Библиотека программиста

Все, что необходимо начинающему и опытному программисту

Сам Мур с Нойсом в конце 1960-х создали фирму Integrated Electronics, которая под сокращенным названием Intel сейчас знакома каждому школьнику. Джереми Сандерс, основатель другой известнейшей компании — AMD, также вышел из Fairchild, где отличился открытием современной экономической модели производства и продаж полупроводниковых компонентов, в которой себестоимость изделия стремится к нулю по мере повышения объема партии. Чарли Спорк, один из ключевых менеджеров Fairchild, в 1967 г. стал директором National Semiconductor, которой впоследствии руководил четверть века. Половина "предательской восьмерки" — Джин Хоерни, Евгений Клайнер, Джей Ласт и Шелдон Роберте— в 1961 г. основала компанию Amelco, из которой впоследствии выросли всем известные теперь Intersil, Maxim и Ixys. Сотруднику Fairchild Роберту Видлару мы обязаны изобретением операционных усилителей — разновидности микросхем, и по сей день уступающей по популярности разве что микропроцессорам. Мало того, с историей Fairchild связано возникновение известной венчурной (т. е. "рисковой") модели финансирования, сыгравшей определяющую роль в развитии всех отраслей, связанных с электроникой, компьютерами и телекоммуникациями. Недаром Fairchild нередко называют "праматерью всей электроники".

Предыстория микроконтроллеров
Из всего этого урагана событий для нашего повествования важно то, что в числе прочих инноваций сотрудники Fairchild первыми стали продвигать полупроводниковую память. Сейчас, в век CD и DVD, жестких дисков и flash-карточек, нам трудно представить себе, что в начале 1960-х годов программы для компьютеров хранились в основном на картонных листочках (перфокартах), конструкторы ломали голову над дорогущими модулями ОЗУ на ртутных линиях задержки, осциллографических трубках и ферритовых колечках, где каждый бит "прошивался" вручную. Самое компактное в те годы электронное устройство для хранения данных на магнитных дисках под названием RAMAC 305 емкостью 5 Мбайт было размером с промышленный холодильник и сдавалось в аренду за 5 тыс. долларов в месяц.

Единственным "лучом света" в темном царстве этих монстров стало изобретение сотрудника корпорации American Bosch Anna Иен Чоу, который в 1956 г. получил патент на устройство, известное теперь как "однократно программируемое ROM" (OTP ROM1). В этом патенте, между прочим, впервые был употреблен термин "прожиг" (burn)— микромодуль состоял из матрицы с плавкими перемычками, которые при программировании пережигались подачей на них большого напряжения. OTP ROM долгое время оставались единственными устройствами для компактного хранения данных, и не потеряли своего значения до самого последнего времени — не меньше четверти микроконтроллеров в мире, особенно из тех, что попроще, до сих пор выпускается именно с такой однократно программируемой встроенной памятью, ввиду крайней ее дешевизны. И лишь в последние годы "прожигаемая" память стала постепенно вытесняться более удобной flash-памятью, когда последняя подешевела настолько, что смысл в использовании OTP ROM почти пропал.

Но вернемся в 1960-е. Компактная полупроводниковая память была нужна абсолютно всем — от военных и NASA до изготовителей бытовых приборов. Сначала Fairchild предложила то, что сегодня называется DRAM, в частности, на таких микросхемах (32 768 чипов емкостью 256 бит каждый) была построена память знаменитого суперкомпьютера ILLIAC-IV, конкурента отечественной БЭСМ-6. Почуяв, откуда дует ветер, в 1968 г. Мур с Нойсом оставили Fairchild и основали Intel, как специализированную компанию по разработке и производству памяти. Они еще не ведали, что самым популярным детищем Intel станет вовсе не память, а небольшой приборчик, названный микропроцессором, разработка которого первоначально затевалась как вспомогательный этап в проектировании обычного калькулятора.

Изобретение микропроцессора
В 1969 г. в Intel появились несколько человек из Busicom — молодой японской компании, занимающейся производством калькуляторов. Им требовался набор из 12 интегральных схем в качестве основного элемента нового дешевого настольного калькулятора. Проект был разработан Масатоши Шима, который и представлял японскую сторону. Тед Хофср (Marcian Е. Ted Hoff, p. 1937 г.), руководитель отдела, занимавшегося разработкой применений для продукции Intel, ознакомившись с проектом, понял, что вместо того, чтобы создавать калькулятор с некоторыми возможностями программирования, можно сделать наоборот, компьютер, программируемый для работы в качестве калькулятора. Развивая идею, в течение осени 1969 г. Хофф определился с архитектурой будущего микропроцессора. Весной в отдел Хоффа пришел (все из той же уже известной нам Fairchild) новый сотрудник Фредерик Фэггин (Federico Faggin), который и придумал название для всей системы: "семейство 4000". Семейство состояло из четырех 16-выводных микросхем; 4001 содержал ROM на 2 Кбайта; 4002 — RAM с 4-битовым выходным портом для загрузки программ; 4003 представлял собой 10-битовый расширитель ввода-вывода с последовательным вводом и параллельным выводом для связи с клавиатурой, индикатором и другими внешними устройствами; наконец 4004 был 4-битовым ЦПУ (центральным процессорным устройством). Это ЦПУ содержало 2300 транзисторов и работало на тактовой частоте 108 кГц. 15 ноября 1971 г. было объявлено о создании первого микропроцессора. Busicom приобрела разработку, заплатив Intel $60 000. Но в Intel решили возвратить Busicom эти деньги, чтобы вернуть себе права на микропроцессор.

i4004 обладал вычислительной мощностью, сравнимой с первым электронным компьютером ENIAC (1946). Свое первое практическое применение 4004-й нашел в системах управления дорожными светофорами и анализаторах крови. Этот микропроцессор был использован в бортовой аппаратуре межпланетного зонда Pioneer-10, который поставил рекорд долгожительства среди подобных аппаратов: он был запущен в 1972 г., а к сентябрю 2001 г. Pioneer-10 удалился от Земли на 11,78 млрд км и все еще работал и, вполне вероятно, работает по сей день, хотя в феврале 2003 г. NASA официально с ним попрощалось.

Так началось победное шествие микропроцессоров, которые позднее разделились на несколько разновидностей, в основном относящихся к двум главным группам: собственно микропроцессорам (МП) и микроконтроллерам (МК). Первые предназначены для использования в составе вычислительным систем, самые распространенные из которых — персональные компьютеры (ПК), поэтому их еще часто называют "процессорами для ПК" (хотя к этой группе обычно относят также и производительные МП для серверов и некоторые другие). МК отличаются от МП тем, что они в первую очередь предназначены для управления различными системами, поэтому при относительно более слабом вычислительном ядре они включают в себя много дополнительных узлов. То, что для обычного МП предполагается размещать во внешних чипсетах или дополнительных модулях (память, порты ввода-вывода, таймеры, контроллеры прерываний, узлы для обработки аналоговых сигналов и пр.), в МК располагается прямо на кристалле, отчего их когда-то было модно называть "микро-ЭВМ".

И действительно, в простейшем случае для построения полностью функционирующего компьютера достаточно единственной микросхемы МК с подсоединенными к ней устройствами ввода-вывода. Современные модели рядовых однокристальных МК превышают вычислительные возможности IBM PC AT на 286-м процессоре образца второй половины 1980-х. Есть области, где границу между МП и МК провести трудно: таковы, например, процессоры для мобильных устройств, от телефонов и карманных компьютеров до цифровых камер, в которых процессорный узел должен обладать развитыми вычислительными функциями и управлять многочисленными внешними компонентами.

         В начало         Далее >>

Библиотека программиста. 2009.
Администратор: admin@programmer-lib.ru