайном процессора в апреле 1970. Завершились работы в следующем году, чип назвали TMX 1795 (Х от «экспериментальный»), и имя позже превратилось в TMC 1795, когда он перестал быть прототипом.
В июне 1971 TI запустила рекламу TMC 1795, рассказывающую, как этот «центральный процессор на одном чипе» будет использоваться в Datapoint 2200, «мощном компьютере с возможностями, которыми не обладал предыдущий вариант». Но этого не произошло – проверив TMC 1795, CTC отвергли его, решив всё-таки делать процессор на плате и с биполярными чипами. А чип от Intel ещё не будет готов до конца того года.
Многие историки технологии верят, что TMC 1795 тогда же и погиб. Но новые найденные документы, принадлежащие ведущему разработчику чипа Гэри Буну, показывают, что после отказа СТС TI пробовала продать чип (слегка доработанный, и потому названный TMC 1795A) различным компаниям. Ford Motor Co. в 1971 году заинтересовались возможностью использования чипа в качестве контроллера мотора, из-за чего Бун писал «Думаю, мы нашли массовый рынок сбыта для нашего процессора на чипе». Увы, эти попытки были безуспешными, и TI прекратила рекламу TMC 1795, сконцентрировавшись на более прибыльных калькуляторах. Тем не менее, если вы хотите правильно присвоить честь создания первого 8-битного микропроцессора, её нужно отдать TI, хотя возможности свои она и упустила.
Письмо Буна по поводу Ford
К тому времени, как у Intel заработал 8008, к концу 1971, СТС уже потеряла интерес с одночиповым процессорам и избавилась от эксклюзивных прав на дизайн. Но Intel пошла дальше и пустила 8008 на коммерческие рельсы, сделав анонс в апреле 1972 года, и, в результате, произвела сотни тысяч этих чипов. Через два года из 8008 родился микропроцессор 8080, сильно повлиявший на создание 8086, который, в свою очередь, сделал возможным сегодняшнюю линейку чипов х86. И если ваш ПК оборудован процессором х86, то вы используете компьютер на основе дизайна, корнями уходящего в программируемый терминал Datapoint 2200 от 1969 года.
Никак нельзя сказать, что эволюция микропроцессоров шла по прямой линии. Многие вещи зависели от случайностей и результатов различных деловых решений, которые легко могли стать другими. Вспомните, как 8-битная архитектура процессора, разработанная СТС для Datapoint 2200, была реализована по-разному четырежды. Дважды СТС реализовала её через платы, набитые биполярными чипами, сначала через последовательную передачу данных, а затем через более быструю параллельную. Потом TI и Intel удовлетворили запросы СТС на единые чипы с почти одинаковым набором инструкций, но упаковка, контрольные сигналы, синхронизация инструкций и внутренние схемы у них были абсолютно разными.
Технология Intel была более развитой, чем у TI, в частности, использовались самосовмещённые затворы из поликристаллического кремния, ускорявшие транзисторы и увеличивавшие выход. Этот подход позволил расставить транзисторы плотнее. В результате 4004 и 8008 даже вместе были меньше, чем TMC 1795. Инженеры из Intel считали, что чип от TI был слишком большим, и потому непрактичным, но на самом деле это было не так: очень успешный чип для калькуляторов TMS 0100, появившийся чуть позже, был даже больше, чем TMC 1795.
Учитывая всё это, кому мы должны отдать пальму первенства в создании микропроцессора? Можно сказать, что микропроцессор – это не изобретение, а нечто, появления чего все ждали. Это был всего лишь вопрос ожидания подходящей технологии и запросов рынка. Мне такой подход нравится больше других.
Другой взгляд может состоять в том, что микропроцессор – это рекламный термин, необходимый для продвижения своих продуктов компаниями Intel, TI и другими. Бун, даром что он разрабатывал TMC 1795, позже отдал должное Intel за целеустремлённость в превращении микропроцессора в ценный продукт. В письме без даты, относящемся к спору о том, кого нужно считать создателем первого микропроцессора, он писал: «Главным в разработке микропроцессора была политика компании Intel в 1972–75 годах… Их инновации в дизайне, софте и рекламе породили эту индустрию, или, по меньшей мере, ускорили её появление».
AL-1
Честь создания первого микропроцессора также зависит от понимания этого термина. Некоторые считают микропроцессором центральный процессор на одном чипе. Другие говорят, что достаточно наличия на чипе арифметической логики. Иные думают, что достаточно разместить эти функции на отдельных чипах, и все вместе они уже могут составить микропроцессор.
Я считаю, что ключевые особенности микропроцессора – это центральный процессор на одном чипе (включая АЛУ, управляющие функции, регистры) и возможность его программирования. Но микропроцессор – это не весь компьютер. Обычно нужны ещё чипы памяти, ввода-вывода и для других вспомогательных функций.
Используя такое определение, большинство людей считают, что первым микропроцессором был Intel 4004, поскольку все компоненты ЦП у него были на одном чипе. Бун и Федерико Фаггин из команды Intel 4004 соглашаются, что 4004 выиграл у самых ранних TMX 1795 пару месяцев. А последний затем представил первый 8-битный микропроцессор, а потом Intel 8008 стал первым коммерчески успешным 8-битным микропроцессором.
Но если принять менее строгое определение микропроцессора, первыми могут стать и другие системы. Если считать микропроцессором АЛУ на чипе, то первым будет Бойсел, создавший первый чип в Fairchild в 1968 году, незадолго до его ухода и основания Four-Phase Systems. AL1 из Four-Phase Systems также может быть кандидатом, поскольку он комбинировал регистры и АЛУ на одном чипе, при внешних управляющих контурах. Если принять, что микропроцессор может состоять из нескольких ИВУ-чипов, тогда первым будет Autonetics D200.
С точки зрения патентов история выглядит несколько по-другому. TI быстро поняли прибыльность патентной системы. Они получили множество патентов на TMX 1795 и TMS 0100 и часто пользовались ими в судебных разбирательствах и для выдачи лицензий.
На этом основании TI можно считать изобретателем как микропроцессора, так и микроконтроллера, одночиповой компоновки ЦП, памяти и различных вспомогательных функций. Или нет. Потому что Гильберт Хайат получил патент на процессор на одном чипе в 1990 году, на основе 16-битной последовательной вычислительной машины, построенной им в 1969 году из плат с биполярными чипами. Это привело к заявлениям о первенстве Хайата в изобретении микропроцессора, но TI победила его патент в 1996 году после сложной судебной битвы.
Ещё одним претендентом на место изобретателя может быть Бойсел. В 1995, во время судебной тяжбы, которую Гордон Белл позже обозвал «TI против всех», Бойсел боролся с патентами TI при помощи одного чипа AL1 ALU из 1969 года, демонстрируя суду работающий компьютер. Этот ход торпедировал дело TI, хотя лично я не нахожу его демонстрацию слишком убедительной, поскольку в ней было использовано несколько технических трюков.
Неважно, какое изобретение вы считаете первым микропроцессором, можно согласиться с тем, что недостатка в конкурентах на этот титул не было. Жаль, что большинство людей хотят найти единственного победителя, а другие претенденты сейчас практически забыты. Но для тех, кто интересуется ранними днями микропроцессоров, их богатая история будет жить и дальше.
История развития процессоров: из 70-х в 90-е
Центральный процессор представляет из себя сложную интегральную схему, которая является одним из ключевых составляющих элементов современного ПК. Первые компьютеры появились примерно в 40-х годах прошлого века, работая на электромеханических реле и вакуумных лампах. Они обеспечивали функционирование первых вычислительных машин. В 60-х годах появились первые интегральные микросхемы которые на долгое время стали неотъемлемой частью любого вычислительного устройства. Началом эпохи современных CPU можно смело назвать 1971-й год.
Intel 4004
Первым однокристальным микропроцессором считается 4-битный Intel 4004, вышедший 15 ноября 1971 года. Компания Intel только начинала свой путь становления и ее создатели, Роберт Нойс, Гордон Мур и Эндрю Гроув, потратили немало сил на процесс развития. Благодаря вкладу итальянского физика Федерико Фаджина, инженерам компании удалось разместить ключевые компоненты на один чип и создать микропроцессор 4004.
Intel 8008
В начале 70-х компания выпустила первый 8-битный центральный процессор Intel 8008. Он разрабатывался одновременно с 4004 под заказ для Computer Terminal Corporation (в последствии Datapoint). Но компания отказалась от CPU (как и от сотрудничества с Intel) из-за того, что процесс создания микросхемы вышел за пределы установленных сроков, а его характеристики не соответствовали ожиданиям.
По технических характеристикам микропроцессор 8008 во многом соответствовал предыдущей версии. Он производился по тому же 10-мкм техпроцессу и содержал 3500 транзисторов. Внутренний стек поддерживал 8 уровней, а объем памяти был 16 Кб. Тактовая частота оказалась ниже, чем у 4004, она составляла 500 кГц. По скорости 8-битный процессор Intel отставал от 4-битного. Разрядность шины была 8-бит. Процессор мог обратиться к 8 портам ввода и 24 портам вывода.
Одной из первых компьютерных систем на основе микропроцессора стал проект Sac State 8008 (1972 год). Это был полноценный микрокомпьютер с дисковой ОС, цветным дисплеем, ОЗУ 8 Кб и диском 3+2 Мб, клавиатурой, модемом, принтером. Он предназначался для обработки и хранения медицинских записей.
Intel 8080
Весной 1974 года компания Intel выпустила усовершенствованную версию — 8-битный микропроцессор Intel 8080. Он производился по новому 6-мкм техпроцессу с использованием технологии NMOS, позволяющей разместить на кристалле 4758 транзисторов. Тактовая частота составляла 2 МГц (со временем 2,5 МГц, 3,1 МГц и 4 МГц), объем памяти — 64 Кб. Разрядность шины данных составляла 8-бит, а шины адреса — 16-бит. У 8080 была весьма развита система команд: 16 команд передачи данных, 31 команда для их обработки, 28 команд для перехода (с прямой адресацией), 5 команд управления.
За счет высокой производительности процессора пользовался успехом. На базе Intel 8080 компания MITS выпустила микрокомпьютер Altair-8800. Несмотря на скромные характеристики (256 байт оперативной памяти, отсутствие монитора и клавиатуры) он обрел небывалую популярность и раскупался очень быстро.
Существовало немало клонов Intel 8080 от других компаний, таких, как National Semiconductor, NEC, Siemens и AMD. Был и советский аналог от Киевского НИИ микроприборов — микропроцессор КР580ВМ80А (1977 год).
Motorola 6800
В 1974 году компания Motorola выпустила свой процессор — 6800. Кристалл производился по 6-мкм техпроцессу, с тактовой частотой 2 МГц и памятью 64 Кб. Использовалась технология N-МОП. Процессор имел 16-битную адресную шину и систему команд из 78 операций. Присутствовал индексный регистр.
Motorola 6800 был весьма популярным, он применялся во многих ПК. На базе его архитектуры были созданы микроконтроллеры Motorola 6801 и 6803.
MOS Technology 6502
В 1975 году компания MOS Technology представила 8-разрядный микропроцессор 6502. По сути, этот процессор был обновленной версией 6501, потерпевшей неудачу из-за совместимости по выводам с Motorola 6800. По характеристикам CPU уступал конкурентам 8080 и 6800. У него была 16-битная адресная шина, 64 Кб оперативной памяти. Тактовая частота составляла всего 1 МГц. Процессор имел CISC-архитектуру.
6502 использовался в таких ПК, как Apple I, Apple II, Commodore PET и т.д. Также процессоры данной серии нашел применение в видеоиграх, начиная с приставки Atari 2600, использующую модель 6507 с меньшим количеством выводов и возможностью адресации только 8 Кб памяти.
MOS Technology предоставили лицензии компаниями Rockwell, Synertek на производство процессоров и применение 6502. Существовал советский аналог 4К602ВМ1.
Zilog Z80
Во второй половине 70-х из Intel ушел один из создателей микропроцессора, итальянец Федерико Фаджин. Объединившись с инженером Ральфом Уингерманном и японским инженером Масатоси Симой они основали компанию Zilog. И уже в начале лета 1976 года на рынок вышел процессор Zilog Z80, который по своей архитектуре напоминал улучшенный 8080. У микропроцессора был расширен набор команд, появились новые регистры, режимы прерываний, два отдельных блока регистров.
CPU выходил в разных вариантах: Z80 (2,5 МГц), Z80A (4 МГц), Z80B (6 МГц) и Z80H (8 МГц). Применялся в компьютерах Sharp, NEC и других.
Intel 8086 и 8088
В 1978 году компания Intel выпустила первый 16-битный микропроцессор 8086. Его разработка велась более двух лет. Процессор производился по 3-мкм техпроцессу, содержал 29 000 транзисторов. Объем памяти достигал 1 Мб. Тактовая частота составляла 4 МГц — 10 МГц, разрядность регистров и шины данных была 16 бит, а разрядность шины адреса — 20 бит. Intel 8086 отличался скоростью работы.
В процессоре 8086 насчитывалось четырнадцать 16-разрядных регистров: 4 общего назначения (AX, BX, CX, DX), 2 индексных регистра (SI, DI), 2 указательных (BP, SP), 4 сегментных регистра (CS, SS, DS, ES), программный счётчик или указатель команды (IP) и регистр флагов (FLAGS, включает в себя 9 флагов).
Для увеличения продаж 8086 Intel выпустила процессор 8088, который во многом соответствовал предшественнику. Только уменьшилась ширина шины, с 16 бит до 8 бит. Подобное изменение позволило процессору работать с 8-разрядными микросхемами поддержки. Также несколько изменилась архитектура. В микропроцессоре Intel 8088 использовалась очередь упреждающей выборки длиной 4-байта, а не 6-байт.
Процессор использовался в первой модели линейки IBM РС 5150 (1981 год). Многие крупные компании, вроде AMD, Siemens, NEC и других, клонировали 8088.
Zilog Z8000
В 1979 году компания Zilog выпустила свой 16 битный микропроцессор Z8000. Он производился по 6-мкм — 3-мкм техпроцессу с количеством транзисторов 17500. Тактовая частота варьировалась от 4 МГц до 10 МГц для основной версии и от 4 МГц до 20 МГц для КМОП. Объем памяти достигал 8 Мб для Z8001 и 64 Кб для Z8002. Разрядность шины данных была 16 бит, а шины адреса — 23 бит (в версии Z8002 — 16 бит).
Изначально были выпущены две версии процессора: Z8001 и Z8002. Их различия заключались лишь в том, что первый работал с адресацией до 8 Мб памяти, а второй — лишь до 64 Кб. Несколько позже появились модели Z8003 и Z8004, которые умели работать с виртуальной памятью.
Процессоры Z8000 применялись в настольных Unix-компьютерах, позволяющих создавать настоящие многопользовательские системы.
Motorola 68000
Серия CISC-микропроцессоров Motorola 68000 (68к) была представлена в 1979 году. Кристалл имел 32-битное ядро, но работал посредством 16-битных шин данных и 24-разрядной шиной адресов. Его частота составляла 8 МГц — 20 МГц, а количество транзисторов насчитывало 68 000 штук. CPU производился в форм-факторе DIP с 64 контактами. Но также существовали модели с разъемами LCC и PGA.
Процессор приобрел популярность у многих компаний и применялся в различных ПК. Но конечно, наиболее известными являются компьютеры Apple: Lisa и Macintosh.
Intel 80186
Следующим процессором Intel стал 80186, в основе которого лежала архитектура 8086. Он производился по 3-мкм техпроцессу и содержал 134 000 транзисторов. Объем памяти составлял 1 Мб, разрядность шины данных была 16-бит, а шины адреса — 20-бит. Тактовая частота достигала 6 МГц — 25 МГц.
В 80186 добавились новые команды:
— два контроллера прямого доступа к памяти со схемами прерываний (DMA);
— дешифраторы адреса;
— трех-канальный программируемый таймер-счетчик;
— генератор синхронизации;
— программируемый контроллер прерываний.
Процессоры мало применялись в компьютерах, только в некоторых моделях ПК, вроде Compis (Швеция), RM Nimbus (Великобритания), Unisys ICON (Канада), HP 200lx (США), и Tandy 2000 (США).
Intel 80286
Следующая модель компании вышла в феврале 1982 года. Это был 16-битный x86-совместимый микропроцессор второго поколения 80286. Имелась поддержка реального режима. В защищенном режиме емкость адресного пространства могла составлять до 1 Гб за счет изменения механизма адресации памяти.
По техническим характеристикам процессор превосходил предыдущую модель. Он выпускался по 1,5-мкм техпроцессу с количеством транзисторов в 134 000 штук. Объем оперативной памяти составлял 16 Мб, а в защищенном режиме можно было использовать до 1 Гб виртуальной памяти. Разрядность регистров и шины данных составляла 16-бит. В зависимости от модели, тактовая частота могла быть 6 МГц, 8 МГц, 10 МГц или 12,5 МГц (при 12,5 МГц процессор выполнял не менее 2,66 млн операций в секунду).
WDC W65C816S
В 1984 году компания Western Design Center (WDC) выпустила 16-битный микропроцессор W65C816S. В модели была 24-битная адресация памяти и поддерживалось до 16 Мб памяти с произвольным доступом, а также присутствовал расширенный набор инструкций.
Процессор применялся в компьютере Apple IIGS, а также системах Acorn Communicator и C-One.
Intel i386
В 1985 году вышел 32-битный процессор с архитектурой x86 третьего поколения Intel 80386 (или i386). Процессор сохранил обратную совместимость с 8086 и 80286. Производился по 1,5-мкм — 1,0-мкм техпроцессу. Через страничное преобразование процессор мог адресовать до 4 Гб физической памяти и до 64 Гб виртуальной памяти. Тактовая частота составляла 12 МГц — 40 МГц.
Процессор Intel i386 представлялся в разных модификациях, отличающихся между собой производительностью, потребляемой мощностью, разъемами, корпусами и другими характеристиками. Модели: 386DX (DX — Double-word eXternal), 386SX, 386SL и 386EX (модификация процессора 386SX).
Первым компьютером, использующим процессор, стал Compaq Deskpro 386. Также модель была первым 32-разрядным процессором для настольных и портативных IBM PC.
У i386 было довольно много клонов, которые производились компаниями AMD, Cyrix и IBM. Топовая модель компании AMD была Am386DX, которая не уступала в производительности, стоила дешевле и имела тактовую частоту 40 МГц. Клоны компании Cyrix 86SLC и 486DLC также хорошо воспринялись пользователями. Наиболее известные клоны компании IBM были процессоры 386SLC и 386DLC, которые использовались в настольных компьютерах IBM PS/2 и PS/ValuePoint.
Intel i486
Следующие 32-битные процессоры компании, i486 (1989 год), были более производительны благодаря модернизации. CPU содержал почти 1,2 млн транзисторов (около половины отводилось для кэш-памяти). Чипы производились по 1-мкм техпроцессу, позже по 0,8-мкм и 0,6-мкм техпроцессам. Объем памяти составлял 4 Гб. Тактовая частота была 25 МГц — 50 МГц.
Процессор дополнился:
— кэш-памятью (8 Кб);
— вычислительным конвейером, который занимался разделением обработки компьютерной инструкции на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой из них. Конвейер включал в себя выборку, декодирование, декодирование адресов операндов, выполнение команды и запись результата выполнения инструкции;
— встроенным сопроцессором (модулем операций с плавающей запятой), помогающим выполнять математические операции над вещественными числами;
— коэффициентом умножения (множителем).
Разные компании также копировали Intel i486, как и предыдущие модели. Производством клонов занимались AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments и другие.
Motorola 68020, 68030, 68040
С 1984 по 1990 годы компания Motorola выпустила линейку своих 32-битных процессоров: 68020, 68030, 68040. «Пионер» i386 (68020) производился по 2-мкм техпроцессу и насчитывал 190 000 транзисторов. Его тактовая частота составляла 12 МГц — 33 МГц. 68020 стал первым процессором в линейке Motorola 68k со встроенной кэш-памятью первого уровня (объем 256 байт).
Процессор применялся в компьютерах Apple: Macintosh II и Macintosh LC.
В 1987 году в продаже появился 68030. В процессоре была динамическая шина данных, которая функционировала в 8-битных, 16-битных и 32-битных режимах. Появилось дополнительно 256 байт кэш-памяти первого уровня. Тактовая частота варьировалась от 16 МГц до 50 МГц.
Motorola 68030 также применялся в компьютерах Apple Macintosh II и Commodore Amiga, в системах Next Cube, Sun 3/80, Atari TT и Atari Falcon.
В 1990 году на рынок вышел процессор 68040. В нем появился встроенный сопроцессор. Объем кэша-памяти инструкций и кэш-памяти данных увеличился до 4 Кб. Принцип работы процессора основывался на вычислительных конвейерах, которые состояли из шести стадий. Тактовая частота достигала 40 МГц.
Процессор 68040 стал основой High-End-системы Macintosh Quadra. Macintosh Centris и Performa также использовали процессоры семейства 68040.
DEC VAX
В период с 80-х по 90-е компания DEC выпустила целую серию 32-битных процессоров, которые базировались на собственной архитектуре VAX (32-битная компьютерная архитектура, была разработана Digital Equipment Corporation в рамках проекта Star).
Первым в серии был MicroVAX 78032. Он изготавливался по 3-мкм техпроцессу и содержащий 125 000 транзисторов, работал на частоте 5 МГц.
В 1987 году был представлен чипсет CVAX, тактовая частота которого составляла 11,11 МГц или 12,5 МГц. Производился процессор с помощью технологии CMOS первого поколения, общий объем кэш-памяти инструкций и данных составлял 1 Кб и поддерживалось 64 Кб внешней кэш-памяти.
NEC V60, V70, V80
Отдельного упоминания достойны процессоры внутреннего рынка Японии.
Первый 32-битный процессор V60 был выпущен компанией NEC в 1986 году. Производился этот CPU по 1,5-мкм техпроцессу и насчитывал 375 000 транзисторов. Он использовал вычислительные конвейеры с шестью стадиями, а также имел встроенный сопроцессор и блок управления памятью. Тактовая частота достигала 16 МГц.
В 1987 году вышел V70, который со временем начал производиться по 1,2-мкм техпроцессу. Тактовая частота составляла 20 МГц. При такой скорости работы производительность чипа доходила до 6,6 млн инструкций в секунду.
И в 1989 году компания выпустила процессор V80. Эта модель уже имела кэш-память инструкций и кэш-память данных (объемом по 1 Кб). Производился кристалл по 0,8-мкм техпроцессу и содержал 980 000 транзисторов. V80 работал на частоте 25/33 МГц.