CPU (Central Processing Unit) CPU History & Generations Mevlüt ARSLAN Kırıkkale Ünv. Bilgisayar Müh. Bölümü Araştırma Görevlisi

What is a CPU ? The CPU is certainly the most important PC component. CPU stands for Central Processing Unit. Let us briefly study that name:...It is C entral, because it is the center of PC data processing. It is a P rocessor, because it processes (moves and calculates) data. It is a U nit, because it is a chip, which contains millions of transistors.

Speed, speed, speed,... Without the CPU, there would be no PC. Like all other hardware components, the CPUs are continually undergoing further development. You can see the explosive technological development in data processing most clearly in the development of newer and faster CPUs. The CPUs have for years doubled their performance about every 18 months (Moore’s Law), and there are no indications that this trend will stop. When we now look at all the CPUs from a broader perspective, we can see that: The CPU history is closely tied to the companies IBM and especially Intel. The CPUs have their roots back to Intel's chip 4004 from You can identify seven or eight CPU generations up till today. The compatibility concept has been important throughout the development. Mevlüt Arslan

Moore's Law The CPUs have doubled their calculating capacity every 18 months. This is called "Moore's Law" and was predicted in 1965 by Gordon Moore. He was right for more than 30 years. The latest CPUs use internal wiring only 0.25 microns wide (1/400 of a human hair). But if Moore's Law has to be valid into the next century, more transistors have to be squeezed onto silicon layers. * IBM succeeded as the first in making copper conductors instead of aluminum. Copper is cheaper and faster, but the problem was to isolate it from the silicon. The problem has been solved with a new type of coating, and now chips can be designed with 0.13 micron technology. The technology is expected later to work with just 0.05 micron wiring! *Texas Instruments announced on August 27th 1998 that they expect 0.07 micron CMOS processing in the year *AMD was the first company to mass-produce copper-wired CPU's. This happened in their fab 30 in Dresden, April 2000.

CPUs According to Generation :

INTEL CPU history starts in 1971, when a small unknown company, Intel, for the first time combined multiple transistors to form a central processing unit - a chip called Intel PCCPUsYearNumber of transistors 1st. Generation8086 and ,000 2nd. Generation ,000 3rd. Generation80386DX and 80386SX ,000 4th. Generation80486SX, 80486DX, 80486DX2 and 80486DX ,200,000 5th. GenerationPentium Cyrix 6X86 AMD K5 IDT WinChip C ,100, ,500,000 Improved 5th. Generation Pentium MMX IBM/Cyrix 6x86MX IDT WinChip2 3D ,500,000 6,000,000 6,000,000 6th. GenerationPentium Pro AMD K6 Pentium II AMD K ,500,000 8,800,000 7,500,000 9,300,000 Improved 6th. GenerationMobile Pentium II Mobile Celeron Pentium III AMD K6-3 Pentium III CuMine ,400,000 18,900,000 9,300,000 ? 28,000,000 7th. GenerationAMD original Athlon AMD Athlon Thunderbird Pentium ,000,000 37,000,000 42,000,000 Table shows the different CPU generations

Chip Production-Process technology *5 to 50 million transistors must be placed on a tiny silicon wafer. *In the CPU there are up to 20 layers of silicon wafers with millions of micro transistors. *The CPUs are processed using CMOS technology with smaller and smaller "wires". *The result is smaller "dies" (the little area inside the chip holding all the transistors) with more and more transistors. *The power consumption goes down, and the clock frequency goes up.

Process technology CPU Process technologyNumber of transistorsdie size micron1,200,00079 mm 2 Intel Pentium0.5 micron3,100, mm 2 Cyrix 6X860.5 micron3,100, mm 2 Intel Pentium MMX0.35 micron5,500, mm 2 AMD K60.25 micron8,000,00068 mm 2 Intel Pentium II0.35 micron 0.25 micron 7,500, mm 2 Intel Celeron0.25 micron7,500, mm mm 2 Cyrix MII0.25 micron6,500, mm 2 IDT Win Chip 2 3D 0.25 micron 6,000, mm 2 AMD K micron9,300,00081 mm 2 AMD K micron?118 mm 2 AMD ATHLON0.25 micron22,000, mm 2 Intel Pentium III CuMine AMD ATHLON "Thunderbird"0.18 micron37,000,000 (22 mil mil.) 117 mm 2 PENTIUM III 0.18 micron 28,000, mm 2 Intel Pentium micron42,000, mm 2

Cache Overview * The L2 cache can cache a certain amount of RAM. How much is determined by the chip set and the so-called TAG-RAM, the circuit controlling the cache. * L1-cache first appeared in Intel's 80486DX chip. Today, bigger and better CPU cache is a natural step in the development of new CPUs. CPUCache size in the CPU 80486DX and DX28 KB L DX416 KB L1 Pentium16 KB L1 Pentium Pro16 KB L KB L2 (some 512 KB L2) Pentium MMX32 KB L1 AMD K6 and K6-264 KB L1 Pentium II and III32 KB L1 Celeron32 KB L KB L2 Pentium III Cumine32 KB L KB L2 AMD K6-364 KB L KB L2 AMD K7 Athlon128 KB L1 AMD Duron128 KB L KB L2 AMD Athlon Thunderbird128 KB L KB L2 NOTE:a special RAM type called cache is used as a buffer - temporary storage. The fastest cache RAM is inside the CPU. It is called L1 cache. The next layer is the L2 cache, which are small SRAM chips on the motherboard.

...ve Bu Baş Döndüren Hız Bazen Küçük Kazalara Sebeb Oldu... The following miscalculations occur in 386, 486, and Pentium, when running Excel, Works, or Pascal, with the numbers 49 and 187: Chips Errors The Pentium scandal Pentium was hit by a scandal in late 1994, when an error in the mathematical co-processor (FPU) became publicly known. It simply miscalculated at a given division. Intel knew of the error from early that summer but more or less kept it secret.

1971’den 2000’e CPU ’lar Mevlüt ARSLAN

1971’den 2000’e CPU ’lar İntel 4004 : 4 bitlik mimari ve bir Mhz sahip olan bu işlemci 2,000 transistöre sahipti yılında üretilen bu işlemci 45 komut içeriyordu. İntel 8008 : 1972 yılında üretildi. 8 bitlik ilk işlemciydi. 3,500 transistör çalışmaktaydı.En önemli özelliği alfanumerikveri işlemlerini yapabilmekteydi. İntel 8080 : 1974 yılında 2 Mhz lik 8080 chipi üretmeye başlandı. 16 bit adresleme yapabilen bir işlemci 6,000 transistör içermekteydi. Motorola 6800 : 1974 yılında 8080 chipi ile üretilmeye başlanan M6800 chipi 4,000 transistör içermekteydi. Zilog Z80 : 1975 yılında iş dünyasıyla PC’leri tanıştırdı. 2,5 Mhz’lik 8,500 trasistörlü 8 bitlik bir mimari ve 16 bitlik adreslenmeye sahiptir. MOS Technologics 6502 : 8 bit mimari 16 bit adresleme yeteneği olan bu işlemci Comadore 64, atari ve benzer makinelerde kullanıldı. 9,000 transistör taşıyordu. Bizleri güzel grafikler ve oyunlarla tanıştırdığı yıl 1976 idi. İntel 8086 : Gerçek bir klasik ve teknolojik devriminin adı bitlik mimari ve tüm x86 uyumlu yongalarda bulunan komut setini kullanıyordu. Bu chip tam 29,000 transistör içeriyordu. Yıl İntel 8088 : Yıl Temellerini 8086 nın yapısından alan işlemci 16 bit dahil 8 bit iletisini kullanan yapısı ile PC’lerin atasıydı yılında üretilen chip 29,000 transistör içeriyordu. Mevlüt ARSLAN

1971’den 2000’e CPU ’lar Motorola 68,000 : 32 bitlik komut satırı kullanan işlemci 68,000 transistörden oluşuyordu yılında üretildi. İntel 286 : İntelin x86 serisi işlemcilerinin ilk olan bu işlemci 12 Mhz hızında çalışıyordu yılında üretildi. 34,000 transistör içeren yapısı 16 Mb fiziksel belleği destekleyebiliyordu. PC dünyasında tam bir devrimdi. İntel 386 : 1985 yılı modern PC’lerin hayatımıza girdiği yıl sayılabilir. Çünkü 386 işlemciler bu yılda üretilmeye başlandı. Böylece windows ve grafik tabanlı programlarla tanışmış olduk.32 bitlik yapısı vardı ve 275,000 transistör taşıyordu.1991 deki modelinde FPU(matemetik işlemci) vardır bu model 50Mhz dir. MIPS R2000 : 1986 yılında ticari amaçlı RISC işlemcisi üretildi. 185,000 transistör içeriyordu. SUN SPARC : 50,000 transistörlü bir RISC işlemcisi. İntel 486 : 486’lar gelişmiş 386 tabanlı işlemcilerdi. 8 K’lık dahili RAM ve 12 milyon transistör İçermekteydi. Intel 486DX2 :1992 de “saat çarpanı” kavramını beraberinde getirdi.25*2,33*2,40*2’lik 486Dx2 ler üretilmiştir. AMD VE CYRIX de 486DX-66 ve -80 modellerini çıkardılar. AMD 5X86 :Intel bundan sonra Pentium serisine geçecektir fakat AMD bu modeli çıkarır hızı 4*33=133 Mhz dir.

1971’den 2000’e CPU ’lar IBM/MOTOROLA POWER PC 601 : 1993 yılında IBM/MOTOROLA ortak çalışmasıyla Power PC 601 Power Macintosh serisi makinelerde kullannılan chip RICS teknolojisi kullanılıyordu. 2.8 milyon transistör içermekteydi. Bu işlemcilerden sonra piyasaya Pentium işlemciler hakim oldu. Pentium75-200: İlk çıkan Pentiumlar 60 ve 66 işlemciler bir bug nedeni ile pek tutulmamışlardır.Bunlar P5 olarak bilinirler.Pentium arasındaki seri ise P54C kodu ile anılır. Pentium MMX : Yıl 1997.Kodları P55C dir.MMX(multimedia extension-multimedya uzantısı) serisi ile Pentiumlara multimedya uygulamalarını hızlandırmak için 47 komut ilave edilmiştir.166,200 ve233 Pentiumlarda MMX vardır.L1 cache 16 Kb den 32 Kb ye yükseltilmiştir. AMD K5 :Pentiuma rakip olarak çıkarılmıştır.PentiumPro ile kıyaslamak daha uygundur. Pentium Pro: Pro lar ile 6. Nesil işlemciler gelişmeye başlar.Daha çok Win NT yüklü sunucular için optimize edilen ve NT de daha başarılı olan Mhz hızlarında sunulmuştur.L2 önbelleği olan işlemcidir. Pentium II :Klamath adı ilede bilinir.1997 Mayıs ayında 233,266,300Mhz lik modelleri çıkmıştır.L1önbellek 16KB den 32KB ‘ye çıkmıştır.Bu işlemcilerin özelliği sokete değil anakart üzerindeki Slot 1 adı verilen yarığa takılmalarıdır. Yeni kılıfın adı Single Edge Contact (S.E.C.) dir Şubat ta 333,350,400 Mhz lik modelleri çıkmıştır.

1971’den 2000’e CPU ’lar Celeron: PentiumII nin bazı özeliklerinden vazgeçilerek home PC ler için aynı Frekansta çalışan ve fiyatı düşük bu işlemci modeli geliştirilmiştir.266 Mhz den başlayarak Pentiumun bundan sonraki tüm modellerinin Celeron tipi bulunur. Pentium II Xeon : 1998 de çıkarılmıştır.Slot 2 yarığa takılır.Pro lar gibi Server lar için üretilmiştir.Yeni tip L2 önbellek Ram Chipi vardır( CSRAM (Custom SRAM)).Farklı L2 önbellek hızları vardır(512, 1,024, or 2,048 KB L2 RAM). 450 Mhz lik 2Mb L2 önbelleği olan işlemcinin fiyatı:~3500$ Pentium III :PentiumII temellidir.MMX yoktur.70 yeni komut eklenmiştir.3D performansı yüksektir. PentiumII nin devamı şeklindedir. Pentium IV :PentiumIII ün devamı şeklindedir.Yeni komutlar eklenmiştir.Pentium III 1600 den sonra Pentıum IV serisi 1600 MHz ile başlamıştır

T H E E N D Mevlüt ARSLAN Kırıkkale Ünv. Bilgisayar Müh. Bölümü Araştırma Görevlisi