Из техничких разлога садржај читалишта можете пратити искључиво на латиници.

Istorijski razvoj procesora

Šta je procesor?

Procesor ili mikroporcesor, odnosno jedinica centralnog procesora (engl. CPU – Central Processing Unit) je sigurno najvažnija komponenta personalnog računara. Proučimo ukratko naziv:

  • Jedinica, zato što je čip koji sadrži milione tranzistora.
  • Centralna, zato što je centar personalnog računara za obradu podataka.
  • Procesor, zato što procesuira (obrađuje) podatke.

 

 

Bez procesora ne bi bilo personalnog računara. Kao i sve ostale hardverske komponente, procesori se neprestano usavršavaju. Svedoci smo eksplozivnog tehnološkog razvoja obrade podataka zahvaljujići razvoju novih I bržih procesora. Procesori udvostručavaju svoje performance svakih 18 meseci I nema pokazatelja da će taj trend prestati.

 

Početak razvoja procesora

Istorija mikroprocesora počinje 1971. godine, kada je mala i nepoznata kompanija, Intel, kombinovanjem više tranzistora napravila prvu jedinicu centralnog procesora - čip nazvan Intel 4004. To je bilo osam godina pre nego što je napravljen prvi PC.

Svaki procesor fizički izgleda veoma jednostavno, ali on je u svojoj unutrašnjosti jako kompleksan, jer se radi o stotinama miliona tanzistora koji su smešteni u jednom čipu.

Prvi put tako nešto je uspelo 1971. kada je napravljen prvi procesor Intel 4004, koji je doduše mogao samo sabirati i oduzimati, ali su naučnici prvi put uspeli da u jedan čip smeste silna integrisana kola i tranzistore, što je dalo podsticaj za daljnji razvoj procesora koji su tim napretkom počeli da troše mnogo manje električne energije.

Veoma često se spominje i Moore-ov zakon koji objašnjava da se svakih 18 meseci broj tranzistora i brzine udvostručava, a glasi ovako: The complexity of an integrated circuit, with respect to minimum component cost will double in about 18 months.

Istorijat procesora

Prvi računari (ENIAC, 50-ih) nisu imali procesor već su se njihove vakumske cevi i diode fizički morale prespajati da bi se određeni zadatak obavio. Doba procesora počinje pojavom računarskog programa tj. software-a pohranjenog u računaru za obavljanje određene funkcije. Novi preokret u razvoju procesora dolazi 1947. s izumom tranzistora – sićušne poluprovodne komponente (najčešće od silicijuma) koja služi za pojačavanje ili preusmeravanje elektroničkog signala. Tranzistor je uveliko povećao brzinu prenosa signala za razliku od vakumskih cevi, a omogućio je i značajno smanjenje dimenzija procesora. Nekoliko hiljada povezanih tranzistora na čipu su činili integrisane krugove – el. sklopove sposobne za obavljanje brzih računskih operacija.

Procesor 4004 bio je preteča svih današnjih ponuda firme Intel i do dana današnjeg, svi procesori PC-a bili su zasnovani na originalnim projektima ove firme. Prvi čip koji je upotrebljen u IBM PC-u bio je Intel 8088. U vreme kada je odabran, to nije bio najbolji CPU, u stvari Intelov sopstveni procesor 8086 bio je moćniji i pojavio se ranije. Procesor 8088 je odabran iz ekonomskih razloga: njegova 8-bitna magistrala podataka je zahtevala jeftinije matične ploče od 16-bitnog 8086. Takođe, u vreme kada je projektovan originalni PC, većina raspoloživih čipova za veze bila je namenjena za upotrebu u 8-bitnim konstrukcijama. Ovi rani procesori ne bi imali ni blizu dovoljnu snagu da izvršavaju današnje programe. Čipovi treće generacije, zasnovani na Intelovim 80386SX i DX procesorima, bili su prvi 32-bitni procesori koji su se pojavili u PC-u.

Glavna razlika među njima bila je u tome što je 386SX bio 32-bitni procesor samo u svojoj unutrašnjosti, dok su njegove veze sa spoljašnjim svetom bile preko 16-bitne magistrale podataka. To je značilo da su se podaci kretali između SX procesora i ostatka sistema upola manjom brzinom nego kod procesora 386DX.

Četvrta generacija procesora je bila takođe 32-bitna. Ipak, oni su svi nudili izvestan broj poboljšanja. Prvo, čitava konstrukcija je bila pažljivo urađena za Intelovu familiju 486, čineći ove procesore više od dva puta bržim. Drugo, oni su imali 8 kilobajta skrivene (cache) memorije na samom čipu, baš uz procesorsku logiku. Ovi skriveni prenosi podataka iz glavne memorije su značili da je procesor u proseku morao da čeka na podatak sa matične ploče samo 4% od ukupnog vremena, jer je obično bio u stanju da dobije traženu informaciju iz cache-a.
Model 486DX razlikovao se od 486SX samo po tome što je imao i matematički koprocesor na ploči. To je bio zaseban procesor, projektovan da preuzme proračune sa pokretnim zarezom. On je imao malo uticaja na svakodnevne primene, ali je menjao performansu tabelarnih proračuna, programa za projektovanje pomoću kompjutera itd.

Važna inovacija bilo je udvajanje generatora takta uvedeno sa procesorom 486DX2. To je značilo da su kola unutar čipa radila dva puta brže od spoljašnje elektronike. Podaci su bili prenošeni između procesora, unutrašnje skrivene memorije i matematičkog koprocesora dvostrukom brzinom, što je značajno poboljšavalo performansu. Procesor 486DX4 je dalje usavršio ovu tehniku, utrostručavajući brzinu generatora takta da interno radi na 75 ili 100 MHz i udvostručavaju i veličinu primarne skrivene memorije na 16 kilobajta.

Pentium je definišući procesor pete generacije koji obezbeđuje veoma povećanu performansu u odnosu na čipove 486 koji su mu prethodili, zahvaljujući većem broju promena u arhitekturi koje ukljucuju i udvostručavanje širine magistrale podataka na 64 bita. Procesor P55C MMX je napravio dalja značajna poboljšanja udvostručavanjem primarne skrivene memorije na ploci na 32 kilobajta i proširenjem skupa instrukcija u cilju optimizovanja izvršavanja multimedijskih funkcija. 1995. godine uveden je procesor Pentium Pro, kao naslednik Pentiuma.

Bio je prvi u šestoj generaciji procesora i uveo je više jedinstvenih osobina arhitekture koje nikada ranije nisu bile viđene u procesorima PCa. To je bio prvi CPU iz glavnog proizvodnog toka koji je radikalno promenio način izvršavanja instrukcija, prevodeći ih u mikroinstrukcije slične onima kod RISC procesora i izvršavajući ih u vrlo naprednom jezgru. Takodje je uvedena skrivena memorija koja je imala dramatično viši nivo performanse u poređenju sa svim ranijim procesorima.

Umesto da se koristi keš memorija sa matične ploče koja radi brzinom memorijske magistrale, upotrebljena je integrisana skrivena memorija drugog nivoa sa njenom sopstvenom magistralom, koja radi punom brzinom procesora, tipično tri puta brže od skrivene memorije na Pentiumu. Intelu je trebala gotovo jedna i po godina da proizvede novi čip posle Pentiuma Pro.

Kada se konačno pojavio, ispostavilo se da je Pentium II bio samo sledeći evolutivni korak. Ovo je pokrenulo nagađanje da je prilikom izrade Pentiuma II jedan od glavnih Intelovih ciljeva bio da pobegne od skupe integrisane skrivene memorije drugog nivoa koju je bilo teško proizvoditi na Pentiumu Pro. U pogledu arhitekture, Pentium II se ne razlikuje mnogo od Pentiuma Pro, ima slično emulaciono jezgro x86 i većinu istih ostalih osobina.

Pentium II je unapredio arhitekturu Pentiuma Pro udvostručavanjem veličine skrivene memorije prvog nivoa na 32 kilobajta, upotrebom specijalnih cache memorija da se poveća efikasnost obrade 16-bitnog koda (Pentium Pro je bio optimizovan za 32-bitnu obradu i nije tako dobro radio sa 16-bitnog kodom) i povećavanjem veličine bafera za pisanje. Međutim, ono o čemu se najviše govorilo u vezi sa Pentiumom II bilo je njegovo pakovanje. Integrisana sekundarna skrivena memorija Pentiuma Pro, koja je radila punom procesorskom brzinom, bila je na Pentiumu II zamenjena specijalnom malom pločom koja je sadržavala procesor i 512 kilobajta sekundarne skrivene memorije i koja je radila na polovini brzine procesora.

Ovaj sklop koji je nazvan jednoivični cartridge (single-edge cartridge – SEC), bio je projektovan tako da odgovara slotu od 242 pina (socket 8) koji se nalazio na novim matičnim pločama za Pentium II.

Hronologija radne frekvencije/broja tranzistora u Intelovim Pentium procesorima:

  • 1993. Pentium 60MHz i 66MHz - 3.1 milion
  • 1994. Pentium 90MHz i 100MHz - 3.2 miliona
  • 1995. Pentium 133MHz - 3.3 miliona
  • 1995. Pentium Pro 150, 166, 180 i 200MHz - 5.5 miliona
  • 1996. Pentium 150 i 166MHz - 3.3 miliona
  • 1997. Pentium 166 i 200MHz - 4.5 miliona
  • 1997. Pentium II 233, 266 i 300MHz - 7.5 miliona
  • 1998. Pentium II 450MHz - 7.5 milijuna
  • 1999. Pentium III 500 - 733MHz - 28 miliona
  • 2000. Pentium 4 1.40 and 1.50GHz - 42 miliona
  • 2001. Pentium 4 2.0GHz - 55 miliona
  • 2002. Pentium 4 3.06GHz - 55 miliona
  • 2003. Pentium M 1.60GHz - 77 miliona
  • 2004. Itanium - 25 miliona CPU, s cache-om preko 200 miliona tranzistora

Osnovni uslov koji je postavio IBM Intelu da bi njegovi procesori postali osnova PC računara je bila da još minimalno jedna korporacija ima pravo na patente za gradnju procesora serije x86. Intelov izbor je pao na AMD s čime se i IBM složio.

Tokom sledećih 25 godina nekoliko drugih kompanija se pokušalo ugurati u ovaj posao ali malo koja od njih je ostavila ikakav trag. Ti malobrojni konkurenti su uspeli izgraditi Intel kompatibilne procesore, a evo i redosleda po njihovom uspehu:

  • Centaur
  • Transmeta
  • Cyrix Nexgen
  • NEC

Današnji procesori dostižu mnogo veci radni takt od svojih preteča. Dostižu brzine i do 8GHz (overclocked), dok fabričko stanje novih procesora dostiže radni takt do 5GHz. Napredovanjem procesora, morali su se I socketi menjati. Tako da danas, u jedan tip socketa mogu ici samo par procesora, a ne svaki, koji se napravi. U borbi oko prevlasti u oblasti procesora su ostali INTEL i AMD.

Autor : Aleksandar Ljubić

 

Рачунарски факултет Рачунарски факултет 011-33-48-079