İşlemcilerin tarihi nasıl başladı: Kilit tarihler ve buluşlar

Merkezi işlem biriminin tüm işlevlerini tek bir yongada entegre eden ilk tam teşekküllü mikroişlemci 1971 yılında ortaya çıktı — bu Intel 4004 idi. Ancak CPU'nun tarihi çok daha önce başladı: 1940'ların hantal lambalı makineleri (örneğin ENIAC), 1950'lerde transistörlere geçiş ve 1960'larda entegre devrelerin yaratılması ile. Odadan büyük hesaplayıcılardan tırnak boyutundaki çiplere evrim yaklaşık 30 yıl sürdü ve dünyayı değiştirdi.

İşlemci nedir ve neden ortaya çıkışı bir devrim oldu

Merkezi İşlem Birimi (CPU), program talimatlarını yorumlayan ve yürüten cihazdır. Mikroişlemcilerin ortaya çıkışından önce, bilgisayarın "beyni" binlerce ayrı bileşenden oluşan ve kablolarla birbirine bağlanan bir dolaptı.

Asıl devrim sadece boyutun küçülmesinde değil, entegrasyonda yatıyordu. Fikir, aritmetik mantık birimini (ALU), kontrol birimini ve kaydedicileri tek bir silikon plakaya yerleştirmekti. Bu şunları sağladı:

• Hesaplama maliyetini dramatik şekilde düşürdü.
• Enerji tüketimini azalttı.
• Bilgisayarları sadece askerler ve bilim insanları için bir araç olmaktan çıkarıp kitlesel bir ürün haline getirdi.

Ön tarihçe: Mikroişlemci çağından önceki üç aşama

Çipler minik hale gelmeden önce, hesaplama teknolojisi üç büyük teknolojik çağdan geçti.

1. Lamba çağı (1940–1950'ler)

ENIAC (1945) veya Sovyet MESM (1950) gibi ilk elektronik hesap makineleri vakum lambalarıyla çalışıyordu.

• Sorunlar: Lambalar büyüktü, kırılgandı, çok fazla ısı yayıyordu ve sık sık yanıyordu. ENIAC 167 metrekarelik bir alan kaplıyor ve 150 kW enerji tüketiyordu.
• Mimari: İşlemci mantığı raflara "yayılmıştı". Programlama, kabloların yeniden takılması veya delikli kartlarla yapılıyordu.

2. Transistör devrimi (1950–1960'lar)

1947 yılında transistörün icadı (Bell Labs) bir dönüm noktası oldu. Transistörler, lambalarla aynı işlevi görüyordu (akımı anahtarlama), ancak kat kat daha küçük, güvenilir ve ekonomikti.

• İkinci nesil bilgisayarlar (örneğin IBM 1401) daha kompakt hale geldi.
• İlk yüksek seviyeli programlama dilleri (Fortran, COBOL) ortaya çıktı; bu da işlemciden daha karmaşık komut işleme mantığı gerektiriyordu.

3. Entegre devreler (1960'lar)

Jack Kilby ve Robert Noyce bağımsız olarak entegre devreyi (IC) icat etti. Ayrı transistörler, dirençler ve kondansatörlerden devre kurmak yerine, bunları tek bir yarı iletken parçası üzerine baskılamaya başladılar.

• Bu, tek bir çipe binlerce transistör yerleştirmeyi mümkün kılan Large Scale Integration (LSI) teknolojisinin zeminini hazırladı.

1971: İlk mikroişlemci Intel 4004'ün doğuşu

Modern anlamda CPU'nun gerçek tarihi, Japon şirketi Busicom'un siparişiyle başladı. Yeni bir hesap makinesi için bir çip setine ihtiyaçları vardı. Intel mühendisleri — Federico Faggin, Ted Hoff ve Stan Mazor — radikal bir çözüm önerdi: 12 özel amaçlı çip yerine, programı değiştirilebilen tek bir evrensel çip yapmak.

Böylece Intel 4004 doğdu.

Intel 4004'ün teknik özellikleri

1970'lerin evrimi: 8008'den x86 mimarisine

4004'ün başarısı inovasyon yarışına yol açtı. Intel ve rakipleri hızla bit genişliğini ve gücü artırdı.

Intel 8008 (1972)

İlk 8-bitlik mikroişlemci. Daha fazla belleği adresleyebiliyordu ve öncülünden daha hızlı çalışıyordu. Ancak mimarisi sınırlıydı ve tam teşekküllü bilgisayarlar oluşturmak için pek uygun değildi.

Intel 8080 (1974) ve Zilog Z80 (1976)

Meraklılar için gerçek atılım.

• Intel 8080, ilk popüler kişisel bilgisayar Altair 8800'ün kalbi oldu. Bill Gates ve Paul Allen, BASIC yorumlayıcısının ilk versiyonunu tam olarak bunun için yazdı.
• Eski Intel mühendisi Federico Faggin tarafından yaratılan Zilog Z80, 8080 ile geriye dönük uyumluydu ancak geliştirilmiş özelliklere sahipti. Z80, 80'lerin ev bilgisayarları için standart haline geldi (Sinclair ZX Spectrum, Amstrad CPC).

Motorola 6800 ve 6502

Rakipler boş durmuyordu. MOS Technology 6502 (1975) mimarisi daha ucuz ve daha basitti. 6502 temelinde Apple I, Apple II, Commodore 64 ve Nintendo Entertainment System (NES) oyun konsolu inşa edildi.

Efsanenin ortaya çıkışı: Intel 8086 ve x86'nın doğuşu

1978'de Intel, daha sonra x86 adını alacak yeni bir mimariye sahip ilk 16-bitlik işlemcisi 8086'yı piyasaya sürdü.

Kilit olay, IBM şirketinin ilk kişisel bilgisayarı IBM PC için bu işlemcinin modifiye edilmiş bir versiyonunu (Intel 8088) seçtiği 1981 yılıydı.

• Bu seçim, x86 mimarisinin onlarca yıllık dominasyonunu pekiştirdi.
• Yazılım ve "donanım" uyumluluğu, günümüzde hala yaşadığımız bir ekosistem yarattı (modern Core i9 ve Ryzen işlemcileri, 8086'nın doğrudan torunlarıdır).

CPU tarihi algısındaki sık yapılan hatalar

Konuyu çalışırken yeni başlayanlar genellikle şu yanlışlıklara düşer:

1. «İlk işlemci bir bilgisayardaydı.» Aslında, mikroişlemcilerin ilk kitlesel uygulaması PC'ler değil; hesap makineleri, trafik ışıkları, çamaşır makineleri ve motor kontrol sistemleriydi. PC'ler, çip gücü arttığında daha sonra ortaya çıktı.
2. «Eniac, işlemcili ilk bilgisayardı.» Hayır. ENIAC'ta tek bir bileşen olarak merkezi işlemci yoktu. İşlevleri düzinelerce ayrı modül tarafından yürütülüyordu. "Depolanan program" terimi (von Neumann mimarisi) de tek bir CPU üzerinden değil, donanımsal olarak uygulanıyordu.
3. «Saat frekansı ne kadar yüksekse, işlemci o kadar iyidir.» Bu 70-90'lı yıllarda geçerliydi. Günümüzde çekirdek mimarisi, saat başına düşen komut sayısı (IPC) ve enerji verimliliği daha önemlidir. 3 GHz frekanslı modern bir işlemci, eski 5 GHz'lik bir çipten onlarca kat daha güçlü olabilir.

SSS: Hesaplama teknolojisinin kökenleri hakkında sorular

İlk işlemciyi kim icat etti? Tek bir mucit yoktur. Bu kolektif bir çabadır. Intel'den Ted Hoff (konsept), Federico Faggin (çipin fiziksel uygulaması) ve Stan Mazor (mantık), ilk ticari mikroişlemci 4004'ün yaratıcıları olarak kabul edilir.

Neden işlemcilere "silikon" denir? Yarı iletken endüstrisi, özellikleri ve doğadaki yaygınlığı (kum) nedeniyle transistör üretimi için temel malzeme olarak silikon (Silicon) kullanımına dayanır.

Mikroişlemcilerden önce ne vardı? Ondan önce, işlemcinin baskılı devre kartlarında çok sayıda ayrık mantık elemanından toplandığı mini bilgisayarlar (örneğin PDP-11) ve ana çatı bilgisayarlar vardı.

İlk iPhone'da hangi işlemci kullanıldı? İlk iPhone'da (2007) ARM mimarisine dayalı bir Samsung çipi kullanıldı. Bu, CPU tarihinin sadece Intel/x86 hattından ibaret olmadığını, bugün akıllı telefonlarda hakim olan ve giderek daha sık dizüstü bilgisayarlara ve sunuculara gelen güçlü bir ARM kolunun da olduğunu gösterir.