Computerele din ziua de azi nu sunt numai cele mai bune masinarii proiectate de cei mai buni ingineri si programatori, ele sunt produsul unei evolutii care s-a bazat atat pe capricii, pe considerente comerciale cat si pe inovatii tehnologice. Articolul "Istoria microprocesoarelor pentru PC" isi propune sa puna microprocesorul intr-un context istoric si sa discute etapele legate de evolutia sa.

Vom parcurge o istorie nu de doua decenii ci de mai multe secole, pornind de la primele masini de calcul mecanice din secolul XVII, trecand prin momentul ENIAC, pana la lupta dintre Intel si AMD din zilele noastre. La inceput a fost algoritmul, bazat pe matematica, acesta fiind exploatat de aparate rudimentare mecanice, apoi electromecanice, urmand sa prinda viata electronica odata cu computerele bazate pe lampi. Tranzistorul a fost catalizatorul boom-ului puterii de procesare, iar Intel si IBM au schimbat fata lumii asa cum era cunoscuta pana in 1970. Urmarea este cunoscuta, 4004, 8008, 8086, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, III, 4, respectiv K5, 6x86, K6, C3, K7 si in curand K8, de cealalta parte a baricadei. Toate aceste etape respectiv generatii sunt detaliate la maxim, cu tot cu informatii mai putin tehnice privind marketingul fara scrupule si tendintele monopoliste ale marilor companii. Este de ajuns sa parcurgem rapid istoria celor doi competitori ai zilelor noastre:

IntelLa 13 iulie 1968, Robert Noyce si Andrew Grove, nereusind sa convinga compania Fairchild sa se lanseze in "aventura" circuitelor integrate, au fondat propria companie, Intel, acronimul de la Integrated si Electronics. Scopul initial a fost impunerea memoriilor semiconductoare pe piata, cand memoriile cu miez magnetic erau inca dominante si costau mai putin. In anul 1969, compania japoneza Busicom, dorind sa dezvolte un calculator de inalta performanta, incredinteaza firmei Intel caietul de sarcini. Cercetatorii de la Intel au observat ca este mai practic sa reduci numarul circuitelor, cu conditia sa concentrezi un numar mai mare de functii logice pe fiecare. Asa a rezultat primul chipset (MCS-4), cu patru circuite, din care unul dedicat pentru calcul, 4004 - primul microprocesor industrial si comercial.

La 15 noiembrie 1971 lansarea lui Intel 4004 a dat startul celei de-a IV-a generatii de computere; chipul era capabil sa proceseze datele pe 4 biti, insa instructiunile (in numar de 46, orientate pe operatiuni aritmetice) aveau 8

biti; continea 2300 tranzistori, memoria adresabila era de 4 KB, efectua 60.000 operatii pe secunda, la frecventa de baza de 108 kHz. Acesta a fost cuplat cu o alta mare inventie a timpului, tot a lui Intel, si anume RAM-ul (chipuri de memorie de ordinul kilobitilor), rezultand o viteza crescuta de procesare. Intel a vandut drepturile asupra arhitecturii 4004 companiei Busicom pentru 60.000$, dar realizand ca 4004 este mai mult decat un simplu chip, le-a rascumparat mai tarziu, profitand de faptul ca Busicom trecea prin dificultati financiare. Acest targ rivalizeaza ca profitabilitate cu cumpararea Peninsulei Alaska de la Rusia de catre SUA, si se spune ca a fost "best-buy"-ul secolului XX.

AMDEste interesant de urmarit si evolutia lui AMD, al doilea fabricant mondial de procesoare, companie ce detinea venituri de 4,6 miliarde de dolari in 2001. La numai un an dupa Intel, la 1 mai 1969, firma AMD este fondata de Jerry Sanders si alti sapte asociati. Dorinta lor era de a construi o companie puternica de semiconductoare si circuite integrate (indeosebi memorii si electronica de telecomunicatii) pentru diferite segmente ale pietei.

Daca in primii ani AMD era frecvent al doilea fabricant al unor dispozitive licentiate de la alte companii, incetul cu incetul au inceput sa apara proiecte noi, circuite integrate cu design propriu. In 1976, AMD si Intel au semnat primul acord de schimb reciproc de patente, in urma caruia AMD a devenit al doilea producator de procesoare Intel. Acordul a fost reinnoit in 1981 si completat apoi in fiecare an. In ciuda acordurilor, primul conflict judiciar cu Intel a inceput in 1987. In martie 1991, dupa ani de procese, AMD introduce procesorul Am386 (o copie a lui Intel 386), rupand monopolul Intel, vanzand un million de exemplare in numai 6 luni.

Fiind pus in imposibilitatea de a putea copia procesorul Pentium, AMD a trebuit sa realizeze pe cont propriu urmatoarea generatie de procesoare, K5, introducand mai multe inovatii radicale in design. Dar in ciuda tehnologiei deosebit de avansate, K5 s-a dovedit un dezastru la trecerea in productie, fiind amanat de atatea ori incat la data aparitiei era deja depasit de concurenta. Cu o mutare controversata, AMD a cumparat NexGen, un fabricant de procesoare minor, ce nu detinea multe valori in afara unui design complex de procesor RISC x86 si a unei echipe de valoare. Cumpararea NexGen a dat nastere liniei K6, care a fost un succes considerabil.

Urmasul sau, AMD Athlon (K7) avea cea mai mare frecventa a momentului, cea mai buna performanta de tip integer, cel mai puternic coprocesor matematic si un pret mai mic, dominand absolut toate procesoarele Intel pana la sfarsitul anului 2001, cand Pentium 4 a reusit sa-l intreaca, bazandu-se pe o frecventa de minim 400 MHz avans. In prezent, AMD reprezinta in continuare ultima bariera ramasa impotriva monopolismului in universul procesoarelor pentru PC.

Intel vs. AMDAMD se lupta sa smulga procent dupa procent din volumul vanzarilor gigantului din Santa Clara, supranumit pe drept "ChipZilla". AMD este outsider-ul, "Challenger-ul", si automat capteaza mult mai usor simpatia publicului. Pasionatii de calculatoare urmaresc cu sufletul la gura aceasta lupta, in cel mai mic detaliu, lupta al carui rezultat nu poate fi pronosticat nici macar pe 6 luni.

Intel are faima si banii necesari pentru a face fata teoretic oricarei situatii dificile impuse de concurenta. Dar ritmul ultimilor ani a demonstrat ca, pas cu pas, AMD se apropie pe nesimtite de rivalul sau. Unii prezic ca AMD va depasi Intel, asa cum s-a intamplat si in arena 3D, cu NVidia si 3dfx. Altii spun ca Intel ar fi putut oricand sa scape de AMD cumparandu-l, dar si-a asumat benevol acest "ghimpe in spinare", pentru a nu fi acuzat de monopolism.

Nimic la ora actuala nu poate rivaliza cu dezvoltarea exponentiala a industriei IT, in care se situeaza si fabricantii de procesoare. E greu sa ne obisnuim cu gandul ca orice noua tehnologie va avea o viata atat de scurta, dar ne bucuram pentru performantele din ce in ce mai mari de care beneficiem.

Istoricul primelor microprocesoare

-13 iulie 1968 Robert Noyce si Andrew Grove au fondat prima companie,Intel. - mai 1969, advanced Micro Devices (AMD) este fondata de Jerry Sanders si alti 7 asociati AMD. S-a ocupat de fabricarea de dispozitive licentiate de alte companii, printer care si Intel.

-5 noiembrie lansarea lui Intel 4004 a dat startul celei de-a iv-a generatii de computere 1971 -1972 apare Intel 8008 -1974 Gary Kildall scrie CP/M primul system de operare pentru microprocesoare, stramosi si inspiral al viitorului MS-DOS -1975 apare Altois 8800 de Micro Instrumenattion Telemetry Syistem -1976 AMD si Intel semneaza un accord AMD devenind al doilea producator de procesoare Intel -1981 acordul a fost reinnoit AMD fabricand la scara larga viitoarele procesoare Intel 8088 si 80266

Microprocesoare

Un microprocesor este practic o colecţie de unităţi funcţionale plasate pe ceea ce se numeşte ``data-path'' (cărare a datelor?). Simplificată la maximum, funcţionarea unui procesor poate fi descrisă în următorii termeni:

1. Procesorul citeşte din memorie următoarea instrucţiune de executat; 2. Procesorul decodifică instrucţiunea: sunt trimise semnale de comandă

spre feluritele unităţi funcţionale. Datele de prelucrat sunt extrase de unde se află (probabil din regiştrii) şi trimise spre una dintre unităţile funcţionale (de exemplu, dacă trebuie executată o instrucţiune de adunare, datele sunt trimise la unitatea care face adunări);

3. Unitatea funcţională activă prelucrează datele şi generează rezultatul; 4. Rezultatul este trimis la destinaţia sa (posibil un registru); 5. Ciclul se reia de la pasul 1.

Să observăm următoarele caracteristici ale unui microprocesor, pe care le vom contrasta apoi cu cele ale hardware-ului reconfigurabil:

Procesorul are în interior un număr relativ limitat de unităţi funcţionale. Orice procesare de date trebuie exprimată în termenii operaţiilor pe care aceste unităţi funcţionale le pot executa.

Toate operaţiile se execută pe date de aproximativ aceeaşi mărime, numită ``cuvînt'' (unele procesoare pot efectua prelucrări pe mai multe dimensiuni, cum ar fi 8, 16 şi 32 de biţi, dar oricum este vorba de un set foarte limitat de dimensiuni).

Teoretic, pentru fiecare program am putea construi un procesor special, care execută numai acest program: dacă programul nostru are două adunări independente am putea construi un procesor cu două unităţi aritmetice. Microprocesoarele nu sunt astfel construite: ele refolosesc aceeaşi unitate; o multiplexează în timp. Toate adunările sunt făcute una după alta, cu aceeaşi unitate aritmetică.

Un procesor nu poate executa foarte multe instrucţiuni simultan. Procesoarele moderne beneficiază de două tehnici care sporesc viteza de execuţie:

o Pipelining: un procesor poate avea simultan mai multe instrucţiuni succesive în curs de execuţie, în faze diferite. Să zicem că am acasă o maşină de spălat şi una de uscat. Atunci pot usca o încărcătură de rufe în timp ce spăl alta. Practic pot face de două ori mai multe rufe în acelaşi timp decît în cazul în care am o singură maşină care face amîndouă operaţiile. Asta se cheamă ``pipelining''; toate procesoarele moderne folosesc această tehnică: în timp ce o instrucţiune este decodificată, alta este executată şi alta este citită, etc.

o Multiple issue: un procesor are de obicei mai multe unităţi funcţionale; de pildă înmulţitorul este diferit de sumator. Atunci procesorul poate lansa în execuţie mai multe instrucţiuni care folosesc unităţi diferite simultan. Astfel de procesoare se numesc ``superscalare''.

Cu toate acestea, cantitatea de paralelism disponibilă unui procesor este relativ limitată. Un procesor Pentium II poate teoretic lansa în execuţie 4 instrucţiuni simultan, dar în medie, măsurînd performanţa pe programe mari, reuşeşte să execute doar în jur de 2 pe fiecare ciclu de ceas (din felurite motive, cum ar fi instrucţiuni succesive care vor aceeaşi unitate funcţională).

Un microprocesor trebuie să fie ``bun la toate'' şi nu este excelent pentru nimic. Anumite tipuri de calcule nu pot fi făcute cu procesoare din această cauză; este nevoie de ASIC-uri.