마이크로프로세서

Microprocessor
텍사스 인스트루먼트 TMS1000
인텔 4004
모토로라 6800 (MC6800)
모던 64비트 x86-64 프로세서 (AMD 라이젠 5 2600, Zen+ 기반, 2018)
AMD 라이젠 7 1800X (2017, Zen 기준) 프로세서는 마더보드의 AM4 소켓에 있습니다.

마이크로프로세서는 데이터 처리 로직과 제어가 단일 집적 회로(IC) 또는 적은 수의 IC에 포함되는 컴퓨터 프로세서입니다.마이크로프로세서는 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU) 기능을 수행하는 데 필요한 산술, 논리 및 제어 회로를 포함합니다.IC는 프로그램 명령을 해석하고 실행하며 산술 연산을 수행할 수 있습니다.[1]마이크로프로세서는 다목적 클럭 구동 레지스터 기반의 디지털 집적 회로로 이진 데이터를 입력으로 받아 메모리에 저장된 명령어에 따라 처리하고 결과(또한 이진 형태)를 출력으로 제공합니다.마이크로프로세서는 조합 로직과 순차 디지털 로직을 모두 포함하고 있으며, 이진수 시스템에 표현된 숫자와 기호에 대해 동작합니다.

VLSI(Very Large-Scale Integration)를 사용하여 전체 CPU를 단일 또는 소수의 집적 회로에 통합함으로써 처리 전력의 비용을 크게 절감할 수 있었습니다.집적 회로 프로세서는 고도로 자동화된 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 제조 공정을 통해 대량으로 생산되므로 상대적으로 낮은 단가를 얻을 수 있습니다.단일 칩 프로세서는 고장이 발생할 수 있는 전기 연결이 적기 때문에 신뢰성을 높입니다.마이크로프로세서 설계가 개선됨에 따라, 일반적으로 Rock의 법칙에 따라 칩을 제조하는 비용(같은 크기의 반도체 칩에 더 작은 부품을 내장함)은 동일하게 유지됩니다.

마이크로프로세서 이전에는, 소형 컴퓨터들은, 전형적으로 TTL 타입의, 많은 중규모 및 소규모 집적 회로를 가진 회로 기판의 랙들을 사용하여 제작되었습니다.마이크로프로세서는 이것을 하나 또는 몇 개의 대규모 IC로 결합했습니다.마이크로프로세서의 발명에 대해 누가 공로를 인정받을 자격이 있는지에 대해 의견이 분분하지만, 상업적으로 이용 가능한 최초의 마이크로프로세서는 페데리코 파긴이 설계하고 1971년에 출시된 인텔 4004였습니다.[2]

마이크로프로세서 용량의 지속적인 증가로 인해 다른 형태의 컴퓨터는 거의 완전히 쓸모가 없어졌습니다(컴퓨팅 하드웨어의 역사 참조). 최소 임베디드 시스템과 핸드헬드 장치에서부터 최대 메인프레임과 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 모든 분야에 하나 이상의 마이크로프로세서가 사용되었습니다.

마이크로프로세서는 칩, 마이크로컨트롤러 및 디지털 신호 프로세서의 시스템과는 관련이 있지만 별개입니다.

구조.

Z80 마이크로프로세서의 구조를 나타낸 블록도로서, 연산과 논리 섹션, 레지스터 파일, 제어 논리 섹션, 외부 어드레스와 데이터 라인에 대한 버퍼들을 보여줍니다.

집적 회로의 복잡성은 하나의 칩에 넣을 수 있는 트랜지스터의 수, 프로세서를 시스템의 다른 부분에 연결할 수 있는 패키지 종단의 수, 칩에서 만들 수 있는 상호 연결의 수, 그리고 칩이 발산할 수 있는 열에 대한 물리적 제한에 의해 제한됩니다.첨단 기술은 더욱 복잡하고 강력한 칩을 제조할 수 있게 만듭니다.

최소한의 가상 마이크로프로세서는 ALU(Ametric Logic Unit)와 제어 로직 섹션만을 포함할 수 있습니다.ALU는 덧셈, 뺄셈, AND 또는 OR과 같은 연산을 수행합니다.ALU의 각 작업은 상태 레지스터에 하나 이상의 플래그를 설정하며, 이 플래그는 마지막 작업의 결과(0 값, 음수, 오버플로 등)를 나타냅니다.제어 로직은 메모리에서 명령 코드를 검색하고 ALU가 명령을 수행하는 데 필요한 동작 순서를 시작합니다.단일 작업 코드는 많은 개별 데이터 경로, 레지스터 및 프로세서의 다른 요소에 영향을 미칠 수 있습니다.

집적 회로 기술이 발전함에 따라, 하나의 칩에서 점점 더 복잡한 프로세서를 생산하는 것이 가능해졌습니다.데이터 개체의 크기가 커졌습니다. 칩에 더 많은 트랜지스터를 설치할 수 있게 되면서 워드 크기가 4비트와 8비트 워드에서 현재 64비트 워드까지 커졌습니다.프로세서 아키텍처에 추가적인 기능이 추가되었습니다. 더 많은 온칩 레지스터를 사용하면 프로그램 속도가 빨라지고, 더 작은 프로그램을 만들기 위해 복잡한 명령을 사용할 수 있습니다.예를 들어 부동 소수점 연산은 종종 8비트 마이크로프로세서에서 사용할 수 없었지만 소프트웨어로 수행해야 했습니다.부동 소수점 유닛을 처음에는 별도의 집적 회로로 통합한 다음 동일한 마이크로프로세서 칩의 일부로 통합함으로써 부동 소수점 계산 속도를 높였습니다.

때때로 집적 회로의 물리적 한계로 인해 비트 슬라이스 접근법과 같은 관행이 필요하게 되었습니다.하나의 집적 회로에서 긴 단어를 모두 처리하는 대신, 병렬 처리된 각 단어의 부분 집합 내의 복수의 회로.예를 들어 각 슬라이스 내에서 운반 및 오버플로우를 처리하려면 추가 로직이 필요했지만, 그 결과 각각 4비트 용량의 집적 회로를 사용하여 32비트 워드를 처리할 수 있는 시스템이 되었습니다.

하나의 칩에 많은 수의 트랜지스터를 넣을 수 있는 기능은 프로세서와 동일한 다이에 메모리를 통합하는 것을 가능하게 합니다.이 CPU 캐시는 오프칩 메모리보다 액세스 속도가 빠르고 많은 응용 프로그램의 시스템 처리 속도가 향상된다는 장점이 있습니다.프로세서 클럭 주파수가 외부 메모리 속도보다 더 빠르게 증가했기 때문에 프로세서가 더 느린 외부 메모리로 인해 지연되지 않으려면 캐시 메모리가 필요합니다.

특수목적설계

마이크로프로세서는 범용 개체입니다.다음과 같은 몇 가지 특수 처리 장치가 있습니다.

속도 및 전력 고려 사항

인텔 코어 i9-9900K (2018, 커피레이크 기준)

마이크로프로세서는 단어 크기에 따라 다양한 응용 프로그램을 선택할 수 있는데, 이는 마이크로프로세서의 복잡성을 측정하는 척도입니다.워드 크기가 길수록 프로세서의 각 클럭 주기가 더 많은 계산을 수행할 수 있지만 대기 전력과 동작 전력 소비가 더 높은 물리적으로 더 큰 집적 회로 다이에 해당합니다.[3] 4비트, 8비트 또는 12비트 프로세서는 임베디드 시스템을 운영하는 마이크로컨트롤러에 널리 통합되어 있습니다.시스템에서 더 많은 양의 데이터를 처리해야 하거나 더 유연한 사용자 인터페이스가 필요한 경우에는 16비트, 32비트 또는 64비트 프로세서가 사용됩니다.극도로 저전력 전자 장치를 필요로 하는 시스템 온 칩 또는 마이크로컨트롤러 응용 프로그램을 위해 32비트 프로세서를 통해 8비트 또는 16비트 프로세서를 선택하거나 고해상도 아날로그-디지털 변환기와 같은 노이즈에 민감한 온-칩 아날로그 전자 장치가 있는 혼합 신호 집적 회로의 일부일 수 있습니다.어떤 사람들은 칩이 여러 명령어로 소프트웨어를 실행해야 하기 때문에 8비트 칩에서 32비트 산술을 실행하면 더 많은 전력을 사용하게 될 수도 있다고 말합니다.[4]그러나 다른 사람들은 현대의 8비트 칩이 동등한 소프트웨어 루틴을 실행할 때 항상 32비트 칩보다 전력 효율이 높다고 말합니다.[5]

임베디드 응용프로그램

종래에는 컴퓨터와 관련이 없었던 수천 가지 항목에 마이크로프로세서가 포함되어 있습니다.여기에는 가전제품, 차량(및 그 부속품), 공구 및 시험 기구, 장난감, 전등 스위치/디머 및 전기 차단기, 연기 경보기, 배터리 팩 및 하이파이 오디오/비주얼 부품(DVD 플레이어에서 축음기 턴테이블까지)이 포함됩니다.휴대 전화, DVD 비디오 시스템 및 HDTV 방송 시스템과 같은 제품에는 기본적으로 강력하고 저렴한 마이크로프로세서가 장착된 소비자용 장치가 필요합니다.점점 더 엄격해지는 오염 관리 기준은 자동차 제조업체들이 마이크로프로세서 엔진 관리 시스템을 사용하여 자동차의 다양한 작동 조건에서 배출물을 최적으로 제어할 것을 효과적으로 요구하고 있습니다.프로그래밍이 불가능한 제어장치는 마이크로프로세서로 가능한 결과를 얻기 위해 부피가 크거나 비용이 많이 드는 구현이 필요합니다.

마이크로프로세서 제어 프로그램(embedded software)은 제품 라인의 요구에 맞게 조정할 수 있으므로 제품의 재설계를 최소화하면서 성능을 업그레이드할 수 있습니다.제품 라인의 다양한 모델에 적은 생산 비용으로 고유한 기능을 구현할 수 있습니다.

시스템의 마이크로프로세서 제어는 전자기계 제어 장치나 목적에 맞게 제작된 전자 제어 장치를 사용하여 구현하기에는 비현실적인 제어 전략을 제공할 수 있습니다.예를 들어, 내연 기관의 제어 시스템은 엔진 속도, 부하, 온도 및 노킹에 대한 관찰된 경향에 따라 점화 타이밍을 조정할 수 있으므로, 엔진이 다양한 연료 등급에서 작동할 수 있습니다.

역사

참고 항목:마이크로프로세서 연표

집적 회로 상의 저가 컴퓨터의 출현은 현대 사회를 변화시켰습니다.개인용 컴퓨터의 범용 마이크로프로세서는 계산, 텍스트 편집, 멀티미디어 디스플레이 및 인터넷을 통한 통신에 사용됩니다.더 많은 마이크로프로세서들이 임베디드 시스템의 일부로서, 가전제품에서 자동차, 휴대폰에 이르기까지 무수히 많은 사물들에 대한 디지털 제어와 산업 공정 제어를 제공합니다.마이크로프로세서는 조지 부울의 이름을 딴 부울 논리를 기반으로 이진 연산을 수행합니다.부울 로직을 사용하여 컴퓨터 시스템을 작동하는 능력은 1938년 석사생 클로드 섀넌(Claude Shannon)의 논문에서 처음 입증되었으며, 그는 후에 교수가 되었습니다.섀넌은 "정보 이론의 아버지"로 여겨집니다.

1960년대 초 MOS 집적 회로 칩의 개발 이후, 1964년까지 MOS 칩은 바이폴라 집적 회로보다 높은 트랜지스터 밀도와 낮은 제조 비용에 도달했습니다.MOS 칩은 무어의 법칙에 의해 예측된 속도로 복잡성이 더욱 증가하여 1960년대 후반까지 단일 MOS 칩에 수백 개의 트랜지스터를 탑재한 대규모 통합(LSI)이 이루어졌습니다.MOSLSI 칩을 컴퓨팅에 적용한 것은 엔지니어들이 여러 개의 MOSLSI 칩에 완전한 컴퓨터 프로세서가 내장될 수 있다는 것을 인식하기 시작하면서 최초의 마이크로프로세서의 기초가 되었습니다.[6]1960년대 후반 설계자들은 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU) 기능을 MPU(microprocessor unit) 칩셋이라고 불리는 몇 개의 MOSLSI 칩에 통합하려고 노력했습니다.

마이크로프로세서를 누가 발명했는지에 대해서는 이견이 있지만,[2] 최초로 상업적으로 생산된 마이크로프로세서는 1971년에 단일 MOSLSI 칩으로 출시된 인텔 4004입니다.[7]단일 칩 마이크로프로세서는 MOS 실리콘 게이트 기술(SGT)의 개발로 가능해졌습니다.[8]최초의 MOS 트랜지스터에는 알루미늄 금속 게이트가 있었는데, 이탈리아의 물리학자 페데리코 파긴이 1968년 페어차일드 반도체에서 최초의 실리콘 게이트 MOS 칩을 개발하기 위해 실리콘 자가 정렬 게이트로 대체했습니다.[8]Faggin은 이후 인텔에 입사하여 1971년 Marcian Hoff, Stanley Mazor, Masatoshi Shima와 함께 자신의 실리콘 게이트 MOS 기술을 사용하여 4004를 개발했습니다.[9]4004는 1969년 이전에 멀티칩 디자인을 제안했던 부시콤을 위해 설계되었으며, 인텔의 Faggin 팀이 새로운 싱글칩 디자인으로 변경하기 전에 출시되었습니다.인텔은 1971년에 최초의 상업용 마이크로프로세서인 4비트 인텔 4004를 선보였습니다.곧이어 1972년 8비트 마이크로프로세서 인텔 8008이 출시되었습니다.

단말기, 프린터, 다양한 자동화 등 4비트 및 8비트 마이크로프로세서의 내장형 사용이 곧 이어졌습니다.16비트 어드레싱 기능을 갖춘 저렴한 가격의 8비트 마이크로프로세서는 1970년대 중반부터 최초의 범용 마이크로컴퓨터로 이어졌습니다.

"마이크로프로세서"라는 용어가 처음 사용된 것은 1968년 발표된 시스템 21 소형 컴퓨터 시스템에 사용된 맞춤형 집적 회로를 설명하는 Viatron Computer Systems에서[10] 기인합니다.

1970년대 초부터 마이크로프로세서의 용량 증가는 무어의 법칙을 따랐습니다. 처음에는 칩에 장착할 수 있는 부품의 수가 매년 두 배씩 증가한다는 것을 시사했습니다.현재의 기술로는 실제로는 2년에 한 번씩이고,[11][obsolete source] 그 결과 무어는 나중에 그 기간을 2년으로 바꿨습니다.[12]

첫번째 프로젝트

Garrett AiResearch의 중앙 공기 데이터 컴퓨터(CADC)(1970), Texas Instruments의 TMS 1802NC(1971년 9월), Intel의 4004(1971년 11월, 1969년 이전의 Busicom 설계 기준) 등 이 프로젝트들은 거의 동시에 마이크로프로세서를 제공했습니다.거의 틀림없이 4상 시스템 AL1 마이크로프로세서도 1969년에 공급되었습니다.

4상 시스템 AL1 (1969)

4상 시스템 AL1은 8개의 레지스터와 ALU를 포함하는 8비트 비트 슬라이스 칩이었습니다.[13]1969년에 Lee Boysel이 디자인 했습니다.[14][15][16]그 당시에, 그것은 세 개의 AL1과 함께 9 칩, 24 비트 CPU의 일부를 구성했습니다.1990년대 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)[17]의 소송에 대응하여, 보이셀(Boysel)은 RAM, ROM, 입출력 장치와 함께 단일 AL1이 법정 시위 컴퓨터 시스템의 일부를 구성하는 시위 시스템을 구축했습니다.

Garrett Ai Research CADC (1970)

상세정보 : F-14 CADC

1968년 가렛 아이리서치(설계자 레이 홀트와 스티브 겔러를 고용한)는 미국 해군의 새로운 F-14 톰캣 전투기의 주 비행 제어 컴퓨터를 위해 개발 중이던 전자기계 시스템과 경쟁하기 위해 디지털 컴퓨터를 제작하기 위해 초대되었습니다.1970년까지 설계가 완료되었으며, MOS 기반 칩셋을 핵심 CPU로 사용했습니다.이 디자인은 경쟁사의 기계 시스템에 비해 상당히 작고(대략 20배) 신뢰성이 높았으며, 초기 Tomcat 모델에 모두 사용되었습니다.이 시스템에는 "20비트 파이프라인의 병렬 멀티 마이크로프로세서"가 포함되어 있었습니다.해군은 1997년까지 이 디자인의 출판을 허락하지 않았습니다.1998년에 발표된 CADC와 MP944 칩셋에 대한 문서는 잘 알려져 있습니다.이 디자인과 개발에 대한 레이 홀트의 자전적 이야기가 책에 소개되어 있습니다.우연한 기술자.[18][19]

레이 홀트(Ray Holt)는 1968년 캘리포니아 폴리테크닉 대학(California Polytechnic University)을 졸업하고 CADC에서 컴퓨터 디자인 경력을 시작했습니다.1998년 홀트의 요청으로 미 해군이 공개 영역으로 문서를 허용할 때까지 비밀에 싸여 있었습니다.Holt는 아무도 이 마이크로프로세서를 나중에 나온 마이크로프로세서와 비교하지 않았다고 주장했습니다.[20]파라브 등에 의하면.(2007),

1971년경 발표된 과학 논문과 문헌을 보면, 미 해군의 F-14 톰캣 항공기에 사용된 MP944 디지털 프로세서가 최초의 마이크로프로세서로 적합하다고 합니다.흥미롭기는 했지만 단일 칩 프로세서가 아니라 Intel 4004도 아니었습니다. 둘 다 범용 양식을 만들기 위해 사용할 수 있는 병렬 빌딩 블록 세트에 가까웠습니다.CPU, RAM, ROM 및 인텔 4004와 같은 두 개의 다른 지원 칩이 포함되어 있습니다.이 제품은 동일한 P채널 기술로 만들어졌으며 군사 사양에서 작동되며 칩 크기가 더 커 어떤 표준에서도 뛰어난 컴퓨터 공학 설계를 제공합니다.그 디자인은 인텔보다 2년 앞서 크게 발전했음을 보여줍니다.인텔 4004가 발표되었을 때 F-14를 실제로 비행하고 있었습니다.이것은 DSP-마이크로 컨트롤러 아키텍처를 융합하는 오늘날의 산업 테마가 1971년에 시작되었음을 나타냅니다.[21]

DSP와 마이크로컨트롤러 아키텍처의 이러한 융합은 디지털 신호 제어기로 알려져 있습니다.[22]

길버트 하얏트 (1970)

1990년, 미국인 엔지니어 Gilbert Hyatt는 1968년 Teledyne에서 직장을 그만둔 후 양극성 칩의 보드로부터 1969년 캘리포니아 Northridge 자택에서 만든 16비트 직렬 컴퓨터를 기반으로 한 미국 특허 제4,942,516호를 수여받았습니다.[23][2][24] 비록 특허는 1970년 12월에 제출되었고 Texas Instruments의 특허 출원 전에 제출되었습니다.e TMX 1795와 TMS 0100, 하얏트의 발명품은 결코 제조되지 않았습니다.[24][25][26]그럼에도 불구하고 이는 하얏트가 마이크로프로세서의 발명자라는 주장과 필립스 N.[27]V. 자회사를 통해 상당한 로열티를 지불하는 것으로 이어졌지만 1996년 텍사스 인스트루먼트가 특허의 주요 부분을 뒤집고 하얏트가 보유할 수 있도록 허용하면서 복잡한 법적 분쟁에서 승소했습니다.[2][28]하얏트는 1990년 로스엔젤레스 타임즈 기사에서 자신의 잠재적 투자자들이 자신을 지지했다면 자신의 발명품이 만들어졌을 것이며 벤처 투자자들이 자신의 칩에 대한 세부사항을 업계에 유출했다고 말했습니다. 그는 이 주장을 뒷받침할 증거를 자세히 설명하지는 않았지만 말입니다.[24]칩의 저자인 T.R. 레이드는 같은 기사에서 역사학자들이 궁극적으로 하얏트를 마이크로프로세서의 공동 개발자로 선정할 수도 있다고 말한 것으로 전해졌습니다. 1958년 인텔의 노이스와 TI의 킬비가 칩의 발명에 대한 공로를 인정받은 방식입니다. "킬비가 먼저 아이디어를 얻었지만 노이스가 실용적으로 만들었습니다.법적인 판결은 결국 노이스에게 유리했지만, 그들은 공동 발명가로 여겨집니다.같은 일이 여기서도 일어날 수 있습니다."[24]하얏트는 1990년 이후 특허권의 횡재에 대한 미납 세금 의혹과 관련하여 캘리포니아 주와 수십 년에 걸친 법정 투쟁을 계속할 것이며, 이는 캘리포니아주의 프랜차이즈 세금 위원회 v에 대한 주권 면제를 다루는 획기적인 대법원 판례로 끝이 날 것입니다. 하얏트 (2019).

텍사스 인스트루먼트 TMX 1795 (1970-1971)

8008을 개발한 인텔(Intel)과 함께 1970년부터 1971년까지 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)는 데이터포인트 2200 단자인 TMX 1795(이후 TMC 1795)를 위한 원칩 CPU 대체품을 개발했습니다.8008과 마찬가지로 고객 데이터포인트에서 거절당했습니다.Gary Boone에 따르면, TMX 1795는 생산에 도달하지 못했습니다.여전히 1971년 2월 24일에 프로토타입 상태에 도달했으며, 따라서 세계 최초의 8비트 마이크로프로세서입니다.[29]동일한 사양으로 제작되었기 때문에 인텔 8008과 명령어 세트가 매우 유사했습니다.[30][31]

텍사스 인스트루먼트 TMS 1802NC (1971)

TMS1802NC는 1971년 9월 17일에 발표되었으며, 4가지 함수 계산기를 구현했습니다.TMS1802NC는 TMS 1000 시리즈의 일부가 아니었으며, TMS 0100 시리즈의 일부로 재지정되었으며, TMS 0100 시리즈는 TMS 데이터 계산기에 사용되었습니다.TMS1802NC는 계산기 온 어 칩(Calculator on a chip)으로 시판되었지만, 11비트 명령어를 가진 CPU, 3520비트(320개 명령어)의 ROM 및 182비트의 RAM을 포함하여 완전한 프로그래밍이 가능했습니다.[30][32][31][33]

피코/일반악기(1971)

1971년에 도입된 PICO1/GI250 칩:피코 일렉트로닉스(스코틀랜드 글렌로테스)가 설계하고 힉스빌 NY의 제너럴 인스트루먼트가 제작했습니다.

1971년 피코 일렉트로닉스와[34] 제너럴 인스트루먼트(GI)는 먼로/리통 로열 디지털 III 계산기를 위한 완전한 단일 칩 계산기 IC인 IC에서 첫 협업을 선보였습니다.또한 이 칩은 ROM, RAM 및 RISC 명령어 세트 온 칩을 가진 최초의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 중 하나라고 주장할 수 있습니다.PMOS 공정의 4개 층에 대한 레이아웃은 mylar 필름에 x500 스케일로 수작업으로 그려졌습니다. 이는 칩의 복잡성을 고려할 때 당시로서는 중요한 작업이었습니다.

Pico는 싱글 칩 계산기 IC를 만드는 것이 비전이었던 다섯 명의 GI 설계 엔지니어들에 의해 분사되었습니다.이들은 이전에 GI 및 Marconi-Eliot와 함께 다수의 계산기 칩셋을 설계한 경험이 있었습니다.[35]핵심 팀원들은 원래 Elliott Automation에서 MOS에 8비트 컴퓨터를 만드는 일을 맡았으며 1967년 스코틀랜드 Glenrothes에 MOS 연구소를 설립하는 것을 도왔습니다.

계산기는 반도체의 가장 큰 단일 시장이 되고 있었기 때문에 Pico와 GI는 이 급성장하는 시장에서 큰 성공을 거두었습니다.GI는 CP1600, IOB1680 및 PIC1650을 포함한 제품으로 마이크로프로세서 및 마이크로컨트롤러 분야에서 혁신을 계속해왔습니다.[36]1987년, GI Microelectronics 사업은 Microchip PIC microcontroller 사업으로 분리되었습니다.

인텔 4004 (1971)

주요 기사:인텔 4004
커버를 제거한 4004(왼쪽) 및 실제 사용한 대로(오른쪽)

Intel 4004는 종종(거짓으로) 60달러([37][38]2022년 430달러에 해당)의 가격으로 단일 칩에 구축된 최초의 진정한 마이크로프로세서로 간주됩니다.[39]이전의 TMS1802NC도 단일 칩에 내장된 진정한 마이크로프로세서였으며 프로토타입 전용 - 8비트 TMX 1975에도 동일하게 적용되기 때문에 첫 번째라는 주장은 분명히 거짓입니다.[40]4004에 대한 최초의 알려진 광고는 1971년 11월 15일자이며, Electronic News에 등장했습니다.[citation needed]이 마이크로프로세서는 이탈리아 엔지니어 페데리코 파긴(Federico Faggin), 미국 엔지니어 마르시안 호프(Marcian Hoff)와 스탠리 마조(Stanley Mazor), 일본 엔지니어 마사토시 시마(Masatoshi Shima)로 구성된 팀이 설계했습니다.[41]

4004를 생산한 프로젝트는 1969년 일본의 계산기 제조업체인 부시콤이 인텔에 고성능 데스크톱 계산기용 칩셋을 개발해 달라고 요청하면서 시작됐습니다.부시콤의 원래 디자인은 7개의 다른 칩들로 구성된 프로그래밍 가능한 칩 세트를 요구했습니다.칩 중 3개는 ROM에 프로그램을 저장하고 시프트 레지스터 읽기-쓰기 메모리에 데이터를 저장하는 특수 목적 CPU를 만드는 것이었습니다.이 프로젝트를 평가하도록 임명된 Intel 엔지니어인 Ted Hoff는 시프트 레지스터 메모리가 아닌 동적 RAM 스토리지를 데이터에 사용하고 보다 전통적인 범용 CPU 아키텍처를 사용함으로써 Busicom 설계를 단순화할 수 있다고 생각했습니다.호프는 프로그램을 저장하기 위한 롬 칩, 데이터를 저장하기 위한 동적 램 칩, 간단한 입출력 장치, 그리고 4비트 중앙 처리 장치(CPU)의 네 가지 칩 아키텍처 제안을 해냈습니다.칩 설계자는 아니지만 CPU를 하나의 칩에 통합할 수 있다고 느꼈지만 기술적 노하우가 부족했기 때문에 이 아이디어는 당분간 희망사항으로 남아 있었습니다.

인텔의 첫번째 마이크로프로세서 4004

MCS-4의 아키텍처와 사양은 Hoff와 그에게 보고하는 소프트웨어 엔지니어 Stanley Mazor, 그리고 Busicom 엔지니어 Masatoshi Shima의 상호작용에서 비롯되었지만, Mazor와 Hoff는 1969년 동안 다른 프로젝트로 이동했습니다.1970년 4월, 인텔은 이탈리아 엔지니어인 Federico Faggin을 프로젝트 리더로 고용했습니다. 이 조치는 단일 칩 CPU 최종 설계를 궁극적으로 현실화했습니다(Shima는 그 동안 Busicom 계산기 펌웨어를 설계하고 구현 초기 6개월 동안 Faggin을 지원했습니다).1968년 Fairchild Semiconductor에서[42] 실리콘 게이트 기술(SGT)을 처음 개발하고 SGT를 사용하여 세계 최초의 상용 집적 회로인 Fairchild 3708을 설계한 Faggin은 프로젝트를 최초의 상용 범용 마이크로프로세서로 이끌 정확한 배경을 가지고 있었습니다.SGT는 자신의 발명품이었기 때문에 Faggin은 이 기술을 사용하여 적절한 속도, 전력 소모 및 비용으로 단일 칩 CPU를 구현할 수 있는 랜덤 논리 설계를 위한 새로운 방법론을 개발했습니다.MCS-4 개발 당시 인텔 MOS 디자인부의 책임자는 Leslie L. Vadász였지만, Vadász의 관심은 반도체 메모리의 주류 사업에 완전히 집중되어 MCS-4 프로젝트의 주도권과 관리를 Faggin에게 맡겼습니다.4004 프로젝트를 실현하는 데 최종적으로 책임이 있는 사람은 누구입니까?4004의 생산대수는 1971년 3월에 처음으로 부시콤에 인도되어 1971년 말에 다른 고객들에게 출하되었습니다.[citation needed]

8비트 디자인

인텔 4004는 1972년 인텔 최초의 8비트 마이크로프로세서인 인텔 8008에 이어 출시되었습니다.[43]8008은 4004 디자인의 확장이 아니라, 설계 중이던 단말기용 칩에 대해 샌안토니오 TX의 Computer Terminals Corporation과의 계약으로 인해 인텔에서 별도의 설계 프로젝트가 완성된 것입니다.[44]1968년 CTC의 Vic Poor와 Harry Pyle은 프로세서의 명령어 세트와 작동을 위한 독창적인 디자인을 개발했습니다.1969년, CTC는 인텔과 텍사스 인스트루먼트 두 회사와 계약을 맺고 CTC 1201이라고 알려진 단일 칩을 구현했습니다.[45]1970년 말이나 1971년 초에 TI는 신뢰할 수 있는 부품을 만들 수 없어 그만두었습니다.1970년, 인텔이 아직 부품을 제공하지 않은 상황에서 CTC는 데이터포인트 2200에서 기존 TTL 로직을 대신 사용하여 자체 구현을 사용하기로 결정했습니다(따라서 "8008 코드"를 실행한 최초의 머신은 사실 마이크로프로세서가 아니었으며 1년 전에 출시되었습니다).인텔의 1201 마이크로프로세서 버전은 1971년 말에 출시되었지만 너무 늦었고 느렸으며 많은 추가 지원 칩이 필요했습니다.CTC는 그것을 사용하는 것에 관심이 없었습니다.CTC는 원래 이 칩에 대해 인텔과 계약을 맺었으며, 설계 작업으로 인해 $50,000(2022년에는 $361,298에 해당)의 빚을 지게 되었습니다.[45]그들이 원하지도 않고 사용할 수도 없는 칩에 대한 비용을 지불하는 것을 피하기 위해, CTC는 인텔을 그들의 계약에서 해제했고 그들이 그 디자인을 자유롭게 사용할 수 있도록 했습니다.[45]인텔은 1972년 4월에 세계 최초의 8비트 마이크로프로세서로서 8008로 출시했습니다.이것은 1974년 Radio-Electronics 잡지에 광고된 유명한 "Mark-8" 컴퓨터 키트의 기초가 되었습니다.이 프로세서에는 8비트 데이터 버스와 14비트 주소 버스가 있었습니다.[46]

8008은 성공적인 Intel 8080(1974)의 전신으로, 8008에 비해 향상된 성능과 적은 지원 칩을 필요로 했습니다.페데리코 파긴은 고전압 N채널 MOS를 이용해 구상하고 설계했습니다.Zilog Z80(1976)도 Faggin 디자인으로 공핍 부하가 있는 저전압 N 채널과 파생형 인텔 8비트 프로세서를 사용했습니다. 모두 4004용으로 개발된 방법론으로 설계되었습니다.모토로라는 경쟁작인 6800을 1974년 8월에 출시했고 비슷한 MOS 테크놀로지 6502는 1975년에 출시되었습니다.6502 제품군은 1980년대에 Z80의 인기에 맞섰습니다.

낮은 전체 비용, 적은 패키징, 간단한 컴퓨터 버스 요구 사항, 그리고 때로는 추가 회로(예: Z80의 내장 메모리 리프레시 회로)의 통합으로 인해 1980년대 초 가정용 컴퓨터 "혁명"이 급격히 가속화되었습니다.이것은 99달러(2022년 318.67달러에 해당)에 팔린 싱클레어 ZX81과 같은 저렴한 기계를 제공했습니다.6502의 변형인 MOS 테크놀로지 6510은 코모도어 64에 사용되었고, 8502는 코모도어 128을 구동시켰습니다.

Western Design Center, Inc. (WDC)는 1982년 CMOS WDC 65C02를 도입하고 여러 회사에 디자인을 허가했습니다.Apple IIe 및 IIc 개인용 컴퓨터와 의료용 이식형 심장박동기 및 제세동기, 자동차, 산업 및 소비자 장치에서 CPU로 사용되었습니다.WDC는 마이크로프로세서 설계의 라이센싱을 개척했으며, 이후 1990년대에 ARM(32비트) 및 기타 마이크로프로세서 지적 재산권(IP) 공급업체로 이어졌다.

모토로라는 1978년에 MC6809를 선보였습니다.6800과 소스 호환이 가능하고, 순수한 하드 와이어드 로직을 사용하여 구현된 야심차고 사려 깊은 8비트 설계였습니다(이후 16비트 마이크로프로세서는 일반적으로 어느 정도 마이크로코드를 사용했는데, CISC 설계 요구 사항이 순수한 하드 와이어드 로직에 비해 너무 복잡해지고 있었기 때문입니다).

또 다른 초기 8비트 마이크로프로세서는 Signetics 2650으로 혁신적이고 강력한 명령어 세트 아키텍처로 인해 잠시 관심이 급증했습니다.

우주 비행의 세계에서 가장 중요한 마이크로프로세서는 RCA의 RCA 1802 (일명 CDP1802, RCA COSMAC) (1976년 도입)로, 갈릴레오 탐사선에서 목성에 사용되었습니다 (1989년 발사, 1995년 도착).RCA COSMAC은 CMOS 기술을 최초로 구현했습니다.CDP1802는 매우 낮은 전력으로 구동될 수 있고, 특별한 생산 공정인 SOS(Silicon on Sapphire)를 사용하여 변형된 제품을 사용할 수 있었기 때문에 이 시대의 어떤 프로세서보다 우주 방사선과 정전기 방전에 대해 훨씬 더 나은 보호 기능을 제공했습니다.그래서 SOS 버전의 1802는 최초의 방사선 경화 마이크로프로세서라고 합니다.

RCA 1802는 정적인 디자인을 가지고 있었는데, 이것은 클럭 주파수를 임의로 낮게 만들 수도 있고 심지어 멈출 수도 있다는 것을 의미합니다.이것은 갈릴레오 우주선이 특별하지 않은 긴 항해 동안 최소한의 전력을 사용할 수 있게 했습니다.타이머 또는 센서는 내비게이션 업데이트, 태도 제어, 데이터 획득 및 무선 통신과 같은 중요한 작업에 맞춰 프로세서를 깨웁니다.Western Design Center 65C02 및 65C816의 최신 버전에도 정적 코어가 있으므로 클럭이 완전히 정지된 상태에서도 데이터를 유지합니다.

12비트 디자인

Intersil 6100 제품군은 12비트 마이크로프로세서(6100)와 다양한 주변 장치 지원 및 메모리 IC로 구성되었습니다.마이크로프로세서는 DEC PDP-8 미니 컴퓨터 명령어 세트를 인식했습니다.그래서 CMOS-PDP8이라고 불리기도 했습니다.해리스 코퍼레이션에서 생산되었기 때문에 해리스 HM-6100으로도 알려져 있습니다.CMOS 기술과 관련 이점 덕분에, 6100은 1980년대 초까지 일부 군사 디자인에 통합되었습니다.

16비트 디자인

시리즈의 일부(on)
x86 아키텍처를 위한 마이크로프로세서 모드
괄호 안에 처음 지원되는 플랫폼

최초의 멀티칩 16비트 마이크로프로세서는 1973년 초에 소개된 National Semiconductor IMP-16입니다.8비트 버전의 칩셋은 1974년 IMP-8로 출시되었습니다.

다른 초기 멀티칩 16비트 마이크로프로세서로는 DEC(Digital Equipment Corporation)가 LSI-11 OEM 보드 세트와 패키지형 PDP-11/03 미니 컴퓨터에 사용하는 MCP-1600과 1975-76년에 출시된 Fairchild Semiconductor MicroFlame 9440이 있습니다.1974년 말, 내셔널은 최초의 16비트 단일 칩 마이크로프로세서인 내셔널 반도체 PACE를 선보였고,[47] 이후 NMOS 버전인 INS8900을 선보였습니다.

다음 목록은 1975년 2월에 출시된 General Instrument CP1600으로 주로 Intellivision 콘솔에 사용되었습니다.[48]

또 다른 초기의 단일 칩 16비트 마이크로프로세서는 TI의 TMS 9900으로, TI-990 계열의 미니 컴퓨터와도 호환되었습니다.9900은 TI 990/4 미니 컴퓨터, TI-99/4A 가정용 컴퓨터, TM990 계열의 OEM 마이컴 보드에 사용되었습니다.이 칩은 큰 세라믹 64핀 DIP 패키지로 포장되었고 인텔 8080과 같은 대부분의 8비트 마이크로프로세서는 더 일반적이고 더 작고 덜 비싼 플라스틱 40핀 DIP를 사용했습니다.후속 칩인 TMS 9980은 Intel 8080과 경쟁하도록 설계되었으며, 전체 TI 990 16비트 명령어 세트를 갖추고 플라스틱 40핀 패키지를 사용했으며, 한 번에 8비트씩 데이터를 이동했지만 16KB만 처리할 수 있었습니다.세 번째 칩인 TMS 9995는 새로운 디자인이었습니다.이후 99105와 99110으로 확대되었습니다.

WDC(Western Design Center)는 1984년에 WDC CMOS 65C02의 CMOS 65816 16비트 업그레이드를 도입했습니다.65816 16비트 마이크로프로세서는 애플 IIGS와 슈퍼 닌텐도 엔터테인먼트 시스템의 핵심이었으며, 역사상 가장 인기 있는 16비트 디자인 중 하나였습니다.

인텔은 그들의 8080 디자인을 x86 계열의 첫 번째 멤버인 16비트 인텔 8086으로 "업그레이드"하였습니다.인텔은 8086을 8080 라인에서 비용 효율적으로 소프트웨어를 포팅하는 방법으로 소개했고, 이를 바탕으로 많은 사업을 수주하는 데 성공했습니다.8비트 외부 데이터 버스를 사용한 8086의 버전인 8088은 최초의 IBM PC의 마이크로프로세서였습니다.그 후 인텔은 80186과 80188, 80286, 그리고 1985년 32비트 80386을 출시하여 프로세서 제품군의 역호환성을 통해 PC 시장 지배력을 공고히 했습니다.80186과 80188은 기본적으로 8086과 8088의 버전으로, 일부 내장형 주변기기와 몇 가지 새로운 명령어로 향상되었습니다.인텔의 80186 및 80188은 IBM PC 유형 설계에 사용되지 않았지만 [dubious – discuss]NEC, V20 및 V30의 두 번째 소스 버전은 종종 사용되었습니다.8086과 그 후속 모델들은 혁신적이지만 제한적인 메모리 분할 방법을 가지고 있었고, 80286은 완전한 기능을 갖춘 세그먼트 메모리 관리 장치(MMU)를 도입했습니다.80386은 페이지 메모리 관리 기능을 갖춘 플랫 32비트 메모리 모델을 선보였습니다.

80386을 포함한 16비트 Intel x86 프로세서에는 부동 소수점 장치(FPU)가 포함되어 있지 않습니다.인텔은 8087, 80187, 80287 및 80387 수학 코프로세서를 도입하여 8086 ~ 80386 CPU에 하드웨어 부동소수점 및 초월 함수 기능을 추가했습니다.8087은 8086/8088 및 80186/80188과 함께 작동하며,[49] 80187은 80186과 작동하지만 80188과 작동하지 않으며,[50] 80287은 80286과 작동하며, 80387은 80386과 작동합니다.x86 CPU와 x87 코프로세서의 조합은 하나의 멀티칩 마이크로프로세서를 구성합니다. 두 칩은 하나의 통합 명령어 세트를 사용하여 하나의 단위로 프로그래밍됩니다.[51]8087 및 80187 코프로세서는 부모 프로세서의 데이터 및 주소 버스와 병렬로 연결되어 있으며 이들을 위한 명령어를 직접 실행합니다.80287 및 80387 코프로세서는 CPU의 주소 공간에 있는 I/O 포트를 통해 CPU에 인터페이스되며, 이는 프로그램에 투명하므로 이러한 I/O 포트에 대해 직접 알 필요가 없습니다. 프로그램은 일반 명령어 opcode를 통해 코프로세서와 해당 레지스터에 액세스합니다.

32비트 디자인

Intel 80486DX2 다이의 상위 인터커넥트 레이어

16비트 디자인은 32비트 구현이 등장하기 시작했을 때 잠시 시장에 나오기만 했습니다.

가장 중요한 32비트 디자인은 1979년에 출시된 모토로라 MC68000입니다.68k는 널리 알려진 대로 프로그래밍 모델에서 32비트 레지스터를 사용했지만 16비트 내부 데이터 경로, 3개의 16비트 산술 로직 유닛 및 16비트 외부 데이터 버스(핀 카운트를 줄이기 위해)를 사용했으며 24비트 주소만 외부에서 지원했습니다(내부적으로는 전체 32비트 주소에서 작동했습니다).PC 기반 IBM 호환 메인프레임에서 MC68000 내부 마이크로코드는 32비트 시스템/370 IBM 메인프레임을 에뮬레이트하도록 수정되었습니다.[52]모토로라는 일반적으로 16비트 프로세서라고 표현했습니다.고성능, 대용량(16메가바이트 또는 2바이트24)의 메모리 공간과 비교적 저렴한 비용이 결합되어 동급에서 가장 인기 있는 CPU 설계가 되었습니다.애플 리사와 매킨토시 디자인은 68000을 사용했고, 1980년대 중반 아타리 ST와 아미가를 포함한 다른 디자인들도 마찬가지였습니다.

32비트 데이터 경로, 32비트 버스, 32비트 주소를 가진 세계 최초의 단일 칩 풀 32비트 마이크로프로세서는 1980년에 첫 샘플을, 1982년에 일반 생산을 시작한 AT&T Bell Labs BELLMAC-32A였습니다.[53][54]1984년 AT&T가 매각된 후 WE 32000(WE for Western Electric)으로 이름이 바뀌었고, WE 32100과 WE 32200이라는 두 개의 후속 세대가 있었습니다.이 마이크로프로세서는 AT&T 3B5와 3B15 미니 컴퓨터, 세계 최초의 데스크톱 슈퍼 마이크로컴퓨터, 세계 최초의 32비트 노트북 컴퓨터인 컴패니언, 세계 최초의 책 크기의 슈퍼 마이크로컴퓨터인 알렉산더에 사용되었습니다.이 모든 시스템은 UNIX System V 운영 체제를 실행했습니다.

HP FOCUS는 단일 칩으로 시장에 출시된 최초의 상용 32비트 마이크로프로세서였습니다.

인텔의 최초의 32비트 마이크로프로세서는 1981년에 출시된 iAPX 432입니다.고급 기능 기반 객체 지향 아키텍처를 갖추고 있었지만, 인텔이 자체 개발한 80286(1982년 도입)과 같은 기존 아키텍처에 비해 성능이 떨어졌으며, 이는 일반적인 벤치마크 테스트에서 거의 4배나 빨랐습니다.그러나 iAPX432에 대한 결과는 부분적으로 서두르기 때문에 최적이 아닌 Ada 컴파일러 때문이었습니다.[citation needed]

모토로라의 68000 성공은 가상 메모리 지원을 추가한 MC68010으로 이어졌습니다.1984년에 출시된 MC68020은 32비트 데이터와 주소 버스를 모두 추가했습니다.68020은 유닉스 슈퍼마이크로컴퓨터 시장에서 큰 인기를 끌었고, 많은 소규모 회사(예: Altos, Charles River Data Systems, Cromemco)에서 데스크톱 크기의 시스템을 생산했습니다.MC68030은 MMU를 칩에 통합하여 이전 디자인을 개선한 것입니다.계속된 성공은 더 나은 수학 성능을 위해 FPU를 포함한 MC68040으로 이어졌습니다.68050은 성능 목표를 달성하지 못해 출시되지 못했고, 후속 MC68060은 훨씬 빠른 RISC 설계로 포화된 시장에 출시되었습니다.68k 제품군은 1990년대 초에 사용이 사라졌습니다.

다른 대기업들은 68020을 설계하고 후속 제품을 내장형 장비로 개발했습니다.한때 임베디드 기기의 경우 PC의 인텔 펜티엄보다 68020대가 더 많았습니다.[55]ColdFire 프로세서 코어는 68020에서 파생된 것입니다.

이 시기(1980년대 초~중반)에 내셔널 반도체는 NS 16032(이후 32016년으로 이름 변경)라고 불리는 매우 유사한 16비트 핀 할당 32비트 내부 마이크로프로세서를 출시했습니다.나중에 National Semiconductor는 NS 32132를 생산했는데, 이를 통해 중재 기능이 내장된 동일한 메모리 버스에 CPU 두 개를 상주시킬 수 있었습니다.NS32016/32는 MC68000/10보다 성능이 뛰어났지만, MC68020과 거의 동시에 출시된 NS32332는 성능이 부족했습니다.3세대 칩인 NS32532는 달랐습니다.비슷한 시기에 출시된 MC68030보다 약 두 배의 성능을 보였습니다.AM29000 및 MC88000과 같은 RISC 프로세서(현재 둘 다 사망)의 등장은 최종 코어인 NS32764의 아키텍처에 영향을 미쳤습니다.슈퍼스칼라 RISC 코어, 64비트 버스, 내부 오버클럭 등 기술적으로 진보한 이 제품은 실시간 번역을 통해 Series 32000 명령을 실행할 수 있습니다.

National Semiconductor가 유닉스 시장을 떠나기로 결정했을 때, 칩은 온칩 주변기기 세트와 함께 Swordfish Embedded 프로세서로 재설계되었습니다.그 칩은 레이저 프린터 시장에 비해 너무 비싼 것으로 밝혀졌고 죽임을 당했습니다.설계팀은 인텔로 가서 내부적으로 NS32764 코어와 매우 유사한 펜티엄 프로세서를 설계했습니다.시리즈 32000의 큰 성공은 레이저 프린터 시장에서 이루어졌는데, 마이크로코딩된 BitBlt 명령어가 포함된 NS32CG16은 가격 대비 성능이 매우 우수했으며 Canon과 같은 대기업에서 채택되었습니다.1980년대 중반 Sequent는 NS 32032를 사용하는 최초의 SMP 서버급 컴퓨터를 선보였습니다.이것은 이 디자인의 몇 안 되는 우승작 중 하나였고, 1980년대 후반에 사라졌습니다.MIPS R2000(1984)과 R3000(1989)은 매우 성공적인 32비트 RISC 마이크로프로세서였습니다.SGI 등에서 하이엔드 워크스테이션과 서버에 사용되었습니다.다른 디자인에는 Zilog Z80000이 포함되어 있는데, Zilog Z80000은 너무 늦게 출시되어 기회를 잡을 수 없었고 빠르게 사라졌습니다.

ARM은 1985년에 처음 등장했습니다.[56]이는 RISC 프로세서 설계로, 전력 효율성, 라이센싱 모델, 시스템 개발 도구 선택의 폭이 넓어 32비트 임베디드 시스템 프로세서 공간을 선점하게 되었습니다.반도체 제조업체는 일반적으로 코어에 라이센스를 부여하고 칩 제품의 자체 시스템에 통합합니다. ARM 코어를 수정하거나 자체적으로 제조할 수 있는 라이센스를 부여받은 업체는 애플과 같은 소수에 불과합니다.대부분의 휴대폰은 ARM 프로세서를 포함하고 있으며, 다양한 다른 제품들도 마찬가지입니다.가상 메모리를 지원하지 않는 마이크로컨트롤러 지향 ARM 코어와 가상 메모리를 지원하는 SMP(Symmetric Multiprocessor) 애플리케이션 프로세서가 있습니다.

1993년부터 2003년까지 32비트 x86 아키텍처는 데스크톱, 노트북 및 서버 시장에서 점점 더 우위를 점하게 되었고, 이러한 마이크로프로세서는 더욱 빠르고 성능이 향상되었습니다.Intel은 이전 버전의 아키텍처를 다른 회사에 라이센스를 부여했지만 Pentium 라이센스를 거부하여 AMD와 Cyrix는 자체 설계를 기반으로 최신 버전의 아키텍처를 구축했습니다.이 기간 동안, 이러한 프로세서는 복잡도(트랜지스터 수)와 용량(명령어/초)이 최소 3배 이상 증가했습니다.인텔의 펜티엄 제품군은 아마도 가장 유명하고 인지도가 높은 32비트 프로세서 모델일 것이며, 적어도 대중들에게는 널리 알려져 있을 것입니다.

개인용 컴퓨터의 64비트 디자인

1990년대 초반부터 여러 시장에서 64비트 마이크로프로세서 디자인이 사용되었지만(1996년 닌텐도 64 게이밍 콘솔 포함), 2000년대 초반에는 PC 시장을 겨냥한 64비트 마이크로프로세서가 도입되었습니다.

2003년 9월 AMD가 x86, x86-64(AMD64라고도 함)와 역호환되는 64비트 아키텍처를 도입하고 인텔의 거의 완전한 64비트 확장(처음에는 IA-32e 또는 EM64T, 나중에 인텔 64로 이름 변경)을 시작하면서 64비트 데스크톱 시대가 시작되었습니다.두 버전 모두 성능 저하 없이 32비트 레거시 애플리케이션과 새로운 64비트 소프트웨어를 실행할 수 있습니다.64비트를 기본적으로 실행하는 운영 체제 Windows XP x64, Windows Vista x64, Windows 7 x64, Linux, BSD 및 macOS를 사용하는 이 소프트웨어는 또한 이러한 프로세서의 기능을 충분히 활용하도록 설계되었습니다.64비트로 이동한 것은 범용 레지스터의 수를 두 배로 늘렸기 때문에 IA-32보다 레지스터 크기가 늘어난 것 이상입니다.

파워별로 64비트로 이동PC는 90년대 초 아키텍처 설계 때부터 설계된 것으로 호환되지 않는 주요 원인은 아니었습니다.기존 정수 레지스터는 모든 관련 데이터 경로와 마찬가지로 확장되지만, IA-32의 경우와 마찬가지로 부동 소수점 및 벡터 유닛 모두 몇 년 동안 64비트 이상에서 작동했습니다.IA-32가 x86-64로 확장되었을 때와는 달리 64비트 PowerPC에서는 새로운 범용 레지스터가 추가되지 않았기 때문에 더 큰 주소 공간을 사용하지 않는 애플리케이션에 64비트 모드를 사용할 때 얻을 수 있는 성능은 최소화됩니다.[citation needed]

2011년 ARM은 새로운 64비트 ARM 아키텍처를 선보였습니다.

RISC

주요 기사 : 축소된 명령어 세트 컴퓨터

1980년대 중반부터 1990년대 초반까지 IBM 801과 같은 개별 RISC와 유사한 CPU 설계의 영향을 받아 새로운 고성능 감소 명령어 세트 컴퓨터(RISC) 마이크로프로세서가 등장했습니다.RISC 마이크로프로세서는 처음에는 특수 목적 컴퓨터와 유닉스 워크스테이션에 사용되었으나, 그 후 다른 역할에서 널리 사용되었습니다.

1984년 MIPS Computer Systems에 의해 최초의 상업용 RISC 마이크로프로세서 디자인이 출시되었으며, R1000은 출시되지 않았습니다.1986년에 HP는 PA-RISC CPU를 탑재한 첫 번째 시스템을 출시했습니다. 1987년에 Unix가 아닌 Acon 컴퓨터의 32비트, 그 후 캐시가 없는 ARM2 기반 Acon Archimedes가 ARM 아키텍처를 사용한 첫 번째 상업적 성공을 거두었습니다. 1985년에 Acon RISC Machine(ARM)으로 알려진 첫 번째 실리콘 ARM1입니다.R3000은 디자인을 진정으로 실용적으로 만들었고, R4000은 세계 최초로 상용화된 64비트 RISC 마이크로프로세서를 선보였습니다.경쟁 프로젝트들은 IBM POWER와 Sun SPARC 아키텍처로 귀결됩니다.곧 모든 주요 공급업체가 AT&T CRISP, AMD 29000, Intel i860 및 Intel i960, Motorola 88000, DEC Alpha 등 RISC 디자인을 출시하게 되었습니다.

1990년대 후반에는 비 임베디드 애플리케이션을 위한 64비트 RISC 아키텍처가 SPARC와 Power ISA 두 가지만 여전히 볼륨으로 생산되었지만, ARM의 성능이 점차 향상됨에 따라 2010년대 초에는 일반 컴퓨팅 부문에서 세 번째 RISC 아키텍처가 되었습니다.

SMP 및 멀티코어 설계

abit two way motherboard
2개의 Intel Celeron 366Mhz 프로세서를 지원하는 ABIT BP6 마더보드는 Zalman 히트싱크를 보여줍니다.
a computer motherboard with zalman heatsinks attached
Zalman Flower 히트싱크와 함께 보여진 BP6 듀얼 소켓 마더보드.

SMP 대칭 멀티프로세싱은[57] 1990년대 이후 서버, 특정 워크스테이션 및 데스크톱 개인용 컴퓨터에서 일반적으로 사용되는 2개, 4개 또는 그 이상의 CPU(쌍)의 구성입니다.멀티 코어 프로세서는 둘 이상의 마이크로프로세서 코어를 포함하는 단일 CPU입니다.

Abit의 이 인기있는 2소켓 마더보드는 1999년에 최초의 SMP 지원 PC 마더보드로 출시되었으며, Intel Pentium Pro는 시스템 구축업체와 애호가에게 제공되는 최초의 상용 CPU였습니다.Abit BP9은 두 개의 Intel Celeron CPU를 지원하며 SMP 지원 운영 체제(Windows NT/2000/Linux)와 함께 사용할 경우 많은 애플리케이션이 단일 CPU보다 훨씬 더 높은 성능을 제공합니다.초기의 Celerons는 오버클럭이 가능하고 취미주의자들은 인텔의 사양을 훨씬 뛰어넘는 533Mhz의 비교적 저렴한 CPU를 사용했습니다.이러한 마더보드의 용량을 발견한 후 인텔은 이후 CPU에서 곱셈기에 대한 액세스를 제거했습니다.

2001년 IBM은 POWER4 CPU를 출시했는데, 이 CPU는 5년에 걸친 연구 끝에 개발된 프로세서로, 1996년 250명의 연구원 팀을 사용하여 시작되었습니다.불가능을 달성하기 위한 노력은 원격 협업을 개발하고 이를 통해 젊은 엔지니어들이 보다 숙련된 엔지니어들과 함께 작업하도록 할당함으로써 뒷받침되었습니다.팀 작업은 새로운 마이크로프로세서인 Power4로 성공을 거두었습니다.경쟁사의 절반 가격에 두 배 이상 성능을 높인 투인원 CPU로 컴퓨팅 분야에서 큰 발전을 이뤘습니다.비즈니스 잡지 eWeek는 "새롭게 디자인된 1GHz Power4는 이전 모델을 능가하는 엄청난 도약을 보여줍니다."라고 썼습니다.업계 분석가인 Giga Information Group의 Brad Day는 다음과 같이 말했습니다.IBM은 매우 공격적으로 변하고 있으며, 이 서버는 판도를 바꿀 새로운 서버입니다."

파워4는 "2001년 최고의 워크스테이션/서버 프로세서 부문 애널리틱스 초이스 상"을 수상했으며, 미국 텔레비전 쇼인 Jeopardy![58]에서 최고의 플레이어를 상대로 한 대회에서 우승하는 등 주목할 만한 기록을 깼습니다.

인텔의 코드명 요나 CPU는 2006년 1월 6일에 출시되었으며 멀티칩 모듈에 포장된 두 개의 다이로 제조되었습니다.경쟁이 치열한 시장에서 AMD 등이 새로운 버전의 멀티 코어 CPU를 출시하였으며, 2001년 AMD의 SMP가 Athlon XP 제품군에서 Athlon MP CPU를 지원하였으며, Sun은 나이아가라와 나이아가라 2를 8코어로 출시하였으며, AMD의 Athlon X2는 2007년 6월에 출시되었습니다.기업들은 속도를 위한 끊임없는 경쟁을 벌였고, 실제로는 더 많은 처리 능력과 더 빠른 CPU 속도를 요구하는 소프트웨어가 더 요구되었습니다.

2012년에 이르러 듀얼 및 쿼드 코어 프로세서가 PC 및 노트북에 널리 사용되기 시작했으며, 더 높은 비용의 전문가 수준인 Intel Xeon과 유사한 새로운 프로세서와 명령을 병렬로 실행하는 추가 코어가 추가되어 소프트웨어가 고급 하드웨어를 사용하도록 설계된 경우 일반적으로 소프트웨어 성능이 향상됩니다.운영 체제는 다중 코어 및 SMD CPU를 지원하며, 대용량 워크로드 및 리소스 집약적 애플리케이션(예: 3-D 게임)을 포함한 많은 소프트웨어 애플리케이션은 다중 코어 및 다중 CPU 시스템의 이점을 활용하도록 프로그래밍되었습니다.

애플, 인텔, AMD 등은 현재 다수의 코어 데스크톱 및 워크스테이션 CPU로 시장을 주도하고 있지만, 성능 계층에서는 서로 도약하는 경우가 많습니다.Intel은 더 높은 주파수를 유지하고 있기 때문에 단일 코어 성능이 가장 빠릅니다.[59] 반면 AMD는 더 고급 ISA와 CPU를 기반으로 한 프로세스 노드로 인해 멀티 스레드 루틴의 선두주자인 경우가 많습니다.

다중 코어/다중 CPU 구성에 대한 다중 처리 개념은 암달의 법칙과 관련이 있습니다.

시장통계

1997년에는 전 세계에서 판매된 모든 CPU의 약 55%가 8비트 마이크로컨트롤러였으며, 그 중 20억 개 이상이 판매되었습니다.[60]

2002년에는 전 세계에 판매된 모든 CPU의 10% 미만이 32비트 이상이었습니다.판매되는 모든 32비트 CPU 중 약 2%가 데스크톱 또는 노트북 PC에 사용됩니다.대부분의 마이크로프로세서는 가전제품, 자동차, 컴퓨터 주변기기와 같은 임베디드 제어 응용 분야에 사용됩니다.전체적으로 볼 때, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 DSP의 평균 가격은 미화 6달러를 조금 넘습니다(2022년에는 9.76달러에 해당).[61]

2003년에는 약 440억 달러(2022년의 약 700억 달러에 해당) 가치의 마이크로프로세서가 제조 및 판매되었습니다.[62]데스크톱 또는 랩톱 개인용 컴퓨터에 사용되는 CPU에 사용되는 비용의 약 절반이 지출되었지만, 이 비용은 판매된 전체 CPU의 약 2%에 불과합니다.[61]노트북 마이크로프로세서의 품질 조정 가격은 2004-2010년에 연간 -25%에서 -35%로 개선되었으며, 2010-2013년에는 연간 -15%에서 -25%로 개선 속도가 둔화되었습니다.[63]

2008년에 약 100억 개의 CPU가 제조되었습니다.매년 생산되는 대부분의 새로운 CPU는 내장되어 있습니다.[64]

참고 항목

메모들

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참고문헌

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외부 링크

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