Storia dei microprocessori - "PARTHENOPE"

Università degli Studi di Napoli “Parthenope”
SICSI V° CICLO – CLASSE A042
Perla Francesca
2004-2005
A cura di:
Baiano Gilda
Esposito Faraone Filomena
Tamburrino Cerullo Rosa
Schiavo Anna
In principio….
Probabilmente non si potrà mai sapere con esattezza quando l'uomo si rese
conto di poter effettuare dei calcoli e, soprattutto, di essere in grado di farlo
attraverso l'uso di uno strumento o di un utensile.
Questa capacità di esplorare e sistematizzare l'universo dei numeri, primo
passo per il dominio dei dati e delle informazioni, si perde indubbiamente
nella notte dei tempi e ha sempre rappresentato per l'uomo una sfida
affascinante e stimolante, portata avanti nei secoli, pur con le inevitabili e
conseguenti limitazioni della tecnologia del proprio tempo.
Solo nel nostro secolo, e più precisamente a partire dagli anni Cinquanta, si è
affermata quella capacità intuitiva e scientifica in grado di portare alla nascita dello
strumento più adatto e più aderente al concetto stesso di calcolo in tutti i suoi più
vari aspetti: il computer. Il suo stesso nome, infatti, chiarisce le sue prerogative.
Sviluppo dei computer
"Computer" deriva dal rumeno còmputà=contare dall’antica radice latina
compurare= "fare di conto".
(A dargli questo nome fu Anatasoff Berry, un rumeno. E' lui considerato il "padre"
del Computer ).
Lo sviluppo del computer negli ultimi decenni non ha avuto eguali in
nessun altro ambito industriale e tecnologico. Gli elaboratori
diventano sempre più veloci e potenti, e una macchina acquistata
oggi sarà obsoleta tra sei mesi. Ciò è dovuto principalmente alla
produzione di dispositivi microelettronici sempre più piccoli, una corsa
cominciata più di sessant’anni fa………….
La prima generazione: 1936-1956
Dai calcolatori elettromeccanici
al primo hard-disk.
Gli elaboratori a partire dagli anni '50 vengono suddivisi in
“generazioni “, basandosi essenzialmente sull'evoluzione della
tecnologia impiegata.
Con il termine prima generazione si indica quel periodo durato circa
vent‘anni che vide la nascita dei primi calcolatori elettromeccanici:
queste macchine eseguivano solo le operazioni per le quali erano
state programmate, sfruttando complessi meccanismi attivati da
motori elettrici. L'uso di valvole e diodi sostituirà nel tempo gli
interruttori meccanici, e getterà le basi per l'invenzione del
transistor.
Una scelta…obbligata
La rappresentazione binaria delle informazioni è la più semplice da
utilizzare nell’elaborazione automatica.
Un codice binario, infatti, utilizza due soli simboli: 0 e 1. Per codificare
un’unità d’informazione binaria (bit) occorre un sistema fisico con due
stati ben definiti e determinabili dall’esterno; in tal modo è possibile far
corrispondere a uno stato in valore 0 e all’altro stato il valore 1.
Utilizzando diversi elementi è possibile rappresentare sia le dieci cifre,
sia l’alfabeto, sia un certo numero di altri simboli. Il mattone elementare
con cui sono costruiti i computer è l’interruttore di corrente elettrica,
che appunto può trovarsi in due diversi stati: “aperto” e “chiuso”. La
storia dell’elaborazione automatica dell’informazione ha seguito lo
sviluppo di interruttori sempre più efficienti, più piccoli e più veloci nella
commutazione.
Interruttore (1)
Poiché la velocità con cui un'interruttore si apre o si chiude (detto
tempo di commutazione) condiziona in modo rilevante la velocità
di calcolo del computer, dall'invenzione dei primi calcolatori ad
oggi si è cercato di migliorare questo meccanismo rendendolo
sempre più veloce.
Inoltre, la necessità di elaborare grandi quantità di informazioni
ha imposto anche l'esigenza di compattare in spazi ristretti un
numero sempre più grande di interruttori fino a raggiungere
livelli di miniaturizzazione impensabili quando furono introdotti
i primi calcolatori.
Interruttore (2)
Interruttore domestico
l'illuminazione.
per
La commutazione di questo
tipo di interruttore deve essere
eseguita
manualmente
e
pertanto risulta inadeguato per
la
realizzazione
di
un
calcolatore. Quello che manca
ad un simile dispositivo è il
controllo automatico mediante
un segnale elettrico per far
passare l'interruttore da uno
stato all'altro (commutazione).
Relè
Relè elettromeccanico a due
scambi.
Permette di controllare due
interruttori
(visibili
sulla
destra) mediante un segnale
elettrico.
Il relè elettromeccanico è
probabilmente il meccanismo
più semplice che consente di
automatizzare l'apertura e la
chiusura di un interruttore e,
per questa ragione, è stato il
primo componente scelto per
realizzare le reti logiche nei
calcolatori.
In principio fu il relè
I primi elaboratori automatici di informazioni sono stati lo Z3 di Konrad Zuse,
costruito in Germania (1941) e l’Harvard Mark 1 di Howard Aiken negli USA
(1944). Entrambi erano basati sul commutatore più veloce disponibile
all’epoca: il relè. Una commutazione avviene in un centesimo di secondo.
Per fare un confronto con le macchine di oggi, lo Z3 conteneva 600 relè
nell’unità di calcolo e 1400 relè nella memoria. Ciò consentiva di effettuare
una operazione aritmetica (moltiplicazione, divisione o estrazione di radice)
in circa 3 secondi.
Dal relè alle valvole
Le macchine a relè dimostrarono presto i loro limiti e furono
sopravanzate da dispositivi completamente elettronici. Tra il 1939 e il
1942, Vincent Atanasoff e Clifford Berry svilupparono negli Stati Uniti
l’ABC, che utilizzava condensatori come elementi di memoria e valvole
termoioniche (o tubi elettronici) al posto dei relè.
La valvola termoionica (o tubo a vuoto) è stato il primo componente
elettronico 'attivo' realizzato dall'uomo. Per 'attivo' si intende un
componente che, grazie ad una fonte esterna di energia, è in grado
di innalzare la potenza di un segnale posto al suo ingresso. Il suo
funzionamento di massima è semplice: la corrente passa fra due
elettrodi: l'anodo ed il catodo, a seconda della tensione a cui sono
posti e a seconda della tensione a cui sono poste alcune parti
metalliche (griglie) frapposte ai due. Il catodo, terminale negativo,
emette elettroni per effetto termoionico, cioè per riscaldamento. Nei
primi tipi di valvola, il catodo era a riscaldamento diretto, cioè per
riscaldarlo veniva usata una parte della corrente anodica: però,
visti i grossi problemi di interferenze che questo sistema crea nei
ricevitori con più valvole venne presto abbandonato, e il compito di
scaldare il catodo è oggi affidato universalmente a un filamento in
tutto e per tutto simile a quello delle lampadine a bassa tensione.
Le valvole
La maggiore velocità delle valvole termoioniche deriva dal fatto che il dispositivo non contiene parti
meccaniche in movimento, ma l'apertura e chiusura dell'interruttore è controllata dalla sola
presenza della tensione elettrica su un elettrodo ausiliario (griglia). Infatti, è la tensione di griglia
che controlla (permette o inibisce) il passaggio di una corrente elettronica dal catado all'anodo.
Il triodo è il tipo di valvola più semplice che può essere utilizzata per realizzare un interruttore
controllato da un segnale elettrico. Le prime valvole elettroniche sono state introdotte all'inizio
del '900. Un calcolatore a valvole era caratterizzato anche da un notevole consumo di corrente
elettrica poiché poteva contenere migliaia di tali dispositivi. Infine, un grave inconveniente delle
valvole termoioniche era legato alla loro scarsa affidabilità in termini di durata. Infatti, il
notevole numero di valvole impiegate in un calcolatore faceva sì che i guasti in tali calcolatori
fossero particolarmente frequenti.
L’ABC
Sarà
terminato
nel
1942 e battezzato ABC
(Atanasoff
Berry
Computer).
Non è programmabile,
ma fornisce le basi per
i successivi computer.
(da sinistra) John V. Atanasoff II, Arthur
Oldehoeft (Computer Science), Charles
Shorb e John Gustafson (Ames Lab)
accanto alla replica del computer ABC (11
Agosto 1997)
1946: Entra in funzione
ENIAC
La logica delle calcolatrici elettromeccaniche fu riportata nel primo calcolatore
elettronico: l'Eniac ("Electronic Numerical Integrator and Calculator )
Questo mastodonte
entrò in funzione il 16
febbraio1946 in un
salone di nove metri
per
quindici,
al
poligono di tiro del
comando di artiglieria
di Aberdeen, nel
Maryland
ENIAC (2)
Ecco alcune sue caratteristiche: aveva quasi 17 mila valvole, 70 mila resistenze e 10 mila
condensatori, 5 mila saldature e un peso di trenta tonnellate. Era capace di effettuare 300
moltiplicazioni o 5.000 addizioni al secondo e assorbiva la bellezza di 174 Kilowatt quando era in
funzione, con il risultato di fare fondere continuamente, per via del terribile calore, gli isolanti dei
diversi condensatori. Questo vero e proprio colosso, ma delicato come una fragile lampadina, venne
costruito per conto dell'Esercito americano, più precisamente per il laboratorio ricerche balistiche.
Originariamente doveva costare 150.000 dollari, alla fine, però, il suo costo arrivò alla stratosferica
cifra di quasi mezzo milione di dollari, una somma altissima per un solo elaboratore. Ma spesa a
parte (a carico dei contribuenti, ovviamente), l'"Eniac" era considerato utilissimo nei vertici
dell'Esercito americano.
Questo perché le tabelle balistiche, indispensabili per ogni tipo di cannone e proiettile, erano
necessarie ai soldati statunitensi poiché, dopo la campagna di guerra del Nord Africa nel 1942, gli
Alleati avevano capito che, a causa delle differenti caratteristiche e peculiarità del terreno, così
diverso rispetto a quello americano, i tiri dell'artiglieria risultavano assai imprecisi. Allo stesso
tempo, però, ricalcolare a mano tutte le precedenti tabelle era un'impresa a dir poco impossibile.
Tanto per fare un esempio, per stilare una semplice tabella balistica occorreva calcolare dalle
duemila alle quattromila traiettorie, ognuna delle quali richiedeva all'incirca 750 moltiplicazioni. Ecco
perché il contributo di "Eniac" fu importantissimo, in quanto fu capace di calcolare una determinata
traiettoria in appena 30 secondi contro le quasi venti ore necessarie a un matematico con l'ausilio di
una calcolatrice elettromeccanica.
ENIAC (3)
L'impiego della tecnologia elettronica permise di ottenere una velocità di calcolo mille
volte superiore. Si trattava sempre di una macchina a programma esterno ed era ben
diversa dai computer moderni.
Per programmarlo si dovevano cambiare i collegamenti al suo interno. Una cosa che
purtroppo non si può riportare in queste pagine è l'odore di queste macchine, che veniva
disperso in seguito all'enorme calore prodotto. Odore di circuiti elettrici, di trasformatori
impregnati di olio isolante, di cavi, di legno, di metalli surriscaldati e acidi vari. La stessa
cosa vale per il rumore. Un insieme di suoni provenienti dagli enormi impianti di
condizionamento, dai relè, dalle vibrazioni dei trasformatori e degli impianti di
alimentazione dei circuiti.
L'ENIAC era un calcolatore generalpurpose, i cui limiti erano principalmente
la piccola quantità di memoria e la noiosa
modalità di programmazione.
ENIAC (4)
Considerato una meraviglia del suo tempo, questo gigante rimase in servizio per nove
anni, fino a quando divenne praticamente impossibile usarlo a causa dei continui guasti
e per le enormi spese di manutenzione (una squadra di dieci tecnici era sempre
disponibile ventiquattro ore al giorno). Dato l'enorme calore sprigionato e la fragilità dei
suoi componenti, l'"Eniac" si guastava in media ogni cinque ore e mezza e in un anno
era capace di bruciare quasi 20 mila valvole.
Ma oltre alle sue incredibili dimensioni e per il fatto
di essere considerato il primo vero "prototipo" di
"computer", l'"Eniac" merita di essere ricordato
anche per un altro fatto.
Durante la sua costruzione, lo scienziato John
Tykey creò il termine di "bit", attraverso la
contrazione delle parole inglesi "Binary digit" (cifra
binaria). Una striscia di otto "bit" forma un "byte",
oggi universalmente utilizzato per rappresentare
un carattere o un numero singolo. Questo per dare
un'idea del numero di calcoli che vengono
effettuati da un comune computer dei nostri giorni
(nell'ordine di diversi miliardi al secondo) per
eseguire i tanti programmi o "softwares", rispetto
alle prestazioni del povero "Eniac".
1945: EDVAC
Ha inizio il progetto dell'EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) sotto la guida
di John von Neumann e H.H. Goldstine.
Si
tratta
del
primo
progetto
di
calcolatore elettronico a programma
memorizzato.
In altre parole del
calcolatore moderno.
vero
e
proprio
Derivato dall'ENIAC, esso ne perfeziona
il concetto di programmabilità, in
quanto i programmi -anzichè essere
inseriti dall'esterno- sono incorporati
nella memoria della macchina.
1946
Nell'anno la IBM sviluppa la macchina moltiplicatrice 603.
E' il primo calcolatore elettronico commerciale a valvole prodotto in serie.
E' in grado di eseguire le moltiplicazioni 1.000 volte più velocemente delle
precedenti macchine elettromeccaniche.
C'è nell'aria il boom dell'ENIAC e per la prima
volta IBM si sente superata da un progetto
che non aveva intuito né previsto. Una delle
risposte IBM al successo dell'ENIAC fu
appunto la produzione in massa (dove per
"massa" s'intende una ventina di esemplari!)
del calcolatore 603, che opera ad una velocità
di 6.000 schede all'ora, mentre le macchine
elettromeccaniche
della
concorrenza
viaggiavano a 600 schede/ora.
1947
Al MIT (Massachusetts Institute of Technology), nasce 'Whirlwind',
macchina molto veloce orientata al funzionamento 'in tempo reale'.
Fa uso per la prima volta di nuclei magnetici.
Diviene operativo nel 1950. E' considerato il primo 'minicalcolatore‘.
1947-1948
Viene introdotto il tamburo di memoria magnetica, come dispositivo di
memorizzazione dati nel computer.
Nel frattempo…………
……..Il 23 dicembre 1947 la direzione dei laboratori Bell viene informata da
John Bardeen e Walter Brattain che insieme a William Shockley hanno
sviluppato il primo transistor [TRANsfer reSISTOR].
Il primo transistor, presentato
presso i Bell Labs nella storica
data del 23 dicembre 1947
Il transistor aprirà la strada alla seconda
generazione di computer.
Ma devono ancora essere fatte molte
ricerche per mettere realmente i
transistor in produzione e non ci
vorranno meno di 6 anni per farlo.
1948 IBM 604
Il calcolatore elettronico 604, introdotto nel 1948 e di cui si venderanno
5.600 unità nei successivi 10 anni, era progettato principalmente per
calcoli commerciali.
Nella configurazione di base sarà usato con un
lettore perforatore di schede (tipo 521?).
Per renderlo utile a fini commerciali viene
abbinato ad una tabulatrice 402 o 407 e da una a
tre unità d'espansione di memoria tipo 941.
Questa combinazione verrà felicemente venduta
sotto il nome CPC (Card-Programmed electronic
Calculator).
Il prezzo sarà attorno al milione di dollari di oggi.
Il 604 ha una velocità di clock di 50.000 impulsi al
secondo (50Khz diremmo oggi).
Le macchine 402-407 e 941 sono invece
elettromeccaniche ed usano relè e contatori
rotanti con tempi di 400ms per operazione,
contro lo 0,5ms del 604!
1948 Mark 1
Il 21 giugno, presso l'Università di Manchester, Mark I (ovvero Baby
machine) diventa il primo computer digitale a programma memorizzato
realmente operativo.
Utilizza valvole e circuiti.
1949
Il computer Whirlwind, costruito sotto la guida di Jay Forrester al MIT,
diventa il primo computer in tempo reale ed è messo in servizio nel terzo
trimestre.
Contiene 5.000 valvole.
1949
Basandosi sull'idea di un computer a programma memorizzato, Eckert e
Mauchly fondano la compagnia UNIVAC per sviluppare l'UNIVAC-1
(UNIVersal Automatic Computer).
E' la prima compagnia che intende
produrre computer su vasta scala
e non più per scopi prettamente
scientifici o militari.
Verranno
prodotte
46
unità,
vendute per più di un milione di
dollari.
Da questa macchina in poi l'uso di
programmi cablati e impostati
tramite interruttori
sarà
considerata obsoleta.
Questa macchina riceve le istruzioni
direttamente dal programma memorizzato
su di essa.
1949
Alla Università di Cambridge viene progettato e prodotto l'EDSAC
(Electronic Delay Storage Automatic Calculator), da Maurice Wilkes e
dallo staff del Mathematical Laboratory at Cambridge University.
La macchina è l'equivalente dell'UNIVAC.
Dispone di tubi di memorie acustiche,
oscilloscopio come display e contiene la
cosiddetta
libreria
di
subroutines
disegnata da Wilkes.
La libreria consiste di piccoli programmi
denominati
appunto
subroutines
e
probabilmente rappresenta il primo
tentativo di kernel di sistema.
Si può considerare il primo calcolatore a
programma totalmente memorizzato.
Il programma e i dati sono entrambi
modificabili in memoria, proprio come
suggeriva il brevetto di Zuse nel 1936,
ma Zuse stesso non implementò questa
tecnologia nei suoi Z1, Z2 e Z3.
1950-1951
1950
Viene ultimato il MARK III, che si basa su un progetto di sole valvole elettroniche.
Il computer preleva i dati da un nastro magnetico.
La macchina pesa 35 tonnellate ed è composta da 700.000 parti separate. Un'addizione
richiede 0,3 secondi, mentre per una moltiplica occorrono 6 secondi.
1951
Il primo Univac I è
spedito
all'Ufficio del
Censimento degli USA in marzo.
Il primo computer costruito in serie. Pesa
5 tonnellate, la sola unità centrale (la
CPU) è lunga più di 5 metri e alta 2 metri
e mezzo. Le capacità del calcolatore
permettono di risolvere il prodotto di due
numeri in 2,5 millisecondi: una potenza
di calcolo notevole. I primi exit-poll
dell'era moderna videro protagonista
proprio un Univac-I, che durante le
elezioni presidenziali americane del 1952
anticipò il risultato finale (vinse
Eisenhower).
1951 Memoria a nuclei
magnetici
L'americano Jay Wright Forrester, (capo del progetto Whirlwind) l'11 maggio,
registra un brevetto per la memoria a nuclei magnetici chiamato
"Multicoordinate Digital Information Storage Device". Queste memorie sono
composte da piccoli nuclei magnetici attaverso i quali vengono fatti passare 4
fili. I due fili incrociati (blu) servono a cambiare la polarità di un nucleo. Per
indirizzare il cambio di polarità ad un solo nucleo la corrente che viene fatta
passare da un solo filo sarebbe insufficiente, ma nel punto in cui interseca la
corrente dell'altro filo allora ha abbastanza forza per variare il campo
magnetico, che così passa dallo stato O allo stato 1 o viceversa.
La lettura della memoria è di tipo distruttivo, perchè va a cambiare la polarità
del nucleo, che deve essere rimesso nel suo stato originale.
In tutti i casi l'invenzione è geniale perchè si tratta di memorie non volatili
(essendo formate da campi magnetici) ad alta velocità e sicuramente
affidabili.
Le prime unità di nastri magnetici impiegate all'epoca presentano un grosso problema: i
frequenti comandi di avvio/arresto del nastro alla fine lo danneggiano o lo inceppano.
La IBM risolve questo problema tramite una colonna sotto vuoto.
Facendo passare il nastro all'interno di una colonna sotto vuoto, infatti, il nastro rimane
sempre teso verso il basso e siccome non vi è resistenza dell'aria non si danneggia e resta
in posizione.
1952
La IBM annuncia il 701, un nuovo calcolatore progettato per il calcolo
scientifico, di cui il primo esemplare verrà installato per la Difesa USA.
Ne saranno prodotti e
installati solamente 19
esemplari nell'arco dei
suoi 3 anni di vita.
Ronald Reagan e Herb Grosch del Watson
Laboratory's e l'IBM 701 nel 1956
1953
Il più grande computer a valvole mai costruito fu quello per il progetto SAGE
(Semi-Automatic Ground Environment) dell'Aeronautica degli USA per la difesa
aerea del territorio americano.
Iniziato nel 1953 sarà pienamente funzionante solo dieci anni più tardi.
Il sistema SAGE raccoglie informazioni dai radar dislocati in varie parti del
territorio che, tramite linea telefonica, trasmette ad una sede centrale per
l'elaborazione, tramite appunto questo nuovo sistema di computer.
Man mano che il sistema si evolverà, verranno piazzati nuovi radar,
comunicazioni,
computer,
visualizzatori
e
nuove
tecnologie
di
programmazione.
1953
Debutta l'IBM 650, conosciuto anche col nome di calcolatore a tamburo magnetico e
diventa
il primo
computer prodotto industrialmente.
Con questa macchina si può affermare che è nato il primo minicomputer.
Ne verranno venduti 450 già nel primo anno di produzione.
Nei successivi 15 anni ne saranno prodotti e venduti più di 1500, che per questo periodo è
un record assoluto.
Come il 701, anche il 650 può leggere e scrivere sia da nastro magnetico che da schede
perforate.
IBM 650
Nel 1956 il prezzo per il noleggio era di 3.200$/mese (il costo di una grossa
Cadillac).
La funzionalità del sistema era dell'80% di tempo (non garantito).
Eseguiva una somma o sottrazione in 1,63 millisecondi, una moltiplica in
12,96ms e la divisione in 16,90ms.
La memoria nella maggior parte dei sistemi era data dal tamburo magnetico
che conteneva 2.000word (10 digit+segno) e con un tempo random di accesso
di 2,496ms.
Anche se l'IBM 650 non era una super macchina, aveva una caratteristica
particolare che la rendeva attraente e facilmente vendibile: un sacco di luci
lampeggianti!
Con quelle chiunque poteva controllare che qualcosa "si muoveva" nel cuore
del cervellone.
La Texas Instruments introduce il transistor al silicio, puntando sulla
drastica riduzione dei prezzi di produzione.
1954
1955
La IBM annuncia il 704, un nuovo calcolatore con memoria a nuclei al posto
del CRT utilizzato sui precedenti sistemi IBM 701, con aritmetica floatingpoint e un sacco di nuove istruzioni per il calcolo scientifico.
1955
IBM 702: la prima macchina commerciale completamente costruita con
transistor e messa sul mercato da IBM.
L'ancora alto costo dei transistor ne decreterà il flop. Ma la linea di
sviluppo è ormai tracciata.
1956: Appare il primo…
L'IBM introduce e inizia le installazioni dei sistemi RAMAC 305 (RAMAC =
Random Access Method Of Accounting And Control).
Sarà questo il primo passo per trasferire i dati (records) dal supporto delle
vecchie e ingombranti schede perforate, alle unità a dischi magnetici.
Il passaggio è rivoluzionario, in quanto consente di eseguire operazioni di
aggiunta, aggiornamento o cancellazione di record semplicemente
riscrivendoli sul disco.
Si
tratta
dei
primi
elaboratori
commerciali che dispongono di una
unità
a
dischi
fissi
per
la
memorizzazione di dati al posto dei
tamburi magnetici o delle unità nastro.
Il sistema fa ampio uso di valvole
elettroniche,
poste
in
cestelli
facilmente estraibili.
.. hard-disk della storia
L'unità disco consisteva in una pila di 50 dischi da 24", con una capacità
totale di 5 o 10 milioni di caratteri (5Mb o 10Mb), che era un'enormità per
quei tempi!
La velocità di rotazione era di 1.200 giri al minuto. L'unità poteva avere uno
o due bracci d'accesso (il secondo era optional). Ogni braccio aveva una sola
testina di lettura/scrittura.
Il RAMAC 305, però, non sarà la
macchina che darà la spinta al
passaggio da elaborazioni a schede a
sistemi a dischi e/o nastri magnetici.
Questa
macchina
ha
un
costo
elevato, è particolarmente fragile e
quindi soggetta a lunghi fermi di
manutenzione e non è facile da
programmare,
richiedendo
per
l'impostazione di un lavoro, sia il
caricamento di un programma ancora
su schede che l'impostazione di una
serie di pannelli a spine estraibili.
SECONDA
GENERAZIONE
Nel 1956 i primi computer a transistor sono annunciati.
Si tratta del TRIDAC e di tre modelli sperimentali del MIT siglati TX-O.
Viene introdotto un UNIVAC a transistor, disegnato per scopi
commerciali.
I nuovi computer basati sui transistor aprono la strada alla:
Il transistor (1)
Furono tre ricercatori americani, John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Bradford
Shockley a idearlo e a perfezionarlo il 23 dicembre 1947. (Nobel)
Questo termine rappresenta la contrazione
di "TRANsfer reSISTOR", in quanto è in
grado di far variare la resistenza tra due
morsetti agendo dall'esterno.
Che qualcosa del genere potesse
funzionare si era capito anche prima, e
alcune intuizioni di base risalgono ai primi
del '900. Ma furono loro tre a risolvere i
problemi fisici e tecnologici alla base del
transistor. L'obbiettivo era trovare un
marchingegno che amplificasse un segnale,
quello che corre sui cavi telefonici, per
esempio. Anzi, proprio da questa esigenza,
fondamentale per l'espansione della
telefonia, si era partiti alla ricerca di
qualcosa che funzionasse meglio dei tubi a
vuoto, dispositivi dalla rottura facile e
produttori
di
grande
calore.
Il transistor (2)
Il transistor è un dispositivo elettronico costituito da un cristallo di silicio o di germanio in cui vengono
opportunamente introdotti atomi di materiale diverso.
Per certi valori della tensione elettrica cui è sottoposto, esso ha la capacità di trasmettere o meno la
corrente, e quindi di rappresentare l’1 o lo 0 che sono riconosciuti dalla macchina.
Rispetto alle valvole, i transistor presentano numerosi vantaggi: hanno un costo di fabbricazione
nettamente minore ed una velocità dieci volte maggiore, potendo passare dallo stato 1 allo stato 0
in pochi millionesimi di secondo.
Le dimensioni sono di alcuni millimetri rispetto ai parecchi centimetri di un tubo a vuoto.
Il transistor (3)
Anche la sicurezza di funzionamento viene aumentata perché i transistor, operando “a
freddo”, evitano le rotture per riscaldamento che erano abbastanza frequenti nelle valvole.
Praticamente indistruttibile grazie a una durata di 90 mila ore; meno "affamato" di elettricità
e con la possibilità di funzionare subito senza attendere il suo riscaldamento, a differenza
delle stesse valvole.
Ma si dovette attendere fino al 1950 per vedere il primo elaboratore elettronico costruito in
serie.
Si trattava dell'"Univac-1" con un costo assolutamente proibitivo, 250 mila dollari dell'epoca.
Anche l'"Univac-1" in fatto di misure non scherzava: pesante cinque tonnellate, l'unità
centrale occupava uno spazio di 5 metri e mezzo per quasi quattro ed era alto due metri e
mezzo. Funzionava ancora a valvole, ne aveva 5.400 miniaturizzate. Troppo grande e
soprattutto troppo costoso per essere alla portata di tutti. Ma ormai l'epoca delle valvole era
giunta al tramonto.
Curiosità……
Con la fine della Seconda Guerra Mondiale vennero
messe in produzione delle valvole a bassissimo
consumo e dal minimo ingombro, che resero
possibile la realizzazione di apparecchi riceventi
veramente piccoli, leggeri e portatili. Questi
apparecchi necessitavano di due pile: una da 1,5V
per l’alimentazione dei filamenti ed una da 67,5 o
90V per l’anodica. L’autonomia era di dieci ore o
poco più, ma il peso complessivo e le dimensioni
dell’apparecchio erano veramente limitati, ed inoltre
in molti casi era possibile alimentare l’apparecchio
direttamente dalla rete luce quando era presente. I
portatili a valvole ebbero un discreto successo, e
furono prodotti e commercializzati da quasi tutti i
grandi produttori
La radio fu la prima ad arrivare, in questa invasione
dell’elettronica “solid state”, per una accurata scelta
di marketing ed anche grazie alla sua intrinseca
semplicità, che ne rese possibile la realizzazione
anche se la tecnologia del transistor in quegli anni
era ben lungi dall’essere matura.
Nel novembre del 1954 venne commercializzato il
primo apparecchio radio interamente a transistor.
La
famosissima
radio
portatile a
valvole
"Dinghy"
della Voxson
(1954)
La Regency TR1,
la prima radio a
transistor del
mondo (1954)
1956: Il primo Pegasus
Il primo PEGASUS, prodotto dalla azienda inglese Ferranti Ltd., entra in
servizio.
Pegasus si distinguerà per l'alta affidabilità e facilità d'uso.
E' il primo computer che usa un registro generale, dispositivo in uso sulla
maggior parte dei moderni computer.
Dal 1956 al 1962 verranno
costruiti 40 sistemi Pegasus
dalla Ferranti Ltd.
1957
Viene fondata la Digital Equipment Corp. da Ken Olsen and Harlan Anderson.
Il loro primo computer, il PDP 1 (Programmed Data Processor) sarà
rilasciato nel 1960 ed avrà molti discendenti di successo.
Nello stesso periodo Jean Hoerni,
Kurt Lehovec e Robert N. Noyce del
Fairchild laboratories prendono parte
allo sviluppo di un Circuito Integrato;
un circuito composto da un solo
strato di silicio.
INTANTO…..
Il 12 settembre 1958, un ingegnere della Texas Instrument, Jack Kilby,
dopo mesi di lavoro chiama i giornalisti e annuncia di aver inventato il
circuito integrato (il chip). Afferma che la sua invenzione inaugurerà la
seconda generazione dei computer.
1959
In una mostra di Parigi viene presentato il primo computer commerciale
Giapponese a transistor della NEC: il NEAC 2201.
1959
La IBM consegna i primi 4 modelli del primo computer completamente
transistorizzato all'Aeronautica degli Stati Uniti.
Si tratta del sistema IBM 7090.
All'inizio degli anni '60
le traiettorie di volo dei
missili
Saturno
della
NASA saranno calcolate
un'impressionante
numero di volte dai
sistemi IBM 7090.
La
macchina
può
eseguire 22.900 calcoli
al secondo.
E
questo
parametro
creerà una unità di
misura standard
nell'industria: il numero
di calcoli floating point
al secondo (FLOPS).
1959
Mentre molte aziende procedono nello sviluppo di supercomputer, IBM
annuncia la disponibilità di due piccole macchine, l'IBM 1401 per le
aziende e l'IBM 1620 per gli scienziati.
1960
La Heatkit mette sul mercato il suo EC1 per scopi educativi. E' il primo
computer analogico “abbordabile” da un vasto pubblico per via del prezzo
molto basso (400$).
La macchina diventerà molto popolare tra gli ingegneri e nelle scuole.
1960
Viene progettato il LARC (Livermore Advance Research Computer) dalla
Remington Rand per attività scientifiche. Utilizza 60.000 transistor.
1960: il PDP 1
La DEC introduce il PDP-1, il primo computer commerciale con un monitor e
tastiera per l'input.
Costa dai 125.000 ai 250.000 dollari.
1961
Mentre i sistemi operativi, prima chiamati monitors o supervisors, si
sviluppano allo scopo di incrementare le prestazioni dei computer, verso la
fine anni '50, gli utilizzatori sono ancora frustrati dalla mancanza di
familiarità e facilità d'uso del computer.
Per risolvere questo problema e ridare il controllo delle macchine agli
utilizzatori, Fernando Corbatò, del MIT, produsse il CTSS (Compatible Time
Sharing System) per l'IBM 7090/94, il primo sistema effettivo di
ripartizione del tempo.
Il 7090 è una versione transistorizzata del IBM 709, che era una macchina
assai popolare nei primi anni '60. Il 7090 a 32Kb di memoria a 36-bit e
dispone di unità hardware floating point.
1961
Il computer IBM 7030 (detto Stretch) viene completato e gira 30 volte più
velocemente del 704.
Console
1964
L'IBM annuncia il System/360:
siamo alla
Il più piccolo dei Sistemi 360 IBM si chiama 360/20. Dispone di una
memoria per programmi da 8kb ed ha un microcodice memorizzato come
firmware. Funziona come tutta la serie 360 con unità a dischi removibili
(dispack) e unità a nastro magnetico.
Il presidente della Intel, Gordon Moore e la sua
famosa legge.
I chip prodotti e venduti nel '64 erano ancora molto
pochi, ma nonostante la scarsa quantità di dati a sua
disposizione, l’ingegnere riuscì lo stesso a trarre dalle
sue osservazioni il principio secondo cui la potenza
dei microprocessori cresce in maniera esponenziale.
Questa ipotesi di partenza fu poi precisata e
trasformata in una vera e propria legge: il numero dei
transistor di un chip raddoppia ogni 18 mesi e con il
downsizing (la diminuzione delle dimensioni degli
elementi che costituiscono un microprocessore) i costi
per produrre e commercializzare i chip scendono in
maniera proporzionale.
L’evoluzione tecnologica
Nella storia della tecnologia vi sono svolte in cui accade qualcosa di nuovo
e fondamentale, nasce qualcosa di irrefrenabile e irreversibile (pensiamo
all'automobile, al televisore…): questo è stato l'impatto dell'invenzione del
Intorno alla fine degli anni '60 la crescente miniaturizzazione dei
componenti elettronici arrivò al livello LSI (Large Scale Integration),
cioè decine o centinaia di migliaia di componenti su un singolo chip.
Molti ingegneri si chiesero che tipo di funzione potesse richiedere così
tanti componenti, ma la risposta era evidente: memorie a circuiti
integrati e CPU su singolo chip per piccoli computer, visto che le CPU
richiedevano allora una o più schede piene di componenti SSI e MSI.
L’evoluzione tecnologica
L'impegno maggiore nella ricerca e progettazione
dei processori è venuto sicuramente dalla Bell
Telephone, una società di Boston da sempre
all'avanguardia nella ricerca e sperimentazione di
nuove tecnologie elettroniche.
Alcuni scienziati, provenienti dalla Bell Telephone,
intorno al 1965
fondarono, in California, la
Fairchild che divenne poco tempo dopo
la
leggendaria Silicon Valley.
1968 Nasce L’ INTEL
Nel 1968 nacque la Integrated Electronics, più nota come INTEL, ad
opera di Robert Noyce e Gordon Moore, che furono tra i primi ad
allontanarsi dalla Bell Telephone.
L’Intel, fu una delle prime a sfruttare la tecnologia LSI, e già nel 1969
aveva sviluppato un grosso budget nella produzione di memorie a
circuito integrato.
Furono i tagli ai finanziamenti della NASA del 1970, che fecero
diminuire di molto gli acquisti per componenti elettronici ed
apparecchiature, ad obbligare le industrie elettroniche a diversificare la
produzione rivolgendosi al grande mercato pubblico con la produzione
delle calcolatrici tascabili.
1971 Nasce il microprocessore
che ha cambiato il mondo
Nel 1971 ha inizio la “SECONDA RIVOLUZIONE
INDUSTRIALE”.
Diversamente da quello a vapore della prima rivoluzione, il
suo 'motore' è costituito dalla straordinaria invenzione del
MICROPROCESSORE o MPU (MicroProcessing Unit).
La spinta alla realizzazione del primo microprocessore fu la
richiesta della società giapponese Busicom di sviluppare la
parte elettronica di una calcolatrice da tavolo.
La Busicom ordinò all’ Intel la produzione di un set di dodici
chip di differenti tipologie.
1971 Nasce il microprocessore
che ha cambiato il mondo
Ted Hoff responsabile della ricerca della Intel Corp., preferì puntare su
un chip standard, che potesse adattarsi a qualsiasi calcolatrice
rendendola versatile ed economica, seguendo una strada che Fairchild e
Rockwell avevano già pionieristicamente battuto.
Hoff Riprogettò l'intero circuito e invece di 12 chip ne utilizzò solo 1, che
conteneva tutta l'unità centrale di elaborazione (CPU), oltre alla memoria
RAM e quella ROM.
Lo schema di base del primo microprocessore venne messo a punto da
Ted Hoff e Stan Mazor, mentre il compito di tradurre questa intuizione in
una macchina funzionante fu di Federico Faggin coadiuvato dal
giapponese Masatoshi Shima.
Per la loro invenzione, Faggin, Hoff e Mazer avranno un posto d'onore
nella National Inventor's Hall of Fame degli Usa.
1971: Microprocessore Intel 4004
La realizzazione elettronica dello schema eseguita
da Faggin (fisico italiano nato a Vicenza nel 1941)
portò
alla
nascita
del
primo
dispositivo
programmabile e controllabile tramite un linguaggio
di programmazione in grado di soddisfare le
necessità di elaborazione più disparate.
Nasce il microprocessore Intel 4004 con un bus a
4 bit.
Il microprocessore di Faggin non è altro che una
scheggia di silicio di 3 cmq, su cui è contenuto un
circuito integrato (2300 transistors) relativamente
semplice, ma dall'architettura già perfettamente
matura e chiaramente predisposta per ulteriori
sviluppi. Nel circuito integrato sono riuniti tutti gli
elementi (aritmetici, logici e di controllo)
indispensabili per un elaboratore.
Faggin
1971: Microprocessore Intel 4004
L'Intel 4004 fu il primo microprocessore
su singolo chip, così come anche il primo
commerciale.
Fu messo in commercio con un package a
16 pin dual in-line il 15 Novembre del
1971. Il prezzo iniziale fu di 200 dollari.
Esso era in grado, una volta collegato al
suo chipset (un chip di memoria ROM, un
chip di RAM e un chip d'interfacciamento
ingresso/uscita)
di
simulare
il
comportamento di un vero computer (per
le dimensioni fu definito "microcomputer"),
e non solo di pilotare una calcolatrice
come era il progetto iniziale.
Intel 4004
Circuito interno del 4004
1971: Microprocessore Intel 4004
Già al momento della sua nascita, la capacità di elaborazione,
60 mila operazioni al secondo, fu superiore al gigantesco
ENIAC a valvole del 1946 o ad un computer IBM dei primi anni
'60 con una unità centrale grande come un tavolino.
Per lo sviluppo del microprocessore 4004, la Intel spese
solo 150 mila dollari.
Oggi la Intel è il maggiore produttore al mondo e ciò conferma
che l'innovazione non è solo il prodotto di ingenti investimenti,
ma il risultato di applicazione e creatività di ricercatori ben
preparati.
Rita Levi Montalcini, presente alla consegna della laurea
honoris causa in ingegreria elettronica, che l'Università
di Roma Tor Vergata ha consegnato a Faggin, ha detto
che il fisico avrebbe più di lei meritato il Nobel.
1972: Microprocessore 8008
Il microprocessore 4004 era poco potente ed inadeguato per
calcoli d'uso generalizzato, quindi con poche prospettive d'essere
venduto. Era in grado di operare esclusivamente con cifre
numeriche, ma per generalizzare l’uso era necessario aumentare
le dimensioni dei registri per poter trattare tutti i caratteri
alfanumerici e di punteggiatura. Con sei bit era possibile
rappresentare tutti i caratteri alfanumerici, ma non i vari caratteri di
punteggiatura. L’emergere contemporaneo del byte a 8 bit quale
standard di codifica dei dati digitali favorì la scelta di questo
formato quale dimensione del registro del nuovo microprocessore
In soccorso del nuovo nato di casa Intel sembrò arrivare nel 1971
la Display Terminal Corporation, più nota adesso come Datapoint,
che indì una gara d'appalto per la produzione di un processore
monolitico in grado di controllare un CRT, un Cathod Ray Tube, un
tubo catodico.
1972: Microprocessore 8008
Alla gara parteciparono la Texas e, naturalmente, la Intel.
La Texas si ritirò ben presto, lasciando il campo alla Intel, che
nel 1972 sfornò dai propri laboratori un circuito integrato che
svolgeva alla perfezione tutte le mansioni richieste dalla
Datapoint, utilizzando un bus non più a 4 bit, ma a 8 bit;
l'unico difetto che aveva era la velocità estremamente bassa.
Poichè il chip fu consegnato troppo tardi e non
soddisfaceva gli obiettivi di prestazioni della CTC, la
Datapoint si risolse ad usare altri dispositivi e non quelli
della Intel.
Un accordo tra la Intel e la CTC permise alla Intel di vendere il
chip ad altri clienti.
1972: Microprocessore 8008
Il neonato microprocessore 8008 con una
velocità di 200 kHz e contenente 3500
transistors fu realizzato, nei laboratori dell’
Intel, da Faggin.
L'8008, con la prima memoria statica, è in
grado di conservare i dati sino a quando
non
viene
interrotta
l'alimentazione
elettrica.
Su questo chip gli ingegneri Nat
Wadsworth
e
Robert
Findley
realizzarono il primo microcomputer, che fu
prodotto in serie in scatola di montaggio
dalla Scelbi e venduto per corrispondenza
a 440 dollari.
Intel 8008
1972: Microprocessore 8008
Descrizione
Il chip (limitato dai 18 piedini del suo package dual inline) ha un solo bus a 8 bit e richiede molti altri chip di
supporto per il suo funzionamento. Per esempio gli
indirizzi a 14 bit, che consentono l'accesso a 16 KB di
memoria, devono essere memorizzati in un buffer
esterno, detto Memory Address Register (MAR). Può
accedere a 8 porte di input e 24 di output.
Il fatto che l'8008 può elaborare dati 8 bit alla volta gli
permette di accedere a molta più RAM rendendolo dalle
3 alle 4 volte più veloce dei processori a 4 bit.
1972: Microprocessore 8008
Il microprocessore 8008 trovò
immediatamente applicazioni nei più
disparati settori, dal controllo dei
semafori stradali a quello delle
emissioni di gas di scappamento
delle auto, dagli strumenti scientifici
ai giochi elettronici e alle macchine
'intelligentì'
di
tutti
i
tipi.
Circuito interno dell’8008
1974: Microprocessore 8080
Il microprocessore Intel 8080, progettato e
prodotto dalla Intel, è il successore dell’Intel
8008 (con cui è compatibile a livello di
codice assembly, dato che entrambi usano
lo stesso instruction set sviluppato da
Computer Terminal Corporation).
CPU a 8 bit, fu messo sul mercato
nell'Aprile del 1974 con un modello a 2
MHz, ed è considerato da quasi tutti come
la prima CPU a microprocessore utilizzabile
realmente.
Fu venduto al prezzo di 360$.
Intel 8080
1974: Microprocessore 8080
Descrizione
Lo spazioso packaging DIP a 40 pin permette all'8080 di
fornire un bus di indirizzi a 16 bit e un bus di dati a 8 bit, che
consentono di accedere facilmente a 64 kB di memoria.
Il processore ha 6.000 transistors, un clock da 2Mhz e
contiene un Kernel di 75 istruzioni. All'interno è dodato di
sette registri a 8 bit (sei dei quali possono essere combinati
a formare tre registri da 16 bit), uno stack pointer a 16 bit
(che, al contrario di quanto accade nell'8008 che fa uso di
una stack interna, punta in memoria), e un program counter
a 16-bit.
L'8080 Può accedere a 8 porte di input e 24 di output.
1974: Microprocessore 8080
Impatto
Il primo microcomputer a scheda singola fu
costruito sulla base dell'8080.
L'8080 è stato usato in molti computer storici,
come il MITS Altair 8800 e l'IMSAI 8080, che
tra i primi hanno eseguito il sistema operativo
CP/M; un sistema che ha fruttato molto al
successivo
processore
Zilog
Z80,
completamente compatibile con l'8080 e più
potente: l'accoppiata Z80 - CP/M divenne
infatti la combinazione CPU/OS dominante, in
modo simile con ciò che è accaduto un
decennio dopo tra x86 ed MS-DOS.
interno di ALTAIR 8800
IMSAI 8080
1974: Microprocessore 8080
Iniziò un'epoca di grande sviluppo di processori sempre più
potenti, anche da parte di altre industrie come la Motorola,
la Rockwell e la Texas stessa.
Poco dopo il lancio dell'8080 fu introdotto il suo
concorrente Motorola 6800, e successivamente il MOS
Technology 6502, clone del 6800.
Motorola 6800
Motorola 6800
1976: Microprocessore Z-80
Nel '74 Faggin lasciò la Intel e si mise in proprio
fondando a Cupertino la Zilog.
Il nome Zilog fu inventato dallo stesso Faggin: la
lettera zeta, ultima dell'alfabeto, sta ad indicare
l'ultimo grido del campo dei microcircuiti, la 'i' per
integrated, e 'log' per logico.
Nel Luglio del 1976 la Zilog Corp. lanciò lo Z-80
sul mercato, uno dei chip più popolari mai
realizzati.
E' l'inizio del piccolo computer di massa, non più
riservato alle grandi aziende, ma finisce nelle
case di tanti appassionati.
1976: Microprocessore Z-80
Lo Z-80, microprocessore a 8 bit, fu
progettato per offrire compatibilità binaria
con l'Intel 8080 in modo che la maggior
parte del codice 8080 (in particolare il
sistema operativo CP/M) potesse essere
eseguito sullo Z80 senza modifiche.
Lo Z-80 è una buona alternativa all'Intel
8080 ed offre nuovi vantaggi, tra cui un
set più ampio di istruzioni e una velocità
da 2,5Mhz a 10Mhz.
1976: Microprocessore Z-80
Lo Z80 offre otto importanti miglioramenti rispetto all'8080:
•Un instruction set più avanzato, che poteva far uso di due nuovi
registri indice IX ed IY
•Due register file separati che potevano essere scambiati
velocemente, per migliorare il tempo di risposta agli interrupt
•Istruzioni di block move, block I/O e byte search
•Istruzioni di manipolazione a livello di bit
•Un contatore integrato per il refresh della DRAM, senza il quale
sarebbero necessari circuiti aggiuntivi
•Necessità di una singola sorgente di alimentazione a 5 Volt
•Richiesta di un numero minore di chip esterni per la generazione del
clock e le interfacce a memoria ed I/O
•Un prezzo molto più basso
1976: Microprocessore Z-80
1976: Microprocessore Z-80
Nei primi anni '80 lo Z-80 fu usato in una grande quantità di
home computer, tra cui l'MSX, il TRS-80 di Radio-Shack, i
Sinclair ZX80 e ZX81 e lo ZX Spectrum. È apparso anche in
molte macchine CP/M"anonime" da ufficio (nonché nel meno
anonimo Osborne 1) che dominavano il mercato nello stesso
modo in cui lo dominano ora le macchine Windows.
A metà degli anni '80 lo Z80 fu impiegato nel Tatung Einstein
e nelle serie Amstrad CPC e PCW, oltre ad essere stato la
CPU scelta per lo standard MSX.
1976: Microprocessore Z-80
Tanta fu la popolarità dello Z80 e del
CP/M che il Commodore 128 incorporò
un processore Z80 per compatibilità a
fianco del suo MO Technology 8502.
Altri computer basati sul 6502 come il
BBC Micro, l'Apple II e il Commodore 64
(quest'ultimo basato sul 6510) possono
far uso di uno Z80 grazie ad unità
esterne o cartucce.
Più tardi lo Z80 fu utilizzato in molti
modelli di calcolatrici grafiche Texas
Instruments (TI) come la TI-85 e la TI-83
nelle console Master System e nel
Game Gear di SEGA.
Apple II
1977: Microprocessore 8085
L'Intel 8085 è un microprocessore a 8 bit prodotto dalla Intel a metà
degli anni '70. Supporta l'assembly del più famoso Intel 8080 ma
richiede meno hardware di supporto, permettendo la costruzione di
calcolatori più semplici e meno costosi.
Il "5" nel nome si riferisce al fatto che l'8085 richiede solo 5V per
l'alimentazione contro i 5V e 12V dell'8080. Fu utilizzato sui
computer con sistema operativo CP/M, e fu successivamente
utilizzato per i microcontroller (soprattutto per la sua ridotta necessità
di circuiteria di supporto).
L'8085 può indirizzare 65KB di memoria e, diversamente da altri
microprocessori dello stesso periodo, ha uno spazio di
indirizzamento per l'I/O di 256 celle.
Ha un vettore incorporato di registri chiamati A, B, C, D, E, H e L.
1977: Microprocessore 8085
Dell’'8085 veloce ed economico, assieme
allo Z-80 della Zilog, con il quale era software
compatibile, ne furono venduti qualcosa
come 700 milioni di esemplari.
1978: Microprocessore 8086
L’Intel 8086 è un microprocessore a 16 bit
progettato dalla Intel nel 1978, che diede
origine all'architettura x86.
È basato sull'8080 e sull'8085 (è compatibile
con l'assembly dell'8080), con un insieme di
registri simili, ma a 16 bit. “la dimensione dei
registri raddoppia ulteriormente e si entra
nell’era dei 16 bit”.
Il guadagno in termini di prestazioni risulta
essere così 10 volte maggiore rispetto a
quello dell’ 8080. Può indirizzare fino a 1MB
di memoria (una quantità pressochè infinita per
quei tempi) avendo a disposizione un bus
indirizzi a 20 bit. Contiene 29.000 transistor ed
una tecnologia NMOS (MOS di tipo n) a 3.0
micron
1978: Microprocessore 8086
L'unità di interfaccia con il bus (detta BIU da Bus Interface
Unit) passa le istruzioni all'unità di esecuzione (detta EU da
Execution Unit) attraverso una coda di prefetch, in modo che il
fetch e l'esecuzione delle istruzioni fosse contemporaneo, una
forma primitiva di pipelining (le istruzioni dell'8086 avevano
una dimensione tra 1 e 4 byte).
Ha quattro registri a 16 bit per uso generico e quattro registri a
16 bit di indice (incluso lo stack pointer). Ha uno spazio di
indirizzamento a 16 bit per l'I/O (cioè può accedere a 65.536
dispositivi di I/O a 8 bit) e dispone di una tabella di vettori per
gli interrupt fissa.
1978: Microprocessore 8086
Il primo microcomputer commerciale
costruito utilizzando l'8086 fu il
Mycron 2000.
Anche la IBM Displaywriter, una
macchina per la scrittura di testi,
utilizzava l’8086.
1979: Microprocessore 8088
Nel 1979 la INTEL presentò l'8088 a 4,77
MHz che, con lo stesso insieme di
istruzioni e la medesima architettura
interna a 16 bit dell'8086, aveva però un
bus di dati esterni a 8 bit. Tale bus con
minor numero di linee diminuiva le
prestazioni del microprocessore quanto a
velocità, ma era più adeguato alle
memorie e ai circuiti di I/O sviluppati
all'epoca.
Il bus degli indirizzi è a 20 bit, quindi l'8088
è in grado di indirizzare 220 = 1MB di
memoria.
1979: Microprocessore 8088
Il trionfo dell'8088 si ebbe
quando la IBM scelse tale
microprocessore per i suoi PC.
Il successo di vendita dei PC
portò allo sviluppo di software
con molteplici applicazioni in
molti campi.
PC IBM
1979: Microprocessore 8088
Dato il successo dell’8088 uno dei principali obiettivi dei
microprocessori sviluppati successivamente dalla Intel fu quello di
essere compatibili a livello di software, in modo da poter eseguire
qualsiasi programma realizzato per funzionare con 8086/8088.
Il successo del processore 8088 comportò l'inserimento di Intel
nelle classifiche di Fortune 500, e la rivista Fortune definì questa
società uno dei trionfi aziendali degli anni settanta.
1979: Microprocessore 8088
Limiti
Le limitazioni di un processore a 8 bit erano del
resto chiarissime, non potendo questo gestire, se
non con innaturali paginazioni, memorie superiori
a 64 KB ed era limitato dalla dimensione dei suoi
registri nell'esecuzione di operazioni su insiemi di
dati complessi, in special modo nell'ambito delle
operazioni matematiche.
1980: Microprocessore 68000
Nel 1980 Motorola presenta
il chip 68000, un processore
a 16 bit che più tardi
supporterà i Macintosh. La
versione iniziale del 68000 è
stata
presentata
per
competere coll'Intel 8086.
Motorola 68000
1980: Microprocessore 68000
Il Motorola 68000 è il primo
membro di una numerosa
famiglia di microprocessori
ed è stato utilizzato da molti
produttori
di
personal
computer. Spesso ci si
riferisce all'intera famiglia con
il nome di "m68k" o di "68k"
Macintosh
1980: Microprocessore 68000
Originariamente il MC68000 è stato progettato per essere un
processore per usi generici. È stato utilizzato da diversi produttori
di personal computer come Amiga, Atari e Apple. Molte console
lo hanno utilizzato, per esempio la Sega Genesis/MegaDrive, il
NeoGeo e molte macchine da sala giochi.
Molti progettisti lo hanno utilizzato e apprezzato e dal loro lavoro
sono nati l'Amiga 1000, l'Atari ST, vari modelli di Macintosh e le
macchine UNIX della SGI.
1980: Microprocessore 68000
Da una sua derivazione sono nati i processori CPU32
e Coldfire utilizzati in milioni di sistemi di automazione
industriale. È stato utilizzato anche in molte
apparecchiature mediche per il suo basso costo e la
sua affidabilità e dalla Texas Instruments per
realizzare le sue calcolatrici grafiche.
1980: Microprocessore 68000
La prima versione arrivava fino a 8 MHz che per i tempi era una
frequenza molto elevata.
Alcune istruzioni richiedevano solo 4 cicli di clock per essere
completate, questo era dovuto all'efficiente architettura interna.
Motorola ha cessato di produrre il 68000 nel 2000 anche se
continua a produrre alcuni suoi derivati come le CPU32.
Dal 2001 Hitachi ha ripreso a produrre 68000 grazie a una licenza
concessale da Motorola.
1980: Microprocessore 68000
Il 68000 era un compromesso intelligente:
quando venne presentato i bus a 16 bit erano la
soluzione migliore in quanto relativamente veloci
e non molto costosi. Motorola, infatti, progettò il
68000 con un bus a 16 bit ma l'architettura
interna era quasi totalmente a 32 bit poichè era
sicura, a ragione, che il prezzo dei componenti
sarebbe sceso rapidamente e quindi la soluzione
a 32 bit sarebbe diventata la migliore.
1980 Il coprocessore 8087
L'Intel 8087 fu il primo
coprocessore matematico
prodotto dalla Intel, ed era
progettato
per
essere
utilizzato insieme all'Intel
8088 e all'8086.
Intel 8087
1980 Il coprocessore 8087
Lo scopo dell‘ 8087, il primo processore della famiglia x87,
era di accelerare i calcoli a virgola mobile. Le prestazioni
aumentavano dal 20% al 500% a seconda dell'applicazione
specifica.
L'8087 forniva due tipi base di dati a virgola mobile a 32 e
64 bit e un supporto interno aggiuntivo esteso a 80 bit per
aumentare la precisione sui calcoli complessi. A parte
questo, l'8087 forniva un formato BCD a 80 bit e dati interi a
16, 32 e 64 bit.
1982: microprocessore 286
Il processore 286, noto anche
come 80286, è stato il primo
processore Intel e AMD (insieme)
che consentiva di eseguire tutto il
software scritto per il suo
predecessore.
Rappresentò una vera e propria
rivoluzione nel “mondo personal”.
1982: microprocessore 286
Funzionante interamente a 16 bit,
integrava 135.000 transistor a 5 volt
(chiusi in piccolo contenitore quadrato
a 68 piedini) e rappresentava un salto
tecnologico rilevante rispetto agli XT:
dà inizio, infatti, alla storia dei
computer denominati AT (Advanced
Tecnology).
Questa
compatibilità
software rimarrà la caratteristica
principale di tutta la famiglia di
microprocessori Intel.
1982: microprocessore 286
Tra le nuove caratteristiche, cinque nuovi registri per la gestione
della memoria in modalità multitasking e la possibilità, per
mantenere la compatibilità verso il basso, di poter lavorare in
modalità reale o protetta. Nella prima modalità si comporta come
l'8086 e non utilizza i nuovi registri: è compatibile con il suo
predecessore, col vantaggio di essere molto più veloce. Nella
modalità protetta consente il multitasking e la protezione tra task e
memoria virtuale. La modalità protetta non ebbe inizialmente
successo: le applicazioni per 8086 esistenti non erano compatibili
e solo nel 1987 verrà sviluppato l'OS/2, un sistema operativo in
grado di operare in modalità protetta.
La frequenza di clock inizialmente era di 6 MHz, divenne presto
otto, quindi dieci e poi 12 nel 1984. Negli anni successivi,
usciranno versioni a 16 e persino a 20 MHz.
1982: microprocessore 286
Secondo alcune stime, entro 6 anni dall'introduzione
del processore 286 i personal computer basati su
questo processore erano 15 milioni in tutto il mondo!!!
E pensare che….
nel 1943, Thomas J. Watson, Chairmain IBM, disse :
"Ritengo che il mercato mondiale possa avere
bisogno al massimo di 5 computers,“
Ken Olsen, Presidente della DEC, nel 1977, "Non c'è
nessun motivo che una persona abbia un computer
in casa".
.
1982: microprocessore 286
Con il 286, il PC esce dalla categoria dei sistemi
batch (sistemi che eseguono vari lavori in sequenza)
per entrare a fare parte dei sistemi multitasking
(sistemi nei quali i processi possono avanzare in
parallelo).
1985: microprocessore 386
Annunciato il 17 ottobre del 1985, il
microprocessore 386 vide la luce.
Conosciuto come il processore più
copiato al mondo, era costituito da
275.000 transistor a 5 volt (un numero
più di cento volte superiore rispetto
all'originale processore 4004) e
raggiungeva velocità che variavano tra
i 16 e i 40 Mhz.
1985: microprocessore 386
Si trattava di un chip a 32 bit ed era "multitasking",
nel senso che consentiva di eseguire più
programmi contemporaneamente. Esistono due
diversi modelli gli DX e i SX. I primi hanno
architettura a 32 bit totale (interna e sul bus dati
che comunica con la memoria RAM) mentre i
secondi, più economici trasmettevano dati al bus
esterno a 16 bit alla volta. Potevano indirizzare
4096 megabyte di RAM ed essere affiancati dal
coprocessore matematico 80387.
1985: microprocessore 386
E' in grado di eseguire tutte le istruzioni dei chip precedenti, ma li
sorpassa in termini di prestazioni. I primi chip operavano a
frequenze di 12,5 e 16 MHz; nel tardo 1986 venne
commercializzata la versione a 20 MHz, seguita due anni dopo da
quella a 25 MHz. Nel 1989 arrivarono i "mostri" a 33 MHz.
Gli analisti avevano previsto che il processore non avrebbe avuto
un mercato di largo consumo e ne prevedevano un uso limitato ad
architetti e scienziati. Per soddisfare l'utenza, non disposta a
pagare l'alto prezzo del processore, che in Italia nel 1984 costava
circa 800 mila lire, l'Intel commercializzerà dal 1988 la serie
80386sx, con un clock interno a 16 bit, come gli 8086.
Successivamente, la versione originale dell'80386 verrà
commercializzata con la sigla dx.
1985: microprocessore 386
Con questi processori entrava in competizione con
INTEL l'azienda AMD (Advanced Micro Device) che
immetteva sul mercato l'80386 a 40 Mhz dopo una
causa sul copyright vinta su Intel.
1989: microprocessore 486
La generazione di processori
486 rappresentò il passaggio
da un computer a livello di
comandi ad un tipo di
elaborazione
basata
sul
mouse.
1989: microprocessore 486
"Per la prima volta, il
computer era a colori e
consentiva di svolgere
operazioni di desktop
publishing
ad
una
velocità notevole", ricorda
lo storico della tecnologia
David K. Allison, dello
Smithsonian
National
Museum of American
History.
1989: microprocessore 486
Il microprocessore 486 fu il primo ad offrire 8 Kbyte di cache di
primo livello e un'unità per il calcolo in virgola mobile,
quest'ultima basata su un coprocessore matematico integrato
(80387), che consentiva di velocizzare l'elaborazione in quanto
le funzioni matematiche complesse venivano fornite dal
processore centrale. Ricordiamo che la cache di primo livello
viene usata per accelerare l'accesso a dati e istruzioni che
altrimenti dovrebbero essere recuperate ogni volta dalla
memoria esterna, con maggiori cicli di attesa.
1989: microprocessore 486
L'Intel, pur tenendo in considerazione la compatibilità con i
processori precedenti, modifica leggermente l'architettura e per la
prima volta implementa delle routine Risc nella progettazione,
ottenendo una diminuzione del tempo di esecuzione delle singole
istruzioni a parità di frequenza di clock. Inoltre, la nuova tecnologia
costruttiva permette di realizzare le comunicazioni verso l'esterno
a 33 MHz evitando problemi di compatibilità con circuiterie non
modernissime, mentre la velocità interna di elaborazione è di 66
MHz.
Grazie alla differente tecnologia, a parità di clock ha prestazioni da
due a tre volte superiori rispetto a quelle dell'80386 e nel
coprocessore matematico c'è un aumento delle prestazioni
superiore al cinquanta per cento.
Architettura RISC
Il concetto costruttivo di un microprocessore RISC consiste nella forte
riduzione del numero di istruzioni in modo da poter conciliare la velocità
del microprocessore con l'esecuzione di queste. Il fine principale della
struttura RISC è quello di produrre processori ad alta velocità e dal
costo ridotto, data la minore complessità del progetto. Lo svantaggio
della tecnologia RISC è il fatto che per i RISC sono stati sviluppati
sistemi operativi a minore diffusione rispetto a quelli sviluppati per i
CISC, come Windows. Inoltre è conseguenza dell'architettura RISC la
maggiore complessità dei programmi: se i processori riconoscono una
quantità molto bassa di istruzioni, il programmatore deve sopperire con
il software per far svolgere ad essi operazioni complesse. In questo
caso diventa praticamente obbligatorio studiare, di ogni porzione di
codice, il metodo per renderla più veloce, e l'ottimizzazione del codice
diviene di primaria importanza nello sviluppo dei sistemi di tipo Risc.
1989: microprocessore 486
Il suo chip, in versione
originale
(486
DX),
comprendeva 1.185.000
transistor alimentati a 5
volt e usava 168 piedini.
Intel 80486
1989: microprocessore 486
Esistono 4 diversi modelli dei processori 80486: gli
SX, i DX, i DX2 e i DX4, più alcuni modelli a basso
consumo energetico come gli SL. Anche il
processore 80486 SX rappresentava una sorta di
"anello di transizione" nato per fini economici, in
quanto era l'unico dell'intera serie a non essere
dotato di coprocessore matematico; la sua velocità
variava da 25 a 33 MHz.
1989: microprocessore 486
I modelli DX raggiungevano
una velocità massima di 50
MHz e rappresentarono,
unitamente ai loro "fratelli
maggiori" la vera piattaforma
di decollo per la grafica e la
multimedialità.
1989: microprocessore 486
I DX2 e DX4 utilizzavano una
tecnologia conosciuta sotto il
termine di "doppio orologio", in
grado di raddoppiare o addirittura
quadruplicare la velocità interna
della CPU. Le velocità dei DX2
variavano da 50 a 66 MHz, mentre
i DX4 raggiungevano normalmente
i 100 MHz e gli ultimi processori
prodotti da AMD velocità di 120 e
133 Mhz.
1989: microprocessore 486
Si deve anche ad AMD l'introduzione di un 486
superveloce che la stessa azienda battezzò
80586, era in effetti un 486 con memoria interna
doppia capace di raggiungere una velocità di 133
Mhz e se orverclocckato, anche di 160 Mhz
surclassando nei normali applicativi anche gli allora
costosi Pentium 100 e 120.
1989: microprocessore 486
Per arrivare ad innalzare la frequenza dei
processori 486 DX4 la intel ed AMD migliorarono il
processo produttivo abbassando da 1.5 micron a
0.8 micron il livello di integrazione dei transistor
integrati sul chip.
Ciò permise di abbassare la
tensione di alimentazione del 486
dai 5 volt ai 3.3 volt potendo cosi
innalzare la frequenza dal
massimo precedente di 66 Mhz
fino ai 120 Mhz.
Tabella riassuntiva
Processore
Dimensione
registri
Linee bus
dati
Linee bus
indirizzi
Memoria
indirizzabile
Coprocessore
richiesto
8088
16 bit
8
20
1 Mb
8087
8086
16 bit
16
20
1 Mb
8087
80286
16 bit
16
24
16 Mb
80287
80386SX
32 bit
16
24
16 Mb
80387
80386DX
32 bit
32
32
4 Gb
80387
80486SX
32 bit
32
32
4 Gb
80387
80486
32 bit
32
32
4 Gb
Incorporato
Tabella riassuntiva
Velcità dei microprocessori misurata in MHz e milioni di
istruzioni al secondo (MIPS)
8080 8086 8088 80286 80386dx
MHz
2
5
5
8
16
MIPS
0,64
0,33
0,33
1,2
6
Data di rilascio
4/74
6/78
6/78
2/82
10/85
Tabella riassuntiva
Velcità dei microprocessori misurata in MHz e milioni di
istruzioni al secondo (MIPS)
80386sx
80486dx
80486sx
80486dx2
MHz
16
25
20
50
MIPS
2,5
20
16,5
40
Data di rilascio
6/88
4/89
4/91
3/92
1993: processore Pentium®
Il processore Pentium® venne così chiamato e
registrato dalla Intel per non permettere alla AMD di
utilizzare lo stesso nome per i suoi processori.
Infatti, le leggi americane non
consentono di registrare un marchio di
fabbrica composto di soli numeri (in
questo caso 80586) e quindi
pensarono di dargli un nome che lo
identificasse
univocamente
e
indicasse il proseguo dei 486: Pentium
deriva dal greco penta che significa
cinque.
1993: processore Pentium®
Le sue prestazioni consentivano ai
computer di incorporare più facilmente i
dati del mondo reale, come le parole, il
suono, la scrittura manuale e le
immagini fotografiche. Si trattava di un
processore notevolmente complesso la
cui frequenza variava dai 60 ai 200
MHz.
1993: processore Pentium®
I Pentium, primi processori con
architettura a 64 bit, vennero
realizzati dalla Intel assemblando
circa 3.100.000 transistor con
piste da 0.8 Micron alimentati
dapprima a 5 volt per i modelli a
60 e 66 Mhz (ma che
raggiungevano temperature da
cottura) e, in seguito, per innalzare
la frequenza, venne diminuita la
tensione di alimentazione a 3.3
volt sfruttando una tecnologia
costruttiva avanzata a 0.5 micron
(millesimi di millimetro).
Pentium®
1993: processore Pentium®
Maggiori differenze col 486
•Data path a 64 bit: questo raddoppia la quantità di
informazioni prelevate dalla memoria in ogni operazione di
fetch, ma non significa che il Pentium possa far girare
applicazioni a 64 bit: i suoi registri principali sono ancora a
32 bit.
•Supporto per le istruzioni MMX (solo i modelli più recenti)un instruction set di base adatto solo a rendere più veloci
alcune applicazioni multimediali.
1993: processore Pentium®
Maggiori differenze col 486
•Architettura superscalare: il Pentium possiede due
pipeline che gli permettono di completare più di una
operazione per ciclo di clock. Una pipeline, chiamata
"pipeline U", può eseguire qualunque istruzione, mentre
l'altra, chiamata "pipeline V", può eseguire solo quelle più
semplici e comuni. L'utilizzo di più pipeline è una
caratteristica delle architetture RISC; una delle tante che
sarebbero state implementate sulle architetture x86,
dimostrando la possibilità di unire le due tecnologie e creare
dei processori che possano essere definiti "ibridi".
La Pipeline
La pipeline dati è una tecnologia utilizzata dai
microprocessori per incrementare la quantità di istruzioni
eseguite in una data quantità di tempo.
La pipeline dati è la massima parallelizzazione del lavoro
di un microprocessore. Una CPU con pipeline è composta
da cinque stadi specialistici, lavora come in una catena di
montaggio e quindi ogni stadio provvede a svolgere solo un
compito specifico e ad ogni ciclo di clock esce dall'ultimo
stadio un'istruzione completata. Nello stesso istante ogni
unità sta processando un'istruzione in parallelo. In sostanza
si guadagna una maggior velocità di esecuzione pagando
una maggior complessità circuitale del microprocessore che
non deve essere più composto da una sola unità ma, da
cinque unità che devono collaborare tra loro.
La Pipeline
1.
IF: Lettura dell'istruzione e sua decodifica
2.
ID: Lettura dei dati da trattare
3.
EX: Esecuzione dell'istruzione
4.
MEM: Salvataggio nei registri
5.
WB: Scrittura in memoria
La Pipeline
Per realizzare CPU con prestazioni migliori col tempo si è
affermata la strategia di integrare in un unico
microprocessore più pipeline che funzionano in parallelo.
Questi microprocessori sono definiti superscalari dato che
sono in grado di eseguire mediamente più di un'operazione
per ciclo di clock.
Nelle CPU moderne inoltre le pipeline non sono composte
da soli cinque stadi ma in realtà ne utilizzano molti di più (il
Pentium 4 ne utilizza da 20 fino a 30). Questo si è reso
necessario per potere innalzare la frequenza di clock.
1993: processore Pentium®
I Pentium offrivano prestazioni per ciclo di clock di poco
inferiori al doppio a quelle di un 486. I 486 più veloci
funzionavano ad una velocità vicina alle prime generazioni
di Pentium, e i tardi 486 di AMD raggiungevano i Pentium
75.
I primi Pentium furono rilasciati a velocità di 60 e 66 MHz;
più tardi divennero disponibili in versioni a 75, 90, 100, 120,
133, 150, 166, 200 e 233 MHz. I Pentium OverDrive furono
rilasciati come un aggiornamento dei vecchi i486.
1993: processore Pentium®
Il Pentium è dotato di due cache aggiuntive da 8
Kb, una per il codice e una per i dati. La doppia
cache incorporata rende il processore più
efficiente nell'elaborazione.
La predisposizione alle operazioni di risparmio
energetico permette di razionalizzare il consumo
elettrico e di aggiungere ulteriori funzioni di
sicurezza.
1993: processore Pentium®
Le prime versioni di questo processore avevevano
un bug presente nell'FPU come ha dimostrato il Dr.
Thomas R. Nicely professore di matematica
nell'università di Lynchburg. Le versioni prodotte
dopo il Novembre del 1994 rimediavano a questa
piccola imperfezione.
1994: processore Pentium
(P54C)
Nel 1994 viene introdotto il Pentium a 90 MHz,
che funziona a 3,3 volt anziché a cinque tipici
delle CPU 80x86. L'anno successivo escono
processore con frequenze a clock 75, 90 e 100
MHz. A distanza di poco tempo, le CPU arrivano
ad una capacità di elaborazione a 120 e 133 MHz,
mentre nel 1996 escono i modelli a 150, 166 e
200 MHz.
1994: processore Pentium
(P54C)
Con questa versione di Pentium la Intel
correggeva il suo precedente BUG sulle CPU P5
e portava la tecnologia da 0.8 a 0.35 micron, il che
andò a favore pure della frequenza di clock
raggiungibile che arrivò così a 200MHz!!
1995: processore Pentium® Pro
Presentato nell'autunno del
1995, il processore Pentium®
Pro, con i suoi 5.500.000 di
transistor a 3.3 volt, fu
progettato per potenziare le
applicazioni a 32 bit a livello
di workstation e di server, in
quanto
consentiva
di
effettuare operazioni veloci di
CAD, ingegneria meccanica
e calcolo scientifico.
Processore Pentium Pro
1995: processore Pentium® Pro
L'innovazione più importante che lo rese abbastanza
famoso nell'ambito delle workstation in quel periodo
era la cache di secondo livello (256KB, 512KB o
1MB). I vantaggi che ne traeva erano enormi visto
che la cache di secondo livello evitava le limitazioni
dovute al BUS della motherboard viaggiando così
alla stessa velocità del processore! Questo unito ad
un nuovo tipo di esecuzione delle istruzioni chiamato
"Dynamic Execution" e la sua grandiosa
ottimizzazione nell'eseguire codice a 32Bit fecero di
questo processore veramente il TOP disponibile in
quel periodo.
1995: processore Pentium® Pro
La cache interna é doppia , 8kB per i dati e 8kB per le
istruzioni . La CPU é del tipo superscalare di livello 3 ,
ovvero può eseguire fino a tre istruzioni per ogni ciclo
di clock , oltre a disporre di una superpipeline a 14
stadi e complessi sistemi di previsione delle istruzioni
future , che consentono prestazioni molto elevate .
1995: processore Pentium® Pro
A dispetto del nome, questo processore è molto differente dal
predecessore, dato che si basa sulla nuova architettura "P6"
che sarebbe stata usata per i successivi Pentium II, Pentium III,
e Pentium M. L'architettura P6 supporta l'esecuzione out-oforder e l'esecuzione speculativa delle istruzioni.
L'esecuzione speculativa di una parte di programma (branch) in
attesa dell'esecuzione dell'operazione di selezione comporta un
maggiore spreco nel caso che la previsione sulla selezione
fosse errata: quindi il Pentium Pro possiede un algoritmo di
branch prediction molto più sofisticato rispetto al predecessore.
1995: processore Pentium® Pro
Il contenitore ( in inglese package ) é del
tipo PGA (Pin Grid Array) con ben 387
piedini (pin) . La sua forma ha richiesto
l'adozione di un nuovo zoccolo standard,
il Socket 8.
1995: processore Pentium® Pro
• I lati negativi erano quelli legati invece ai vecchi
software; infatti quando doveva eseguire codice a
16bit o a 16/32bit insieme a causa della sua
ottimizzazione risultava addirittura più lento dei
Pentium calssici (P54C).
• In seguito venne riscontrato un bug nell'FPU, infatti
la conversione di alcuni grossi numeri negativi in
numeri interi falliva e generava un overflow, i
software
dovevano
essere
appositamente
programmati per aggirare il problema.
Evoluzione dei processori AMD
La società americana AMD è praticamente da sempre attiva
nel mondo dell'elettronica, in particolare nell'ambito delle
memorie, delle logiche programmabili e, ovviamente, dei
processori.
Advanced Micro Device nasce nel 1969, nel ' 76 inizia la
partnership con Intel con la quale firma un accordo per lo
sfruttamento dei microcodici degli allora neonati processori
Intel, nel 1982 AMD e Intel rafforzano la collaborazione
firmando un accordo decennale in cui si impegnano a lavorare
congiuntamente sulla piattaforma x86. Nel '87 arriva però la
rottura, AMD accusa Intel di non aver rispettato i patti e vince la
causa nel 1992 anno in cui comincia a sviluppare
autonomamente un processore alternativo a quello Intel.
Evoluzione dei processori AMD
Ai tempi del 486, quando ancora erano in corso gli accordi di
collaborazione con Intel, AMD e Cyrix (altro produttore di
processori e coprocessori x86) detenevano addirittura quote di
mercato del 30%. I prodotti AMD erano in pratica "cloni" dei
processori Intel e Intel sopportava la situazione in nome di un
principio noto nel mondo dell'elettronica come "Second
Source"; in pratica per l'affermazione di un chip è necessario
che esistano sul mercato almeno due fornitori dello stesso (o di
un prodotto equivalente ed intercambiabile) per scongiurare
eventuali problemi di approvvigionamento.
Evoluzione dei processori AMD
La situazione mutò improvvisamente con l'avvento
del Pentium, Intel decise di mettere fine al fenomeno
dei processori cloni e da allora i progettisti di CPU
alternative ai prodotti Intel si sono dovuti arricciare le
maniche per sviluppare da capo prodotti competitivi
e al contempo totalmente compatibili.
1996: Processore AMD K5
Fu così che AMD propose il suo primo processore
"indipendente": il K5.
Il K5 era, sugli interi, migliore a parità di clock rispetto sia al
Pentium che al Cyrix 6x86 ma fu introdotto in ritardo sul
mercato esibendo minori frequenze rispetto alla concorrenza
(riuscì a produrre processori a 75 e 90 Mhz con grave ritardo e
solo quando ormai Intel aveva gia immesso sul mercato i
Pentium a 166 Mhz) e prestazioni inferiori sul versante
Floating-Point.
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
Nel 1994 la Intel iniziò un progetto chiamato NSP
(Native Signal Processing) che però fallì miseramente
a causa di problemi software, così nel 1995 il progetto
MMX ebbe inizio.
Questo processore, nato l'8
Gennaio del 1997, era come un
normale Pentium, ma costruito
con una tecnologia migliore
(piste elettriche a 0.35 micron)
che permise di realizzare un
modello a 233 Mhz (266 MHz
per gli ultimi).
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
Con 4,5 milioni di transistor a 2,8 volt e
una memoria interna di 32 KByte,
veniva assemblato su un chip di 296
piedini.
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
La novità di questo processore fu quella di avere inserite nel
suo codice, oltre alle classiche istruzioni dell'8086, anche
ulteriori 21 nuove istruzioni per la grafica ed il multimedia
dette MMX (Multimedia Extension) utilizzate per migliorare
appunto le performance grafiche e multimediali.
Le prestazioni delle applicazioni multimediali erano migliorate
del 60% circa e non dell'80% come all'inizio era stato
dichiarato. Questo fu dovuto al fatto che l'unità MMX e l'FPU
dei Pentium MMX usavano gli stessi registri, facendo si che la
CPU doveva rimuovere tutte le istruzioni dall'FPU prima di
passare alle istruzioni MMX e vice versa, facendo si che le
applicazioni che sfruttavano entrambe le unità risultassero
molto più lente!
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
La tecnologia MMX (Matrix Math eXtension o
Multi-Media eXtension) è un insieme di istruzioni
che usa la matematica matriciale per supportare
algoritmi di compressione e decompresione
grafica (come JPEG, GIF e MPEG) e il rendering
grafico 3D.
MMX consente al coprocessore matematico di
agire su diversi segmenti di dati simultaneamente
attraverso un processo chiamato SIMD (Single
Instruction Multiple Data).
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
I Pentium MMX erano spinti comunque dallo stesso
"Core" che avevamo precedentemente visto nei
Pentium P54C, ma in questa nuova incarnazione
questo processore vanta di ben 32KB di cache di 1°
livello,
un
voltaggio
inferiore
rispetto
al
predecessore (2.8V) e tecnologia a 0.35 micron, un
ben più avanzato supporto del "Branch Prediction" e
una pipeline ancora più avanzata.
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
Grazie a queste nuove caratteristiche il processore risultava
leggermente
più
performante
del
predecessore
nell'esecuzione di software tradizionale, mentre risultava
avere un incremento variabile dallo 0% al 60%
nell'esecuzione di software appositamente studiato per
l'MMX e non sfortunatamente dell'80% come all'inizio era
stato dichiarato. Questo fu dovuto al fatto che l'unità MMX e
l'FPU dei Pentium MMX usavano gli stessi registri, facendo
si che la CPU doveva prima rimuovere tutte le istruzioni
dall'FPU prima di passare alle istruzioni MMX e vice versa,
facendo si che le applicazioni che sfruttavano entrambe le
unità risultassero molto più lente!
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
MMX introduce tre elementi fondamentali rispetto alle
architetture non-MMX:
• 57 nuove istruzioni eseguibili dal microprocessore, per
la gestione più efficiente di audio e video;
• il procedimento Single Instruction Multiple Data (SIMD),
che rende possibile l'esecuzione della stessa operazione
su dati multipli;
• l'incremento di 32 Kb della CPU cache del
microprocessore, il che significa accesso alla memoria
centrale meno frequente e conseguente risparmio in
termini di tempo d'esecuzione.
1997: processore Pentium MMX
(Intel)
La tecnologia MMX, quando fu introdotta nei
processori Pentium, al molto fumo corrispose
poco arrosto: il software ottimizzato per le nuove
istruzioni tardò ad arrivare e Intel rischiò un
clamoroso flop.
1997: processore Pentium MMX Mobile
(Tillamook)
Una versione a basso consumo del Pentium MMX venne
rilasciata a fine 1997 nella versione 200 e 233 MHz. Questo
processore ovviamente indirizzato ai notebook vantava di un
processo costruttivo a 0,25 micron che riduceva di ben il 50%
il consumo di energia del modello standard. Questo nuovo
processo costruttivo comportò una notevole diminuzione del
voltaggio facendo sì che arrivasse a 1.8V di core e 2.5 per
l'interfaccia I/O. Questa riduzione di voltaggio comportò la
produzione di processori sempre più veloci che
consumavano sempre meno energia; come dimostrazione
una versione di Pentium MMX a 266MHz uscì sul mercato
nel Gennaio del 1998.
1997: processore AMD K6
Il primo processore AMD di 6° generazione
Nel 1993 una piccola azienda inglese
dichiarò di essere riuscita a produrre un
processore ultraveloce che faceva uso di
un'unità RISC (tripla unità di calcolo che
elabora istruzioni semplici in parallelo) per
emulare le funzioni di un processore 8086,
invece delle unità CISC (singola o doppia
unità di calcolo sugli interi che elabora
istruzioni complesse in parallelo).
1997: processore AMD K6
L'AMD acquistò questa azienda e fece sua
questa tecnologia, portando alla luce il 2 Aprile
1997, il processore AMD K6 che dimostrò di
avere una unità di calcolo per gli interi
efficientissima, più veloce (a parità di
frequenza) di qualsiasi altro processore, mentre
l'unità
di
calcolo
in
virgola
mobile
(coprocessore matematico) era sì superiore ai
normali Pentium, ma non raggiungeva le
performance del Pentium MMX e dei futuri
Pentium II.
1997: processore AMD K6
Tuttavia l'economicità di questo
processore, unita alle buone
performance, resero ad AMD un
discreto
guadagno.
La
sua
architettura si basa su 8,8 milioni di
transistor a 2,2 volt, 64 Kb di cache
di primo livello e 321 piedini.
1997: processore AMD K6
Benchè fosse dotato di features avanzate, il K6 aveva
una pecca:
Era costruito su pipeline a bassa latenza a 6 stadi,
ottima per ridurre gli stalli ma difficile da far salire in
frequenza, almeno rispetto ai 10 stadi del Pentium II.
La floating point unit non è completamente pipelined
e quindi esibisce performance ampiamente inferiori al
Pentium.
1997: processore AMD K6
La cache di secondo livello è sempre saldata su
piastra e funziona a 66Mhz contro la cache
integrata su schedina dedicata del Pentium II e
cloccata a metà frequenza del processore; questo
rappresentò una debolezza ma anche un punto di
forza della piattaforma K6 perché permetteva il
riutilizzo di piastre Socket7 (quelle del Pentium) ed
in ogni caso costi minori rispetto alla proposta
Intel.
1997: processore Pentium® II
Il processore Pentium® II, nasce per rivoluzionare
l'architettura tipica del processore.
Con i suoi 7,5 milioni di transistor a 2,2 volt per i
primi modelli e 2,0 per i secondi, incorpora la
tecnologia MMX di Intel, progettata specificamente
per l'elaborazione efficiente di dati video, audio e
grafici.
Due sono i modelli prodotti: i primi denominati
Klamath (0,35 micron) e i secondi chiamati
Deschutes (0,3 - 0,25 micron).
1997: processore Pentium® II
Viene fornito con un chip di memoria cache (secondo livello) ad
alta velocità, 512 kbyte, in una innovativa cartuccia S.E.C.
(Single Edge Contact) collegata ad una scheda madre tramite un
connettore (Slot 1) a singola estremità, come quelle delle normali
schede, abbandonando il classico socket7 basato su una serie di
piedini (pin).
Con questo chip, si possono registrare, modificare e condividere
foto digitali con amici e parenti tramite Internet, modificare e
aggiungere testo, musica o transizioni tra scene nei video
domestici, e, tramite videotelefono, inviare video sulle linee
telefoniche standard e su Internet.
1997: processore Pentium® II
(KLAMATH)
Come il Pentium Pro, questo processore a 7,5 milioni
di transistor (0,35 micron) fa uso dello stesso core
P6, ma con l'aggiunta di alcuni registri segmento che
aumentano la sua velocità nell'eseguire codice a 16
bit e 16/32 bit.
La cache di primo livello è stata portata a 32Kb ed è
stato inserito un buffer ancora più grosso proprio per
aumentare le performance di quest’ultima.
1998: processore Pentium® II
(DESCHUTES)
Il modello Deschutes del Pentium II vanta come
innovazioni rispetto al predecessore una nuova
tecnologia a 0.25 micron anzichè 0.35, da qui una
minore generazione di calore e miglior rendimento,
con questo processore notiamo anche il balzo dal
bus restato finora invariato a 66MHz ai 100MHz. Un
altra particolarità è il misuratore della temperatura
direttamente
sul
processore
per
una
monitorizzazione costante della stessa. Da qui
anche in nuovo indice di misurazione performance
per CPU Intel: ICOMP 3.0.
1998: processore Pentium® II Mobile
(DESCHUTES)
Altro non è che la versione per notebook del
Deschutes, naturalmente con un voltaggio
più basso appunto per evitare un alto
consumo di energia.
1998: processore Pentium® II Mobile PE
(DIXON)
Questa versione definita dalla Intel PE
(Performance Enhanced) si avvale della cache di
secondo (256Kb) livello inserita nuovamente on
die e viaggiante alla stessa velocità del
processore stesso!
1998: processore Pentium® II XEON
Studiato appositamente per le Workstation questo
processore è il più performante e costoso di tutte
le CPU Pentium II prodotte dalla Intel. Seguendo la
scia del Pentium Pro lo Xeon vanta di una cache di
secondo livello molto grossa (da 512 a 2 MB) e
viaggiante alla stessa velocità del processore e
inserita sulla stessa scheda, da qui la necessità di
usare un altro tipo di Slot, chiamato appunto Slot
2. Rispetto al classico Pentium II abbiamo pure il
supporto per 4 CPU invece che 2.
1998: processore Pentium II Celeron
(Covington)
Nato come versione economica del
Pentium II immessa sul mercato da Intel
per contrastare il dominio AMD nella
fascia bassa del mercato. Si differenzia da
quest'ultimo per la totale assenza di cache
di secondo livello e nessun supporto
multiprocessore. Purtroppo però la totale
assenza di cache lo penalizzò non poco,
infatti il processore risultava leggermente
più potente dei P55C e non ebbe molto
successo nel mercato di quel periodo.
1998: processore Pentium II Celeron A
(Mendocino)
La Intel non tardò ad accorgersi del problema del vecchio
Celeron e delle voci di malcontento che giravano, così in Agosto
produsse la versione A del Celeron destinata a prendere una
larga fascia di mercato per tutti gli home user senza troppe
pretese degli anni successivi. Questa CPU infatti rispetto al
predecessore vantava di 128Kb on die viaggianti alla stessa
frequenza della CPU cosa che nemmeno le CPU Pentium II
avevano.
Gli utenti presto si accorsero di cosa comportasse quella cache
così veloce... e cioè una enorme overcloccabilità del processore
stesso, moltissimi utenti infatti riuscirono a spingere facilmente il
modello 300A a una frequenza di 450MH, raggiungendo
prestazioni di poco inferiori a quelle di un Pentium II molto più
costoso; davvero impressionante.
1998: processore Pentium II Celeron A
(Mendocino)
L'Intel notò il fenomeno e per contrastarlo fece si che il
moltiplicatore della CPU restasse bloccato alla frequenza
imposta alla fabbrica, rendendo necessario innalzare la
frequenza di BUS per riuscire nuovamente a spingerlo a livelli
altissimi, facendo si che questo processore restasse ancora il
sogno di tutti gli overcloccatori accaniti! Il Celeron A era
disponibile in due versioni, una sul canonico Slot 1 e un altra
su Socket 370.
1999: processore Pentium II Celeron
Mobile (Mendocino)
Uguale al Celeron A ma con richieste energetiche
abbastanza inferiori fanno di questo processore
l'ideale per sistemi notebook a basso costo.
1998: processore AMD K6 II
Il secondo processore AMD di 6° generazione
Questo processore vuole rappresentare la risposta
di AMD al Pentium II. E' identico al K6 a livello
architetturale, ma ingloba 21 nuove istruzioni
chiamate 3D Now! per la grafica 3D e per i
videogiochi in particolare.
La tecnologia 3DNow! introduce l'approccio SIMD
(Single Istruction Multiple Data) anche con i numeri
in virgola mobile (MMX opera solo sugli interi) e
permette l'esecuzione di fino a 4 istruzioni su
numeri Floating point a singola precisione (32bit).
1998: processore AMD K6 II
Il secondo processore AMD di 6° generazione
Raggiunge attualmente frequenza di 450 MHz. Le
istruzioni sono parzialmente supportate dai driver
Directx 6.x e successivi, ma sono supportate per
intero solo quando sono inglobate nei driver della
scheda video
1998: processore AMD K6 II
Più tardi AMD decide di lanciare una nuova
versione del processore indirizzata ad una
fascia di mercato che comprende un’utenza
più professionale e, per migliorare le già
ottime prestazioni generali, viene integrata
nel processore una cache di secondo livello
di 256 KB di tipo full speed, cioè funzionante
alla stessa frequenza del processore (sui
Pentium II è di tipo a metà della frequenza
del processore).
1998: processore AMD K6 II
Il processore integra ben 9,3
milioni di transistor a 2.2 volt con
tecnologia costruttiva a 0.25
micron ed una velocità di 266 e
300 Mhz!!!!
1999: processore Pentium® III
(Katmai)
Chiamato Katmai per lungo tempo, la Intel decise di chiamare questa CPU
Pentium III; quasi simile al Pentium II, di cui è la terza evoluzione aggiunge
a questo delle altre istruzioni e alcune nuove caratteristiche.
Infatti aggiunge un set di 70 nuove istruzioni multimediali chiamate
Streaming SIMD (Single-Insrtuction, Multiple-Data) o MMX-2 o KNI
(Katmai New Instructions).
Questo nuovo set di istruzioni doveva incrementare la velocità di
navigazione nei siti internet appositamente realizzati, dare una maggiore
velocità nella riproduzione audio-video e accelerare i giochi 3D (Le
istruzioni KNI vennero supportate dalle DirectX a partire dalla verione 6.1).
Queste istruzioni rendevano più veloce l'unità di virgola mobile
permettendo al processore di lavorare su dati multipli con una sola
istruzione e il beneficio che si otteneva programmando appositamente il
software era di un 35% di performance in più rispetto ai Pentium II a pari
frequenza.
1999: processore Pentium® III
(Katmai)
Fortunatamente questa CPU poteva essere inserita nelle
motherboards per Pentium II avendo solo bisogno di aggiornare il
bios per aggiungere il supporto SIMD.
Si inseriva senza nessuna difficoltà sullo Slot 1 ma era leggermente
più piccola e con una maggiore diffusione di calore per evitare il
surriscaldamento della CPU visto che le alette di raffreddamento
erano a diretto contatto con il chip
Usa la tecnologia a 0,18 micron
per spingere la frequenza di
funzionamento oltre i 600 Mhz.
1999: processore Pentium® III
(Katmai)
Un altra innovazione fu l'inserimento di un numero ID generato
casualmente alla fabbricazione inserito nella ROM del processore;
questo serviva alla Intel per essere sicuri che nessuno modificasse o
overcloccasse il processore e per rendere la navigazione su internet più
sicura, ma quando molte persone si lamentarono e chiamarono in
causa la Intel per problemi legati alla privacy questa dovette inserire un
programmino capace di abilitare o disabilitare il numero di
identificazione (Off di default).
Vennero apportate anche ottimizzazioni interne che lo rendevano dal 3
al 7% più veloce del predecessore.
Notiamo anche l'introduzione del primo processore con bus a 133MHz!
Marzo 1999: processore Pentium® III
XEON (Tanner)
Versione per workstation del Pentium III, come successe per
il Pentium II ha la cache di secondo livello molto grossa e
viaggiante alla stessa frequenza del processore e l'aggiunta
delle istruzioni KNI, queste ultime danno un incremento di
velocità abbastanza significativo sopratutto nelle workstation
grafiche con programmi studiati, ad esempio Photoshop 5.5.
Usa la tecnologia a 0,25 micron e ha una frequenza di clock
paria 500/550 MHz.
1999: processore AMD K6 III
Sulla stessa serie dei fratelli
precedenti, l'AMD decide di lanciare
una nuova versione, più veloce, del
suo processore K6 II, indirizzata ad
una fascia di mercato che comprende
un’utenza più professionale.
1999: processore AMD K6 III
E’ stato (in attesa che arrivasse
l'attesissima CPU Athlon, sempre
dall'AMD) il maggior antagonista sul
mercato del Pentium III Intel.
1999: processore AMD K6 III
E' dotato:
sia delle istruzioni MMX
(istruzioni
interne
del
microprocessore per accelerare i
calcoli in ambito multimediale);
sia di quelle 3Dnow! (che
velocizzano tutti i calcoli in ambito
tridimensionale).
1999: processore AMD K6 III
Per migliorare le già ottime prestazioni
generali,
viene
integrata
nel
processore una cache di secondo
livello di 256 KB di tipo full speed, cioè
funzionante alla stessa frequenza del
processore (sui Pentium II è di tipo a
metà della frequenza del processore).
Schema funzionale del core
K6, K6-II e K6-III
1999: processore AMD Athlon (K7)
Il 24 giugno 1999, la AMD Italia annuncia, tramite un comunicato
stampa, di aver iniziato le spedizioni (ai produttori di PC che ne
hanno fatto richiesta) del nuovo processore di settima
generazione, il microprocessore chiamato Athlon, il K7.
La nuova CPU di casa AMD è inizialmente disponibile alle
frequenze di 600, 550 e 500 MHz.
L'Athlon è il primo microprocessore
della settima generazione e,
afferma fiera la AMD, il più veloce
al mondo.
1999: processore AMD Athlon (K7)
Nella scelta del nome Athlon, il colosso califoniano
(da sempre grande antagonista di Intel) ha voluto
sottolineare il netto distacco tecnologico tra il
nuovo prodotto, un vero campione di prestazioni, e
l'attuale famiglia di processori AMD-K6 in termini di
possibilità e rendimento.
1999: processore AMD Athlon (K7)
Terza generazione dei processori AMD,
realizzata inizialmente con un sistema di
produzione a 0,25 micron (per funzionare ad
oltre 500 Mhz), passerà poi alla versione più
sofisticata da 0,18 micron e raggiungerà
velocità prossime al GHz, grazie anche
all'uso del rame al posto dell'alluminio.
1999: processore AMD Athlon (K7)
Usa un particolare slot proprietario per
connettersi alla scheda madre,
chiamato Slot A, e nasce per
competere in modo completo ai
Pentium III di Intel.
1999: processore AMD Athlon (K7)
Tra le novità di questo processore
rileviamo per prima una frequenza di
bus ufficiale, supportata dal nuovo
protocollo della Alpha detto EV6 , che
sarà probabilmente di 200 Mhz, contro
i 100 degli attuali chipset Intel 440 BX
e per seconda l'aumento della cache.
1999: processore AMD Athlon (K7)
Quella di primo livello, infatti, (L1 cache) verrà
inserita nella quantità di 128k, il doppio di quella
implementata nel K6-2 e il quadruplo del Pentium
2; quella di secondo livello (L2 cache), sarà
invece presente in varie dimensioni e velocità:
nei modelli di punta raggiungerà il megabyte e
sarà del tipo on - die, ovvero cloccata alla stessa
velocità del processore, di contro alla cache di
secondo livello del Pentium 2, che viaggia alla
metà della velocità di quest'ultimo.
1999: processore AMD Athlon (K7)
Le istruzioni 3D Now! implementate in questo
chip sono:
 5 ottimizzate per il DSP
(processamento
del
segnale
digitale) estremamente efficienti
nella compressione audio.
19
dedicate
al
calcolo
matematico per il riconoscimento
vocale e alla video compressione;
Schema funzionale del core K7
Differenze tra Pentium III Katmai e
AMD Athlon 600
Pentium III 550
Connessione scheda madre
Tecnologia costruttiva
Bus di sistema
Cache L1
Cache L2
Slot 1
0,25 micron ... 0,18 micron
100 MHz
32 Kbyte
512 Kbyte
AMD Athlon 600
Slot A
0,25 micron ... 0,18 micron
200... 400 MHz
128 Kbyte
512... 8 Mbyte
2000:processore Pentium III Celeron
E’ realizzato con una tecnologia di
integrazione di 0,18 micron che si
presenta come la versione economica del
Pentium III giacchè si è utilizzato lo
stesso core ma con un bus di appena 66
Mhz contro il 133 Mhz del Pentium III.
Presenta inoltre una cache di II livello pari
a 128 KB e non 256KB on die.
1999 - 2000:processore Pentium III
Coppermine
La frequenza di funzionamento CPU arriva fino a 1,13
GHz, frequenza alla quale la tecnolgia P6 comincia a
mostrare tutti i suoi limiti costringendo Intel ad un lungo
stallo nell'avanzamento tecnologico, stallo che durerà fino
alla presentazione del Pentium 4
Evoluzione del processore Pentium III di
Intel, mantiene infatti la stessa architettura
(si basa sul core Katmai), ma integra la
cache di secondo livello all'interno del chip,
permettendo così di competere con i
processori AMD.
1999 - 2000:processore Pentium III
Coppermine
Tuttavia questa aggiunta di cache L2, non
ha potuto fare miracoli (ricordiamo che
l'architettura P6 è stata introdotta con il
Pentium Pro nel 1995) trovando maggiore
difficoltà nel salire in frequenza rispetto i
rivali dell'AMD.
1999 - 2000:processore Pentium III
Coppermine
Tutte le CPU di frequenza superiore ai 600 MHz
sono del tipo Coppermine, mentre in quelle
inferiori ai 600 MHz il nucleo coppermine è
riconoscibile dalla sigla "E" posta subito dopo la
freq. di funzionamento. Accanto alla freq. si può
trovare anche la lettera "B", che identifica i
modelli che richiedono un FSB (Frequenza di
funzionamento della scheda madre) di 133 MHz.
1999 - 2000:processore Pentium III
Coppermine
Ad esempio, per una CPU a 600 MHz:
"600" = PIII originale con FSB a 100 MHz
"600B" = PIII originale con FSB a 133 MHz
"600E" = PIII Coppermine con FSB a 100 MHz
"600EB" = PIII Coppermine con FSB a 133 MHz
1999 - 2000:processore Pentium III
Coppermine
Altre caratteristiche tecniche:
 l'utilizzo del processo produttivo a 0.18 micron (Pentium III e
Celeron utilizzano un processo a 0.25 micron)
il voltaggio di alimentazione Core di 1.6V oppure 1.65V a
seconda delle versioni.
Parte superiore
Parte inferiore
2000: Athlon Thunderbird
I punti chiave per l'AMD nel 2000 sono stati la
differenziazione dell'Athlon (con l'introduzione di
uno zoccolo) e la rivitalizzazione di K6-2 e III. Per
questi ultimi si tratterà di ottimizzazioni legate al
loro passaggio al processo di produzione da 0,18
micron, che comporterà l'introduzione di maggiori
quantitativi di memoria cache e incrementi nella
frequenza operativa.
2000: Athlon Thunderbird
Per Athlon, AMD passa ad una sua versione su zoccolo
(Thunderbird), quest'ultimo denominato Socket A (il connettore
a pettine della precedente versione dell'Athlon si chiama
invece Slot-A).
I dati tecnici parlano di una configurazione a 462 piedini,
operante con una frequenza di bus di 200 MHz (100 MHz a
doppio fronte)e frequenze con incrementi di 50MHz, dai
700MHz a 1GHz (1.000MHz).
2000: Athlon Thunderbird
Strutturalmente, l'unica differenza con il predecessore (Athlon
K7) riguarda l’introduzione di una cache Level 2 a 256KB
direttamente integrata nel chip, che contribuirà a un incremento
generale delle prestazioni rendendo più veloce l'accesso ai dati
da elaborare, rispetto alla cache da 512KB del precede
processore Athlon.
I chipset per Athlon sono sempre stati (e sono tutt'ora)
leggermente più arretrati di quelli della Intel, e questo lascia
temere un'obsolescenza precoce delle schede madri
acquistate. Tuttavia il rilascio del chipset AMD-760, renderà
l'Athlon Thunderbird un osso veramente duro per tutti.
2000: Athlon Duron
Per far fronte al mercato dei processori a basso
costo dominato finora dalla Intel col suo Celeron,
l'AMD ha introdotto una nuova CPU, il Duron,
nome derivante dalla radice latina "durare".
Le ottime prestazioni e il prezzo di listino molto
basso lo hanno reso consigliabile ad una larga
fascia di utenti.
2000: Athlon Duron
Duron deriva dalla tecnologia usata nel processore Athlon; Amd,
però, differenzierà il chip per quanto riguarda le velocità di clock, il
prezzo, la velocità del bus e la dimensione della cache.
 Il chip ha 192Kb di memoria cache integrata sul chip (128Kb
cache L1 e 64 Kb di cache L2 per un totale 192Kb , contro i 32 + 128
Kb del Celeron);
 ha un Front Side Bus a 200MHz;
utilizza il nuovo contenitore Socket A per l'inserimento nella scheda
madre.
 è basato sul processo di produzione a 0,18 micron
 è dotato di un'unità superscalare a virgola mobile e l'avanzata
tecnologia 3DNow.
Nascita dei processori dei giorni
nostri: contesto storico
AMD era riuscita per prima a superare la "barriera" del GigaHertz; per la
casa di Sunnyvale quindi, fu un bel periodo.
All'inizio Intel invano aveva tentato di introdurre un processore che
raggiungesse quelle frequenze, il Pentium III (Coppermine) ad 1.13 GHz,
che però venne subito ritirato dal mercato per consistenti problemi di
funzionamento.
Solo più tardi Intel, riuscì ad immettere sul mercato processori che
superarono il GHz, gli ultimi Pentium III, Coppermine e Tualatin. Questi
processori erano dotati di una validissima architettura, che purtroppo
però, non permetteva elevatissime frequenze di clock, difatti l'ultimo
Pentium III (Tualatin), peraltro destinato a piattaforme server, si fermò a
1.4 GHz.
Nascita dei processori dei giorni
nostri: contesto storico
Intel doveva quindi riscattarsi. Capì che ormai le vendite dei processori
erano in larga parte legate alla loro frequenza di funzionamento: più il
processore era veloce, più era "richiesto". Fu questa "filosofia" a dare vita
all'architettura NetBurst, quella che tutt'ora costituisce il Pentium 4.
Questa CPU quindi, si potrebbe definire quasi come una CPU da
marketing.
Tale architettura ha inoltre introdotto un allargamento della pipeline del
processore.
Ricordiamo che la pipeline, viene sempre riempita dalle istruzioni che
hanno una maggiore probabilità di essere eseguite. Se però, il flusso
previsto è sbagliato, le istruzioni già parzialmente elaborate devono essere
scartate e ne devono essere caricate di nuove per il nuovo flusso di dati.
La pipeline del Pentium 4, essendo il doppio di quella del Pentium III, nel
caso di una previsione sbagliata del flusso, deve lavorare il doppio per
scaricare e ricaricare le istruzioni
2000 - 2001: processore Pentium 4
(Willamette)
Nel 2001, esce finalmente il Pentium 4, processore dalle grandi
aspettative. Il primo Pentium 4, era costituito da core Willamette, core
che presentava molte innovazioni, quali, oltre ad un'architettura
completamente nuova (NetBurst Micro Architecture), l'introduzione
delle allora nuove istruzioni SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2), 256
KB di cache di secondo livello , nuovo package PPGA (con socket 423
pin), e, cosa più importante, l'introduzione dell'ormai famoso Bus Quad
Pumped.
Questo particolare bus, riesce infatti a
quadruplicare la frequenza del Front Side Bus,
aumentando di molto la banda passante. Con il
core Willamette, questo Bus si è "fermato" alla
frequenza di 400 MHz (100x4).
2000 - 2001: processore Pentium 4
(Willamette)
E’ il primo processore Intel a 64 bit basato interamente su
un'architettura RISC, a differenza dell'architettura CISC usata
dalla maggior parte delle famiglie precedenti.
Nasce come processore destinato a workstation e a piccoli
server di fascia bassa, ma anche ad utenti in cerca di un PC
dalle prestazioni elevate.
Sviluppato in collaborazione con HP, offre il cosiddetto
parallelismo esplicito, vale a dire diverse istruzioni vengono
eseguite in parallelo da più macchine dedicate e indipendenti
che si trovano tutte all'interno dello stesso chip. E' come avere
all'interno del processore un sistema multiprocessing.
2000 - 2001: processore Pentium 4
(Willamette)
Richiede lo sviluppo di un sistema operativo
completamente nuovo, pur essendo in grado di
eseguire l'attuale codice a 32 bit.
La frequenza varia da 1,3GHz a 2Ghz.
E’ realizzato con ben 30 milioni di transistor ed una
tecnologia di integrazione di 0.18 micron con
interconnessioni in alluminio.
Per arrivare alla velocità di 2 GHz sarà necessario
modificare la tecnologia di costruzione, arrivando a
0,13 micron e utilizzando interconnessioni in rame.
Pentium 4 (Willamette)….un
processore formidabile?
Non andò tutto esattamente come preventivato da
Intel. Infatti questo processore, era legato
inevitabilmente ad un particolare tipo di memorie:
Rambus.
Queste memorie, oltre ad essere poco reperibili sul mercato, erano
caratterizzati da costi molto alti, che "raddoppiavano", se pensiamo
che dovevano essere montate obbligatoriamente in coppia.
AMD invece, aveva adottato la soluzione DDR,
che stava prendendo sempre più piede sul
mercato, dati i prezzi non troppo alti e le
prestazioni di alto livello.
Pentium 4 (Willamette)….un
processore formidabile?
Il primo Pentium 4, quindi, non ottenne il successo sperato.
Intel decise quindi di abbandonare RAMBUS, che oltrettutto stava
creando non pochi problemi a livello di chipset.
Fu creato quindi il chipset i845, con
supporto SDRAM; memorie ormai
superate con il processore più veloce
sul mercato, un'accoppiata alquanto
insolita: un chiaro segnale di una
grande crisi per Intel.
Maggio 2001 - Intel® Itanium™
Intel Corporation ha annunciato che a
giugno è prevista l'introduzione sul
mercato dei primi sistemi server e
workstation basati su processore Intel®
Itanium™. Destinato alle applicazioni più
impegnative, ad elevate prestazioni e di
livello enterprise, il processore Itanium è il
primo componente della famiglia di
prodotti Intel® a 64 bit.
Maggio 2001 - Intel® Itanium™
La tecnologia EPIC (Explicitly Parallel
Instruction Computing) del processore
Itanium offre funzionalità innovative per
l'elaborazione di diversi terabyte di dati,
velocizzando le transazioni e gli acquisti
on line protetti e i calcoli complessi.
Maggio 2001 - Intel® Itanium™
L'architettura Itanium prevede inoltre
caratteristiche esclusive di affidabilità
tramite la Enhanced Machine Check
Architecture, che consente il rilevamento,
la correzione e la registrazione degli errori,
e tramite le funzioni ECC (Error-Correcting
Code) e di controllo della parità.
Maggio 2001 - Intel® Itanium™
I processori Itanium saranno dotati
di 2 e 4 MB di cache L3 e
opereranno a velocità di 800 e 733
MHz.
Luglio 2001:processore Pentium III
Tualatin
Il Pentium III Tualatin, introdotto il 30 luglio 2001, è il primo dei
processori Intel a impiegare la tecnologia a 0,13 micron.
Integrato originariamente nei notebook grazie ai suoi ridotti
consumi, è approdato successivamente al mondo desktop e a
quello dei server nella versione Pentium III S.
Quest’ultima si differenzia per la maggiore quantità di memoria
cache L2 (512 KByte) e per il maggior numero di transistor (44
milioni).
Non è altro che l'ennesima ottimizzazione della
collaudata architettura P6 in attesa della
definitiva stabilizzazione della piattaforma
Pentium 4.
2001 autunno: Intel Foster
E' arrivata la nuova versione del Pentium
4 destinata al mercato dei server e delle
workstation, sostituta dell'obsoleto Xeon.
Le frequenze iniziali sono di 1,4 GHz,
mentre a fine anno arriveranno ai 2 GHz,
con quantità di cache L2 e L3 (ulteriore
cache dedicata al processore) sempre
maggiori.
2001 autunno: AMD Palomino
Anche in questo caso, AMD ha pronta la risposta, introducendo
l'architettura "Hammer" come base dei suoi futuri microprocessori.
L'architettura Hammer è stata messa a punto per consentire ad AMD di
espandersi dal mercato ‘dual processing’.
Le innovazioni dell'architettura 'Hammer‘ sono :
–elevata larghezza di banda,
–una memoria integrata ad alte prestazioni,
–un controller di input/output e di multiprocessing
Nel complesso, queste innovazioni sono fatte per contribuire a eliminare i
‘colli di bottiglia’ nei percorsi dei dati e accelerare il trasferimento delle
informazioni, assicurando in tal modo maggiori prestazioni e quindi una
maggiore produttività.
Nasce così Athlon Palomino.
2001 autunno: AMD Palomino
Fra le migliorie apportate al nuovo processore,
ci sono la tecnologia al rame e una migliore
unità di brach-prediction (algoritmo sul calcolo
delle operazioni aritmetiche effettuate più
frequentemente), oltre naturalmente a una
maggiore quantità di cache L2 (512 Kb, il
doppio di quanto installato sul Thunderbird).
Palomino partirà da 1,5 GHz, anche se la
versione che supporterà due processori verrà
rilasciata verso la fine del 2001.
2001 fine anno: AMD Athlon XP 1900
Offre prestazioni fino al 25 percento in
più rispetto ai processori concorrenti
nelle applicazioni reali
2002: Pentium IV Northwood
Il progetto Willamette, venne abbandonato, e nel 2002, venne
immesso sul mercato Northwood, il successore di Willamette,
destinato a permanere fino ai giorni nostri.
Il neo nato di casa Intel, disponeva di molte innovazioni:
 la prima, il processo produttivo, che passò da 0,18 micron a
0,13 micron, permettendo consumi ed emissione di calore in
quantità minori (almeno per quanto riguarda i primi step);
il raddoppio della cache di secondo livello, che passò da
256KB a 512KB;
e ultimo, ma non meno importante, l'abbinamento di questo
processore alle memorie DDR.
2002: Pentium IV Northwood
Dapprima, Northwood fu caratterizzato dallo
stesso
Bus
Quad
Pumped
del
suo
predecessore, ovvero a 400 MHz (Northwood A).
Particolarmente migliorata fu la versione con Bus
Quad Pumped a 533 MHz (133x4, Nortwood B).
Ben presto Intel si affrettò a produrre Pentium 4
Northwood di ogni taglio, con frequenze sempre
più alte, che AMD, con la sua architettura, non era
in grado di raggiungere, anche con l'avvento di un
"nuovo" processore: l'Athlon XP.
AMD si vide quindi costretta a "presentare" i propri processori seguiti dal
PR, ovvero "Performance Rating", cioè l'equivalente di un AlthonXP nei
confronti di un Athlon "Base", altri affermano erroneamente (o forse in
modo ironico) che si tratti invece di un "Pentium Rating", cioè
l'equivalente ipotetico di un Athlon XP nei confronti di un Pentium 4.
2002: Pentium IV Northwood
Come abbiamo detto, la scalata ai MHz continuava inesorabile, e venne
quindi presentata l'ultima CPU con Bus Quad Pumped a 533 MHz:
Pentium 4 a 3,06 GHz.
Oltre alla frequenza sbalorditiva, il processore in questione integrava
un'inetressante novità: Hyper Threading.
Questa nuova tecnologia, permette di far riconoscere e utilizzare il
processore come due processori distinti, sebbene il secondo sia
"virtuale". In pratica la tecnologia sfrutta i cicli di clock in idle,
impiegandoli per eseguire altri thread. La speciale funzione, è
disattivabile in qualsiasi momento da BIOS.
Fino ad ora, la tecnologia non si è dimostrata molto utile, in quanto la
maggior parte dei sistemi operativi desktop odierni non è provvista di
supporto Dual Processor, quindi l'Hyper Threading si rivela utile con
applicazioni multiasking, per il resto, le prestazioni sono quasi allineate
con lo stesso processore ma con Hyper Threading disattivato.
2002: Pentium IV Northwood
Il Northwood, non finì ancora di stupire, infatti, dopo poco tempo, uscì la
versione con Bus Quad Pumped a 800 MHz , Northwood C, che viene
tutt'ora ampiamente usata.
Questa versione, oltre che per le frequenze di clock molto elevate (fino a
3.2 GHz), permette di avere una banda passante molto ampia, data la
frequenza del bus stesso molto elevata.
La CPU in questione inoltre, permette margini di Overclock molto ampi.
Questo processore viene associato ai chipset i875p (per sistemi di
fascia alta/workstation), e i865p (per sistemi desktop di fascia medioalta).
E’ interessante notare come la maggior parte delle schede madri per
Pentium 4 con bus a 800 MHz, adotti in larga parte questi due chipset; i
motivi sono principalmente due:
• il primo, è che sono davvero ottimi chipset (ricordiamoci che Intel, prima
di essere produttrice di processori, è una grande produttrice di chip);
•il secondo, è che non tutti gli altri produttori di chip riescono ad ottenere
la licenza per il particolare Bus Quad Pumped a 800 MHz.
2002: AMD Athlon XP 2000
•Tra le caratteristiche:
–Architettura QuantiSpeed (comune a tutti i
modelli Athlon)
–384KB di memoria cache full speed on-chip
–Supporta le istruzioni AMD 3DNow
–Supporta un front side bus avanzato a 266MHz
–tecnologia a 0.18 micron con interconnessioni in
rame
2003: AMD Athlon XP 3000
AMD rilascia il processore Athlon XP 3000.
La novità di maggior rilievo è l'aumento
della cache L2 da 256KB a 512Kb.
La frequenza di sistema (FSB) adottata è di 333 MHz, la cache
L1 rimane di 128Kb, così come la tecnologia di fabbricazione a
0.13 micron.
L'aggiunta di 256Kb di cache ha costretto AMD all'aumento della
dimensione del die del 20%, e del numero di transistor integrati
nel processore da 37,6 milioni a 54,3 milioni .
Migliora l'abilità di raffreddarsi del processore grazie alla
maggiore superficie di contatto tra dissipatore e processore.
2003: AMD Athlon XP 3200
A fine anno AMD presenta il
nuovo processore AMD Athlon
XP 3200.
Il principale miglioramento è dovuto ad un
front-side bus (FSB) da 400 MHz.
2003: Pentium 4 Extreme Edition
Ed ecco infine l'apice del Northwood, il Pentium 4 Extreme Edition.
Questo processore fu annunciato da Intel verso metà Settembre 2003,
proprio una settimana prima dell'uscita ufficiale dell'Athlon 64, anche se, fino
ad ora quasi nessuno è riuscito quantomeno a vederlo. Al 90% è stata una
mossa di Intel per lanciare, in attesa del Prescott, un processore che
potesse stare dietro ad Athlon 64.
I costi si dovrebbero aggirare sui 1000€, non troppo economico. Ma cos'ha
di tanto importante questo processore?
Il core intanto, non è puramente Norhwood, è un core Gallatin, proprio degli
Xeon, opportunamente "adattato" alla frequenza di 3.2 GHz e al Bus di 800
MHz.
L'Extreme Edition infatti, vanta una cache di terzo livello di ben 2 MByte,
così si spiegano i 178 milioni di Transistor che compongono questo core, di
cui 123 milioni solo per la cache L3!!
2003 - 2004: AMD Athlon 64
Nasce Athlon 64: il primo processore
desktop con supporto 64 bit.
Importante
nuova
implementazione
dell'Athlon 64 è il controller di memoria
(memory controller) integrato. Questo
componente serve a mettere in
comunicazione la CPU con la memoria.
L'implementazione nel die del processore di questo componente fa
in modo che vi sia un dialogo diretto con la memoria. In questo
modo, il memory controller funziona alla stessa frequenza (clock)
del processore guadagnando così in termini di prestazioni.
Questa implementazione, in sostanza, abbassa di molto la
latenza (tempo di risposta) delle memorie guadagnando molto
in termini di prestazioni.
2003 - 2004: AMD Athlon 64
Un'altra importante tecnologia implementata nell'Athlon 64 è
chiamata Cool 'n' Quiet, analoga allo SpeedStep di Intel.
Grazie a questa, quando il processore non usa la sua
massima potenza, il clock ed il voltaggio del processore
stesso vengono abbassati.
Questo fa sì che si riduca la quantità di corrente utilizzata ed il
calore prodotto, passando da 89 watt a soli 32 o 22 Watt
(diminuendo il clock rispettivamente di 800 e 1000 Mhz).
Le CPU Athlon 64 sono state prodotte con processo
produttivo a 0,13 e 0,09 micron.
Febbraio 2004: Intel Prescott
Northwood, non è stato l'ultimo core della "famiglia" NetBurst. Il
successivo è Prescott, di cui si è sentito tanto parlare, e, non molto
bene.
Questa CPU non si è presentata nel più brillante dei modi.
La sua immissione sul mercato,
con classico package 478 pin,
mostrava
abbondanti
incompatibilità con molte schede
madri bus 800 MHz, date le
diverse
specifiche
di
alimentazione; molte di queste
incompatibilità sono ora state
"scongiurate“.
Febbraio 2004: Intel Prescott
Inoltre ci sono i problemi legati al processo produttivo (che passa da 0,13
micron a 0,09 micron), che sono sentiti soprattutto in merito a consumi (in
termini di energia) ed emissioni di calore.
Si pensava infatti che con il passaggio da 0,13 micron a 0,09 micron, le
temperature ed i consumi sarebbero ulteriormente scese, ma secondo
recenti informazioni pervenuteci attraverso varie fonti, ma anche da Intel
stessa, si riesce a capire come vi si presentino dei grossi problemi.
La CPU arriverà a dover dissipare ben
100w (il Northwood più potente in
condizioni di default arriva massimo ad
85w) nella versione con package 478 pin.
Febbraio 2004: Intel Prescott
Nuovo set d'istruzioni SIMD, le SSE3.
La cache di primo livello passerà dagli attuali 8KB del Northwood a 16KB,
mentre quella di secondo livello passerà da 512KB a 1MB.
L'Hyper Threading sarà migliorato.
Verranno introdotte 13 nuove istruzioni definite PNI
Instructions);
(Prescott New
Avrà il supporto a memoria dual channel DDR2 a 400/533 MHz, a PCIExpress x16 e avrà come SouthBridge, l'ICH6
La CPU, resterà con package 478 pin fino a metà 2004, poi, verrà introdotto
un nuovo package da Intel: il package LGA 775, che verrà associato ad un
nuovo socket chiamato Socket T (la T è molto probabilmente ricavata dalla T
di Tejas, successore di Prescott, che adotterà lo stesso tipo di package),
sempre con Bus Quad Pumped a 800 MHz.
Questo nuovo package non prevederà più Pin, bensì solo contatti (in questo
caso 775). Il socket T infatti, avrà una struttura molto diversa dai socket attuali.
Inizio 2005: Intel Tejas
Tejas, come abbiamo detto, sarà il successore del core Prescott, anche
se di questa CPU si sa ancora molto poco.
Verrà presentato da subito in package LGA 775 e socket T, con dapprima
frequenze di bus di 800 MHz, poi con frequenze di bus di 1066 MHz.
Il processo produttivo, sarà inizialmente a 0,09 micron, mentre poi verrà
utilizzato un processo produttivoo a 0,065 micron.
Le innovazioni (rispetto a Prescott):
 Altre 8 nuove istruzioni, denominate TNI (Tejas New Instructions);
 Enhanced Hyper Threading;
 24KB di cache L1 e 1 o 2MB di cache L2.
All'inizio la sua uscita era prevista per fine 2004, ma pare che i recenti
problemi legati al core Prescott abbiano influito anche su Tejas, che
probabilmente, nelle versioni dal clock più elevato, arriverà a consumare
fino a 120w, decisamente troppo per sistemi di raffreddamento
convenzionali, che già si trovano in seria difficoltà con Prescott.
Inizio 2005: Intel Tejas
Intel sta perciò adottando opportune contromisure
Pur di guadagnare qualche grado in meno è disposta a proporre un nuovo
Form Factor, il BTX, che avrà una disposizione diversa degli elementi, sia
quelli integrati sulla scheda madre che quelli nel case, al fine di creare un
flusso d'aria che potrà giovare alle temperature.
Fonti non certe, affermano che in Tejas (e forse in qualche ultimo esemplare di
Prescott), sarà inserita la tecnologia denominata Yamhill, un progetto
abbandonato da Intel qualche anno fa, ma ripreso in merito ai successi
conseguiti da AMD con l'architettura x86-64.
Yamhill infatti, prevede un'architettura simile a quella di AMD, con supporto ai
64 bit e supporto nativo di codice a 32 bit.
Dopo Tejas, che avrà per quel periodo abbondantemente superato la soglia
dei 6 GHz, sarà la volta di Nehalem, del quale si sa poco o niente. Si sa
solamente che per questa CPU l'architettura non sarà puramente NetBurst, e
ciò implica l'introduzione di una nuova architettura IA32 a parte di Intel, magari
con prospettive totalmente diverse da quella NetBurst.
Lo stato dell’arte: AMD Athlon 64 X2
AMD presenta il primo processore dualcore Toledo costruito con tecnologia di
processo a 90nm, l’ATHLON 64 X2.
E’ la naturale estensione della tecnologia
AMD64.
Alcuni test preliminari hanno dimostrato che i
processori di AMD dual core, danno filo da
torcere ai Pentium Extreme Edition dual core
risultando più veloci e meno assetati
d'energia.
Lo stato dell’arte: AMD Athlon 64 X2
Dimensioni delle cache, una per ciascun core,
sono pari a 512 Kbytes o 1 Mbyte
Le frequenze di clock vanno da 2,2 GHz a
2,4 GHz
Memoria DDR400 con memory controller
integrato a livello processore.
L'architettura delle cpu Athlon 64 X2 prevede
che le comunicazioni tra i due core
avvengano utilizzando il System Request
Queue (SRQ), responsabile di inviare al core
disponibile in un preciso momento una
particolare richiesta di elaborazione. Questo
accade all'interno del Die del processore,
senza dover in nessun modo accedere ad un
bus esterno al processore.
Lo stato dell’arte: Intel Pentium D
Intel lancia il Pentium D, della
serie 800, con velocità da 2,8 a
3,2 GHz.
Questa tecnologia
pone all'interno di un
processore due nuclei di calcolo ottenendo di
fatto un sistema multiprocessore ma con
consumi e spazio ridotto
Lo stato dell’arte: Intel Pentium D
Cache L2 da 1 o 2 Mbyte per ciascun Core
Le frequenze di clock vanno da 2,8 a 3,2 GHz.
Il Core utilizzato per le cpu Intel Dual Core è
Smithfield;
Il processo produttivo è di 0.09 micron
Le comunicazioni tra i due core passano
attraverso il front side bus, operante a 800
MHz di clock con questi processori.
Questa architettura si rivela sensibilmente
meno efficace di una che preveda
comunicazioni dirette tra i due core, all'interno
del package del processore.