ประวัติและวิวัฒนาการ Microprocessor

หลังจากที่ Intel ออกCPU สำหรับอุปกรณ์พกพาในชื่อว่า Atom ไปเรียบร้อยแล้วนั้น กระแสก็ออกมาแรงเห็นๆ ทั้งกลุ่มผู้ผลิตมากมายก็เจาะตลาดขาย Netbook กันอย่างล้นหลาม Intel นั้นมีตำนานในการผลิต Microprocessor ตั้งแต่ใช้ในเครื่องคิดเลข และพัฒนาต่อยอดขึ้นมาอย่างไม่หยุดยั้ง ซึ่งทำให้เห็นว่าศักยภาพของการพัฒนาที่ไม่มีที่สิ้นสุดนั้น ทำให้เราได้ใช้เทคโนโลยีอย่างไร้ขีดจำกัด อยู่ที่ว่าเงินในกระเป๋าเราจะมีแค่ไหน ที่นี่เรามาย้อนดูวิวัฒนาการกัน

Intel 4004 (1971)

Microprocessor รุ่นแรกของ Intel ใช้งานในเครื่องคิดเลข

 Intel 8086 / 8088 (1978-1979) 

ซีพียูรุ่น 8086 เป็นซีพียูของอินเทลที่ทำงานแบบ 16 บิตแบบสมบูรณ์ เพราะทั้งสถาปัตยกรรม ภายในและภายนอกเป็นแบบ 16 บิตอย่างแท้จริง ต่างจาก 8088 ที่สถาปัตยกรรมภายในเป็น ระบบประมวลผลแบบ 16 บิต แต่สถาปัตยกรรมภายนอกที่ใช้ในการเชื่อมต่อกับดาต้าบัส เพื่อ รับส่งข้อมูลเป็นแบบ 8 บิต

Intel 80286 (1982) 

ในปี ค.ศ. 1982 อินเทลก็ได้ผลิตซีพียูรุ่น 80286 ที่มีความเร็วเพียงแค่ 6 เมกิเฮิรตช์ ซึ่งบัสของ 80286 เป็นแบบ 16 บิต ภายในมีทรานซิลเตอร์บรรจุอยู่ประมาณ 130 , 000 ตัว จึงเป็นเหตุให้เกิด ความร้อนสูงในขณะทำงาน ดังนั้นจึงต้องมีการติดตั้งพัดลมและแผ่นระบายความร้อน ( Heat Sink )

Intel 80386SX/80386DX (1985-1990) 

ผลิตออกมาเมื่อปี ค.ศ. 1985 ด้วยความเร็ว 16 เมกะเฮิรตซ์ เป็นซีพียูที่มีขนาดของบัสข้อมูล 16 บิต แต่มีขีดความสามารถและความเร็วสูงกว่า 80826 มีทรานซิสเตอร์ภายใน 250 , 000 ตัว สถาปัตยกรรมภายในเป็นระบบประมวลผลแบบ 32 บิต แต่สถาปัตยกรรมภายนอกที่ใช้ในการเชื่อมต่อกับดาต้าบัสเพื่อรับ –ส่งข้อมูลจะเป็นแบบ 16 บิต โดย 80386 SX มีความเร็วตั้งแต่ 16 , 50 , 25 , และ33 เมกะเฮิรตซ์

Intel 80486SX/ 80486 DX (1989-1994)

ซีพียูรุ่น 80486 มีความเร็วตั้งแต่ 20 , 25 , และ 33 เมกะเฮิรตซ์ ทำงานแบบ 32 บิต และมีแคช ภายใน ( Intel Cache ) ทำสามารถทำงานได้เร็วกว่ารุ่น80386 ที่จำนวนของสัญญาณนาฬิกา เท่ากัน โดยในรุ่น 80486 SX ยังไม่มี Math Coprocess รวมอยู่ในซีพียู ต่อมาทางอินเทลก็ได้ออกเครื่องรุ่น 80486 DX มีความเร็วตั้งแต่ 50 , 66 , 100 เมกะเฮิรตซ์ เป็นซีพียูที่มีขีดความสามารถสูงขึ้นทั้งด้านความเร็วในการคำนวณและเทคโนโลยีโดยการรวม เอา Math Coprocessorและ แคชมารวมอยู่ในชิปเดียวกันกับซีพียู

INTEL PENTIUM

อินเทลเพนเทียม Intel Pentium (1993-1998)

ในช่วงแรกได้ผลิตออกมาที่ความเร็ว 60 และ66 เมกะเฮิรตซ์ อีกไม่นานนักอินเทลก็ได้ ผลิตความเร็วสูงขึ้นอีกเป็น 75 และ 90 เมกิเฮิรตซ์ ซึ่งมีสถาปัตยกรรมที่แตกต่างจากรุ่นแรกๆ และยังสามารถพัฒนาความเร็วไปได้อีกคือ 100 , 13 , 150 และ 166 เมกะเฮิรตซ์ เป็นซีพียูที่มีขีด ความสามารถสูงขั้นทั้งทางด้านความเร็วและเทคโนโลยี มีแคชภายในมากขึ้น และมี ความสามารถในการทำงานกับเลขทศนิยมได้ดีขึ้น และมีความสามารถในการทำงานกับเลข ทศนิยมได้ดีขึ้นโดยรุ่นแรกๆนั้นมีทรานซิสเตอร์ล้านกว่าตัว จึงทำให้มีความร้อนสูงมาก

PENTIUM II 

Pentium ll เป็นซีพียูที่ประกอบไปด้วยเทคโนโลยีของ Pentium Proผนวกเข้ากับเทคโนโลยี MMX ที่ใช้สถาปัตยกรรมการทำงานแบบใหม่ที่เรียกว่า“Single InstructionMultiple Data (SIMD)” ซึ่งได้มีการปรับโครงสร้างสถาปัตยกรรมภายในซิปถึง 70 จุด เพื่อเร่งความเร็วในการ ทำงานแบบ 64 บิต และยังมีการเพิ่มชุดคำสั่งเข้าไปอีก 70 คำสั่ง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการ ประมวลผลงานด้าน 3 มิติ

เพนเทียมทูคลาเมธ Pentium II Klamath 

คือชิปรุ่นต่อมาซึ่งถูกพัฒนาความสามารถให้สูงขึ้น Pentium II Klamathเป็นชิปตัวแรก ในตลาด ที่เปลี่ยนจากอินเอตร์เฟซแบบซ็อกเกตมาเป็นสล็อตแทน ซีพียูเพนเทียมทูคลาเมธ มี ความเร็วเริ่มตั้งแต่ 233-300 MHz . ใช้เทคโนโลยีการผลิตขนาด 0.35 ไมครอน มีสถาปัตยกรรม แบบ SECC (Single Eade Contact Cartridge) ซึ่งมีลักษณะเป็นการ์ดที่ใช้กับ Slot 1 มีแคช ระดับสองติดตั้งอยู่บนการ์ดซีพียู ทำงานที่ความเร็วบัส 66 MHz ใช้ไฟเลี้ยง 2.0 โวลด์

เพนเทียมทูเดสชู๊ตส์ ( Pentium II Deschutes )

ซีพียูในรุ่นนี้เป็นการพัฒนาในส่วนของแกนซีพียูให้สามารถทำงานได้ที่ความเร็วสูงขึ้น โดย การลดขนาดการผลิตลงจาก 0.35 มาเป็น 0.25 ไมครอน และเนื่องจากการใช้เทคโนโลยีการ ผลิตที่เล็กลง ทำให้ลดการใช้ไฟเลี้ยงซีพียูน้อยลงอีกด้วย ซึ่งจะช่วยลดความร้อนบนแกนซีพียู

CELERON

ทางอินเทลได้นำเอาซีพียูเพนเทียมทูในรุ่นคลาเมธมาทำการตัดเอาส่วนของหน่วยความจำแคช ระดับสองออก เพื่อเป็นการลดต้นทุนการผลิตให้ต่ำลงทำให้ซีพียูเซเลอรอนมีสถาปัตยกรรม ภายในแบบเดียวกับเพนเทียมทู เพียงแต่ซีพียูเซลเลอรอนจะไม่มีหน่วยความจำแคชระดับสอง เท่านั้น การที่ Celeronสนันสนุน MMX การโอนถ่ายข้อมูลมัลติมีเดียได้ด้วยความเร็วสูง แต่ ความสามารถของมันก็ไม่ได้เร็วอย่างที่คาดไว้ เพราะ แคชที่มีเพียง 32 K กับบัส ที่ความเร็ว 66 MHz ก็ไม่ได้ช่วยอะไรมากนัก และให้ชื่อรหัสการพัฒนาในรุ่นนี้ว่าโควินตัน ( Covignton )

เซลเลอรอนโควินตัน( Covington )

ซีพียูโควินตันจะมีด้วยกัน 2 รุ่นคือ รุ่นความเร็ว 266 และ 300 MHz ใช้เทคโนโลยีการ ผลิตขนาด 0.35 ไมครอน ส่วนของชิปจะถูกติดตั้งบนแผงวงจรขนาดเล็กที่เรียกว่า SECC ในเพ นเทียมทู แต่ในตระกูลเซลเลอรอนจะเรียกแผงวงจรดังกล่าวว่า SEPP (Single Edge Processor Packege) แทน ซึ่งจะใช้ติดตั้งบนเมนบอร์ดแบบ Slot 1 เช่นเดียวกัน และแผงวงจร SEPP ก็จะ ถูกบรรจุอยู่ในพลาสติกสีดำคล้ายตลับเกม

เซลเลอรอนเมนโดชิโน ( Mendocino ) 

ซีพียูในรุ่นนี้จีสถาปัตยกรรมแบบเดียวกับเพนเทียมทูรุ่นรหัส Deschutesคือใช้ เทคโนโลยีการผลิตขนาด 02.5 ไมครอน ซึ่งเป็นเทคโนโบยีการผลิตซีพียูที่มีขนาดเล็กกว่าเซล เลอรอนโควินตันที่ใช้ 0.35 ไมครอน และที่สำคัญยังด้เพิ่มส่วนของหน่วยความจำแคชระดับ สองเข้าไปบนตัวชิปซีพียูอีก 128 KB โดยแคชจะทำงานที่ความเร็วเดียวกับซีพียู จะเป็นว่า หน่วยความจำแคชระดับสองของเมนโดชิโนจะมีขนาดเล็กกว่าเพนเทียมทูซึ่งมีขนาด 512 KB แต่แคชระดับสองเมนโดชิโนจะทำงานเร็วกว่า แคชของเพนเทียมทู ซึ่งมีความเร็วเพียง ครึ่งหนึ่งของซีพียูเท่านั้น โดยซีพียูในรุ่นนี้จะเริ่มที่ความเร็ว 300 -433 MHz และถูกติดตั้งบน แผงวงจรขนาดเล็กที่เรียกว่า SEPP

ซีพียูเซลเลอรอน PPGA Socket 370

เพื่อเป็นการลดต้นทุนอินเทลจึงได้ออกแบบ PPGA ซึ่งมีต้นทุนที่ถูกกว่าแบบ Slot 1 สำหรับ ซีพียูเซลเลอรอนแบบ PPGA Socket 370 นี้ ยังคงมีสถาปัตยกรรมแบบเดียวกับเมนโดชิโนที่ใช้ เทคโนโลยีการผลิตขนาด 0.25ไมครอน กับแคชระดับสองขนาด 128 KB ซึ่งทำงานที่ ความเร็วเดียวกับซีพียู มีความเร็วตั้งแต่ 300 – 533 MHz

PENTIUM III

เพนเทียมทรี Pentium III

ซีพียูเพนเทียมทรีเป็นซีพียูที่ได้ทำการเพิ่มชุดคำสั่ง Streaming SIMD Extension :SSE เข้าไป 70 คำสั่ง ซึ่งมีหน้าที่เร่งความเร็วให้กับการประมวลผลข้อมูลที่เป็นภาพ 3 มิติ พร้อมกับการเปลี่ยน หน่วยความจำแคชระดับสองให้เร็วขึ้นคือ จาก5.5 ns มาเป็น 4 ns

ซึ่งในรุ่นแรกนี้ใช้ชื่อรหัสว่า แคทไม Katmai และยังคงใช้เทคโนโลยีซีพียูแบบSlot 1 เช่นเดียวกับเพนเทียมทู ต่อมาทางอินเทลได้ผลิตซีพียูเพนเทียมทรีออกมาใหม่คือ Coppermine ซึ่งมี รูปแบบซีพียูแบบ Slot 1 เช่นกัน

ซีพียูเพนเยมทรีแคทไม Pentium III Katmai 

เป็นซีพียูที่มีความเร็วเริ่มต้นที่ 450 MHz ไปจนถึง 620 MHz ใช้เทคโนโลยีการผลิตขนาด0.25 ไมครอน มีทรานซิสเตอร์จำนวน 28 ล้านตัว ใช้สถาปัตยกรรมแบบ SECC 2 (Single Edge Contact Cartridge 2 )

ซีพียูเพนเทียมทรีคอปเปอร์ไมน์ Pentuim III Coppermine 

ใช้เทคโนโลยีการผลิตขนาด 0.18 ไมครอน มีทรานซิสเตอร์จำนวน 28ล้านตัว ซีพียูมีแพ็คเกจแบบ SECC2 และลดขนาดของหน่วยความจำแคชระดับสองลงเหลือเพียงครึ่งหนึ่งคือ 256 KB แต่เป็น หน่วยความจำแคชที่สร้างบนชิปซีพียูซึ่งทำงานที่ความเร็วเดียวกับซีพียู เท่ากับว่าแคชของซีพียูคอปเปอร์ไมน์ทำงานเร็วเป็น 2 เท่า ของซีพียูแคทไม โดยหน่วยความจำแคชระดับสองนี้จะใช้ เทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่า Advanced Transfer Cache: ATC

Pentium 4

เพนเทียมโฟร์ Pentium 4 เป็นรุ่นที่ค่อนข้างจะมีความเร็วผิดจากที่คาดไว้ และมี Cache น้อย อย่างไรก็ดี ชิปชุดนี้ก็ได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นสถาปัตยกรรมการ ออกแบบที่ใหม่ทั้งหมด ระบบไปป์ไลน์ 20 ขั้น ต่อมาได้ชื่ออย่างไม่เป็นทางการว่า Intel Pentium Processor ที่จะมาแทนที่ Pentium III จะออกสู่ตลาดด้วยความเร็วเริ่มต้นที่ 1.4 GHz 1.5 GHz ภายใต้สถาปัตยกรรมใหม่ล่าสุดที่ชื่อ Intel NetBurst micro - architecture นอกจากนี้ ยังได้เพิ่มชุดคำสั่งใหม่ SSE 2 เข้าไปอีก 144 ชุดคำสั่ง 

เทคโนโลยีใหม่ที่พัฒนาขึ้นใน Pentium 4

1. Intel NetBurst micro – architecture เป็นสถาปัตยกรรมแบบใหม่ล่าสุดที่ช่วยให้สามารถ เร่งความเร็วของสัญญาณนาฬิกาให้ทำงานได้ที่ความถี่สูงๆ และเป็นจุดกำเนิดเทคโนโลยีใหม่ ๆอีก หลายอย่าง ที่ช่วยให้ Pentium 4 มีประสิทธิภาพมากขึ้น

2. Hyper Pipelined Technology เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยให้ Pentium 4 สามารถทำงานตามคำสั่งซอฟต์แวร์ใน Pipeline ได้สูงถึง 20 ขั้นตอน รวมถึงการรองรับความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ความเร็ว 1.5 และ 1.4 GHz

3. Rapid Execution Engine เป็นเทคโนโลยีที่ทำให้ซีพียู Pentium 4 มีความเร็วของบัสระบบ สูงถึง 400 MHz ซึ่งจะช่วยให้ซีพียูสามารถรับส่งข้อมูลระหว่างซีพียูและอุปกรณ์อื่นๆเร็วขึ้น รวมถึงการรับส่งข้อมูลกับหน่วยความจำ Rambusก็มีประสิทธิภาพขึ้นด้วย

4. Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) เป็นเทคโนโลยีชุดคำสั่งพิเศษที่พัฒนาต่อจาก SSE ซึ่งได้บรรจุคำสั่งใหม่เพิ่มเข้าไปอีก 144 คำสั่ง จากคำสั่งที่มีอยู่เดิมใน MMX และ SSE ซึ่ง ประกอบด้วยคำสั่งที่จัดการกับข้อมูลแบบจำนวนเต็มและทศนิยม อีกทั้งขยายขนาดของ SIMD Integer จากเดิม 64 บิต ที่ใช้กับเทคโนโลยี MMX มาเป็น 128 บิต ที่ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพ อัตรากรรคำนวณสำหรับ SIMD Integer เป็น 2 เท่า

5. Execution Trace Cache เป็นตัวถอดรหัสเพื่อแปลความหมายของคำสั่งที่ได้รับจากแรม พร้อมกับจัดเก็บคำสั่งที่ผ่านการถอดรหัสเรียบร้อยแล้ว เมื่อใดก็ตามที่ซีพียูมีการเรียกคำสั่งบางคำสั่งที่ อาจซ้ำกับคำสั่งที่มีอยู่ใน Trace Cache ก็จะได้ไม่ต้องเสียเวลามาถอดรหัสซ้ำอีก

6. Advanced Trace Cache เป็นหน่วยความจำแคชระดับ 2 ขนาด 256 KB ที่ติดตั้งอยู่บน Die ของแผ่นซิลิกอน ที่ทำงานด้วยความเร็วเดียวกับซีพียู ซึ่งเทคโนโลยีนี้ใช้มาตั้งแต่ซีพียู Pentium III แล้ว แต่ได้ทากรขยายช่องทางการส่งข้อมูลระหว่างซีพียูกับแคชเพิ่มจากเดิมที่มีขนาด 64 ไบต์ ขณะที่ Pentium 4 มีขนาด 128 ไบต์ ทำให้มีการรับส่งข้อมูลได้สูงกว่ามาก

7. Advanced Dynamic Execution ซึ่งเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ‘Speculative Execution' ซึ่งเป็น กระบวนการทำงานคำสั่งใดๆ เสร็จเพียงครึ่งทางก่อน แล้วรอดูว่ามีคำสั่งไหนที่ต้องการใช้ใน ขั้นต่อไป โดย Pentium 4 สามารถมองเห็นคำสั่งได้ 126 คำสั่ง ในแต่ละเที่ยว และโหลดคำสั่ง ได้ 48 คำสั่ง และเก็บคำสั่งไว้ในPipeline ได้ 24 คำสั่ง ช่วยลดจำนวนโครงข่ายที่เป็นสาเหตุให้ เกิดการทำนายผิดพลาดลง 33 %

8. Enhanced Floating Point/ Multimedia ซีพียู Pentium 4 ได้ขยายส่วนของการคำนวณ Floating Point Register ให้กว้างถึง 128 บิต เพื่อให้การคำนวณเลขทศนิยมมีความรวดเร็วขึ้น ซึ่งจะทำให้สามารถทำงานกับโปรแกรมด้านมัลติมีเดียได้ดี

Pentuim 4 90 นาโนเมตร

เป็นโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบ 90 นาโนเมตรเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดในวงอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ที่อินเทลนำมาใช้เป็นพิเศษสำหรับผลิตชิปบน เวเฟอร์ ขนาด 300 มิลลิเมตร เทคโนโลยีการผลิตใหม่นี้ประกอบด้วยทรานซิลเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและกินไปต่ำลง สเตรนซิลิคอน( strained silicon ) อินคอนเน็ค ความเร็วสูงที่ทำจากทองแดง( high – speed copper intercon - nects ) และวัสดุใหม่แบบ ( low – k dielectric ) ยังคงมีเทคโนโลยีไฮเปอร์ – เธรดดิ่ง ที่ช่วยการทำงานแบบมัลติทาสก์กิ้งอยู่เช่นเดิม และมี คุณสมบัติใหม่ๆเพิ่มเติม เช่น Enhanced Intel Micro-architecture แคช L2มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็น 1 เมกะไบต์ และมีชุดคำสั่งเพิ่มขึ้นอีก 13 ชุด โปรเซสเซอร์ของอินเทลรุ่นต่างๆ ที่มีเทคโนโลยี ไฮเปอร์ – เธรดดิ่ง

แหล่งทีมา http://bc54203.blogspot.com/2011/07/cpu-intel.html