Ez a cikk a mikroprocesszor fejlődését mutatja be részletesen, a számítástechnika történetén belül. Az első mikroprocesszorok 1969 és 1971 között jelentek meg. Az előzmények bemutatása miatt a történet egy kicsivel korábban kezdődik és a jelen időszakig tart, nevezetesen 2017 végéig.

Definíció szerint a mikroprocesszor egy olyan többcélú elektronikai eszköz, amely magában foglalja a számítógép központi feldolgozó egységét egyetlen vagy legfeljebb néhány integrált áramkörben.

Ez az eszköz digitális, elektronikus formába alakított bemenő adatok feldolgozását végzi a memóriájában tárolt program által meghatározott módon, általában órajel vezérli és belső memóriát (pl. regisztereket) tartalmaz, és az eredményt szintén digitális formában bocsátja ki a kimenetén és adja át a vele kapcsolatban álló rendszernek.

Történet

Előzmények A mikroprocesszor mindössze egy processzor miniatürizált, integrált áramkörös megvalósítása. A processzorok a fejlettebb tárolt programú számítógépek vezérlő és végrehajtó egységei, amelyek már a relékkel, vákuumcsövekkel és tranzisztorokkal felépített számítógépekben is megtalálhatók. Az első számítógépekben még nem volt jól körülhatárolt vezérlőegység, mivel ezek nem tárolt programú gépeknek, hanem inkább rögzített programú gépeknek nevezhetők: az ENIAC programját például huzalozással állították be. A Neumann János által 1945. június 30-án megjelent „First Draft of a Report on the EDVAC” c. memorandumban leírt elveknek megfelelő ENIAC utáni tárolt programú gépek 1948–1949-ben kezdtek el működni. Ezekben a program a számítógép nagy sebességű belső memóriájában volt eltárolva, és azt egy speciálisan erre a célra tervezett vezérlőegység hajtotta végre. Az első tárolt programú gépek: Harvard Mark I: 1944 márciusában programokat futtató Harvard architektúrájú számítógép; a tárolt program ebben a gépben lyukszalagon található, nem elektronikusan tárolt., p. 164 (2000) Manchester Small-Scale Experimental Machine (SSEM), első programfuttatás: 1948. június 21. – kísérleti számítógép Manchester Mark 1, gyakorlati számításokat végző számítógép, működőképes 1949 áprilisában, programfuttatás: 1949. június 16/17. EDVAC: elkészült 1946 áprilisában. Az EDVAC-ban külön vezérlőegység, diszpécser és számító egységek látták el a „processzor” feladatát. A processzorok eleinte egy nagyobb gép egyedi részegységei voltak, de gyakran maguk is külön számítógépek. Az egyedi célokra tervezett számítógépek azonban nemsokára átadták a helyüket a nagy számban előállított többcélú processzoroknak. A standardizálódás folyamata a tranzisztoros nagyszámítógépekkel és miniszámítógépekkel együtt érkezett el, és nagymértékben felgyorsult az integrált áramkörök rohamos elterjedésével. Az IC-k egyre komplexebb CPU-k tervezését és gyártását tették lehetővé, igen nagy – jelenleg nanométeres – pontosságú elemekkel. A miniatürizálás és a szabványosítás révén a digitális programozott eszközök megjelentek az élet minden területén és egyre inkább kiszorították a limitált, célorientált számítóberendezéseket.

A tranzisztor

Úgy tartják, hogy az első működő tranzisztorpéldányt – pontérintkezős tranzisztort – a Bell Laboratóriumban hozták létre 1947 decemberében, bár a kutatások már az 1920-as évektől kezdve folytak több országban, az elektroncsöves trióda vagy vezérelhető dióda előállítására. Az első tranzisztoros eszközök, pl. a tranzisztoros rádió, az 1950-es évek elején jelentek meg,:en:Transistor#History ekkorra sikerült megoldani a kezdeti minőségi problémákat és kialakítani a gyártási technológiát. A tranzisztor működhet analóg üzemmódban, ekkor erősítőként használható, vagy kapcsoló üzemmódban, ami a digitális számítástechnikai felhasználást támogatja. A tranzisztorok számos típusa jelent meg, 1959-re1960: Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated, Computer History Museum már készen állt a (fémoxid) szigetelőréteges térvezérlésű, azaz MOSFET tranzisztor. Az eszköz, mérete, áramfelvétele és ára miatt, hamar leváltotta az elektronikában korábban alkalmazott elektroncsöveket, és mára gyakorlatilag az összes elektronikai eszköz kulcsfontosságú aktív része. Többen a 20. század legfontosabb találmányának tartják.

A Bell továbbra is a tranzisztorkutatás élvonalában maradt, de a technológiát számos más cégnek is licencelte, hogy elkerülje az USA trösztellenes törvényeit. A gyártásban a Bell Laboratóriumot saját gyártó cége, a Western Electric képviselte, de a gyártásba rövidesen további negyven más cég is beszállt, ezek között volt a General Electric, RCA és Texas Instruments is.

Az integrált áramkör 1956-ban William Shockley megnyitotta a Shockley Semiconductor Laboratory félvezető-technológiai céget, a Beckman Instruments egyik részlegeként. Shockley speciális diódákat akart gyártani, ami reményei szerint felülmúlta volna a tranzisztor jelentőségét. Eleinte a Bell Laboratóriumbeli volt munkatársait szerette volna a céghez csábítani, de senki sem állt kötélnek. Ekkor végzős egyetemistákat vett fel munkatársnak. 1957-ben, Shockley vezetési módszerei miatt, nyolc alkalmazott egyszerre felmondott, őket hívták később az „áruló nyolcaknak”. A nyolc személy a következő volt: Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last, Gordon Moore, Robert Noyce és Sheldon Roberts. Ez a nyolc személy a Fairchild Camera and Instrument-hez, egy jelentős, hadiipari kapcsolatokkal rendelkező céghez fordult, hogy az anyagilag támogassa saját terveik megvalósítását. 1957-ben megalakult a Fairchild Semiconductor, a Fairchild Camera and Instrument félvezetőgyártó részlege. Ez a cég úttörő szerepet játszott a tranzisztorok és integrált áramkörök gyártásában: szilíciumalapú tranzisztorokat fejlesztettek ki, mikor a legelterjedtebb félvezető anyag a germánium volt. A Fairchild 1958-ban kezdte gyártani a Moore által kifejlesztett sikeres 2N697 tranzisztort, amit elsősorban bombázók fedélzeti számítógépeiben és rakéták navigációs rendszereiben alkalmaztak. Ugyanekkor Jean Hoerni kifejlesztette a planár eljárást, amely növelte a tranzisztorok megbízhatóságát, teljesítményét, egyszerűbbé és olcsóbbá tette a gyártási folyamatot; ez szintén nagy üzleti siker lett.

Az első germániumalapú integrált áramkört Jack Kilby, a Texas Instruments fizikusa mutatta be 1958. szeptember 12-én, amelyre amerikai szabadalmat kapott,The Chip that Jack Built, (c. 2008), (HTML), Texas Instruments, megtekintve: 2008. máj. 28. a cég pedig forgalmazni kezdte az ezzel a technológiával készült eszközöket: 1961-ben az USA légiereje számára gyártották az első IC-alapú számítógépet, valamint további integrált áramköröket a Minuteman rakéta vezérlőrendszerébe 1962-ben.++ na ide kéne valami hivatkozás! Kilby 2000-ben fizikai Nobel-díjat kapott az integrált áramkör kifejlesztésében végzett tevékenységéért.Nobel Web AB, (10 October 2000),(The Nobel Prize in Physics 2000, megtekintve 2008. máj. 29-én

Fél évvel később Robert Noyce a Fairchild Semiconductornál saját elképzelései alapján olyan szilíciumalapú integrált áramkört fejlesztett, ami a Kilby-féle technológia több problémáját megoldotta (stabilitás, germániumkristályok lebomlása hőhatásra, a szilíciumhoz képest magas ár, vezetési tulajdonságok). 1960-ban a Fairchild elkészített egy szilíciumlapkán kialakított négy tranzisztorból álló áramkört, ezzel megalkotta az első szilíciumalapú integrált áramkört.

Az első integrált áramkörök csak néhány tranzisztort tartalmaztak és egyszerűbb áramköröket valósítottak meg, mint pl. flip-flop vagy logikai kapuk. A fejlődés a méretcsökkenés, azaz a nagyobb integrációs fokozatok felé tartott: az első IC-k az SSI (small-scale integration, alacsony integráltságú) kategóriába tartoztak, később megjelent az MSI (medium-scale integration, közepes), LSI (large scale integration, nagy), VLSI (very-large-scale integration, nagyon nagy), sőt ULSI (ultra-large-scale integration, ultranagy integráltságú) kategória.

Az SSI IC-ket megjelenésük idején szinte azonnal űrhajózási és repülési feladatokban kezdték alkalmazni, és ezek a projektek elősegítették a technológia fejlődését. Mind a Minuteman rakéta, mind az Apollo-program könnyű és kicsi digitális számítógépeket igényelt az inerciális vezérlőrendszereihez. Az Apollo Guidance Computer (1961–1975) nagy mértékben motiválta az integrált áramkörös technológiát, a tömegtermelés igényével a rakéta navigációs rendszere lépett fel. (D-17B a Minuteman I NS-1OQ rakétavezérlő rendszer számítógépkomponense, 28 kg, tranzisztor-dióda logikával készült, 1962, D-37C: NS-17 MGS számítógépe, Minuteman II rakétában, SSI IC-kkel, 13.15 kg, 1964.)

1968-ban Gordon Moore, Robert Noyce és Andrew Grove kiléptek a Fairchild semiconductors cégből és közösen megalapították saját cégüket, Integrated Electronics néven, ami nem más, mint az Intel. 1968-ban szintén a Fairchild-nál dolgozó Federico Faggin olasz származású fizikus fejlesztette ki az önillesztő szilíciumkapus IC technológiát, amely a modern CMOS-alapú számítógépes csipek alapját képezi: ez teszi lehetővé a dinamikus RAM-ok, a nem felejtő memóriák, CCD képérzékelők és a mikroprocesszorok működését. Faggin 1970-ben az Intel-hez csatlakozott, ahol az „első”Az elsőség vitatott, ld. pl. TI-1000 egycsipes integrált áramkörös mikroprocesszor, az Intel 4004-es CPU fejlesztésében vett részt.

Piac A Fairchild természetesen kihasználta a fejlettebb technológiában rejlő üzleti lehetőségeket: alkalmazottainak száma kétezerre nőtt, a cég éves bevétele rövidesen elérte a 130 millió dollárt.mikor?

Többen is beszálltak ugyanebbe az üzletágba, pl. Texas Instruments—Fairchild néhány évvel később csak a piac egy kis részét foglalta el.

A számítástechnika helyzete

A számítógépek első generációját az elektroncsöves számítógépek alkotják. A második generáció a tranzisztoros számítógépeket jelenti.

A második generációs tranzisztoros számítógépek az 1950-es évek közepén jelentek meg és 1955-től kezdve elkezdték kiszorítani az elektroncsöves számítógépeket, mivel minden paraméterükben jobbak voltak azoknál. A második generáció uralta az 1960-as éveket, az évtized végén átadta a helyét a harmadik generációs integrált áramkörös gépeknek.

Rövid áttekintés az 1950-es években megjelent tranzisztoros számítógépekről:

1953: A University of Manchester kísérleti Transistor Computer elnevezésű gépe feltehetőleg az első működőképes tranzisztoros számítógép. Az 1953-as modell prototípus, 92 pontérintkezős tranzisztor, 550 dióda; 1955 áprilisában készült el a végleges modell. 48 bites gép, 200 pontérintkezős tranzisztor, 1300 dióda. Nem teljesen tranzisztoros, az órajelgenerátorban elektroncsöveket használtak. 1954 januárja: Bell Laboratories TRADIC: 684 tranzisztor, germániumdióda, nem teljesen tranzisztoros: tápegysége elektroncsöves. 1955 februárja: Harwell CADET, Anglia: első teljesen tranzisztorizált számítógép, 324 tranzisztorral. 1955 áprilisa: Az IBM bemutatja az IBM 608 transistor calculator gépét,IBM Archives, 1955IBM Archives, IBM 608 calculator ezzel az IBM is beszáll a tranzisztoros számítógépes üzletágba. 1955: Z22, Zuse vákuumcsöves számítógépe, utódja az 1961-es Z23 – a Z22 tranzisztorizált változata 1955–1957: A Philco cég tranzisztoros számítógépei, katonai felhasználásra repülőgépekben: C-1000, C-1100, C-1102. 1957: első civil felhasználó, C-1102. 1955-1956: TX-0: Transistorized Experimental computer zero, korai teljesen tranzisztoros felépítésű számítógép.Highlights from The Computer Museum Report Volume 8 Spring 1984, The Computer Museum, Boston, MA, archived at ed-thelen.org, retrieved 2010-2-19 Jellemzői: 64K 18 bites szó, ferritmagos memória, kb. 3600 Philco nagyfrekvenciás felületi záróréteges tranzisztor (barriertranzisztor), órajele 100 kHz körüli, a PDP-1 elődje. 1957 júliusa: Japán, ETL Mark III. 1957, Kanada: DRTE Computer – tranzisztoros, 40 bites, órajele 200 kHz. 1956–1958 májusa: Mailüfterl, Bécsi Műszaki Egyetem: korai tranzisztoros számítógép, 3000 tranzisztor, 5000 dióda.