تاریخچه پردازنده های مرکزی 

تاریخچه پردازنده های مرکزی اولین پردازنده کمپانی اینتل در سال 1971 با نام 4004 وارد بازار شد. هدف از تولید این پردازنده 4 بیتی رابطه با سه میکروچیب 4001 ROM , 4002 RAM و 4003 Shift Register بود. کاربرد این پردازنده در ماشین حساب ها و دستگاه های مشابه بود. و در کامپیوتر کاربردی نداشت. سرعت این پردازنده تک هسته ای 740 کیلوهرتز بود. این سر عت در برابر سرعت گیگاهرتزی پردازنده های امروزی بسیار ناچیز به نظر می رسد. اما توجه داشته باشید که این پردازنده پایه گذار سی پی یو های امروزی است.

بررسی تاریخچه پردازنده های مرکزی

کمپانی اینتل در سال 1972 یعنی یک سال پس از ارائه 4004  به معرفی اولین پردازنده 8بیتی خود با نام 8008 اقدام کرد. و در ادامه در سال 1975 سری 8080 را وارد بازار  کرد. پردازنده 8بیتی سری 8008 سرعت بالاتری نسبت به 4004 داشت. اما با نرخ کلاک محافظه کارانه آن بین 200 الی 800 کیلوهرتز تنظیم شده بود. و در میان توسعه دهندگان سیستم عملکرد جذابی نداشت. اما پردازنده 8080 عملکرد بهتری نسبت به سری قبلی خود یعنی 8008 تجربه کرد. اینتل برای اولین بار در این سری پردازنده بود که از تکنولوژی ساخت ترانزیستور 6 میکرون استفاده کرد.

عملکرد خوب 8080 باعث شد تا در دستگاه های زیادی مورد استفاده قرار بگیرد. همین امر موجب شد تا چندین توسعه دهنده نرم افزاری مانند مایکروسافت بر روی توسعه نرم افزارهای سازگار با CPU های اینتل مانور بدهند.

8086 : آغاز x86

اولین پردازنده 16بیتی اینتل در سال 1978 با نام 8086 عرضه شد. نه تنها کلاک پردازنده 8086 از پردازنده 8088 بالاتر بود. بلکه از باس 16 بیتی و پشته ی 6 بایتی طولانی تری نیز برخوردار بود.

پروسسور 8086 تبدیل به اولین پروسسور x86 شد که از اولین ویرایش X86 ISA استفاده می کرد. که تقریبا تمامی پردازنده های Intel و AMD از زمان معرفی x86 بر پایه ی x86 ISA بوده است.

یکسال بعد از عرضه ی 8086 ، شرکت اینتل مدل 8088 را عرضه کرد. که بر پایه ی مدل 8086 ساخته شده بود. با این تفاوت که خطوط انتقال دیتا در آن نصف شده و پشته هم از 6 بایت به 4 بایت تقلیل یافته بود . همین امر موجب شد تا تعادل این پروسسور بهم ریخته و نتواند عملکردی بهتر از پردازنده 8086 نشان دهد.

اولین پردازنده ی این سری مدل 80186 بود. که اینتل چندین قطعه سخت افزاری که معمولا روی مادربورد به CPU اضافه می شود. از جملهclock  generator, interrupt controller  و تایمر را به آن اضافه کرد و در نتیجه دستور العمل های خاص حتی با وجود یکسان بودن کلاک ، با سرعت قابل ملاحظه ای نسبت به مدل 8086 اجرا می شدند .

پردازنده ی 80286 در همان سال عرضه ی 80186 به بازار آمد. و ویژگی های مشترک زیادی با آن داشت. اما مهم ترین تفاوت آن افزایش مقدار پهنای باند به 24 بیت بود. که این مورد به پردازنده اجازه می داد به حافظه ای تا 16 مگابایت دسترسی داشته باشد.

تاریخچه پردازنده های مرکزی  iAPX 432

در سال 1981 اولین پردازنده 32 بیتی شرت اینتل با نام iAPX 432 معرفی شد. اینتل انتظار داشت تا این پردازنده چندین برابر سریعتر از مدل های گذشته ی خود باشد. اما با وجود مشکلاتی در طراحی این مدل ، iAPX 432  به یک پروژه ی شکست خورده مبدل گشت .

طراحی این پردازنده نسبتا بزرگ بود. که باعث شد تا اینتل مجبور شود آنرا در 2 قالب جداگانه طراحی کند. هم چنین با توجه به کمبود پهنای باند ، پردازنده با مشکل کمبود دیتا مواجه میشد که سبب میشد تا پردازنده نتواند نتیجه ی مورد انتظار را ارائه دهد . iAPX 432 عملکردی بهتر از مدل های 8080 و 8086 داشت. اما با ارائه ی مدل های بعدی و رفع نواقص ، این مدل به سرعت جایگزین و در نهایت از بین رفت.

تاریخچه پردازنده های مرکزی  i960 : اولین پردازنده RISC اینتل

اینتل اولین پردازنده RISC ( reduced instruction set computer )  خود را در سال 1984 و برای جبران شکست مدل iAPX 432 طراحی کرد. پردازنده i960 توانست به یکی از پرفروش ترین CPU های سگمنت خودش تبدیل شود. در داخل این پردازنده از یک معماری 32 بیتی پیچیده استفاده شده بود. که از کانسپت طراحی RISC بهره می برد.

I960  پردازنده ای با کلاک پایین 10 مگاهرتز بود. که در طول سال ها و در طی بهبود های انجام شده ، فرکانس آن تا 100 مگاهرتز هم افزایش یافت . این پردازنده همچنین از 4 گیگ رم پشتیبانی میکرد . عملکرد قابل قبول این پردازنده باعث شد که در بسیاری از سیستم های کاری و نظامی از i960 استفاده شود.

پردازنده ی 80386 ، اولین پردازنده ی 32 بیتی با معماری x86 شرکت اینتل بود . یکی از کلیدی ترین ویژگی های این پردازنده 32 بیتی بودن آن بود. که اجازه میداد تا CPU از 4 گیگ رم بتواند استفاده کند . برخلاف پردازنده های مدرن ، در زمانی که پردازنده 80386 تولید شد ، رم بیشتر به معنای افزایش و بهبود عملکرد پردازنده بود . هم چنین این پردازنده از پردازش مجازی پشتیبانی میکرد. که سبب بهبود پردازش مالتی تسکینگ میشد.

اینتل پردازنده  80386 SX  را که شباهت زیادی به مدل 80386 داشت را به منظور عرضه ی مدلی با قیمت کمتر طراحی و تولید کرد . این پردازنده از معماری 32 بیتی استفاده می کرد. ولی با این تفاوت که ظرفیت باس آن 16 بیت بود. که نصف ظرفیت مدل قبل محسوب میشد. این کاهش در راستای کاهش هزینه های ساخت و ارائه ی پردازنده ای با قیمت مناسب بود.

پردازنده 80486 یکی دیگر از تلاش های قابل توجه اینتل در سال 1989 بود. که رمز موفقیت آن در یکپارچه سازی دقیق اجزای سازنده داخل پردازنده بود . 80486 اولین پردازنده ای بود که دارای حافظه ی کش L1 بود.

یکی از تغییرات اساسی مدل 80486 این بود که اینتل FPU ( Floating-point unit ) که یک واحد جداگانه ی پردازش عملیاتی بود را به CPU متصل کرد . همین تغییر و انتقال سخت افزاری باعث شد تا تاخیر بین FPU و CPU به شدت کاهش یابد . 80486 همچنین از رابط FSB سریع تری به منظور افزایش پهنای باند استفاده کرد. که تمامی این تغییرات موجب افزایش کارایی این پردازنده در مقابل مدل های 80836 شد.

اولین پردازنده اینتل با معماری x86 در سال 1993 با نام P5 طراحی و تولید شد. پردازنده Pentium به طور کلی از پردازنده ی 80486 سریع تر بود. و مهمترین ویژگی آن بهبود FPU بود که بیش از 10 برابر سریعتر شده بود.

اینتل در پردازنده های پنتیوم حافظه ی کش L1 را نسبت به مدل 80486 افزایش داده بود. به این ترتیب که Pentium اولیه از 16 کیلوبایت حافظه بهره می برد. اولین پردازنده های پنتیوم از ترانزیستور های 800 نانومتری بهره مند بودند. که سرعت 60 مگاهرتز را فراهم می ساخت.

اینتل قصد داشت تا پردازنده ی پنتیوم را با Pentium Pro که از معماری P6 بهره مند بود جایگزین نماید. اما در این راه با مشکلات فنی روبرو بود . پردازنده ی پنتیوم پرو 32 بیتی به لطف طراحی Out-of-Order به طور قابل توجی از پنتیوم سریع تر بود . Out-of-Order معماری داخلی پردازنده رو با تغییر و بازسازی همراه کرده بود. به این صورت که دستورالعمل ها در micro-ops رمزگشایی می شدند و سپس در واحدهای اجرایی عمومی ، اجرا می شدند.

اینتل با پردازنده های پنتیوم پرو بازار سرورهای شبکه را هدف قرار داده بود. به همین دلیل Address Bus را به 36 بیت گسترش داد و تکنولوژی PAE را اضافه کرد که سبب میشد پردازنده تا 64 گیگابایت حافظه را پشتیبانی کند . این رقم بیش از نیاز کاربران خانگی بود اما همانطور که گفت شد این پردازنده با هدف قراردادن سرور ها طراحی و تولید شده بود .

شرکت اینتل با ارائه ی پردازنده ی Pentium 2 در سال 1997 توانست تمامی مشکلات مدل قبل را برطرف سازد . یکی از پیشرفت های مدل پنتیوم II نسبت به مدل پرو ، افزایش حافظه کش L1 از 16 به 32 کیلوبایت ( 16 کیلوبایت داده + 16 کیلوبایت دستورالعمل ) بود.

هم چنین اینتل سعی کرد تا برای کاهش هزینه های ساخت و عرضه ی مدل پنتیوم II با قیمت مناسب ، تراشه های کش ارزان قیمت را در تولید این پردازنده به کار ببرد . اینتل در این مدل با بهره گیری از تجارب ساخت مدل پنتیوم پرو ، قابلیت MMX را به این پردازنده اضافه کرد تا توانسته باشد تمامی اشتباهات گذشته را جبران نماید.

هسته های CPU که در پردازنده ی پنتیوم استفاده شدند با نام های Klamath و Deschutes نامگذاری شدند. و به عنوان محصولاتی با نام Xeon و Pentium II Overdrive برای سرورها به فروش رسیدند .

در حین تولید و عرضه ی پنتیوم II ، اینتل خط تولید دو محصول Celeron و Xeon را راه اندازی کرد. این محصولات از همان هسته ی پردازنده های پنتیوم 2 و 3 استفاده میکردند. اما با مقادیر مختلفی از حافظه های کش عرضه میشدند. اولین پردازنده های Celeron که عرضه شدند از هیچ حافظه ی کش L2 بهره نمی بردند که باعث می شد پردازنده ها عملکرد وحشتناکی از خود نشان دهند.

تاریخچه پردازنده های مرکزی  سری های Core

Core یا هسته سی پی یو، پردازنده‌ای کوچکتر در داخل پردازنده اصلی است. در واقع به تنهایی یک پردازنده کامل است. بنابراین اگر شما یک پردازنده Dual Core داشته باشید، پردازنده شما از دو ریزپردازنده تشکیل شده است. این قابلیت به شما امکان اجرای چند عملیات را به صورت هم‌زمان می‌دهد.

امروزه پردازنده 2 هسته‌ای، 4 هسته‌ای، 6 هسته‌ای یا حتی پردازنده با هسته‌های بیشتر در بازار یافت می‌شوند. در بسیاری از کامپیوترها و حتی ابزارهای موبایل، تعداد هسته‌های بیشتر، به یک عامل مهم در فروش محصولات تبدیل شده است. در نگاه کلی، تعداد هسته‌های بیشتر به معنی قدرت پردازش بالاتر است. بسیاری از مردم تصور میکنند که عدد بیان شده نشان دهنده تعداد هسته های پردازنده است. درصورتی که اینگونه نیست. اعدادی که در ادامه نام این پردازنده ها آمده است، تنها بیانگر توان نسبی پردازنده در پردازش است.

در قدیم کامپیوترهایی که نیاز به قدرت پردازش بالاتر داشتند از چند CPU بر روی یک مادربرد بهره می‌برند. در این حالت، مصرف انرژی افزایش می‌یافت و ارتباط بین  ‌CPUها با تاخیر قابل ملاحظه‌ای انجام می‌شد. همچنین برای آنکه پردازنده‌های مختلف بتوانند به حافظه‌ی رم و دیگر اجزاء سخت‌افزاری بصورت مشترک دسترسی داشته باشند، به قطعات بیشتر از آنچه در مادربردهای معمولی استفاده می‌شد، نیاز خواهیم داشت که خود باعث افزایش هزینه مادربردها می‌شد.

در همین راستا تولیدکنندگان پردازنده به فکر ساخت CPUهایی افتادند که به چند هسته مجهز باشند تا هر کدام بتوانند نقش یک CPU مستقل را ایفا کرده و یک تسک را پردازش کنند. تصور کنید که قرار است عملیات ریاضی زیر توسط یک پردازنده‌ی تک هسته محاسبه شود:

2x20x60x187

در این حالت پردازنده ابتدا 2 را در 20 ضرب کرده و ‌سپس حاصل را در 60 ضرب کرده و نتیجه را در 187 ضرب می‌کند.

2×20

40×60

2400×187

اما یک پردازنده‌ی دو هسته‌ای می‌تواند دو عملیات اول را همزمان پردازش کرده و سپس عملیات سوم را پردازش کند. این کار که Parallelization یا پردازش موازی نام گذاری شده، باعث می‌شود تا سرعت اجرای دستورات بیشتر شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در گروه مهرگان آی تی در ارتباط باشید.