Půlstoletí s mikroprocesory

Půlstoletí s mikroprocesory

Informatika / článek

Před 50 lety zahájila firma Intel novou éru elektroniky, resp. integrované elektroniky. Patnáctého listopadu roku 1971 byl světu představen integrovaný obvod s funkcemi „téměř“ kompletního počítače. Pradědeček všech mikroprocesorů nesl označení Intel 4004.

Kalkulátor Busicom 1041-PF se stal impulsem k vývoji prvního mikroprocesoru
Kalkulátor Busicom 1041-PF se stal impulsem k vývoji prvního mikroprocesoru

Jen připomeňme, že od roku 1948, kdy byla představena první polovodičová aktivní součástka zvaná tranzistor (z výrazů transfer resistor), kráčel vývoj v oblasti polovodičové techniky mílovými kroky. Po hrotovém tranzistoru, jehož vlastnosti nebyly nijak valné, se na scéně objevil tranzistor plošný, vytvořený přímo ve vrstvičce polovodičového materiálu – nejprve v germaniu a později v křemíku. V roce 1956 obdržel tým původně z Bellových laboratoří v sestavě William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain za objev tranzistoru Nobelovu cenu. Každý z členů týmu už ale v té době pracoval na dalších výzkumech a v jiných společnostech.

Fyzik William Shockley tou dobou již vyvinul křemíkový plošný tranzistor a podle slov svých kolegů to byl on, kdo přinesl křemík do Silicon Valley (tedy do „Křemíkového údolí“). V roce 1956 založil v Kalifornii svoji firmu a do laboratoře si vybral za své kolegy ambiciózní absolventy amerických univerzit. Množství nápadů a možností, ale též rozpory s autoritativním šéfem, však vedly k tomu, že osm zaměstnanců Shockleyho firmu záhy opustilo a založilo si vlastní podnik s pomocí kapitálu získaného od podnikatele a vynálezce Shermana Fairchilda.

Firma Fairchild Semiconductor začala rychle růst. Jejím prvním úspěšným výrobkem se stal plošný tranzistor 2N697. Skutečný průlom však přišel v roce 1960, když firma uvedla první „integrovaný obvod“ – čtyři tranzistory na jedné křemíkové destičce. Na jeho vývoji se tehdy podíleli také Gordon Moore a Robert Noyce, absolventi dvou věhlasných amerických technologických institutů Caltech a MIT. Začátek 60. let se nesl ve znamení rozvoje integrované elektroniky. Například firma Texas Instruments se do tohoto boomu zapojila masovou výrobou integrovaných obvodů technologie TTL řady 74xx.

Čipy pro japonské kalkulačky

V roce 1965 formuloval Moore tehdy poměrně odvážnou myšlenku (tzv. Mooreův zákon), že „počet tranzistorů v jednom integrovaném obvodu se zdvojnásobí každý rok při zachování stejné ceny“. O tři roky později, v roce 1968, společně s Noycem opouštějí firmu Fairchild Semiconductor a zakládají společnost Intel. Záhy získávají zakázku od japonské firmy Busicom na vývoj sady integrovaných obvodů pro nový typ elektronické kalkulačky s tiskárnou.

Zaměstnanci Intelu, Federico Faggin a Ted Hoff, přišli s návrhem vývoje čtveřice čipů (označené 4001, 4002, 4003 a 4004), z nichž jeden (4004) byl navržen pro širší možnosti využití i v jiných aplikacích při konkrétním naprogramování. Šlo tak o první skutečný mikroprocesor. Robert Noyce si velmi brzy uvědomil význam, jaký by tato součástka mohla mít. Japonským odběratelům proto nabídl, že jim bude čipy dodávat levněji výměnou za odkoupení práv na technické řešení mikroprocesoru. Získání práv přišlo firmu Intel na 60 tisíc amerických dolarů a jak se ukázalo, šlo o jeden z nejlepších obchodů, jaké kdy společnost uzavřela.

Dne 15. listopadu 1971 byl představen integrovaný obvod Intel 4004, který měl všechny základní součásti, jež lze u mikroprocesorů nalézt i dnes. Obsahoval 2300 tranzistorů a jeho jádro pracovalo s maximální frekvencí 750 kilohertzů. U současných procesorů se množství tranzistorů pohybuje v řádu stamilionů a jejich frekvence je obvykle v řádu gigahertzů. Z dnešního pohledu byl tedy mikroprocesor Intel 4004 velmi jednoduchý (pracoval s šířkou dat 4 bity), ale ve své době byl zcela nepochybně velkým skokem. Vždyť součástka o velikosti čipu zhruba 3 x 4 milimetry poskytovala výkon srovnatelný s prvním elektronickým počítačem z roku 1946, který ovšem zabíral celou místnost. Zcela zásadním přínosem byla univerzálnost řešení, možnost programování a přizpůsobení konkrétní aplikaci. Obvody pracovaly s ohledem na použitou technologii výroby čipů s napájecím napětím 15 V a napěťovými úrovněmi -12 až -6,5 V pro log. 0 a -0,5 až 0 V pro log. 1, tedy neslučitelnými s úrovněmi TTL.

Po uvedení prvního mikroprocesoru na trh začal vývoj těchto součástek nabírat na rychlosti a společnost Intel se záhy proměnila v největšího dodavatele počítačových procesorů na světě. Již v roce 1972 byl představen osmibitový procesor Intel 8008, který byl dvakrát výkonnější než jeho předchůdce. O dva roky později firma uvedla osmibitový mikroprocesor I8080, který znamenal velký krok pro další vývoj integrované elektroniky a začátek mikropočítačů. V témže roce byl představen i první komerčně úspěšný osobní mikropočítač Altair 8800. Jistě není bez zajímavosti, že programové vybavení pro tento počítač (Altair BASIC) vytvořila dvojice mladých programátorů, Bill Gates a Paul Allen, z tehdy ještě neznámé firmy Microsoft.

Prohraný spor o číslo

Během krátké doby se na trhu objevují mikroprocesory dalších výrobců. V roce 1974 je to Motorola MC6800, v roce 1975 pak MOS Technology 6502, které se následně stávají srdcem několika typů mikropočítačů jako Atari 400/800, Commodore 64 či Apple II.

V roce 1976 představil již zmíněný Federico Faggin nový osmibitový mikroprocesor Z80. Původem italský fyzik, který ovšem od roku 1968 žije v Kalifornii, jej navrhnul ve své nové firmě Zilog. Tento mikroprocesor vycházel z instrukčního souboru procesoru 8080 a na začátku 80. let tvořil jádro celé řady mikropočítačů – například Sinclair ZX81 a ZX Spectrum, které přispěly k rozvoji výpočetní techniky. Licenci na výrobu Fagginova procesoru získalo několik firem po světě, zatímco jiné jej produkovali bez patřičného oprávnění, například v tehdejší NDR se mikroprocesor vyráběl pod označením U880D a sloužil v počítačích Robotron.

V roce 1978 uvedla firma Intel na trh svůj první 16bitový mikroprocesor I8086, o rok později jeho variantu I8088 s vnější 8bitovou datovou sběrnicí. Ten se následně v roce 1981 stává jádrem nové řady osobních počítačů firmy IBM a základem zcela nové kvalitativní třídy v oblasti výpočetních systémů. Nutno přiznat, že i dnešní „písíčka“ si nesou „genetickou“ informaci právě z této generace mikroprocesorů.

V průběhu 80. let Intel produkuje dnes již legendární procesory s označením 286, 386 a 486, přičemž všechny tři se postupně vystřídají v počítačích IBM PC a v jejich klonech. Dalším pokračovatelem této linie se měl stát Intel 586, kterému však do cesty vstoupil spor se společností Advanced Micro Devices (AMD). Tato konkurenční firma označovala své produkty stejným číselným kódem, čemuž chtěl Intel zamezit, a proto se obrátil na soud. Spor však prohrál a nakonec byl nucen dát svému novému mikroprocesoru namísto čísla jméno. Tak se v roce 1993 objevil na scéně procesor Pentium, který byl po několik následujících let špičkou mezi procesory a stal se patrně nejznámějším produktem firmy Intel.


Související:

https://www.4004.com/
https://cs.wikipedia.org/wiki/Fairchild_Semiconductor
https://cs.wikipedia.org/wiki/Federico_Faggin
https://www.matfyz.cz/clanky/odesel-vynalezce-sir-clive-sinclair
https://www.matfyz.cz/clanky/ctyricet-let-osobnich-pocitacu