HouseClever - Умный дом

(925)612-78-77 Заказать умный дом, купить умный дом


Мы предлагаем комплексную автоматизацию вашего дома, коттеджа, офиса.

Наш Умный дом - это дом с искусственным интеллектом и ежедневный помощник, который распознает и исполняет ваши желания, создавая комфортную, безопасную и уютную среду для жизни. Наш Умный дом – это инновационные технологии будущего, которые мы дарим вам уже сегодня.

СТАТЬЯ

rss

Клюев Павел



40 лет первому микропроцессору


Первым появившемся на свете однокристальным микропроцессором считается детище маленькой и не очень известной в то время фирмы Intel. Этот шестнадцатилапый паучок появился на свет 15 ноября 1971 года и был рассчитан на применение в калькуляторах.

Кристалл представлял собой 4-разрядный процессор с классической архитектурой гарвардского типа и изготавливался по передовой в те годы p-канальной МОП-технологии с проектными нормами 10000 нанометров. Электрическая схема прибора насчитывала 2300 транзисторов. Микропроцессор работал на тактовой частоте 92,6 кГц при длительности цикла команды 10,8 мкс. Чип i4004 имел адресный стек (счетчик команд и три регистра стека типа LIFO - Last In First Out), блок регистров общего назначения - РОН (регистры сверхоперативной памяти, или регистровый файл), 4-разрядное параллельное АЛУ (арифметическое логическое устройство), аккумулятор, регистр команд с дешифратором команд и схемой управления, а также схему связи с периферийными устройствами. Все эти функциональные узлы объединялись между собой 4-разрядной шиной данных.

Для однокристального процессора i4004 имел весьма впечатляющие характеристики. Память команд достигала 4Кбайт (для сравнения: объем ЗУ мини-ЭВМ в начале 70-х годов редко превышал 16 Кбайт), а регистровый файл ЦП насчитывал шестнадцать 4-разрядных регистров, которые можно было использовать и как восемь 8-разрядных (восемь 4-разрядных пар). Такая организация РОНов сохранена и в последующих микропроцессорах фирмы Intel. Три регистра стека обеспечивали три уровня вложения подпрограмм. Конечно, эта цифра не вызвала особых восторгов у программистов, тем не менее они получили возможность создавать полноценные программы. Процессор i4004 монтировался в пластмассовый или металлокерамический корпус типа DIP (Dual In-line Package) всего с 16 выводами.

В систему его команд входило 46 инструкций. По своему функциональному составу она была универсальной, т. е. рассчитана на широкий круг решаемых задач и разрабатываемых приложений. Первоначальное назначение кристалла наложило определенный отпечаток на состав системы команд, поэтому присутствие в ней ряда инструкций, в частности десятичной коррекции, а также наличие соответствующих аппаратных средств не вызывает особого удивления.

Вместе с тем кристалл располагал весьма ограниченными средствами ввода/вывода, а в системе команд отсутствовали операции логической обработки данных (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), в связи с чем их приходилось реализовывать с помощью специальных подпрограмм, что в некоторых случаях чрезмерно усложняло создаваемое ПО. Модуль i4004 не имел возможности останова (команды HALT) и обработки прерываний. Впрочем, это объясняется не упущением создателей устройства, а тем, что в калькуляторах, где поначалу и планировалось использовать прибор, особой необходимости в этих средствах нет. Цикл команды процессора состоял из восьми тактов задающего генератора. Такое их количество вызывает удивление, но объясняется очень просто, хотя с позиций сегодняшнего дня и несколько неожиданно. Как уже отмечалось, чип i4004 монтировался в корпус всего с 16 выводами - самый распространенный (а значит, и самый дешевый) тип корпуса в начале 70-х годов. А поскольку в распоряжении инженеров оказался узкий интерфейс с "внешним миром", то пришлось пойти на применение мультиплексированной шины адреса и данных, причем 12- разрядный адрес выдавать порциями по четыре разряда, что, конечно, не могло не сказаться на длительности машинного цикла. Прием команды по такому интерфейсу требовал еще двух тактов. На исполнение же самой инструкции из восьми тактов процессор затрачивал лишь три.

Таким образом, соотношение "накладные расходы/полезная работа" составило 5:3 в пользу накладных расходов. Узкое "окно" во внешний мир долгое время было бичом всех микропроцессоров без исключения. Забегая несколько вперед, можно сказать, что 40-выводной корпус во многом решил проблемы 8-разрядных систем, но уже первые 16-разрядные приборы опять поставили на повестку дня этот больной вопрос. Задача создания многовыводных корпусов оказалась крепким орешком и попортила немало крови конструкторам и технологам, не говоря уж о самих разработчиках процессоров, которых к тому времени число "40", наверное, приводило просто в бешенство. Примерно к середине 70-х годов появились корпуса типов DIP и QUIP (QUad In-line Package), имевшие до 64 выводов, но и им по ряду причин не суждено было стать панацеей от всех бед. Во-первых, рост степени интеграции и тактовых частот БИС не могли не привести к увеличению потребляемой мощности. Пластмассовые корпуса позволяли рассеивать мощность не более 1,5 - 2 Вт. Металлокерамика увеличивала этот показатель до 3 - 4 Вт, но одновременно поднимала стоимость микросхемы на такую высоту, что ее массовый выпуск сразу оказывался под вопросом. Во-вторых, 64 вывода "спасали" разработчиков процессоров на крайне ограниченном временном отрезке. Как бы там ни было, но спрос рождает предложение и проблема корпусов с большим числом выводов и приемлемой ценой была решена в начале 80-х годов. Однако все это было впереди, а в самом начале 70-х пионерам пришлось исходить из существовавших реалий и принимать соответствующие технические решения. Говоря о первом в мире микропроцессоре, нельзя не вспомнить и о том, что с самого начала специалисты позаботились о простоте и удобстве построения систем на базе i4004. Компанией был разработан и выпущен не один кристалл центрального процессора, а целое семейство БИС, в которое вошли ПЗУ 4001, ОЗУ 4002, регистр сдвига 4003 и ряд других вспомогательных микросхем. Поскольку все они были рассчитаны на совместное использование, разработка аппаратных средств системы заметно упрощалась, и это стало не последней причиной популярности i4004. i4004 + обработка прерываний + ... = i4040. Опыт использования первого МП показал, что такие факторы, как отсутствие средств обработки прерываний, наличие трех уровней вложения подпрограмм и необходимость реализации логических операций И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с помощью специальных подпрограмм, далеко не всегда удовлетворяют разработчиков. Создав новый рынок и захватив на нем господствующие высоты, Intel тем не менее стремилась расширить его границы, и решение о выпуске усовершенствованного варианта i4004, свободного от указанных недостатков, было вполне логичным ходом компании. Использование же в новом кристалле всех наработок, приобретенных при создании предыдущего процессора, дало существенную экономию времени, и неудивительно, что i4040 вышел в свет вскоре после появления i4004.



ЧТО ТАКОЕ УМНЫЙ ДОМ?

Когда произносится словосочетание — умный дом, большинство людей ассоциирует этот...

Узнать больше

КАК ВЫБРАТЬ УМНЫЙ ДОМ?

Тысячи фирм-производителей систем Умного дома борются за рынок, предлагают новые идеи....

Узнать больше

СКОЛЬКО СТОИТ УМНЫЙ ДОМ?

Сколько стоит Умный дом - такой вопрос сразу возникает у человека, который заинтересовался...

Узнать больше