12_02.pdf

Dawnych wspomnień czar

25 lat istnienia mikroprocesora

czyli rewolucja przez przypadek, część 2

Rewolucja PC

Pierwszy komputer PC wywołał komputerową

rewolucję. Obecnie komputery PC są wszędzie.

Pracuje ich na świecie ponad 200 milionów.

Dziecko siedzące przy pececie z Pentium ma do

dyspozycji większą moc obliczeniową niż opera−

torzy komputerów mainframe zaledwie dziesięć

lat temu i więcej, niż Ameryka użyła do wysyłania

ludzi na Księżyc.

PC zdemokratyzował zastosowanie komputera

na całym świecie. Wielu ludzi uważa dziś, że podstawy wiedzy technicznej

stanowić będą o możliwościach kariery przyszłych pokoleń. Możliwości ludz−

kie opierać się będą na zdolnościach do zbierania, przetwarzania i dystrybu−

cji informacji za pośrednictwem coraz potężniejszych komputerów PC. Jak

zauważa Hoff, wynalazca mikroprocesora: “Informacja to potęga. Bardzo mi

się podoba, jak mikroprocesory rozprzestrzeniają tę moc po świecie”.

Obecnie nasze życie codzienne ponownie podlega rewolucyjnym zmia−

nom, tym razem za sprawą komputera PC występującego w roli działające−

go w sieci urządzenia do komunikacji. Organizowane za pośrednictwem

komputerów PC wideokonferencje, sieci wewnętrzne i Internet stają się

nowymi narzędziami porozumiewania się. Ludzie na całym świecie korzys−

tają z komputerów PC w celu podłączenia do Internetu oraz oglądania i two−

rzenia nowych światów rozrywki, informacji i łączności.

Projektowanie nowoczesnego układu

W 1991 roku koszt komputera PC z proceso−

rem Intela wynosił około 225 dolarów na milion

operacji na sekundę (MIPS). Obecnie procesor

Pentium Pro oferuje ogromną moc obliczeniową

przy koszcie zaledwie 7 dolarów na MIPS. “Gdy−

by przemysł samochodowy rozwijał się tak szy−

bko jak przemysł półprzewodników, Rolls Roys

przejeżdżałby na litrze benzyny przeszło 200 tysię−

cy kilometrów i taniej byłoby go wyrzucić niż za−

parkować.”

Rewolucja PC

Procesor Pentium.

Maszynka do mikroprocesorów

W 1985 roku Intel wprowadził na rynek proce−

sor i386. Zbudowany w architekturze 32−bitowej

i zawierający oszałamiającą liczbę 275.000 tran−

zystorów, układ wykonywał ponad pięć milionów

operacji na sekundę (MIPS). Pierwszym kompu−

terem PC wyposażonym w ten mikroprocesor był

Compaq DESKPRO 386.

Następnym z serii był procesor i486 z 1989 ro−

ku. Przyspieszenie rozwoju nowych wyrobów by−

ło w pełnym rozkwicie i cechy nowego układu

okazały się imponujące: 1,2 miliona tranzystorów

i pierwszy wbudowany koprocesor arytmetycz−

ny. Nowy układ był około 50 razy szybszy od pier−

wotnego 4004 i miał moc obliczeniową odpowia−

dającą mocy potężnych komputerów typu mainf−

rame.

W 1993 roku Intel wprowadził na rynek proce−

sor Pentium, który ustanowił nowy standard mo−

cy obliczeniowej na poziomie pięciokrotnie prze−

kraczającym wydajność procesora i486. Procesor

Pentium zawiera 3,1 miliona tranzystorów i osią−

ga szybkość do 90 MIPS − około 1500 razy więcej

niż 4004.

W 1995 roku światło dzienne ujrzał kolejny

sztandarowy produkt Intela, procesor Pen−

tiumPro. Wyposażony aż w 5,5 miliona tranzysto−

rów, najnowszy procesor posiada jedyny

w swoim rodzaju układ wewnętrzny, zawierający

szybką pamięć podręczną, która jeszcze bardziej

podnosi i tak już ogromną szybkość. Najnowsze

dziecko Intela osiąga wydajność do 300MIPS

i szybko zyskuje popularność w serwerach

i szybkich stacjach roboczych. Odróżnia nas od

innych to, że sami czynimy nasze poprzednie wy−

roby przestarzałymi, prawie co rok podwajając ich

wydajność” − mówi Albert Yu, wiceprezes i dy−

rektor Microprocessor Product Group.

Projektowanie nowoczesnego układu

U podstaw rewolucji mikroprocesorowej leży umiejętność nieprzerwa−

nego zmniejszania przez Intel kosztów mocy obliczeniowej. Co umożliwiło

to ogromne tempo rozwoju? Wielką część przyrostu wydajności zawdzię−

Procesor PeniumPro.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/96

awnych wspomnień czar

Rewolucja PC

Maszynka do mikroprocesorów

Projektowanie nowoczesnego układu

Dawnych wspomnień czar

czać należy godnym uwagi osiągnięciom Intela w dziedzinie projektowania

przełomowych rozwiązań i wykorzystywania najnowszych osiągnięć tech−

nologicznych w zakresie krzemowych układów scalonych, a także umiejęt−

ności wdrażania opracowanych układów do produkcji masowej, dzięki któ−

rej pod strzechy trafia coraz więcej coraz gęściej upakowanych tranzysto−

rów po coraz niższej cenie.

Pierwszy mikroprocesor opracowało dwóch inżynierów w ciągu dziewię−

ciu miesięcy. Projekt nowoczesnego mikroprocesora wymaga obecnie pra−

cy setek ludzi, podzielonych na zespoły odpowiedzialne za określone frag−

menty układu i pracujące w różnych stadiach projektowania. Jak wyjaśnia

Randy Steck, kierownik zakładów w Oregonie podlegających Microproces−

sor Produkcts Group, zarządzanie procesem projektowania stało się niesa−

mowicie skomplikowanym zadaniem. Zespół się rozrastał i w końcu prze−

stał się mieścić nawet w największej sali u Intela. Spowodowało to ko−

nieczność zwiększenia dyscypliny, kontroli i automatyzacji”. Spotkania oso−

biste zostały zastąpione telekonferencjami, a kontrole projektu służą obec−

nie sprawdzeniu, czy postawione zadania zostały spełnione.

Współczesny projektant mikroprocesorów nadal musi się zajmować

wszystkim, co ma wpływ na układ. Jednak w odróżnieniu od stosowanego

dawniej projektowania ręcznego, współcześni projektanci używają wyrafi−

nowanych programów do projektowania komputerowego (CAD), działają−

cych na bardzo szybkich stacjach roboczych, tworzących skomplikowane

“mapy”. Dzięki zastosowaniu programów CAD i innych narzędzi wydajność

zespołów projektantów niezwykle wzrosła, lecz i tak jest w stanie zaledwie

dotrzymać kroku rosnącej złożoności nowych układów. Przy projektowaniu

przyszłych mikroprocesorów zależność od wyrafinowanych metod kompu−

terowego wspomagania pracy będzie gwałtownie rosła.

Bardzo istotnym stadium budowania nowego mikroprocesora stało się

też jego testowanie. Yu wyjaśnia: “ Układy Intela muszą być zgodne do−

słownie z miliardami czy wręcz bilionami wierszy kodu. Musimy utrzymać

pełną zgodność z poprzednimi generacjami − z całą rodziną procesorów In−

tela.” Testy realizowane są przy użyciu obszernych zestawów testowych,

wyrafinowanego oprzyrządowania i wyczerpującego procesu kontroli, słu−

żących do wykrywania i usuwania problemów.

W 1971 roku testy u Intela odbywały się po prostu przy użyciu oscylo−

skopu. “Inżynierowie budowali sztancę − fizyczny model układu − i wykony−

wali proste testy sprawdzające obwody − mówi Yu. − To było wszystko”.

Cuda w produkcji

Płytka z układami procesora PentiumPro.

Cuda w produkcji

Dwadzieścia pięć lat temu technologia produkcji była stosunkowo pros−

ta. Jak wspomina prezes i dyrektor Intela Andy Groove, “pomieszczenia

produkcyjne przypominały manufakturę z wiszącymi wszędzie wężami, dru−

tami, przewodami i innymi urządzeniami − coś w rodzaju półprzewodniko−

wego odpowiednika samolotu braci Wright. W tym czasie była to nowo−

czesna produkcja na poziomie światowym, ale na dzisiejsze standardy był

to niewiarygodny prymityw.”

Większość prac wykonywana była ręcznie. Ro−

botnicy szczypcami ładowali płytki krzemowe,

z których wycinane są układy, na kwarcowe “łód−

ki”, potem wpychali łódki do rozgrzanego do czer−

woności pieca. Wtedy operatorzy zaczynali ręcz−

nie otwierać i zamykać różne zawory, aby poddać

płytki działaniu różnych gazów przez określoną

ilość czasu.

Według Gerreg’go Parkera, wiceprezesa i sze−

fa Technology and Manufacturing Group, “w pro−

cesie tym było ogromnie dużo możliwości popeł−

nienia błędów. Wiele płytek po wyjęciu z pieca

wyglądało jak przysmażone frytki”.

W miarę wzrostu rozmiarów płytek rosła też

konieczność zwiększenia dokładności procesu

produkcyjnego. Manipulowanie płytkami przejęły

od ludzi maszyny. Obecnie przesuwają je z jedne−

go do drugiego stanowiska produkcyjnego stero−

wane mikroprocesorami roboty, a maksymalna

wydajność pracy utrzymywana jest przez praco−

wników konserwujących i obsługujących maszy−

ny. Oprócz zwiększenia dokładności automatyza−

cja przyniosła także dodatkową korzyść w postaci

i odsunięcia ludzi od wpływu szkodliwych czynni−

ków − fizycznych i chemicznych.

W miarę kurczyły się rozmiary tranzystorów

krzemowych, coraz większego znaczenia nabiera−

ła ich ochrona przed zanieczyszczeniemi w posta−

ci pyłu i okruchów naskórka. W pierwszych fabry−

kach standardy czystości były dość luźne − robot−

nicy nie osłaniali włosów i nosili na zwykłych

ubraniach proste fartuchy. Wkrótce jednak, w ce−

lu zmniejszenia liczby zanieczyszczeń i poprawie−

nia powietrza, wprowadzono specjalne kombine−

zony robocze. Obecnie robotnicy noszą kombine−

zony ze specjalnego, niedrącego, antystatyczne−

go płótna oraz maski na twarzy, rękawice na rę−

kach, specjalne okrycia na butach, a nawet spe−

cjalne wyposażenie do oddychania. Dzięki temu

współczesne komory bezpyłowe są stokrotnie

czystsze niż 25 lat temu.

Rygorystyczny system kontroli jakości Intela

przyniósł korzyści. W połowie lat 80−tych przy ze−

jściu z linii produkcyjnej sprawnych było mniej niż

50 procent układów; obecnie wskaźnik ten jest

o wiele wyższy.

Produkcja mikroprocesorów w latach dziewięćdziesiątych.

Ciąg dalszy w EdW 1/97

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/96

awnych wspomnień czar

Cuda w produkcji

Dawnych wspomnień czar

25 lat istnienia mikroprocesora

czyli rewolucja przez przypadek, część 3

Wszędzie mikroprocesory

Co mają wspólnego elektroniczny wyszuki−

wacz ryb dla wędkarzy i komputer PC używany

przez ucznia? Mózg w postaci mikroprocesora In−

tela. Wiele osób myśli, że mikroprocesory są tyl−

ko w komputerach PC, ale w istocie pierwsze za−

stosowania nowego wynalazku miały miejsce

w urządzeniach codziennego użytku, które sko−

rzystały z ”inteligencji” zapewnianej im przez ma−

ły i ekonomiczny “rozum” w postaci mikroproce−

sora. Gdy Intel w 1971 roku wprowadził pierwsze

mikroprocesory, nikt nie spodziewał się, że wyna−

lazek ten pozwoli na skonstruowanie tak wielu

nowych urządzeń.

Niepełna lista zastosowań mikroprocesora:

− sterownik ulicznej sygnalizacji świetlnej

− interaktywne zabawki

− modem radiowy

− satelitarna transmisja danych

− samochodowy cyfrowy system nawigacyjny

− elektroniczny zapłon i wtrysk paliwa w silniku

samochodowym

− drukarki

− profesjonalny mikser dźwięków

− system dystrybucji mocy w silnikach lokomoty−

− interaktywny ekran dotykowy

− klawiatura terminala

− dysk twardy

− system zarządzania energią

− sterownik procesu produkcyjnego (mikroproce−

sor steruje takimi czynnikami procesu produk−

cyjnego jak temperatura, ciśnienie, przepływ

i natężenie)

− wykrywacz ryb

− elektroniczne instrumenty muzyczne (organy,

gitara, syntezator)

− detektor helu

− wyposażenie do ćwiczeń

− elektroniczna gra w strzałki

− elektroniczna waga laboratoryjna

− sterownik sprzęgła łodzi

− terminal w punkcie sprzedaży

− telefon komórkowy

− dekoder telewizji kablowej

− telefaks

− odbiornik satelitarny

− sprzęt medyczny

− system alarmowo−lokacyjny pacjentów

− automaty do sprzedaży napojów i innych towa−

rów

− elektroniczna poziomnica

− kopiarka

− drukarka kodów paskowych

− ramię robota

Spojrzenie w przyszłość

W ciągu pierwszych 25 lat swego istnienia mikroprocesor umożliwił roz−

wój techniki w stopniu absolutnie nie do pomyślenia ćwierć wieku temu.

Jeszcze ciekawsze rzeczy pojawią się z pewnością w ciągu następnych 25

lat.

Jeśli spełnią się obecne przewidywania, w ciągu najbliższych pięciu lat

mikroprocesory staną się dziesięciokrotnie szybsze i mocniejsze niż dziś

umożliwiając powstanie nieskończenie wielu nowych zastosowań. Będzie−

my świadkami masowego przesyłania dźwięku i obrazów wideo oraz pro−

wadzenia telekonferencji za pośrednictwem sieci World Wide Web. W do−

mu użytkownicy będą mogli oglądać i drukować rodzinne fotografie ze

swoich elektronicznych aparatów fotograficznych, wykorzystując zgodne

z intuicją programy fotograficzne do usuwania efektów czerwonych źrenic,

rozjaśniania ciemnego tła i wstawiania zdjęć do rodzinnych listów i stron

Webu. Ulepszenia sprzętu i oprogramowania podążają w kierunku zapew−

nienia użytkownikom wielu możliwości tego typu.

Zwiększenie mocy obliczeniowej użyte zostanie do ułatwienia obsługi

komputerów. Rozpoznanie głosu i pisma ręcznego, miejscowe sterowanie

umieszczonymi w Internecie złożonymi aplikacjami i realistyczna animacja

wymagają znacznej mocy obliczeniowej, która już teraz figuruje w planach

Intela. Mówi Albert Yu: “Wygenerowanie animacji jak w filmie “Toy Story”

wymaga tysięcy godzin pracy komputera. Dziś nie da się odtworzyć takiego

filmu za pomocą komputera PC. Nasi klienci chcą więc, abyśmy zaprojekto−

wali mikroprocesor z milionami tranzystorów, który będzie mógł wykony−

wać trójwymiarową animację w czasie rzeczywistym. To wspaniałe wyzwa−

nie! Planujemy dalej pracować nad zwiększaniem mocy obliczeniowej przy

zachowaniu rozsądnej ceny, także i w następnym wieku.”

Kluczem strategii Intela pozostaje zachowanie zgodności; silny procesor

Pentium @ Pro nadal może wykonać każdy program napisany kiedykolwiek

na układy Intela. Intel zamierza utrzymać tę zgodność w przyszłości, dając

klientom pewność, że olbrzymia ilość programów napisanych dotychczas

na komputery PC z procesorami Intela nadal będzie mogła na nich działać.

Jak zauważył jeden z inżynierów, “Na dojrzałym rynku najlepszą metodą

wprowadzenia rewolucji jest ewolucja”.

Patrząc na rewoltę studencką z lat 60−tych Gordon Moore stwierdzi kie−

dyś, że “to my jesteśmy prawdziwymi rewolucjonistami.” Dramatyczne

wydarzenia z pierwszych 25 lat historii mikroprocesorów dowodzą, że miał

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 12/96

awnych wspomnień czar

Wszędzie mikroprocesory

rację. Na szybko ewoluującym rynku mikroproce−

sorów najlepsze jest wciąż jeszcze przed nami.

Wszędzie mikroprocesory

Niepełna lista zastosowań mikroprocesora:

Spojrzenie w przyszłość

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: