Objavljeno: 21.12.2021 | Avtor: Dominik Cigala | Monitor Januar 2022

Pol stoletja sodobnega računalništva

Mikroprocesor je digitalno integrirano vezje v polprevodniški tehnologiji, ki vsebuje aritmetično-logično enoto in nekaj nujnega pomnilnika. Z nekaterimi dodatnimi vhodnimi in izhodnimi vmesniki lahko upravlja delovanje različnih naprav. Mikroprocesorje najdemo že v zelo preprostih napravah, v vlogi centralne procesne enote računalnika pa je nezamenljiv že od leta 1971.

Za izum tranzistorja so John Bardeen, William Shockley in Walter Brattain leta 1956 prejeli Nobelovo nagrado.

Začelo se je davnega leta 1906, ko je Lee de Fores patentiral triodo, elektronski element, ki velja za predhodnika tranzistorja. Element je omogočal izdelovanje ojačevalnikov in radia na osnovi amplitudne modulacije. To je bila nerodna, velika stvar kratke življenjske dobe, z izredno veliko porabo energije in nenehnim pregrevanjem. V iskanju boljše rešitve so se znanstveniki iz vsega sveta podali na lov za novimi, bolj praktičnimi elementi, ki bi nadomestili elektronke. Obetajoča odkritja nato prekine druga svetovna vojna, zato naslednji velik korak pride šele leta 1947. Ko skupina znanstvenikov v Bellovih laboratorijih raziskuje naravo elektronov v spoju med kovino in polprevodnikom, odkrije med spuščanjem električnih signalov čez dve zlati konici na izhodu ojačan signal. Ob pomoči izuma izdelajo ojačevalnik, ki ne potrebuje elektronk in ogrevanja ob vklopu. John R. Pierce, ki skupino nadzoruje, izum poimenuje tranzistor.

Pred pojavom mikroprocesorja so bili računalniki ogromni in pregrešno dragi. Izvršni direktor IBM Thomas J. Watson je takrat celo izjavil, da svet potrebuje le pet računalnikov.

Električna vezja so, zahvaljujoč tranzistorjem, postala manjša in hitrejša. Najpogostejši so bili bipolarni tranzistorji, ki so jih inženirji združevali v integrirano vezje. Žal je zaradi zapletene strukture eno integrirano vezje lahko vsebovalo le malo število tranzistorjev. Računalnike so zato še vedno sestavljale plošče, na katerih je bilo na stotine čipov. To je bil čas elektronskega računalnika brez polprevodnikov. Od odkritja tranzistorja je minilo 20 let in nihče od strokovnjakov si ni znal predstavljati neslutenega razmaha, ki ga bo prinesel polprevodniški mikroprocesor. Strokovna javnost je bila prepričana, da je prihodnost računalništva zapečatena. Znana je izjava izvršnega direktorja IBM Thomasa J. Watsona, ki je bil še nedolgo tega prepričan, da svet potrebuje zgolj kakšnih pet računalnikov.

Mikroprocesor Intel 4004 je bil prvenstveno namenjen zgolj kalkulatorju Busicom 141-PF.

Konec 60. let prejšnjega stoletja je japonsko podjetje Nippon Calculating Machine pri Intelu naročilo integrirano vezje za kalkulator Busicom 141-PF. Čeprav so sprva načrtovali cel kup čipov, so se kasneje odločili za štiri vsestranske, ki bi bili programirani za različna opravila. Med četverico je bil tudi naš osrednji protagonist, Intel 4004, 4-bitni mikroprocesor s frekvenco 740 kHz, zmožen izvesti 92.000 ukazov na sekundo. Naslovil je lahko 4 kB programskega pomnilnika in 640 bajtov pomnilnika RAM. Čip, ki je bil zgrajen v 10-mikronski tehnologiji in je imel 2.300 tranzistorjev, je revolucionarno spremenil elektroniko, saj je zmogel toliko kot prejšnji računalniki v velikosti dnevne sobe. Bil je hiter ter poceni, za 60 dolarjev dostopen sleherniku. Zasnoval ga je italijanski inženir Federico Faggin, ki je zanj oblikoval tako logični del kot vezje in postavitev elementov, obenem pa izdelal tudi testno napravo in programsko opremo, ki je preverila delovanje mikroprocesorja. Prvi je imel čast preizkusiti delovanje testne sredice mikroprocesorja 4004 in prvi je prepoznal potencial brezhibnega delovanje kritičnih funkcij. Ko je Intel z Busicomom izpogajal, da lahko mikroprocesor ponudijo tudi drugim, je prevzel nadzor ekipe projekta MCS-4.

Italijan Federico Faggin je človek, čigar inicialke krasijo sredico prvega komercialnega mikroprocesorja na svetu.

Intel je 15. Novembra 1971 v reviji Electronic News objavil oglas, ki je naznanil prodajo prvega komercialnega mikroprocesorja. Večjega uspeha mikroprocesor ni doživel, saj so mu hitro sledili zmogljivejši izdelki, v prvi vrsti Intel 8008. Poleg kalkulatorja s tiskalnikom je med drugim poganjal še simulator kegljanja Bally Alley, fliper Bally Flicker, urejevalnik besedila Wang 1222, volilni stroj Compuvote ter razvijalska sistema Intel SIM-4 in Intel Intellec 4. Faggin, čigar začetnice imena so krasile sredice mikroprocesorjev, je podjetje Intel zapustil že leta 1974 in ustvaril lastno podjetje, Zilog, ki se je prav tako ukvarjalo z izdelavo mikroprocesorjev in je bilo neposreden konkurent Intelu. Intelovo vodstvo ga je kaznovalo s tem, da je večino njegovih patentov s področja mikroprocesorjev (razen že vloženih) pripisalo drugim razvijalcem, denimo Tedu Hoffu, ki je sicer sodeloval predvsem pri oblikovanju arhitekturne zasnove procesorja.

8-bitni procesor Intel 8008 je bil povod za rojstvo domačega računalnika Mark-8, ki je spočel industrijo osebnega računalništva.

Intel 8008, ki so ga pri Intelu izdelali leta 1972, ni bil prvi 8-bitni mikroprocesor na svetu. Ta naslov je osvojil TMX 1795 podjetja Texas Instruments in nato utonil v pozabo. Intel 8008 zaradi močno spremenjene arhitekture v primerjavi z modelom 4004, še danes velja za prvi pravi procesor. Zanimivo je, da je bil kljub 3.500 tranzistorjem dejansko počasnejši kot 4004, a je imel druge prednosti. Podpiral je 16 kb pomnilnika, kar je pripomoglo k širini izvajanih operacij. Procesor je zanetil ogenj domačega sestavljanja računalnikov, kakršen je bil Mark-8, ki se je pojavil na naslovnici revije Radio-Electronics in spočel industrijo osebnega računalništva.

Oče znamenitega zakona o podvajanju procesorskih zmogljivosti vsako poldrugo leto je bil eden izmed ustanoviteljev podjetja Intel, Gordon Moore.

Procesorju 8008 sta pri Intelu sledila 8-bitni 8080 in 16-bitni 8086. Vsak naslednji procesor je bil hitrejši in zmogljivejši. Od leta 1975 naprej bolj ali manj velja rek enega od ustanoviteljev podjetja Intel. Gordon Moore je ocenil, da se število tranzistorjev na enem čipu podvoji na vsaki dve leti in da bo tako še nekaj časa. Z manjšim popravkom, ki pravi, da se zmogljivosti računalnikov podvojijo približno vsakih 18 mesecev, se je trditev izkazala za precej natančno vse do danes, zato smo jo prekrstili v zakon, Moorov zakon. Komponente se vseskozi zmanjšujejo, postajajo hitrejše, cenejše in vse bolj vsestranske.

Konca zgodbe, ki se trenutno nadaljuje s sistemom na čipu (na sliki Apple M1), ne poznamo, znan pa nam je začetek, ki sega v daljno leto 1971.

Hiter vzpon mikroprocesorjev je pustil 4-bitni 4004 daleč za sabo, a zgodovina je bila napisana in nobenega dvoma ni, da Intelov izdelek predstavlja veliko razpotje, na katerem je industrija zavila v popolnoma novo in do takrat neznano smer. Zapuščina prvega komercialnega mikroprocesorja je ogromna. V zadnjih 50 letih so mikroprocesorji vplivali praktično na vse industrijske panoge, preoblikovali svetovno ekonomijo in za vedno spremenili družbo. Mnogi mikroprocesor primerjajo z obvladovanjem ognja. S tem se je človeštvo naučilo obdelovati fizične snovi, medtem ko so mikroprocesorji v prvi plan potisnili informacije. Napredka pa še zdaleč ni konec. Danes se tehnološka podjetja trudijo v en čip združiti različne zmožnosti, ki so doslej zahtevale ločene izdelke. Lep primer je Apple, ki je v procesor M1 stlačil cel sistem (angl. System on a chip – SOC). Ni čudno, da je Intel, mogoče prvič od leta 1971, v resnejših težavah.

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki

Monitor na Facebooku

Monitor TV na YouTube

HRWrFBljAjU

  • Polja označena z * je potrebno obvezno izpolniti
  • Pošlji