本文是其中的一部分2022年电子设计预测问题
你将学习:
- 处理器技术在过去几十年的发展中发生了巨大的变化。
- 主要的一些关键球员在大型机的早期。
- 微处理器的兴起。
- 如今微处理器尺寸的缩小和安全措施的推行。
计算机处理器在那时已经很成熟了电子设计该杂志在70年前首次上架。然而，这种新的电子票价包括Univac（通用自动计算机）与一些最新技术相比，这是一个鲜明对比AMD的128核心4EPYC服务器芯片(图1)．
UNIVAC I实际上是第二台商用计算机;它有液态水银，延迟线存储器包含1000个由12个字母数字组成的单词。它以低兆赫速度运行，每秒可读取7200位十进制数字。任何一种电脑，只要放在你的手掌上，就能与世界其他地方进行无线通信，这种想法和射线枪、飞行汽车一样，都是科幻小说里的东西。那些其他的项目没有处理器技术发展得那么快，但我们现在都有了。
这AMD处理器采用5纳米晶体管技术，运行速度为千兆赫。与早期的主机相比，它的耗电量约为几百瓦，而早期的主机在使用强制空气冷却甚至水冷却时需要很多千瓦。UNIVAC使用了125千瓦的功率，重达13吨。多芯片服务器通常有gb到tb的外部存储，更不用说片内寄存器和多级缓存系统了。
处理器和计算机架构只是在不断发展。Univac 1103a是第一台中断的计算机。输入通常是打板，纸带或磁带，而输出通常包括132柱纸的凸起（14英寸覆盖10个字符的纸张，加入边界。闪烁状态灯不是LED，切换交换机行是标准票价。
大型机
大型机通常被安置在特殊的房间里，地板升高，布线和制冷是几十年来的常态。著名的国际商业机器公司(IBM)System / 360(S/360)于1964年开始(图2)．S / 360替换了其他五个IBM计算机系列。
S/360引入了IBM的固态逻辑技术(SLT)。这种封装技术混合了定制的混合电路，包括分立的、装在倒装芯片上的、玻璃封装的晶体管和二极管，以及在陶瓷衬底上的丝印电阻。基本架构从16个32位寄存器、8位字节和24位寻址开始。这EBCDIC字符集是首选的编码ASCII.现在已经成为公认的标准。九轨磁带是无处不在的，最终IBM 3340“Winchester”磁盘驱动器被加入到混合物中。
“BUNCH”(Burroughs、Univac、NCR、Control Data和Honeywell)加入了IBM的行列。每一个都有自己的架构。像FORTRAN和COBOL这样的编程语言加入了汇编程序，使得处理器编程更容易。
操作系统通常用汇编程序编写，但是Burroughs B5000主机是用Algol编程的。伯勒斯的执行系统问题导向语言算法变量提供系统访问，并用于编写主控程序(MCP)．这些大型机没有汇编程序。直到稍后，C编程语言没有可用或流行。术语MCP后来用作拮抗剂的名称特隆电影系列．
我想提到B5500，因为它是我使用的第一批主机之一。它有一个在硬件中实现的描述符和面向堆栈的架构(图3)．它还使用标记词来区分数据和代码。B6500移动到一个8位变长指令集。
多处理器系统是常见的，但每个处理器通常是一个盒子或板。虽然大型机仍然存在，但它们已经迁移到最新的多核芯片技术。
微型计算机
避免计算机的愿望并使它们更加易于访问大型机，从大型计算机中获得大型机，从大型机公司提供一系列其他人数字设备公司（DEC）那数据通用那惠普（HP）那'电脑,王的实验室．
典型的小型计算机是16位，并在约50磅中称重;虽然空调帮助，但它不需要定制的房间。可以获得10,000美元的收购。它们是使用易于使用的LSI技术构建的。这7400系列晶体管-晶体管逻辑(TTL)逻辑芯片是一种流行的实现工具。这些芯片仍然可用，但很少用于实现处理器。
我高中时使用的是双处理器版本的HP 2000小型机(图4)．它是一个分阶段系统，可以使用可选的冲床胶带单元举办几十个电传终端，最终是阴极射线管（CRT）显示。长途连接由300 - 和1200-baud调制解调器提供符号。
这12位DEC PDP-8是一个受欢迎的平台和16位)时最终变成了什么LSI-11芯片组．
微处理器
可提供与小型机相容的微处理器。然而，8位微处理器最终推动了个人电脑(PC)革命的英特尔8008的发展历程可以追溯至英特尔8008英特尔8080在40针双线套件（DIP）中(图5)．初始时钟速率为2 MHz，指令需要至少四个周期完成。目前没有缓存，流水线或多线程。
8080使用n型金属氧化物半导体逻辑(NMOS)和非饱和增强模式晶体管作为负载来实现。兼容5v TTL。MPU有8位寄存器，可以合并成16位寄存器。16位堆栈指针提供了递归环境。
英特尔8080是IMSAI 8080微型计算机的核心(图6)这在电影里出现过当成并提到了准备好球员一．英特尔8085是一个单电压，5v的部分，被盖过了Zilog Z80．Z80安装在爱普生QX10内部，内存为256kb，运行一个名为VALDOCS的多功能办公套件，我在工作期间使用过这个套件冉冉升起的明星产业．
英特尔并不孤单于8080.其他8位和16位微处理器这样的主机摩托罗拉6800.和MOS技术6502是在什么地方雅达利2600到苹果二代．
但正是16位的英特尔8088和8086，以及IBM，创造了个人电脑家族。基于8088的IBM个人电脑及其BIOS开启了消费类产品的新纪元。它有一个软盘，最后是一个5兆的硬盘。
8088/86体系结构旨在使从8080迁移变得容易，但它们既不兼容源代码，也不兼容代码。这是一个与我们今天所知道的x86兼容性不同的世界。
当前的体系结构
处理器在性能上呈比例增长，而在尺寸上呈比例下降。在BGA封装中，8-、16-甚至32-位微控制器的一面只有几毫米是可能的。它们通常具有片上时钟、闪存、串行和并行接口，以及模数转换器和数模转换器。有些甚至有芯片上的传感器来测试诸如温度之类的东西。
这是我使用的第一个单片机微控制器的哭声。英特尔8748年，具有UV EPROM的8位处理器(图7)．当前的NXP Kinetis KL03可用2毫米2芯片级封装（CSP）。32位，Cortex-M0 +以48 MHz运行，与英特尔8748相比，带有32-kB闪光的闪存，具有11-MHz时钟，提供0.73 MIPS，具有2 kB UV EPROM。
包装也在改变处理器的组合方式。2.5D和3D堆叠技术已广泛应用于内存和高端处理器。也有基于晶片的解决方案脑系统这将占零件晶体管侧重于机器学习算法。
对于开发者来说，现在的选择与几年前截然不同。从小型微控制器到为基于云的服务器设计的芯片，多核处理器芯片已经随处可见。处理器架构包括x86、Arm、MIPS、RISC-V、SPARC和POWER。其中，x86和Arm现在在RISC-V的崛起中占据主导地位。
访问大量晶体管已经为片上系统（SOC）解决方案具有许多不同的处理器 - 各种是令人难以置信的。同样，使用专用处理器从安全到网络管理的功能都是常见的。
事物互联网（IOT）和IoT设备的增速推动了对芯片上的安全处理器的需求和安全存储。有时将专用通信处理器添加到混合中，并利用低功耗处理器在减少计算要求生效时增强更高性能的处理器。低功耗选项导致始终开启操作，因此这些天没有实际关闭按钮。
虽然我已经集中讨论了基本的中央处理器(CPU)架构，但我们不应该忽视过多的新架构，如图形处理单元(gpu)、fpga和用于机器学习等任务的可编程加速器。gpgpu (general purpose gpu)与cpu共享多芯片通信链路。GPU编程将单指令、多数据(SIMD)和矢量计算提升到另一个层次，软件开发者现在正在混合目标平台以实现最佳性能。
在服务器架构中还有一个分解的移动。这再次改变了我们如何看待芯片和系统设计。虽然SoC在一个芯片上看出不同的东西，但分解使得存储和通信能够移动到远程位置。
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