آموزشسخت افزار

مروری بر تاریخچه پردازنده های اینتل : از 4004 تا Xeon

شرکت آمریکایی اینتل یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان تجهیزات سخت افزاری در حوزه کامپیوتر است که در سال 1968 توسط رابرت نویس و گوردون مور تاسیس شده است . دفتر اصلی این شرکت در کالیفرنیا قرار دارد و بیش از 106000 کارمند در سراسر دنیا در این شرکت مشغول به کارند . در فهرست ارزشمندترین برندهای جهان که توسط فوربس رده بندی می شود اینتل در آخرین رده بندی که در انتهای سال 2018 صورت گرفته است با 34 میلیارد دلار ارزش و درآمد کلی 62 میلیارد دلار در رده 17 جدول قرار گرفته است .

فعالیت های شرکت اینتل در زمینه های مادربورد، کارت شبکه، چیپست، بلوتوث و حافظه‌های فلش، همچنین انواع ریزپردازنده ها، نیم‌رساناها، مدارهای مجتمع، واحدهای پردازش گرافیکی و سامانه‌های نهفته صورت می پذیرد گرچه ممکن است بیشتر کاربران شرکت اینتل را بخاطر CPU های آن بشناسند . به همین دلیل در این مقاله به سراغ بررسی تاریخچه پردازنده های اینتل می رویم .

( با توجه به گستردگی پردازنده های ارائه شده ، فقط مهم ترین پردازنده های اینتل که سبب تغییراتی بنیادین شدند معرفی می شوند )

آغاز دوران باشکوه با پردازنده 4004:

پردازنده 4004 اینتل

4004 اولین پردازنده ی اینتل بود که در سال 1971 به بازار عرضه شد. هدف از تولید این پردازنده 4 بیتی رابطه با سه میکروچیب 4001 ROM , 4002 RAM و 4003 Shift Register بود . در حالی که 4004 قادر به انجام محاسبات بود اما وجود سه میکروچیب دیگر برای ایجاد عملکردهای لازم برای پردازش لازم بود . با اینکه پردازنده 4004 اولین پردازنده شرکت اینتل بود اما به هیچ وجه برای استفاده در کامپیوترها طراحی نشده بود و کاربرد آن استفاده در ماشین حساب ها و دستگاه های مشابه بود .

سرعت این پردازنده تک هسته 740 کیلوهرتز و تکنولوژی ساخت آن 10 میکرون بود که در مقابل پردازنده های امروزی که سرعتی گیگاهرتزی و تکنولوژی ساختی نانومتری دارند ناامید کننده به شمار می رود اما باید به این نکته توجه داشته باشید که این پردازنده پایه گذار CPUهای پرقدرت امروزی محسوب می شود .

8008 و 8080

پردازنده 8008 اینتل / Intel 8008 CPU

عرضه ی پردازنده ی 4004 شهرت خوبی را در زمینه ی میکروپروسسور ها برای اینتل فراهم کرد و اینتل هم در جهت استفاده حداکثری از این شهرت ، خط تولید اولین پردازنده ی 8 بیتی خود را با معرفی پردازنده 8008 در سال 1972 معرفی کرد . به دنبال معرفی 8008 ، مدل 8080 در سال 1974 و مدل 8085 در سال 1975 عرضه شدند.

پردازنده ی 8008 به لطف 8 بیتی بودن خود عملکرد سریعتری را نسبت به 4004 به نمایش می گذاشت اما با توجه به نرخ کلاک محافظه کارانه آن که بین 200 الی 800 کیلوهرتز تنظیم شده بود ، در میان توسعه دهندگان سیستم عملکرد جذابی را از خود به نمایش نمی گذاشت.

پردازنده 8080 اینتل عملکرد بسیار بهتری را نسبت به مدل 8008 تجربه کرد ، اینتل برای اولین بار از تکنولوژی ساخت ترانزیستور 6 میکرون در این مدل پرده برداری کرد و ترکیب این ویژگی با سرعت 2 الی 3.125 مگاهرتز سرعت قابل قبولی را برای این پردازنده فراهم کرد.

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

8086 : آغاز x86

پردازنده 8086 اینتل / Intel 8086 CPU

اولین پردازنده ی 16 بیتی اینتل 8086 بود که در سال 1978 عرضه شد و در مقایسه با پردازنده های قبلی عملکرد فوق العاده ای داشت . نه تنها کلاک پردازنده 8086 از پردازنده 8088 بالاتر بود بلکه از باس 16 بیتی و پشته ی 6 بایتی طولانی تری نیز بهره مند بود . هم چنین این پردازنده قادر به اجرای وظایف 16 بیتی بود با اینکه بیشتر نرم افزارهای آن زمان برای پروسسور های 8 بیتی طراحی شده بودند.

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

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

80186 و 80188

پردازنده 80186 اینتل / intel's 80186 CPU

اینتل تولید مدل 8086 را با تولید چند پردازنده ی دیگر ادامه داد که همه ی آن ها به طور مشترک از معماری مشابه 16 بیتی استفاده می کردند . اولین پردازنده ی این سری مدل 80186 بود که اینتل چندین قطعه سخت افزاری که معمولا روی مادربورد به CPU اضافه می شود از جملهclock generator, interrupt controller  و تایمر را به آن اضافه کرد و در نتیجه دستور العمل های خاص حتی با وجود یکسان بودن کلاک ، با سرعت قابل ملاحظه ای نسبت به مدل 8086 اجرا می شدند .

پردازنده ی 80188 همانند مدل قبلی دارای چندین قطعه سخت افزاری در پردازنده بود اما مشابه مدل 8088 ، خطوط ارسال داده آن نصف شده بود .

80286

پردازنده 80286 اینتل / Intel 80286 CpU

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

iAPX 432

iAPX 432 CPU

پردازنده ی iAPX 432 که در سال 1981 معرفی شد ، اولین پردازنده ی 32 بیتی شرکت اینتل به شمار می رفت . iAPX 432 یک تلاش ابتدایی از اینتل بود که سعی داشت تا با استفاده از تجارب گذشته در تولید پردازنده های x86 ، بتواند از طراحی متفاوتی بهره ببرد . اینتل انتظار داشت تا این پردازنده چندین برابر سریعتر از مدل های گذشته ی خود باشد اما با وجود مشکلاتی در طراحی این مدل ، iAPX 432 به یک پروژه ی شکست خورده مبدل گشت .

پردازنده ی های  x86به خودی خود پیچیده هستند و مدل iAPX 432 تعریف جدیدی از پیچیدگی سخت افزاری را معرفی کرد . طراحی این پردازنده نسبتا بزرگ بود که باعث شد تا اینتل مجبور شود آنرا در 2 قالب جداگانه طراحی کند . هم چنین با توجه به کمبود پهنای باند ، پردازنده با مشکل کمبود دیتا مواجه میشد که سبب میشد تا پردازنده نتواند نتیجه ی مورد انتظار را ارائه دهد . iAPX 432 عملکردی بهتر از مدل های 8080 و 8086 داشت اما با ارائه ی مدل های بعدی و رفع نواقص ، این مدل به سرعت جایگزین و در نهایت از بین رفت.

i960 : اولین پردازنده RISC اینتل

i960 CPU شرکت اینتل

اینتل اولین پردازنده RISC ( reduced instruction set computer )  خود را در سال 1984 و برای جبران شکست مدل iAPX 432 طراحی کرد . پردازنده i960 برای رقابت مستیم با پردازنده های x86 طراحی نشده بود اما توانست به یکی از پرفروش ترین CPU های سگمنت خودش تبدیل شود . در داخل این پردازنده از یک معماری 32 بیتی پیچیده استفاده شده بود که از کانسپت طراحی RISC بهره می برد.

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

80386: تبدیل x86 به 32 بیت

پردازنده اینتل 80386

پردازنده ی 80386 ، اولین پردازنده ی 32 بیتی با معماری x86 شرکت اینتل بود . یکی از کلیدی ترین ویژگی های این پردازنده 32 بیتی بودن آن بود که اجازه میداد تا CPU از 4 گیگ رم بتواند استفاده کند . برخلاف پردازنده های مدرن ، در زمانی که پردازنده 80386 تولید شد ، رم بیشتر به معنای افزایش و بهبود عملکرد پردازنده بود . اینتل هم چنین بهبودهایی روی معماری پردازنده ایجاد کرده بود که سبب شد 80386 در رقابت با مدل قبل یعنی 80286 کارایی بالاتری را به نمایش بگذارد حتی زمانی که هر دو پردازنده از یک میزان رم استفاده می کردند . هم چنین این پردازنده از پردازش مجازی پشتیبانی می کنید که سبب بهبود پردازش مالتی تسکینگ می شود.

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

I860

پردازنده اینتل 80860 یا i860

در سال 1989 اینتل یک بار دیگر سعی کرد تا از تولید پردازنده های x86 دست بردارد به همین جهت یک پردازنده ی RISC جدید را با نام i860 تولید کرد . بر خلاف i960 ، مدل جدید یک CPU با کارایی بالا بود که برای رقابت در بازار کامپیوترهای رومیزی طراحی شده بود . اما طراحی این پردازنده با مشکل مواجه بود ، مهم ترین نقص این بود که عملکرد i860 به طور کامل بر کامپایلر تکیه داشت تا دستورات را اجرا کند . این مورد به اینتل کمک کرده بود تا پیچیدگی ساخت پردازنده را کاهش دهد اما سبب شده بود نتواند دستورات را از ابتدا تا انتها لیست کند و به طور مکرر پردازنده خاموش شود.

80486 : ادغام FPU

پردازنده i486 اینتل

پردازنده 80486 یکی دیگر از تلاش های قابل توجه اینتل در سال 1989 بود که رمز موفقیت آن در یکپارچه سازی دقیق اجزای سازنده داخل پردازنده بود . 80486 اولین پردازنده ای بود که دارای حافظه ی کش L1 بود . مدل اولیه ی 80486 با تکنولوژی ساخت 1000 نانومتری و ظرفیت کش 8 کیلوبایت طراحی شده بود ولی در مدل های جدیدتر ، اینتل توانست تکنولوژی ساخت را به 600 نانومتر بهبود و کش را نیز از 8 به 16 کیلوبایت ارتقا دهد . نکته ی قابل توجه این ارتقا این بود که پردازنده ی 80486 توانست عملکردی 50 برابر مدل 8088 را ارائه دهد.

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

اولین سری های پردازنده 80486 با سرعت 50 مگاهرتزی عرضه می شدند که این رقم در مدل های بعدی افزایش یافته و در مدل 80486DX4 به عدد 100 مگاهرتز رسید . هم چنین اینتل با تولید مدل SX از این پردازنده و غیرفعال سازی FPU در آن ، پردازنده ای با قیمت مناسب را تولید کرد که بازه ی کاربران خود را گسترش بدهد.

P5 : اولین پردازنده Pentium

P5 : اولین پردازنده Pentium

پردازنده P5 که در سال 1993 طراحی و تولید شد ، اولین پردازنده اینتل با معماری x86 بود که که سیستم 80×86 را دنبال نکرد . پنتیوم از معماری P5 در طراحی خود بهره می برد که اولین طراحی superscalar x86 اینتل بود . با این که پردازنده Pentium به طور کلی از پردازنده ی 80486 سریع تر بود اما مهم ترین ویژگی آن بهبود فراوان FPU بود . FPU در پنتیوم بیش از 10 برابر سریع تر از نسخه ی پیشین در مدل 80486 بود که این ویژگی در سال های بعد که اینتل Pentium MMX را تولید کرد پیش از پیش اهمیت یافت .  مدل MMX از معماری مشابه پنتیوم اصلی بهره میبرد اما پشتیبانی از دستورات MMX SIMD عملکرد پردازنده ی MMX را به طرزر محسوسی افزایش داده بود.

اینتل در پردازنده های پنتیوم حافظه ی کش L1 را نسبت به مدل 80486 افزایش داده بود به این ترتیب که Pentium اولیه از 16 کیلوبایت حافظه بهره می برد در حالی که پنتیوم MMX دارای 32 کیلوبایت کش بود . اولین پردازنده های پنتیوم از ترانزیستور های 800 نانومتری بهره مند بودند که سرعت 60 مگاهرتز را فراهم می ساخت اما در طراحی و بهبود های بعدی ، تکنولوژی ساخت کاهش محسوسی داشت و به عدد 250 نانومتر رسید که این کاهش باعث شد پردازنده ها به سرعت 300مگاهرتز هم دست پیدا کنند.

P6: Pentium Pro

پردازنده Pentium Pro یا P6

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

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

حافظه L1 پردازنده پنتیوم پرو به دو بخش حافظه 8 کیلوبایتی تقسیم شده بود ، یکی برای دستورالعمل ها و دیگری برای اطلاعات . اینتل به منظور جبران اختلاف 16 کیلوبایتی کش با مدل MMX ، حافظه ی کش L2 را با ظرفیت 256 کیلوبایت در یک تراشه جداگانه متصل به CPU قرار داد .

Pentium Pro دارای ویژگی های انقلابی متعددی بود ، اما از لحاظ عملکرد ، با دو مدل قبلی پنتیوم رقابت می کرد . هر دو پردازنده ی قبلی پنتیوم در عملیات های 16 بیتی سریعتر بودند . همچنین پنتیوم پرو با توجه به عدم پشتیبانی از دستورات MMX SIMD ، در بهینه بودن یک گام عقب تر از پردازنده ی Pentium MMX بایستد.

P6: Pentium II

پردازنده Pentium II

با توجه به مشکلات فنی ای که برای شرکت اینتل در پردازنده ی پنتیوم پرو رخ داده بود ، همه تصور می کردند که اینتل از این معماری دست کشیده و به سراغ معماری دیگری می رود اما این شرکت با ارائه ی پردازنده ی Pentium 2 در سال 1997 توانست تمامی مشکلات مدل قبل را برطرف سازد . معماری این پردازنده مشابه مدل پنتیوم پرو با 14 خط لوله و پیشرفت هایی در هسته ها برای افزایش کارایی IPC بود . یکی از پیشرفت های مدل پنتیوم II نسبت به مدل پرو ، افزایش حافظه کش L1 از 16 به 32 کیلوبایت ( 16 کیلوبایت داده + 16 کیلوبایت دستورالعمل ) بود.

هم چنین اینتل سعی کرد تا برای کاهش هزینه های ساخت و عرضه ی مدل پنتیوم II با قیمت مناسب ، تراشه های کش ارزان قیمت را در تولید این پردازنده به کار ببرد . این راهکار مناسبی برای کاهش قیمت بود اما باعث میشد حافظه ها نتوانند با سرعت کامل CPU کار کنند . به همین منظور اینتل از حافظه ی کش L2 استفاده می کرد که در نیمی از فرکانس اجرا و سبب افزایش کارایی پردازنده میشد . اینتل در این مدل با بهره گیری از تجارب ساخت مدل پنتیوم پرو ، قابلیت MMX را به این پردازنده اضافه کرد تا توانسته باشد تمامی اشتباهات گذشته را جبران نماید.

هسته های CPU که در پردازنده ی پنتیوم استفاده شدند با نام های Klamath و Deschutes نامگذاری شدند و به عنوان محصولاتی با نام Xeon و Pentium II Overdrive برای سرورها به فروش رسیدند . مدل های رده بالای این پردازنده شامل 512 کیلوبایت کش L2 و سرعت 450 مگاهرتزی بودند.

P6 : Pentium III و تلاش برای رسیدن به سرعت 1 گیگاهرتز

پردازنه پنتیوم 3 اینتل

اینتل قصد داشت تا راه پنتیوم II را با یک پردازنده با معماری Netburst پیگیری کند ، اما آمادگی این کار را نداشت به همین جهت هم باز به سراغ معماری P6 و استفاده از آن در مدل Pentium III رفت. پردازنده های ابتدایی این مدل با کد “Katmai” نامگذاری می شدند که از نظر معماری ساخت شباهت فراوانی به مدل قبلی داشت. استفاده از معماری زیرسطحی سبب ایجاد تغییرات قابل توجهی شد که از جمله آن ها کاهش 14 خط لوله به 10 عدد بود. با توجه به خط لوله بروز شده و افزایش سرعت CPU، پردازنده پنتیوم 3 عملکرد بهتری را به نسبت مدل های پیشین از خود به نمایش میگذاشت.

Katmai با استفاده از ترانزیستور های 250 نانومتر تولید شد با این حال پس از حرکت اینتل به سمت فناوری ساخت 180 نانومتری ، اینتل توانست عملکرد Pentium III را به میزان قابل توجهی افزایش دهد . این بروزرسانی ها با کد ” Coppermine” شامل تغییراتی از جمله انتقال حافظه ی کش L2 به CPU و کاهش ظرفیت آن به 250 کیلوبایت میشد ، اما چون حافظه می توانست در تمام فرکانس پردازنده اجرا شود خبری از کاهش سرعت نبود و هم چنان پردازنده عملکرد بالایی را نشان میداد.

Coppermine محصول اینتل در رقابت با Athlon AMD برای دستیابی به سرعت 1 گیگاهرتز بود که موفق به انجام آن هم شد . هم چنین اینتل تلاش کرد که مدلی با سرعت 1.13 گیگاهرتز نیز تولید نماید اما پس از تحقیق و بررسی دکتر Tom Pabst از Tom’s Hardware مشخص شد که این پردازنده ناپایدار است.

آخرین هسته های CPU پنتیوم III به نام Tualatin نامگذاری شد که از فناوری ساخت 130 نانومتری بهره می برد که سبب افزایش سرعت تا 1.4 گیگاهرتز می شد . هم چنین ظرفیت کش L2 هم به 512 کیلوبایت افزایش یافت که باعث بهبود در عملکرد پردازنده میشد.

P6 و P5 : Celeron و Xeon

پردازنده Celeron و Xeon اینتل

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

امید اتحادمحکم

کارشناس واحد تولید محتوا و کارشناس ارشد فنی نت‌رانه. دانش‌آموخته‌ی مقطع کارشناسی ارشد برق از دانشگاه گیلانه. پیش از این‌که به خانواده‌ی نت‌ران بپیونده، به‌مدت 4 سال در زمینه‌ی اتوماسیون صنعتی و طراحی مدارهای الکترونیکی فعالیت حرفه‌ای داشته. امید در زمینه‌ی تولید و بازاریابی محتوا تخصص داره.
خبرنامه
Notify of
guest
4 نظرات
جدیدترین
قدیمی‌ترین Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
هومن

ببخشید پردازنده celeron زودتر از پنتیوم اومد

دانیال

بسیار عالی معلوم زیاد زحمت کشیدید خسته نباشید و موفق باشید

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا