15 novembre 1971 – Naissance du microprocesseur «Intel 4004»

Qu’est-ce qu’un microprocesseur ?Histoire du microprocesseur et ses générationsMise en vente du premier microprocesseurLes microprocesseurs sont des processeurs informatiques contenant des circuits logiques, arithmétiques et de contrôle nécessaires au bon fonctionnement du processeur d’un ordinateur. Essentiellement, un microprocesseur est un circuit intégré numérique polyvalent, basé sur des registres et piloté par une horloge, qui accepte et traite des données binaires en tant qu’instructions d’entrée, stocke ces instructions dans sa mémoire et fournit des résultats – sous forme binaire – en tant que sortie. Incontestablement, l’introduction de circuits intégrés informatisés à faible coût a transformé positivement la société moderne. Les microprocesseurs, depuis leur avènement, ont été utiles pour l’affichage multimédia, le calcul, la communication Internet, l’édition de texte, les contrôles de processus industriels, etc.Le premier microprocesseur de l’histoire est mis en marche. L’Intel 4004, composé de 2 300 transistors, avec les fonctions de mémoire et de calcul, peut exécuter 60 000 opérations à la seconde. Il sera le cerveau d’une calculatrice fabriquée au Japon. Il a été mis au point par Ted Hoff, un ingénieur de la société Intel. Cette dernière vendra le brevet à l’entreprise japonaise pour une somme modique puis le rachètera se rendant compte de son erreur. L’inventeur, Marcia E. « Ted » Hoff, a eu l’idée d’associer sur un minuscule support tous les circuits qui constituent un ordinateur. Ce microprocesseur 4004, avec une taille de 3,2 mm, est capable d’effectuer jusqu’à 60 000 opérations par seconde. Sa puissance est comparable à celle du célèbre ENIAC, dont les circuits occupaient un volume d’environ 80 mètres-cubes. L’ENIAC, né juste après la Seconde Guerre mondiale, est l’un des premiers ordinateurs numériques jamais construits. Il était composé de plus de 15 000 tubes à vide, en quelque sorte de grosses ampoules. Ces tubes furent remplacés par des transistors dans la génération suivante d’ordinateurs numériques.Puissamment petit, même en 1971

Ce microprocesseur révolutionnaire, de la taille d’un petit ongle, délivrait la même puissance de calcul que le premier ordinateur électronique construit en 1946, qui remplissait une pièce entière.

Première fabrication Le premier microprocesseur Intel® 4004 a été produit sur des tranches de deux pouces par rapport aux tranches de 12 pouces couramment utilisées pour les produits d’aujourd’hui. Le microprocesseur Intel 4004 est unique en ce sens qu’il s’agit de l’un des plus petits modèles de microprocesseur jamais mis en production commerciale.

Nombre initial de transistors

En 1971, le processeur Intel® 4004 contenait 2 300 transistors. En 2010, un processeur Intel® Core™ avec une matrice de traitement de 32 nm et une technologie de silicium à grille métallique haute k de deuxième génération contenait 560 millions de transistors.Plus mince qu’un cheveu humain 

La largeur de ligne du circuit du microprocesseur Intel® 4004 était de 10 microns, soit 10 000 nanomètres. Aujourd’hui, les caractéristiques des circuits des microprocesseurs Intel® varient entre 45 et 32 nanomètres. En comparaison, un cheveu humain moyen mesure 100 000 nanomètres de large.

Intel 4004 est annoncé, le 15 novembre 1971Intel a annoncé son processeur 4004 et son chipset via une annonce dans Electronic News le 15 novembre 1971, ce qui en fait le premier processeur complet sur une puce et le premier microprocesseur disponible dans le commerce.  Le processeur 4004 du bloc de construction contenait 2300 transistors. Le microprocesseur, de la taille d’un petit ongle, délivrait la même puissance de calcul que le premier ordinateur électronique construit en 1946, qui, au contraire, remplissait une pièce. Tous les détails techniques du 4004 peuvent être trouvés dans cet article de janvier 1972 sur la technologie : CPU à puce unique disponible pour les ordinateurs dédiés à faible coût.‘Intel 4004 est devenu le premier processeur programmable à usage général sur le marché après que Nippon Calculating Machine Corp a approché Intel en 1969 pour concevoir 12 puces personnalisées pour sa nouvelle calculatrice d’impression Busicom 141-PF. Selon la page du musée en ligne d’Intel sur le 4004 : les ingénieurs d’Intel ont suggéré une famille de seulement quatre puces, dont une qui pourrait être programmée pour être utilisée dans une variété de produits, mettant en branle une prouesse technique qui a radicalement changé le cours de l’électronique.  La rumeur dit que le vaisseau spatial Pioneer 10 de la NASA (le premier vaisseau à atteindre les planètes extérieures) a utilisé un 4004. Cependant, la NASA a déclaré que bien qu’elle ait évalué le 4004, on pensait qu’il était trop nouveau pour le Pioneer 10. En 2010, Federico Faggin, Stanley Mazor et Marcian « Ted » Hoff, ingénieurs en chef du 4004, ont reçu la Médaille nationale de la technologie et de l’innovation des mains du président Barack Obama pour leur travail de pionnier.

Histoire du microprocesseur et ses générationsLes semi-conducteurs Fairchild (fondés en 1957) ont inventé le premier circuit intégré en 1959 qui a marqué l’histoire des microprocesseurs. En 1968, Gordan Moore, Robert Noyce et Andrew Grove ont démissionné de la Foire des semi-conducteurs pour enfants et ont créé leur propre entreprise : Integrated Electronics (Intel). En 1971, le premier microprocesseur Intel 4004 est inventé. Un microprocesseur est également connu comme une unité centrale de traitement dans laquelle un certain nombre de périphériques sont fabriqués sur une seule puce. Il a ALU [(arithmetic and logic unit) (unité arithmétique et logique)], une unité de contrôle, des registres, des systèmes de bus et une horloge pour effectuer des tâches de calcul. Cet article présente un aperçu de l’histoire du microprocesseur et de ses générations.Qu’est-ce qu’un microprocesseur ?                    

Dans les ordinateurs ou appareils modernes, le microprocesseur est un élément essentiel. Il utilise les fonctions d’un processeur appelé unité centrale de traitement. Dans un ordinateur, la partie est chargée d’exécuter des instructions qui sont programmées sur un seul circuit intégré (IC) qui connecte les dispositifs de la machine via l’infrastructure électrique nécessaire pour les contenir. La conception du microprocesseur utilise une énorme puissance de traitement dans moins d’espace.  La fonction principale d’un microprocesseur est d’effectuer différentes opérations arithmétiques et logiques telles que l’addition de nombres, la soustraction, le transfert de nombres d’une région à une autre et l’évaluation de deux nombres. Un nom alternatif d’un microprocesseur est un processeur, un CPU ou une puce logique. Dans un ordinateur, il fonctionne comme un cerveau en incorporant les fonctions d’un seul circuit intégré ou d’une unité centrale de traitement. C’est un appareil programmable, utilisé à des fins multiples.L’entrée d’un microprocesseur est une donnée binaire ; traiter ces données pour fournir une sortie en fonction des instructions stockées dans la mémoire. Le traitement des données dans le processeur peut être effectué avec l’ALU, l’unité de contrôle et le tableau de registres. Le tableau de registres traite les données via un certain nombre de registres qui s’exécutent comme des positions de mémoire à accès rapide momentanées. Le flux de données et d’instructions dans le système peut être géré par l’unité de contrôle. Généralement, un microprocesseur de base a besoin d’éléments spécifiques pour exécuter certaines opérations telles que les registres, l’ALU, l’unité de contrôle, le registre d’instructions, le compteur de programme et le bus.Architecture du microprocesseur

Le microprocesseur est un boîtier IC unique dans lequel plusieurs fonctions utiles sont intégrées et fabriquées sur une seule puce semi-conductrice en silicium. Son architecture se compose d’une unité centrale de traitement, de modules de mémoire, d’un bus système et d’une unité d’entrée/sortie.Le bus système relie les différentes unités pour faciliter l’échange d’informations. Il se compose en outre de bus de données, d’adresses et de contrôle pour effectuer correctement l’échange de données.  L’unité centrale de traitement se compose d’une ou plusieurs unités logiques arithmétiques (ALU), de registres et d’une unité de contrôle. Sur la base des registres, les générations du microprocesseur peuvent également être classées. Un microprocesseur se compose de registres à usage général et d’un type spécial de registres pour exécuter des instructions et pour stocker l’adresse ou les données lors de l’exécution du programme. L’ALU calcule toutes les opérations arithmétiques et logiques sur les données et spécifie la taille des microprocesseurs comme 16 bits ou 32 bits.  L’unité de mémoire contient le programme ainsi que les données et est divisée en un processeur, une mémoire primaire et une mémoire secondaire. L’unité d’entrée et de sortie relie les dispositifs périphériques d’E/S au microprocesseur pour accepter et envoyer des informations.

Conceptions à usage spécial de microprocesseur  Les microprocesseurs sont disponibles dans différentes conceptions à usage spécial, notamment les suivantes.

Un DSP (processeur de signal numérique) est un type de processeur spécialisé, utilisé pour le traitement du signal.Les GPU (unités de traitement graphique) sont principalement destinés au rendu d’images en temps réel. D’autres types de processeurs spécialisés sont utilisés pour la vision artificielle ainsi que pour le traitement de la vidéo.

Dans les systèmes embarqués, les microcontrôleurs intègrent un microprocesseur utilisant des périphériques

Les SOC (Systems on-chip) intègrent fréquemment un ou plusieurs cœurs de

microcontrôleur/microprocesseur utilisant des composants supplémentaires comme des modems radio. Ces modems sont applicables dans les tablettes, les smartphones, etc.

Considérations de vitesse et de puissanceLa sélection du microprocesseur est principalement effectuée pour différentes applications en fonction de la taille d’un mot. Si la taille du mot est longue, cela permet à chaque cycle d’horloge d’un microprocesseur d’effectuer plus de calculs, cependant, de communiquer avec des puces IC physiquement plus grandes grâce à une veille plus élevée ainsi qu’à une utilisation de la puissance de fonctionnement, 4 bits, 8 bits ou 12 Les processeurs -bit sont largement utilisés dans les systèmes embarqués de microcontrôleurs.  Une fois qu’un système s’attend à gérer de gros volumes de données, sinon il a besoin d’une interface utilisateur plus souple, des processeurs 16 bits 32 bits/64 bits sont utilisés. Pour les applications Soc ou microcontrôleur qui nécessitent des électrons de très faible puissance, des microprocesseurs 8 bits/16 bits peuvent être sélectionnés au lieu de 32 bits

Lorsque l’arithmétique 32 bits s’exécute sur un processeur 8 bits, cela peut se terminer avec une puissance énorme, car le processeur doit exécuter le logiciel via plusieurs instructions.

Histoire des premiers microprocesseurs  Le premier microprocesseur développé par Intel est Intel 4004. Après quelques années, un magazine électronique a publié un article dans l’année 1975 sur l’Altair qui a été utilisé le nouveau processeur à savoir Intel 8080. Il s’agit d’un processeur de deuxième génération. En 1980, IBM a décidé d’utiliser un microprocesseur Intel connu sous le nom de 8088.  Ce processeur a été le premier PC généré en masse, connu à juste titre sous le nom de PC. Lorsque les gens ont commencé à utiliser des ordinateurs personnels à des fins différentes comme la création de graphiques, le traitement de mots, le nombre de processeurs dans la boîte a augmenté, cependant, le processeur reste le centre d’attention même de nos jours.Génération et historique du microprocesseur 1ère génération : C’était la période de 1971 à 1973 de l’histoire des microprocesseurs. En 1971, INTEL a créé le premier microprocesseur 4004 qui fonctionnerait à une vitesse d’horloge de 740 kHz. Au cours de cette période, les autres microprocesseurs du marché, notamment Rockwell international PPS-4, INTEL-8008 et National semi-conducteurs IMP-16, étaient utilisés. Mais, tous ces processeurs n’étaient pas compatibles TTL.2ème génération : C’était la période de 1973 à 1978 au cours de laquelle des microprocesseurs 8 bits très efficaces ont été implémentés comme Motorola 6800 et 6801, INTEL-8085 et Zilog’s-Z80, qui étaient parmi les plus populaires. En raison de leur vitesse ultra rapide, ils étaient coûteux car ils étaient basés sur la fabrication de la technologie NMOS.

3e génération : Au cours de cette période, des processeurs 16 bits ont été créés et conçus à l’aide de la technologie HMOS. De 1979 à 1980, INTEL 8086/80186/80286 et Motorola 68000 et 68010 ont été développés. Les vitesses de ces processeurs étaient quatre fois supérieures à celles des processeurs de 2e génération.4e génération : De 1981 à 1995, cette génération a développé des microprocesseurs 32 bits en utilisant la fabrication HCMOS. INTEL-80386 et Motorola 68020/68030 étaient les processeurs populaires.

5e génération : de 1995 à aujourd’hui, cette génération a mis au point des processeurs hauts performances et haute vitesse qui utilisent des processeurs 64 bits. Ces processeurs incluent les processeurs Pentium, Celeron, Dual et Quad-core.

Ainsi, le microprocesseur a évolué à travers toutes ces générations, et les microprocesseurs de cinquième génération représentent une avancée dans les spécifications. Par conséquent, certains des processeurs de la cinquième génération de processeurs avec leurs spécifications sont brièvement expliqués ci-dessous.Intel Celeron

Intel Celeron est introduit en avril 1998. Il fait référence à une gamme de processeurs X86 d’Intel pour les ordinateurs personnels de valeur. Il est basé sur Pentium 2 et peut fonctionner sur tous les programmes informatiques IA-32.

Historique du microprocesseur Motorola

Le principal fabricant de microprocesseurs est Motorola Inc. Ces processeurs sont utilisés dans tous les types d’ordinateurs Apple Macintosh jusqu’en 1990 dans différents postes de travail. Le microprocesseur 8 bits comme 6800 a été publié par Motorola après l’Intel 8080 en 1974. Ce processeur Motorola comprend 78 instructions. Il s’agit du premier processeur comprenant un registre d’index. Habituellement, il était emballé dans un boîtier en ligne double à 40 broches.

Pentium

Le Pentium a été introduit le 2 mars 1993. Le Pentium a succédé à l’Intel 486 ; Le 4 indique la microarchitecture de quatrième génération dans l’histoire des microprocesseurs. Pentium fait référence au microprocesseur x 86 à cœur unique d’Intel, qui est basé sur la micro-architecture de cinquième génération. Le nom de ce processeur est dérivé du mot grec Penta, qui signifie cinq.  Le processeur Pentium d’origine a été remplacé par le Pentium MMX en 1996. Ce processeur dispose d’un bus de données de 64 bits. Un cycle de transfert unique standard peut lire ou écrire jusqu’à 64 bits à la fois. Les cycles de lecture et de réécriture en rafale sont pris en charge par les processeurs Pentium. Ces cycles sont utilisés pour les opérations de cache et transfèrent 32 octets (taille de la ligne de cache du Pentium) en 4 horloges. Toutes les opérations de cache sont des cycles de rafale pour le Pentium.

Xéon

Le processeur Xeon est un processeur Pentium 400 MHz d’Intel destiné aux postes de travail et aux serveurs d’entreprise. Ce processeur est conçu pour les applications multimédias, les graphiques d’ingénierie, Internet et les grands serveurs de bases de données. L’histoire du microprocesseur comme Xeon comprend les éléments suivants.

Microprocesseur : Comment ça fonctionnait

Le principe de fonctionnement du microprocesseur suit la séquence : extraction, décodage et exécution.

Techniquement, dans un premier temps, le microprocesseur stocke séquentiellement les entrées sous forme d’instructions dans la mémoire de stockage de l’ordinateur. Ensuite, il récupère les instructions stockées et les décode. Les instructions décodées sont exécutées jusqu’à ce que le microprocesseur rencontre une instruction STOP. Enfin, les résultats sont envoyés sous forme binaire en sortie via le port de sortie après exécution.

Pour mieux comprendre le fonctionnement d’un microprocesseur, vous devez vous familiariser avec les termes spécifiques associés à l’appareil. Ces termes de base incluent :

Jeu d’instructions : Ce sont des ensembles de commandes compréhensibles par le microprocesseur. Le jeu d’instructions est généralement une interface entre le logiciel et le matériel informatique.

Clock Speed : C’est le nombre d’opérations qu’un microprocesseur peut effectuer en une seconde, exprimé en Hertz ou ses multiples. La vitesse d’horloge est également appelée fréquence d’horloge.

IPC : Instruction Per Cycle, IPC, mesure le volume d’instructions que l’unité centrale de traitement d’un ordinateur peut exécuter en une seule horloge.

Bande passante : C’est le nombre de bits que le microprocesseur peut traiter en une seule instruction.

Bus : Ce sont des conducteurs utilisés pour transmettre des données, contrôler ou adresser des informations dans différents éléments du microprocesseur. Généralement, il existe trois (3) types de base de bus, le bus d’adresse, le bus de données et le bus de contrôle.

Microprocesseur : importance historique

Le premier processeur fonctionnel a été livré à Busicom en février 1971. Il s’appelait «Micro-ordinateur sur puce» (le mot microprocesseur n’a été utilisé qu’en 1972). La première publicité connue pour le 4004 remonte à novembre 1971 ; il est apparu dans Electronic News. Le premier produit commercial à utiliser un microprocesseur était la calculatrice Busicom 141-PF. Après qu’Intel ait livré les quatre puces, Busicom a finalement vendu quelque 100 000 calculatrices. Astucieusement, Intel a décidé de racheter les droits de conception et de commercialisation du 4004 à Busicom pour 60 000 $. Intel a suivi un plan marketing intelligent pour encourager le développement d’applications pour la puce 4004, conduisant à son utilisation généralisée en quelques mois.

Le premier microprocesseur 8 bits a de nouveau été fabriqué par Intel, cette fois dans le cadre d’un contrat avec une autre société, Computer Terminals Corporation, plus tard appelée Datapoint, de San Antonio, TX. Datapoint voulait une puce pour un terminal qu’ils concevaient. Intel l’a commercialisé sous le nom de 8008 en avril 1972. Il s’agissait du premier microprocesseur 8 bits au monde, mais la puce a été rejetée par CTC car elle nécessitait de nombreuses puces de support.

En avril 1974, Intel a annoncé son successeur, le 8080 de renommée mondiale, qui a ouvert le marché des composants de microprocesseur. Avec la capacité d’exécuter 290 000 instructions par seconde et 64 000 octets de mémoire adressable, le 8080 a été le premier microprocesseur doté de la vitesse, de la puissance et de l’efficacité nécessaires pour devenir un outil essentiel pour les concepteurs.

Les laboratoires de développement mis en place par Hamilton/Avnet, le premier distributeur de microprocesseurs d’Intel, ont présenté le 8080 et ont fourni une large base de clients qui a contribué à en faire la norme de l’industrie. Un facteur critique du succès du 8080 a été son rôle dans l’introduction en janvier 1975 du MITS Altair 8800, le premier ordinateur personnel à succès. Il a utilisé le puissant microprocesseur 8080 et a établi que les ordinateurs personnels doivent être faciles à étendre. Avec sa sophistication accrue, son extensibilité et son prix incroyablement bas de 395 $, l’Altair 8800 a prouvé la viabilité des ordinateurs personnels.

Certes, Intel a été la première mais pas la seule entreprise de microprocesseurs (voir la chronologie des microprocesseurs d’Intel). Le Motorola 6800 concurrent est sorti en août 1974, le MOS Technology 6502 similaire en 1975 et le Zilog Z80 en 1976.

Le premier microprocesseur 16 bits multi-puces était le National Semiconductor IMP-16, introduit au début de 1973. Une version 8 bits du chipset a été introduite en 1974 sous le nom d’IMP-8. Au cours de la même année, National a présenté le premier microprocesseur monopuce 16 bits, le PACE, suivi d’une version NMOS, l’INS8900.

Le premier microprocesseur 16 bits à puce unique était le TMS 9900 de TI, introduit en 1976, qui était également compatible avec leur gamme de mini-ordinateurs TI-990. Intel a produit son premier processeur 16 bits, le 8086, en 1978. Il était compatible avec les 8080 et 8085 (un dérivé du 8080). Cette puce a probablement eu plus d’effet sur le marché informatique actuel que toute autre, bien que sa justification soit discutable ; la puce était compatible avec le 8080 de 4 ans, ce qui signifiait qu’elle devait utiliser un processus de registre de segments superposés des plus inhabituels pour accéder à 1 mégaoctet de mémoire complet.

La conception 32 bits la plus importante est le MC68000, introduit en 1979. Le 68K, comme il était largement connu, avait des registres 32 bits mais utilisait des chemins de données internes 16 bits et un bus de données externe 16 bits pour réduire le nombre de broches et pris en charge uniquement les adresses 24 bits. Motorola l’a généralement décrit comme un processeur 16 bits, bien qu’il ait clairement une architecture 32 bits. La combinaison de hautes performances, d’un espace mémoire suffisant (16 mégaoctets (2 ^ 24)) et de coûts relativement bas en a fait la conception de processeur la plus populaire de sa catégorie. Les conceptions Apple Lisa et Macintosh utilisaient le 68000, tout comme une foule d’autres conceptions au milieu des années 1980, y compris l’Atari ST et le Commodore Amiga.  Le premier microprocesseur monopuce entièrement 32 bits au monde, avec des chemins de données 32 bits, des bus 32 bits et des adresses 32 bits, était l’AT&T Bell Labs BELLMAC-32A, avec les premiers échantillons en 1980 et la production générale en 1982.

https://www.elprocus.com/microprocessor-history-and-brief-information-about-its-generations/

https://www.intel.com/content/www/us/en/history/museum-story-of-intel-4004.html

https://www.edn.com/intel-4004-is-announced-november-15-1971/

https://www.tutorialspoint.com/history-of-microprocessor#

https://history-computer.com/microprocessor/