چکیده
در اواسط دهه 70 ریزپردازنده ها ساختار ساده ای داشتند و در این زمان هر ریزپردازنده از یک واحد پردازشگر مرکزی (cpu) و یک تراشه LSI (شامل 5/000 ترازیستور) تشکیل شده بود و با فرکانس 1 تا 5 مگاهرتز در یک سیستم 8 بیتی کار می کرد و این ریزپردازنده ها دارای 2 الی 7 ثبات 8 بیتی بودند. به خاطر قیمت و بهای اندک و اندازه کوچک ریزپردازنده ها، در بیشتر سیستم های کامپیوتری از آنها استفاده می شد و به جائی رسید که جایگزین سیستم های mainframe و میکروکامپیوترها شدند. با ظهور ریزپردازنده ها هر خانه ای دارای یک کامپیوتر دیجیتالی است.
از دهه 70 به بعد ریزپردازنده ها تغییرات زیادی کرده اند و در دهه 90 ریزپردازنده ها 32 بیتی تا 64 بیتی شدند. و با فرکانس هایی از 25 تا 200MHZ کار می کردند و عملاً دارای تراشه هایی با سه میلیون ترازیستور بودند (VISI). اکثر این ریزپردازنده ها قادر بودند بیشتر از یک دستورالعمل را در یک چرخه اجرا کنند. تمامی ریزپردازنده‌های پیشرفته دارای یک تراشه FPU هستند و اکثر آن ها دارای 16تا 32 ثبات همه منظوره در cpu و یک رجیستر فایل با 32 ثبات برای IU و یک رجیستر فایل با 32 ثبات جداگانه برای FPU هستند.
خیلی از ریزپردازنده ها برای عملیات شناور و عملیات صحیح دارای Operational Unit هستند و مقدار قابل توجهی Cache دارند. در اکثر آنها Cache شامل Cache داده و Cache دستورالعمل است . کارآیی ریزپردازنده های پیشرفته امروز مساوی یا بیشتر از Mainframe و یا سوپر کامپیوترهای دوران قبل می باشد.
تعداد زیادی کارخانه سازنده ریزپردازنده وجود دارد که دارای ویژگی های خاص خود می باشند و دو گروه از گسترده ترین خانواده ریزپردازنده که در دهه 70 ساخته شده اند عبارتند از اینتل X86 یا 80X86 و خانواده موتورولا M680X0.
نزدیک به دهه 80 ما شاهد یک توسعه موازی روی معماری های جدید بوده ایم که تمایل به کامپیوترهائی با مجموعه دستورالعمل کاهش یافته یا RISC بوده اند. خانواده های اینتل X86 و موتورولا M68000 از کلاس غیرRISK یعنی کامپیوترهایی با مجموعه دستورهای پیچیده یا CISC تشکیل شده اند.
اینتل، یک ریزپردازنده 4 بیتی به نام 4004 در سال 1971 شروع کرد که در یک ماشین حساب معمولی بکار میرفت، و به آسانی محاسبات BCD را انجام میداد. در سال 1972 ریزپردازنده 8 بیتی 8008 توسعه یافت و در سال 1974 یک ریزپردازنده قدرتمند 8 بیتی به نام 8080 تولد یافت و به دنبال آن 8085 در سال 1976 به بازار آمد. بخشی از معماری 8085/8080 همانند مجموعه ثبات ها در خانواده X86 همچنان استفاده می شود. اینتل ساخت ریزپردازنده های خانواده X86 را با یک ریزپردازنده 16 بیتی به نام 8086 در 1978 آغاز کرد و عملاً تمامی کارخانه های معروف ریزپردازنده های 16 بیتی بعد از دهه 70 و تا نزدیک دهه 80 از یک تراشه ارزان قیمت و یک گذرگاه خارجی 8 بیتی با یک معماری داخلی 16 بیتی استفاده می کردند.
در سال 1969 ریزپردازنده 8080 با باس خارجی 8 بیتی و گذرگاه داخلی 16 بیتی ایجاد شد و برای گذرگاه داده خود 50% به تراشه های میانی کمتری در مقایسه با پردازنده های 16 بیتی نیاز داشتند و هزینه آن ها نیز کمتر بود.
در واقع 8080 به پردازنده اصلی شرکت IBM روی کامپیوتر های شخصی (PC) تبدیل و در تمامی تولیدات بعدی در جهان منتشر گردید. به دنبال 8086، تکامل یافته آن یعنی 80186 ساخته شد که همان 8086 همراه با تعدادی اینترفیس I/O و واحدهای منطقی وی یک تراشه بود و تعداد کمی دستورالعمل به آن اضافه شده بود.
وقتی 80286 به عنوان یک ریزپردازنده 16 بیتی در سال 1982 شناخته شد، مرحله جدیدی در توسعه ریزپردازنده ها پدید آمد که قابلیت Protected mode نامیده شد. این شویه در تمامی محصو.لات دیگر خانواده اینتل بکار گرفته شد.
اولین پردازنده 32 بیتی اینتل در سال 1985 بود که i386 نام داشا. اینتل یک پردازنده 32 بیتی به نام 432 که با خانواده X86 ناسازگار بود را زودتر از دهه 80 بیرون داده بود که هرگز تجاری نشد. در سال 1989 ریزپردازنده i486 توسعه یافت که سرعت عملکرد آن در مدل DX2 به 66MHZ میرسید. i486 دارای یک واحد FPU و یک Cache به اندازه 8KB در داخل تراشه است.
محصول بعدی خانواده اینتل پنتیوم بود که در سال 1993 ساخته شد و قبل از گسترش به آن i586، P5 گفته می شد اما اینتل تصمیم گرفت نام آن را ذپنتیوم بگذارد. پنتیوم یک سوپر اسکالر دو سطحی است یعنی دو دستورالعمل را موازی واکشی و کدگشایی و اجرا می کند و دارای گذرگاه داخلی 64 بیتی و یک cache به اندازه 16KB است (8K data cache + 8K inst.cache)
اینتل مرتباً روی محصولات بعدی کار می کرد و P6 نامیده شد که طبق وعده آن کارآیی پنتیوم را حد اقل 2 برابر کرد و پس از آن به ترتیب Pentium II، Pentium III و Pentium IV نیز ساخته شدند.
توسعه ریزپردازنده های موتورولا نیز شبیه اینتل است. موتورولا در سال 1974 خانواده 8 بیتی 6800 را ایجاد کرد که در سال 1977 به یک محصول 8 بیتی ویژه به نام 68096809 تبدیل شد. موتورولا ذنخستین ریزپردزنده 16 بیتی خود را در سال 1979 به نام M68000 به بازار عرضه کرد. از ویژگی های اسم خانواده M68000 آن است که ریزپردازنده MC68000 به طور پایه ای یک سیستم 16 بیتی با گذرگاه دارد. 16 بیتی و 16 ثبات پردازنده Gaps و شمارنده برنامه 32 بیتی است. در سال 1984 ریزپردازنده 32 بیتی MC60000 نامیده شد. هم چنین موتورولا روایت های توسعه یافته محصولات MC68000 را تحت عنوان MC68010 .و MC68012 ایجاد کرد. MC68010 از نظر پایه ها کاملاً با MC68000 سازگار بود بنابراین از نظر طراحی سیستم، یک MC68000 می توانست با یک MC68010 جایگزین شود.
موتورولا ساخت ریزپردازنده های 32 بیتی خانواده M68000 را در سال 1984 با نام MC68020 شروع کرد. این ریزپردازنده ها در سال 1978 به ریزپردازنده MC68030 و در سال 1989 به MC68040 توسعه پیدا کردند. 68020 دارای یک Cache دستور کوچک 256 بایتی در داخل تراشه بود. 68030 دارای یک حافظه Cache دستور کوچک 256 بایتی در داخل تراشه بود. 68030 دارای یک حافظه Cache دوگانه نسبتاً کوچک (256 data + 256 B inst.) .و 68040 دارای Cache 4KB دستور و Cache 4KB داده در یک تراشه می باشد.
عضو بعدی خانواده M68000 که در سال 1994 ساخته شد MC68060 نام گرفت که یک سوپر اسکالر 2 سطحی با Cache 8KB دستور و Cache داده در تراشه بود و دستورالعمل ها با سرعت 66MHZ کار می کرد.
البته چندین خانواده از ریزپردازنده ها وجود دارد که به آن ها اشاره اندکی خواهد شد. مانند Z-80 مربوط به شرکت Zilog که ریزپردازنده معر وف 8 بیتی است و توسط گروهی از طراحان متخصص اینتل که 8080 و 8085 را شاخته بودند ایجاد شد و از اینرو Z-80 شبیه معماری اینتل 8080 است ولی زبان اسمبلی هر دو متفاوت می باشد و Z-80 دارای دستورهای بیشتری نسبت به 8080 است. شرکت Zilog خانواده 16 بیتی خود را با نام Z8000 موازی با اینتل 8086 منتشر کرد و Z80000 یک محصول 32 بود که به تولید نرسید.
توسعه ریزپردازنده های RISC به شکل مو ازی با اینتل و موتورولا انجام شد. اولین مستندات RISK درز دانشگاه برکلی در سال 1980 توسط Pattersonو Ditzel ارایه شد و لغت RISK توسط کارلو اسکوئین لرپرت اولین مقاله RISK عنوان شد. طراحیس سیستم محاسباتی از نوع RISK بدون استفاده از واژه RISK خیلی پیشتر توسط IBM در دهه 70 آغاز شد که با نام IBM801 شناخته می شد. هم چنین دانشگاه استنفورد در سال 1981 سیستم RISK خود را ایجاد کرد و به نام MIPS (Microprocessor without interlocked Pipeline Stage) نامید.
شرکت MIPS روایت های تجاری را تحت خانواده RX000 (X=6,4,3,2,) منتشر ساخته است. در برخی از خصوصیات اولیه طرح RISK برکلی در Sparc از شرکت Sun Micri System به کار رفته است. شرکت اینتل خانواده خود را با نام ROMP (Research Office Product Diriscow MicroGssor) ادامه داد و به اپل ترکیب شد و Power PC ساخته گردید. اولین محصول 601 است که در 1991 منتشر شد و به دنبال آن 620 با توانائیهای بیشتری ایجاد گردید.