Во второй половине 70-х годов самыми популярными моделями процессоров были 8-битные Intel 8080, Motorola MC6800, MOS Technology 6502 и Zilog Z80. Но AT&T — телекоммуникационного гиганта, который хотел ворваться на рынок компьютеров, — такое положение не устраивало.
Руководство решило сделать ставку на производительность и обойти конкурентов, с ходу создав первый 32-битный процессор (16-битные 8086 только-только появлялись) на тогда еще достаточно «сырой» технологии CMOS транзисторов, когда весь мир использовал NMOS. Вот что из этого вышло.
Как Bell Labs взялись за процессоры
На дворе — 1976 год, и дела у компании, заложенной еще Александром Беллом, шли великолепно. AT&T десятилетиями доминировала на рынке услуг связи, а его «дочка» Western Electric производила практически все телефоны в стране. Некоторые источники даже полагают, что на тот момент компания была крупнейшей в мире с выручкой 26 млрд долларов — что эквивалентно примерно 182 млрд в ценах 2025 года. Даже могучая General Motors занимала вторую строчку и была втрое меньше.
И конечно, монополия нравилась далеко на всем. Прежде всего — правительству Соединенных Штатов Америки. Причин две: необоснованное завышение тарифов, вытеснение конкурентов и многое другое.
В 1974 году Министерство юстиции подает антимонопольный иск к AT&T, результатом которого должно стать дробление компании и возникновение множества мелких операторов связи. В обмен у компании появилась возможность заниматься и другой деятельностью — например, компьютерными технологиями.
И хотя Bell Labs причастна к самым революционным открытиям XX века, которые привели к появлению компьютера (транзистор, интегральные микросхемы и много чего еще), в гонке микропроцессоров они безнадежно отставали от конкурентов.
И самыми популярными моделями были, конечно, 8-битные «легенды»:
Intel 8008 (1972 год) — первый 8-битный процессор.
Intel 8080 (1974 год) — расширенный вариант с 16-битными адресами и максимальным размером памяти в 64 кБ.
Motorola MC 6800 (1974 год) — с собственной архитектурой, в чем-то воспроизводящей PDP-11.
MOS Technology 6502 (1975 год) — коммерчески успешный МП, который использовался в компьютерах Apple II, Commodore 64 и некоторых других.
Zilog Z80 (1976 год) — один из главных хитов, работающий в TRS-80, ZX Spectrum, MSX и других.
В Bell Labs с открытием отдельного подразделения по разработке процессоров решили сначала создать 8-битный аналог, но не для коммерческого использования, а для внутренних коммуникационных систем. Так в 1977 году появился BELLMAC-8 (он же WE212), содержащий более 7000 транзисторов и работающий на частоте 2 МГц, причем специально заточенный под язык высокого уровня C (концепция AT&T C Machine).
Но руководство AT&T не устраивала роль догоняющих. С учетом того, что Intel уже вовсю разрабатывал первый 16-битный процессор 8086 (он вышел на рынок в 1978 году), было принято решение — замахнуться на то, чего никто до этого еще не делал. Создать процессор, который обрабатывал бы 32 бита за один такт, при тактовой частоте аж 4 МГц. Настоящая революция!
Но для этого потребовался бы не только новый чип, но и совершенно новая архитектура и подход. А еще процессор должен был поддерживать язык C в рамках общей концепции и в дополнение к невероятному быстродействию потреблять как можно меньше энергии.
И чтобы воплотить такое устройство в жизнь, инженеры Bell Labs обратились к технологии CMOS — достаточно «сырой», хотя и многообещающей, отказавшись от считавшихся стандартными в то время NMOS и PMOS. Но при разработке пришлось столкнуться с рядом проблем.
Главная сложность разработки
Конечно, Bell Labs в 1976 году не были первооткрывателями комплементарных МОП-транзисторов. Впервые технология была продемонстрирована в 1963 году Фрэнком Уонлассом и Чи-Тан Са в 1963 году, а патент был получен в 1967 году.
Ее считали слишком медленной для использования в процессорах, хотя и со значительно меньшим энергопотреблением. Поэтому схемы с CMOS обычно внедряли в устройства вроде электронных часов или калькуляторов, работавших на батарейках.
Ставку в то время делали на биполярные транзисторы — и тут было два варианта:
1. NMOS — самое популярное решение, поскольку в качестве областей стока и истока используются проводники n-типа. Проводимость обеспечивается электронами, обладающими примерно вдвое большей подвижностью, чем «дырки» в PMOS. А еще NMOS технологически проще производить (не нужно создавать отдельные «карманы» для p-областей), и они более компактные (то есть их можно больше «упаковать» на ту же площадь, повысив производительность).
Например, 6502 и многие другие 8-битные процессоры того времени работали именно на NMOS-технологии.
Основной недостаток NMOS — высокое энергопотребление. Чтобы транзистор открылся, на затвор нужно подать высокий уровень напряжения, в отличие от PMOS. Следовательно, он всегда будет потреблять и рассеивать больше энергии.
2. PMOS — менее компактный, более сложный в производстве и менее быстрый при прочих равных из-за принципа проводимости. Но зато потребляет меньше энергии — чтобы транзистор переключился, на затвор нужно подать низкий уровень напряжения.
Для будущего процессора, который будет обрабатывать 32 бита за такт, проблема энерговыделения будет намного серьезнее, в сравнении с 8-битными МП при той же тактовой частоте. Именно поэтому инженеры и остановились на CMOS-технологии.
Суть в том, что в ней объединены PMOS и NMOS, работающие комплементарно: когда один включен, другой выключен. С одной стороны, это обеспечивает быстрое переключение. А с другой, радикально снижает энергопотребление — энергия больше всего потребляется только в момент коммутации. Получается гибридный вариант, который потенциально оправдывает удвоение числа транзисторов.
Проблема только в одном — массовое производство CMOS пока еще не было отлажено. А руководство AT&T поставило задачу выпустить процессор по техпроцессу 3,5 мкм в 1980 году. Кодовое название процессора даже было поначалу BELLMAC-80. И в 1978 году работа закипела.
Проектирование и проблемы производства
Для разработки привлекли три лаборатории AT&T Bell Labs: в Индиан-Хилл, Холмделе и Мюррей-Хилл. Руководил процессом Майкл Кондри.
«Мы не просто создавали более быстрый чип, — говорит он. — Мы пытались создать нечто, способное перенести в будущее и голосовые технологии, и вычисления».
В состав команды вошли десятки специалистов Bell Labs, которые принялись за проектирование физической компоновки. И в процессе применили сразу несколько новаторских внедрений.
Компоновка
На тот момент библиотеки стандартных ячеек для CMOS не существовало, в отличие от NMOS. Сун-Мо (Стив) Канг, ведущий разработчик BELLMAC-80, создал ее с нуля: выбрал ширину канала для PMOS 35 мкм и 17 мкм для NMOS, отрисовал все элементы вроде D-триггеров, NOR, NAND и других — сотни позиций. После этого, основываясь на данных по шуму, энергопотребления и размеров каждого элемента, команда приступила к компоновке 32-битного тракта данных.
Однако из-за длинных и крайне разветвленных соединений ничего не получалось. Инструментов проектирования практически не было: команда печатала чертежи с разными элементами, склеивала их скотчем и при помощи цветных карандашей отрисовывала связи транзисторов, линий питания и прочего. За год получилось создать огромную карту размером 6х6 метров.
Другой проектировщик, Алекс Лопес, в процессе работы придумал новый метод компоновки ячеек СБИС при помощи вентильной матрицы — он позволял минимизировать паразитные RC-цепочки, уменьшить задержки и повысить плотность компоновки в несколько раз. Более подробно он рассказывает о методе в своей статье 1980 года.
Быстродействие
Другая проблема заключалась в том, что CMOS-транзисторам, включенным в сложные каскады, для высокого быстродействия и надежной работы требовалась динамическая логика. И команда Bell Labs придумала так называемую «логику домино».
Если кратко: в каскад добавляется статический CMOS-инвертор, обеспечивающий предварительную зарядку и гарантированное включение всех нижестоящих вентилей схемы. На практике в 32-разрядном АЛУ это позволило получить прирост скорости в 1,5-2 раза, при этом без нагромождения элементов. Более подробно метод описан в статье Р. Х. Крамбека 1982 года.
Предотвращение «защелкивания»
При производстве CMOS-транзисторов инженеры столкнулись с так называемым эффектом Latch-up («защелкивание»). Когда в разветвленной структуре СБИС возникают паразитные пути утечки тока, например, на землю. Луис Паррильо предложил решение на этапе производства: метод точного и согласованного легирования примеси в n и p подложках при помощи 8-ми масковой технологии изготовления под процесс 3,5 мкм, как и задумывалось для BELLMAC-80. С патентом можно ознакомиться по ссылке.
Распределенные вычисления
В BELLMAC-80 была включена поддержка параллельной шины VersaModule Eurocard (VME), которая позволяла нескольким узлам обрабатывать поток данных параллельно и управляться в режиме реального времени. К слову, это решение впервые было предложено для конкурентного проекта — 32-битного Motorola MC68000, разработка которого шла полным ходом.
Поддержка операционной системы UNIX и языка C
Для руководства AT&T этот момент был принципиальным. И чтобы справиться с ограничениями памяти, разработчики ввели набор из 169 инструкций, адаптированных под C и упрощающих компиляцию программ. Например, поддерживающих различные типы данных (байт, полуслово и целое слово), автоматическое преобразование размеров данных, обработку пользовательских подпрограмм и другие.
Дополнительно группа разработала собственную версию UNIX с поддержкой Duplex Multi Environment Real Time (позже превратившуюся в UNIX RTR). Она позволяла вызывать подпрограммы одной инструкцией, управлять прерываниями и распределять ресурсы процессора. Более подробно с нововведениями, примененными в BELLMAC-80, можно ознакомиться по ссылке.
Проектирование было завершено во второй половине 1979 года. И дальше началась извечная проблема при производстве процессоров — крайне низкий выход годных.
Чтобы решить эту проблему, команда разработчиков каждый день ездили на завод Western Electric в Нью-Джерси и буквально из кожи вон лезли: помогали калибровать оборудование, решали проблему очистки воздуха и прочее. Только спустя несколько месяцев, в начале 1980 года, удалось добиться приемлемого результата.
Однако возникла новая напасть — вместо ожидаемой частоты в 4 МГц первая версия BELLMAC-32 выдавала только 2 МГц. Казалось бы, нужно начать хотя бы с этого. Но руководство это не устроило — 32-битный CISC Motorola 68000, хотя и фактически работал на 16-битной шине данных и 24-разрядной шине адресов, уже готовился к выпуску.
Нужно было дать более достойный ответ, и команда приступила ко второй модификации BELLMAC-32A: на 2,5 мкм CMOS транзисторах, с целевой тактовой частотой 6,2 МГц.
Дальнейшая судьба и влияние
В ходе доработок инженеры обнаружили, что используемое ими современное испытательное оборудование Takeda Riken работало неверно: на этапе ОТК появлялся брак из-за неточных измерений. Руководитель группы тестирования Марк Барбер разработал поправочные таблицы, а также исследовал вопрос более глубоко совместно со специалистами Takeda Riken.
В результате проблему удалось решить кардинально: тактовая частота процессоров превышала заявленные 6,2 МГц, иногда достигая 9 МГц. Для примера, 16-разрядный Intel 8088 в оригинальном IBM PC 1981 года работал на частоте 4,77 МГц при объеме ОЗУ 64 кБ.
Однако из-за реорганизации AT&T и продажи подразделения AT&T Computer Systems в Western Electric, согласно антимонопольному соглашению, коммерческий выпуск затягивался.
Только в 1984 году процессоры BELLMAC-32, переименованные в WE 32x00, были представлены в составе компьютеров серии 3B2, 3B5 и 3B20, работавших на UNIX System V. В 1985 года AT&T начала распространять компьютеры в Европе (через фирму Olivetti) и предлагать 32-битные процессоры другим компаниям.
Однако по-настоящему успешными компьютеры и чипы не стали: на рынке AT&T проиграли конкуренцию вчистую. После приобретения корпорации NCR в сентябре 1991 года за 7,4 млрд долларов вектор продаж был смещен на другую продукцию. В 1995 году AT&T вообще продала свое подразделение микроэлектроники Hyundai Electronics. Так и закончился недолгий путь по-настоящему революционного продукта.
Руководитель проекта Майкл Кондри вспоминает:
До Bellmac-32 доминировали NMOS-транзисторы, — говорит Кондри. — Но CMOS изменил рынок, поскольку было доказано, что это более эффективная технология, реализованная в заводских условиях.
Его правоту подтверждает Сун-Мо Канг:
Мы были на грани возможного. Мы не просто следовали по проторенному пути — мы прокладывали новый. Это включало в себя не только архитектуру и проектирование микросхем, но и масштабную проверку — без современных инструментов цифрового моделирования или даже макетирования.
Сейчас технология CMOS используется в подавляющем большинстве современных чипов смартфонов, ноутбуков и планшетов. И именно разработчики BELLMAC-32 стали первопроходцами, которые показали миру возможности этой технологии, в противовес NMOS.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
Комментарии (22)
Alex283
12.09.2025 12:27Ну так себе, местами перевернуто...
Почему понадобился 32-разрядный микропроцессор, а не 8- или 16- разрядный?
На момент "исторического" выпуска первого 4-разрядного микропроцессора Intel 4004 на рынке главенстовали более серьезные 32/64-разрядные машины с частотами 20-40 МГц. Таким образом, чтобы быть востребованным на рынке - нужен был покрайне мере 32-разрядный микропроцессор, а никак не 4, 8 или 16- разрядный. Поэтому вплоть до середины 80-х годов однокристальники были догоняющими, а в 70-х годах уж никак не могли определять вектор развития компютерной техники.
А не смогли выпустить, потому что не были технологически готовы...
При выпуске микросхем малой интеграции серии 74 выяснилось, что интегральные схемы с 200 и более биполярными транзисторами в корпусе, выполненные по современной (для 60-х годов) 20мкм-технологии не по-детски грелись. Сей печальный факт был ограничителем в создания более сложных микросхем. Отсюда все компьютеры (с любыми приставка впереди, кроме словочетания "персональный компьютер") выполнялись на микросхемах с малой интеграцией.
В конце 60-х годов весь мир "бредил" массовым производством и переходом интегральных схем на МОП-транзисторы, но как оказалось в производстве были не шуточные сложности. Чтобы не писать много букв, скажу коротко, вплоть до начала применения ионного легирования, МОП-транзисторы были так себе устройствами. Автор статьи неправильно указал - p-МОП транзисторы сложнее выполнять в рамках КМОП-технологии, но не как одиночной технологии. В реальности n-МОП транзисторы в интегральных микросхемах долго не получались.
Ну к примеру первый микропроцессор Intel 4004, который якобы совершил революцию (только не понятно какую) содержал 2300 p-MОП транзисторов и выполнялся исключиельно в металлокерамическом корпусе (из-за нагрева). Частота сея "революционера" составляла 740 КГц и Интел просила 300 баксов за штуку и полугодового ожидания заказа. Это для понимания, что первый интегральные микросхемы с большой интеграцией довались достаточно сложно, а не как-то буднично. И уж тем более никак не могли увести финансовую отчестность компании в космос.
Но в 1974 году произошло событие которое малоизвестно, и самое главное прилетело с неожиданной стороны. В 1974 году СССР на всемирной выставке-ярмарке в Лейпциге предоставили серийные мощные полевые транзисторы КП901 (с током стока до 2 А и максимальным напряжением до 65 В), и получили золотую медаль выставки. Для людей, которые думают, что мировая электроника развивалась исключительно инженерами США, то могу сказать, что представленный советский прибор был двойной мировой сенсацией: первая - оказывается существует новый класс приборов "Высокочастоные n-МОП транзисторы" и вторая - оказывается существует новый класс приборов "Мощные полевые транзисторы".
После этого события все производители переключились исключительно на n-МОП транзисторы. И так получилось, что вплоть до 1975 года микросхемы на МОП-транзисторах были в основном p-типа. Конечно были единичные "заявки" на n-транзисторах, но они носили медийно-лабораторный характер. В 1975 года начался просто "парад" интегральных микросхем на n-МОП транзисторах, но для истинного коммерческого успеха - этого мало...
КМОП-технология тоже стартовала в 1975 году - микропроцессор CDP 1801 считается первым выполенный по технологии КМОП. Ну как-то так...
SIISII
12.09.2025 12:27КМОП-технология тоже стартовала в 1975 году
Неверно. 4000-я серия КМОП-микросхем малой степени интеграции производилась, кажется, с 1968-го года. Это микропроцессоры появились позже, но технология к тому времени была уже довольно хорошо отработана.
Ogura
12.09.2025 12:27Первым микропроцессором считается i4004. Но есть мнение что появился первый процессор в обстановке строжайшей секретности в Англии при участии гиганта Ferranti. Да и С-машина во многом продолжении концепции транслируемого в машинный код родственного BCPL языка опять же из Англии.
Обычно в КМОП (CMOS) (это где и N- P- каналы) цифровых микросхемах N-канальный транзистор эдак раза в 2-3 меньше им при этом реально быстрее комплементарного P-канального (с кторым они в паре работают, и который с управляемой зарядом изолированного затворра дырочной проводимостью).
Получается что P-канальный реально "тормоз", но альтернатива ему либо резистор либо как-то вклюбченный с дополнительтным напряжением и опять же через резистор N-канальный. (Расматривалось еще несколько экзотических вариантов.) Оказалось что когда P-канальныен транзисторы укдалось улучшить что они стали для микроэлектроники лучше чем резисторы.Также работа Майкл Кондри, очень похоже что опирается во многом на работы Академика Глушкова, прада относящимся не только к микроэлектроники сколько к электронной вычислительной технике вообще. Как минимум перед этим Никита Хрущев делал намеки применении вычичлительной техники (тогда еще не микропроцессорных) в передовых системах вооружения "попасть в муху". Во многом благодаря работам Глушкова (причем начатым Глушковым еще до заниятия кибернетикой). И США всячески спешили перегнать и США (да и Британию). США в конечном итого СССР перегнали точно, да и по большему счету Британию, но тогда делались шаги.
8088 ОЗУ практически адресовал 1MiB памяти но со смещением, фактически содержал встроенный диспетчер памяти для 16-ти битного адреса 64KiB. Но алдресация не единственная цель разрадности процессора.
SIISII
12.09.2025 12:27Вообще, в тырнетах пишут, что микропроцессор в США был разработан для создаваемого истребителя F-14 "Tomcat", и было это ещё в 1960-х годах -- но, есно, в силу военного характера разработки оставалось жутко засекреченным, поэтому 4004 и считается первым -- он просто публичным с самого начала был.
checkpoint
12.09.2025 12:27Вообще, в тырнетах пишут, что микропроцессор в США был разработан для создаваемого истребителя F-14 "Tomcat", и было это ещё в 1960-х годах
Сомнительно. Техпроцесс тех времен с большим трудом позволял уместить на кристалле более сотни транзисторов. Конец 60-х это стандартизация 74-й и 40-й серии. О микропроцессорах еще даже не мечтали.
SIISII
12.09.2025 12:27Ну, я б не стал категорически утверждать невозможность сего. В PDP-11/20 (1969 год) уже используются 1-битные сумматоры, в 11/40 (не позже 72-го года -- им датированы документы) -- мультиплексоры, дешифраторы и т.п. -- а это уже сотни транзисторов, диодов и резисторов (это ж ТТЛ со всеми вытекающими; на МОПах же -- почти исключительно транзисторы). В 11/03 (не позже 1975) -- уже динамическое ОЗУ на 4 Кбита, т.е. там уже тысячи транзисторов. А ведь всё это -- дешёвые по своим временам машины, сделанные на абсолютно серийных микросхемах и без диких затрат на разработку; плюс, это не ДЕКовские микросхемы, а компы разрабатываются не за месяц -- т.е. сами микросхемы были доступны, по меньшей мере, на год раньше, чем машины. Так что, думается, выкатить что-нибудь на ~3, а то и 5 тыщ транзисторов под конец 60-х для вояк могли бы (и с большой площадью кристалла -- не под стандартные на тот момент 14- и 16-ногие DIP-корпуса). В общем, надо написать петицию в Пентагон -- пускай выложат архивы :)
checkpoint
12.09.2025 12:27Не нужно никакой петиции, давно уже все выложили в открытый доступ. Есть статья на Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count
Ниже картинка из неё, из которой видно, что на уровень 1000 транзисторов на кристалл вышли только к 1970-му году. Там же упоминается про этот мифический "микропроцессор" для F-14 от 1968 года состоящий из 6 микросхем суммарной емкостью 5360 транзисторов, а всего в бортовом вычислителе 28 микросхем емкость 75 тыс транзисторов. Правильней будет называть его не "первый микропроцессор", а "первый bit-slice процессор". Но мало кто понимает различие, вот и раcтиражировали на весь тырнет.
UPD: Вот всё расписано про этот F-14's Central Air Data Computer, по корпусам и ногам микросхем. Разработка началась в 1968 по одной технологии и закончилась в 1971 году по совершенно другой. Еще пару лет протянули бы с разработкой и можно было бы весь ящик ужать до карманных размеров. ;-)
UPD2: А вот и статья на Wired которая растрезвонила эту пургу про "первый" микропроцессор.
SIISII
12.09.2025 12:27Ну, это не bit-slace -- у каждого типа микросхем свои уникальные функции, и в параллель для наращивания разрядности они не соединяются: три разных типа вычислительных блоков, но по одной микросхеме у каждого. Управляющая логика -- да, три микросхемы, но наверняка разнотипных.
Кстати, по моему личному определению это попадает под определение "микропроцессор" -- хотя это и не однокристальный микропроцессор :) Я определяю микропроцессор как процессор, собранный из малого числа узкоспециализированных микросхем, не предназначенных для создания какого-то иного процессора (а не из той или иной кучки универсальных, включая те же универсальные секции вроде i3002 или Am2901). Те же первые 16-разрядные процы Интел тоже в эту категорию попадают: полноценный процессор состоит, по меньшей мере, из 8086 и 8087 (а по-хорошему, ещё из контроллера шины и прочего обвеса), а не из одной микросхемы (одна -- это огрызок, не имеющий всей предусмотренной системы команд). Та же история у Z8000, где был отдельно процессор в узком смысле, отдельно MMU, ещё что-то там... И даже 8080: чтобы раскрыть весь потенциал системы команд, нужны внешние схемы, чтобы разделить пространства памяти и ввода-вывода (в лице системного контроллера 8228/38 или рассыпухи). Ну или взять поздние LSI-11 или нашу Электронику-60: процессор состоит из нескольких узкоспециализированных БИС. Ну, думаю, Вы поняли идею.
checkpoint
12.09.2025 12:27Да, это не bit-slice, прошу прощения. Это многокристальная ЭВМ. В статье указано множество однородных микросхем SLU, вот мне и подумалось, что это bit-sliced ALU.
Yuvitch
12.09.2025 12:27Ставку в то время делали на биполярные транзисторы — и тут было два варианта:
И дальше идёт бред
Никакого бреда нет. Автор неточно сформулировал мысль. Она должна звучать так:
Ставку в то время делали на биполярные полупроводники — и тут было два варианта:
Кремний -- биполярный полупроводник. На нем можно реализовать и n-MOS и p-MOS полевые, и n-p-n и p-n-p биполярные транзисторы. Разница в назначении: транзисторам процессора не нужны режимы усиления, характерные для биполярных транзисторов. Им нужны режимы отсечки MOS-транзисторов, и не важно с каким они каналом: индуцируемым или встроенным, т.е. что у них будет на стоке по-умолчанию.
Как альтернатива, существуют униполярные полупроводники n-типа, это где, можно считать, нет неосновных носителей p ("дырок"). Они очень дороги, но у них и назначение другое: СВЧ, связь, космос (они не боятся гамма-радиации) и, конечно, синие светодиоды.
Ogura
12.09.2025 12:27И усиление можно сказать тоже. Грубо говоря надо усилить за порог помехоустойчивости. Тогда как вход логического элемента это нагрузка. Характер нагрузки у биполярного "обычного" J-FET полевого транзистора и "полевого транзистора с изолированным затвором" (MDFFET в частности его самой распространенной версии MOSFET) отличается. Есть еще Диодная логика там вообще никак без усилителей. Мало того от усиления зависит и быстродействие.
Есть мнение что в будущем научатся делать процессоры которые будут не то что потреблять а вырабатывать электроэнергию. Тогда такая логика оправдана но пока что нужны усилители.
checkpoint
12.09.2025 12:27Статья откровенно слабовата, но про динамическу каскадную КМОП логику (CMOS domino logic) я узнал впервые. И про микропроцессор BELLMAC-80 тоже ранее не слышал. Так, что автору спасибо.
VetalD
12.09.2025 12:27зачем выбрали 4,77 МГц, я не в курсе
Всё просто. Кварц на 14.31818 МГц делим на 3 = частота процессора, делим на 4 = поднесущая NTSC.
SIISII
И дальше идёт бред. Поскольку и n-MOS, и p-MOS -- полевые транзисторы, а не биполярные. Схемотехника CMOS (по-русски КМОП) основана на использовании обоих этих типов транзисторов, а не одного из них, как схемотехники nMOS и pMOS. А биполярные транзисторы -- это совсем-совсем другое и по схемотехнике, и по технологии производства. И биполярная схемотехника (что ТТЛ, что, тем более, ЭСЛ) была намного быстрей любой, основанной на полевых транзисторах -- поэтому-то вычислительные машины и делали на микросхемах с биполярными транзисторами, а полевые оставались только для очень медленных применений. Кстати говоря, никуда это не делось, и современный КМОП был бы многократно медленнее современного ТТЛ или ЭСЛ; микропроцессоры и другие сложные схемы сейчас делают исключительно на КМОП по той причине, что от ТТЛ/ЭСЛ невозможно отворить такое количество тепла, которое они выделяли бы.
Тоже не очень соответствует действительности. 8088 мог работать и быстрей; в частности, для исходного 8088 указывают 5 МГц, для 8088-2 -- 8 МГц; зачем выбрали 4,77 МГц, я не в курсе (вообще, персоналки IBM -- это нечто противоположное мэйнфреймам IBM: крайне непродуманные, сделанные тяп-ляп и вообще defective by design с самого начала). IBM PC мог иметь память от 16 до 256 Кбайт; минимальный объём обеспечивал использование только интерпретатора Бейсика из ПЗУ в паре с магнитофоном; начиная с 32 Кбайт, можно было пользоваться дискетами.
Не были они первопроходцами. КМОП-логика уже достаточно давно выпускалась и её возможности были вполне известны. Максимум, в чём они были первыми, и то не факт, -- в использовании КМОП для микропроцессора, т.е. достаточно сложной микросхемы из нескольких тысяч транзисторов. Но, замечу, "серьёзные" машины ещё достаточно долго делали на биполярных микросхемах -- любые МОПы были слишком медленными.
checkpoint
Частота 4,77 МГц для IBM PC была обусловлена частотой тактирования видеоадаптера (MGA, CGA). Собственно как и у Atari и C64 тех времен - ширина дорожной колеи находилась в зависимости от ширины лошадинного зада.
SIISII
Ну, могли бы поставить отдельные генераторы для проца и для видео -- они стоили уже копейки, тем более, что машина-то всё ж не бытовая была.
checkpoint
А доступ к видео памяти как разделить между процом и адаптером ? А пересечение тактовых доменов ? Это же целая куча микросхем! Трехпортову память тогда еще не придумали. Поэтому во многих ПЭВМ того времени видеоадаптер работал на частоте процессора и осуществлял доступ к памяти либо в противофазе, либо на каждый второй такт (пока процессор занят декодированием инструкции). И регенерация памяти на обратном ходе луча. В общем, там много было причин по которой частоту процессора подгоняли под PAL или NTSC. У IBM PC был свой видеомонитор с интерфейсом RGBI, под него и подогнали.
SIISII
Да нет с этим никаких проблем, делали многократно и на разных машинах. Иначе как, по-Вашему, банальные УАРТы работают, у которых частота сдвига (скорость передачи) вообще никак не соотносится с частотой работы машины?
checkpoint
UART-ы реализуются оверсемплингом, с видеосигналом такой фокус на первый ПЭВМ не прокатывал.
LinkToOS
Потому что технологии были толстые. Как следствие большая емкость полевых структур.
Есть какие-нибудь исследовательские проекты которые это подтверждают?
Это касается массового продукта. Но суперкомпьютеры почему не делают на ЭСЛ? Там скорость важнее цены и прочих неудобств.
Может потому, что на десятках гигагерц сложная система будет нестабильна из-за перекрестных помех, и отражений в линиях. И это нерешаемая инженерная задача.
checkpoint
По наводке из этой статьи я прочитал про динамические каскадные КМОП структуры (Dynamic Domino CMOS Logic). Так вот, эта техника ускоряет КМОП более чем в 3 раза (если использовать Zip Network - последовательное чередование nFET и pFET ячеек) и повсеместно используется в микропроцессорах с начала 2000-х годов. Чисто статическая КМОП логика осталась уделом микроконтроллеров с режимами глубокого сна (статический КМОП почти не потребляет ток при отсутствии тактирования). Это первая причина по которой про ЭСЛ больше не вспоминают. Вторая - отсутствие производства микросхем на биполярных транзисторах с современными нанометрами. Последние 30 лет бурно развивается только производство КМОП, все остальное плетётся в хвосте. Так что сделать суперкомпьютер на ЭСЛ уже не получится - такой чип будет в десятки раз медленнее современных.