Mikroişlemci Tarihçe

Tarihçe
İlk mikroişlemciler
Teknolojideki birçok gelişmeyle beraber, mikroişlemci artık zamanı gelen bir fikirdi Üç proje, yaklaşık aynı zamanda tartışmalı bir şekilde tam bir mikroişlemciyi doğurmuştu: Intel'in 4004'ü, Texas Instruments'ın TMS 1000'i ve Garrett AiResearch'ün Central Air Data Computer'ı 1968'de Garrett'ın, Birleşik Devletler ordusunun yeni uçağı F-14 Tomcat'in ana uçuş kontrol bilgisayarını yapması istendi Dizayn 1970'de tamamlanmıştı ve çekirdek ana işlem biriminde olduğu gibi MOS tabanlı bir yonga seti (chipset) kullanıyordu Dizayn, yarıştığı diğer mekanik sistemlere göre daha küçük ve çok daha güvenilirdi ve bütün öncü Tomcat modellerinde kullanılmıştı Fakat sistem o kadar gelişmiş görüldü ki; ordu, dizaynın yayınlanmasını 1997'ye kadar reddetti Bu yüzden, kullandığı CADC ve MP944 yonga setleri günümüzde bile hala tam olarak bilinememektedir
Texas Instruments (TI), 4-bit TMS 1000'ü üretti ve önceden programlanmış gömülü uygulamalara önem verdi 17 Eylül 1971'de TMS1802NC olarak adlandırılan bir versiyon, bir hesap makinesinin tüm işlevlerini bir çip üzerinde gerçekleştirebiliyordu Intel'in çipi 4-bit 4004, 15 Kasım 1971'de piyasaya sürüldü ve Federico Faggin tarafından geliştirildi
TI, mikroişlemci için patent başvurusunda bulundu Gary Boone, 4 Eylül 1973'de tek-çip mikroişlemci mimarisiyle US Patent 3,757,306 aldı Hangi şirketin laboratuarlarında ilk çalışan mikroişlemciye sahip olduğunu bilmek hiçbir zaman mümkün olmayabilir İlginç bir şekilde, bir üçüncü şahıs "mikroişlemci" yi de kapsayabilen bir patente sahip olduğunu iddia etti Bu sitede, bir mucidin TI ve Intel'den önce bulduğu, "mikroişlemci" sayılabilecek ya da sayılamayacak, "mikrodenetleyici" (microcontroller) anlatılmaktadır
Mikroişlemcinin değişik bir biçimi olan bir-çipte-bilgisayar, (computer-on-a-chip) mikroişlemci çekirdeği (CPU), bellek ve G/Ç (giriş/çıkış) hatlarının hepsini tek bir çip üzerinde toplar Bir-çipte-bilgisayar patenti (o sıralarda "mikrobilgisayar patenti" olarak adlandırılıyordu) US Patent 4,074,351, TI'dan Gary Boone ve Michael J Cochran'a verilmişti Bu patent bir yana, mikrobilgisayarın standart anlamı ana işlem birim(ler)i olarak bir veya daha fazla mikroişlemci kullanan bilgisayar iken, patentte tanımlanan kavram muhtemelen bir mikrodenetleyiciye daha yakındır
A History of Modern Computing, (MIT Press), pp 220-21'e göre, Intel dizayn etmekte olduğu bir terminalde kullanılacak bir çip için, daha sonra ismi Datapoint olacak olan San Antonio TX orijinli Computer Terminals Corporation ile bir anlaşma yaptı Daha sonra Datapoint çipi kullanmaktan vazgeçti ve Intel bunu Nisan 1972'de 8008 olarak piyasaya sürdü Bu, dünyanın ilk 8-bit mikroişlemcisiydi 8008 ve halefleri, dünyaca ünlü 8080, mikroişlemci bileşen pazaryerini oluşturdu
Önemli 8-bit tasarımlar
4004'ü, daha sonra, 1972'de, dünyanın ilk 8-bit mikroişlemcisi olan 8008 takip etti Bu işlemciler, çok başarılı olan Intel 8080 (1974), Zilog Z80 (1976) ve Intel 8-bit işlemcilerin türevlerini müjdeliyordu Rekabet eden Motorola 6800, Ağustos 1974'de piyasaya sürüldü Mimarisi 1975'de, 1980'lerde Z80'in popülerliğiyle yarışacak olan MOS Technology 6502'de kopyalandı ve geliştirildi
Z80 de 6502 de, daha küçük paketleme (packaging), basit bilgisayar bus ihtiyaçları ve ayrı bir çip üzerinde bulunması gereken devrelerin eklenmesiyle (örneğin, Z80 bellek denetleyici içermekteydi) genel maliyeti düşürmek üzerine yoğunlaşmıştı Bu özellikler, 1980'lerin başındaki ev bilgisayarı "devrim" ini mümkün kıldı
Western Design Center, Inc (WDC) 1982'de CMOS 65C02'yi tanıttı Bu dizayn Apple IIc ve IIe kişisel bilgisayarların, otomotiv, endüstriyel ve tüketim aygıtlarının çekirdeğini oluşturdu Motorola 1978'de MC6809'ü üreterek bütün 8-bit dünyasında büyük yankı uyandırdı MC6809 tartışmaya açık bir şekilde, gelmiş geçmiş en güçlü, ortogonal ve en temiz 8-bit mikroişlemciydi - aynı zamanda üretime geçen mikroişlemciler arasında en karmaşık hardwired mantıksal dizayna sahipti Yaklaşık bu zamanlarda, MC6809'dan daha güçlü dizaynlar için mikrokodlama (microcoding) hardwired mantığın yerine geçti - bunun nedeni özellikle hardwired mantık için dizayn gereksinimlerinin çok fazla karmaşık olmaya başlamasıydı
Başka bir 8-bit mikroişlemci ise Signetics 2650'ydi Bu mikroişlemci, yenilikçi ve güçlü komut kümesi mimarisiyle (instruction set architecture) kısa bir ilgi gördü
Başka bir mikroişlemci ise uzay uçuşu dünyasında kullanılan RCA'nın RCA 1802'siydi (CDP1802, RCA COSMAC (1976)) NASA'nın 1970'lerdeki Voyager ve Viking uzay sondalarında kullanıldı CDP1802'nin kullanılmasının sebebi düşük güç tüketimi ve üretim süreci nedeniyle (safirde silikon) kozmik radyasyona ve elektrostatik yayılımlara karşı o zamanın diğer işlemcilerinden daha iyi dayanmasıydı Bu nedenle, 1802, radyasyona karşı güçlendirilmiş ilk mikroişlemci olarak kabul edilir
16-bit tasarımlar
İlk çoklu-çip (multi-chip) mikroişlemci 1973'de üretilen National Semiconductor IMP-16'ydı Bu yonga setinin 8-bit versiyonu 1974'de IMP-8 olarak piyasaya sürülmüştü 1975'de National ilk tek-çip 16-bit mikroişlemciyi, PACE'i, üretti PACE'i daha sonra NMOS versiyonu olan INS8900 takip etti
TI'ın 16-bit mikroişlemcisi TMS 9900, TI-990 tipi mikrobilgisayarlarla uyumluydu 9900, ayrıca TI 990/4 mikrobilgisayar, TI-99/4A ev bilgisayarı ve TM990 tipi OEM mikrobilgisayarlarda kullanılıyordu Intel 8080 gibi çoğu 8-bit mikroişlemci, daha yaygın, küçük ve ucuz plastik 40-pin DIP'le paketlenirken, 9900, büyük bir seramik 64-pinli DIP'le paketleniyordu TMS 9900'ün ardından TMS 9980, Intel 8080 ile rekabet etmek için dizayn edilmişti 9980, bütün TI 990'lar 16-bit komut setine sahipti; plastik 40-pin paket kullanıyordu; tek seferde 8 bit taşıyabiliyordu fakat sadece 16KB adresleyebiliyordu Üçüncü bir çip, TMS 9995 yeni bir dizayndı Aile daha sonra 99105 ve 99110'u da kapsayacak şekilde genişledi
1984'de The Western Design Center, Inc (WDC) WDC CMOS 65C02'nin 16-bit yükseltmesi olan CMOS 65816'yı üretti 65816 16-bit mikroişlemcisi, Apple IIgs'nin ve daha sonra da Super Nintendo Eğlence Sistemi'nin çekirdeğini oluşturdu Bu, 65816'yı tüm zamanların en popüler 16-bit dizaynlarından biri yaptı
Intel değişik bir yol izledi Emüle edecek bir minibilgisayar olmadan 8080 dizaynlarını geliştirerek 16-bit Intel 8086'yı, modern PC tip bilgisayarların çoğunda bulunan x86 ailesinin ilk üyesini, üretti İlk IBM kişisel bilgisayarı, model 5150'de kullanılan 8088 mikroişlemcisi, 8086'nın harici bir 8-bit data bus a sahip versiyonuydu 8086 ve 8088 sonrasında Intel 80186, 80286 ve 1985'de 32-bit 80386'yı üretti ve işlemci ailelerinin geriye uyumluluğuyla; PC piyasasındaki egemenliğini sağlamlaştırdı
Gömülü mikroişlemci bellek yönetim birimi (the integrated microprocessor memory management unit) (MMU), Intel'de Childs et al tarafından ortaya atıldı ve 4,442,484 numaralı Birleşik Devletler patenti alındı
32-bit tasarımlar




Bir Intel 80486DX2 die deki yukarı iç bağlantılar


32-bit dizaynları ortaya çıkmaya başladıktan sonra 16-bit dizaynları piyasada çok fazla kalamadı
32-bit dizaynların en ünlülerinden biri, 1979'de üretilen MC68000 idi Sık bilinen adıyla 68K, 32-bit yazmaçlara (register), fakat 16-bit dahili data yollarına (data paths) ve pin sayısını azaltmak üzere 16-bit harici data bus a sahipti ve yalnızca 24-bit adreslemeyi destekliyordu Motorola'nın onu genel olarak 16-bit bir işlemci olarak tanıtmasına rağmen, açık bir şekilde 32-bit mimarisine sahipti Yüksek hız, büyük (16 megabayt) bellek alanı ve nispeten ucuz fiyatı onu sınıfının en popüler ana işlem birimi dizaynı haline getirdi Atari ST ve Commodore Amiga gibi 1980'lerin ortalarındaki sistemlerde kullanılmasının yanı sıra aynı zamanda Apple Lisa ve Macintosh sistemlerinde de 68000 kullanılmıştır
Dünyanın ilk tek-çip tam 32-bit mikroişlemcisi (32-bit data yolları, 32-bit bus lar ve 32-bit adresleme), ilk örnekleri 1980'de gelen ve üretime 1982'de geçen AT&T Bell Labs BELLMAC-32A idi (Bu kaynakçasal referans a ve bu genel referans a bakabilirsiniz) 1984'de AT&T'nin dağılmasından sonra bu mikroişlemciye WE 32200 adı verildi (WE Western Electric'in kısaltmasıydı) ve iki takipçi nesile sahip oldu: WE 32100 ve WE 32200 Bu mikroişlemciler, AT&T 3B5 ve 3B15 mikrobilgisayarlarda, dünyanın ilk masaüstü süpermikrobilgisayarı 3B2'de, dünyanın ilk 32-bit dizüstü bilgisayarı "Companion"da ve günümüzdeki oyun konsollarındakine benzer ROM-pack bellek kartuşu kullanan dünyanın ilk kitap-boyutunda (book-sized) süpermikrobilgisayarı "Alexander" da kullanıldı Bu sistemlerin tümü UNIX System V işletim sistemini çalıştırıyordu
Intel'in ilk 32-bit mikroişlemcisi iAPX 432 idi 1981'de üretilen bu mikroişlemci, ticari bir başarıya ulaşamadı Gelişmiş bir yetenek tabanlı nesne yönelimli mimariye (capability-based object-oriented architecture) sahipti Fakat Motorola 68000 gibi rakip mimarilere göre düşük performans elde ediliyordu
Motorola'nın 68000 ile yakaladığı başarı, sanal bellek (virtual memory) desteği sunan MC68010'u doğurdu 1985'de tanıtılan MC68020 tam 32-bit data ve adres bus larına sahipti 68020, Unix süpermikrobilgisayar piyasası ve masaüstü sistemler üreten birçok küçük şirket (örneğin; Altos, Charles River Data Systems) için çok popüler oldu Bunu takiben, MMU'yu çipe ekleyen MC68030 ile beraber 68K ailesi, DOS çalıştırmayan her sistem için uygun işlemci oldu Devam eden başarı, daha iyi aritmetik performans için FPU'ya sahip olan MC68040'ı doğurdu 68050, hedeflediği performansa ulaşamadı ve piyasaya sürülmedi Takipçisi MC68060, piyasaya çok daha hızlı bir RISC dizaynla sürüldü 1990'ların başlarında 68K ailesi masaüstü piyasasından çekildi
Diğer büyük şirketler, 68020'yi dizayn etti ve takipçilerini gömülü ekipmanlarda (embedded equipment) kullandılar Bir noktada, gömülü ekipmanlardaki 68020'lerin sayısı, PC'lerdeki Intel Pentium'lardan daha fazlaydı (Gömülü kullanım bilgisi için bu siteye bakınız) ColdFire işlemci çekirdekleri, saygıdeğer 68020'nin türevleriydi
Bu zaman süresince (1980'lerin başlarından ortalarına kadar), National Semiconductor, NS 16032 adında (daha sonra 32016 ismi verildi) 68020'ye çok benzer bir 16-bit pinout lu, 32-bit dahili mikroişlemciyi, tam 32-bit versiyonu olan NS 32032'yi ve bir sınıf 32-bit endüstriyel OEM mikrobilgisayarları üretti 1980'lerin ortalarında, Sequent, NS 32032 kullanarak; ilk simetrik çoklu-işlemcili (symmetric multiprocessor (SMP)) server sınıfı bilgisayarı üretti Bu, 32032'nin birkaç başarısından biriydi ve 1980'lerin sonunda piyasadan çekildi
MIPS R2000 (1984) ve R3000 (1989) çok başarılı 32-bit RISC mikroişlemcilerdi Uç sınıf (high-end) iş platformlarında ve server larda kullanıldı
Diğer dizaynlardan biri, piyasaya çok geç giren ve çabuk çekilen ilginç Zilog Z8000'di
1980'lerin sonlarındaki "mikroişlemci savaşları" bazı mikroişlemcileri öldürdü Örneğin, sadece bir ana dizayn kazancıyla, Sequent'in NS 32032'si yok oldu ve Sequent, Intel mikroişlemcileri kullanmaya başladı
1985'den 2003'e kadar 32-bit x86 mimarisi, masaüstünde, dizüstünde ve server piyasasında giderek yaygınlaştı ve bu mikroişlemciler gittikçe daha hızlı ve daha yetenekli hale geldiler Intel, mimarisinin öncü versiyonlarını diğer şirketlere lisansladı fakat Pentium'u lisanslamayı reddetti Bu yüzden AMD ve Cyrix, kendi dizaynlarını yaparak bu mimarinin daha sonraki versiyonlarını gerçekleştirdiler Bu kısa süre içinde, işlemcilerin karmaşıklığı (transistör sayısı) ve yetenekleri (komut/saniye) en az 1000 katına çıktı

Dosya:Chipcpujpg
Günümüz mikroişlemcisi ve anakartla bağlantısını sağlayan pinler


64-bit masaüstü mikroçipler
1990'ların başlarından beri bazı piyasalarda 64-bit mikroişlemciler kullanılırken, 2000'lerin başları PC piyasası için hedeflenmiş 64-bit mikroçiplerin doğuşu olarak kabul edilir
AMD'nin Eylül 2003'te ilk 64-bit IA-32 ile geriye uyumlu mimarisi olan AMD64'ü tanıtmasından sonra, Intel de kendi x86-64 ciplerini üretti ve 64-bit masaüstü çağı başlamış oldu İki işlemci de eski 32-bit uygulamaları çalıştırabilirken, yeni 64-bit yazılımları da destekliyordu 64-bit Windows XP ve 64-bit çalışabilen Linux ile yazılımlar da bu işlemcilerin bütün gücünü ortaya çıkarma fırsatı buldu 64-bit e geçiş sadece yazmaç boyutlarının IA-32'ye göre artması değil ayrıca yaşlanmış CISC dizaynı için genel amaçlı yazmaçların sayısının da iki katına çıkması demekti
64 bit e geçiş, 90'ların başlarında PowerPC işlemcilerinin dizaynından beri amaçlanmıştı ve uyumsuzluk için büyük bir neden değildi Mevcut tamsayı yazmaçları, ilgili data yolları gibi genişletilmişti fakat birkaç yıl boyunca IA-32'de olduğu gibi floating point ve vektör birimleri 64 bit veya daha fazlasında çalışıyordu x86-64'e genişleyen IA-32'de olanın aksine, 64-bit PowerPC'ye yeni bir genel amaçlı yazmaç eklenmedi Böylece, geniş adres alanını kullanmayan 64-bit modu uygulamaları çalıştırılırken elde edilen performans kazancı az oluyordu
Çok-çekirdekli işlemciler




AMD X2 3600 Çift Çekirdek işlemci


1990'ların başlarından beri server larda ve iş platformlarında kullanılan ve popüler olan simetrik çokluişlem (multiprocessing) dizaynlarında olduğu gibi, bilgisayarın performansını arttırmak için değişik bir yaklaşım da bilgisayara daha fazla işlemci eklemekti Moore Kanunu'na uygun kalmak; çip yapma teknolojileri, teknolojinin fiziksel sınırlarına yaklaştıkça daha da zorlaşmaktadır Bu yüzden, piyasadaki sabit gelişimlerin hızını yakalamak için mikroişlemci üreticileri performansı arttırmak adına başka yollar aramaktadırlar
Bir çok-çekirdekli işlemci, kabaca birden fazla mikroişlemci çekirdeğini kapsayan tek bir çiptir Etkin olarak, potansiyel performansı çekirdek sayısıyla çarpmak (işletim sistemi ve yazılım birden çok işlemcinin avantajını kullanacak şekilde dizayn edilmişse) genel performansı verir Bus arayüzü ve ikinci seviye önbellek (second level cache) gibi bazı bileşenler çekirdekler arasında paylaşılabilir Çekirdekler fiziksel olarak birbirlerine çok yakın olduğu için, ayrık çokişlemcili sistemlere göre, birbirleriyle iletişimleri çok daha yüksek saat hızlarında gerçekleşir ve böylece genel sistem performansı artmış olur
2005'de, ilk büyük piyasa çift-çekirdek (dual-core) işlemcileri duyuruldu ve 2006 itibariyle, server lar için dört-çekirdek (quad-core) işlemciler kullanılabilir olmaya başlarken, çift-çekirdek işlemciler uç-sınıf server larda ve iş platformlarında yaygın olarak kullanılmaktadır
RISC
1980'lerin ortalarından 1990'ların başlarına kadar, birçok yeni, yüksek performanslı RISC (azaltılmış komut kümesi bilgisayarı (reduced instruction set computer)) mikroişlemciler üretildi Bu mikroişlemciler, özel amaçlı makinelerde ve Unix iş platformlarında kullanıldı ve Intel-standart masaüstü hariç bütün rollerde evrensel bir hale geldi
İlk ticari dizayn, MIPS Technologies tarafından yapıldı, 32-bit R2000 (R1000 piyasaya sürülmemişti) R3000 dizaynı gerçekten pratik bir hale getirmişti ve R4000 dünyanın ilk 64-bit dizaynı olarak tanıtıldı Rakip projeler, IBM'in POWER ve Sun'ın SPARC sistemlerini doğurdu Kısa bir süre içinde, tüm büyük üreticiler bir RISC dizaynı üretmeye başladı Bunlardan bazıları: AT&T CRISP, AMD 29000, Intel i860 ve Intel i960, Motorola 88000, DEC Alpha ve HP-PA'ydı
Piyasa güçleri, ana masaüstü RISC işlemci olarak PowerPC'yi ve sadece Sun dizaynlarında kullanılan SPARC'ı bırakarak; bu dizaynlardan çoğunun eriyip gitmesine neden oldu MIPS, en önemlisi Cisco router larında olduğu gibi, çoğu gömülü dizayn olarak kullanılan bazı SGI sistemleri sağlamaya devam etmektedir Orijinal dizaynların geri kalanı ise günümüzde ya yok olmuştur ya da yok olmak üzeredir Diğer şirketler, özellikle ARM'a yöneldi ARM orijinal olarak ev bilgisayarlarını amaçlamış fakat daha sonra gömülü işlemci piyasasına yoğunlaşmıştı Bugün, MIPS, ARM veya PowerPC çekirdeği tabanlı RISC dizaynları işlemsel aygıtların (computing devices) çok geniş bir çoğunluğuna güç vermektedir
64-bit hesaplamalarında, DEC Alpha, AMD64, MIPS, SPARC, Power Mimarisi ve HP-Intel Itanium popüler dizaynlardır

Kaynak : Wikipedia