Lịch sử ra đời của Vi xử lý/Vi điều khiển

Giới thiệu

Sự phát triển mạnh mẽ của vi điều khiển như ngày hôm nay là nhờ công nghệ mạch tích hợp. Công nghệ này đã cho phép chúng ta lưu trữ hàng trăm nghìn bóng bán dẫn vào một con chip, mở đầu cho việc sản xuất các bộ vi xử lý. Các máy tính đầu tiên được tạo ra bằng cách kết hợp các thiết bị ngoại vi bên ngoài vào bộ vi xử lý chính như bộ nhớ, các bus vào ra, các bộ định thời … Theo thời gian, việc tăng thêm mật độ tích hợp đã tạo ra các loại chip đầu tiên, có chứa cả bộ xử lý, các thiết bị ngoại vi, mà chúng ta quen gọi là vi điều khiển. Vậy mọi thứ đã bắt đầu phát triển từ đâu?

Trở về quá khứ…

Tại Châu Á, vào năm 1969, một nhóm các kỹ sư Nhật Bản từ BUSICOM đã đến Mỹ để đặt hàng một vài vi mạch tích hợp cần thiết cho các máy tính được thiết kế theo dự án của họ. Yêu cầu này được gửi đến INTEL, và Marcian Hoff là người phụ trách của dự án đó. Là người có kinh nghiệm trong lĩnh vực điện tử máy tính, ông đề xuất một ý tưởng mới, thay vì ý tưởng thiết kế được đưa ra trước đó. Giải pháp này là thiết kế các vi mạch hoạt động đúng theo chương trình được lưu trữ trong chính bản thân nó. Điều này có nghĩa là cấu hình vi mạch sẽ đơn giản hơn, nhưng nó sẽ đòi hỏi nhiều không gian bộ nhớ hơn so với giải pháp được đề xuất bởi các kỹ sư Nhật Bản. Sau một thời gian, trong khi các kỹ sư Nhật Bản vẫn cố gắng tìm một giải pháp dễ dàng hơn, thì ý tưởng của Marcian đã được hiện thực và bộ vi xử lý đầu tiên đã ra đời. Một cộng sự lớn của Marcian, góp phần biến ý tưởng trở thành sản phẩm đó là Federico Faggin. Chín tháng sau khi thuê anh ta, Intel đã thành công trong việc phát triển một sản phẩm từ ý tưởng ban đầu đó. Năm 1971, Intel có được quyền bán mạch tích hợp này. Trước đó, Intel đã mua lại bản quyền từ BUSICOM, trở thành kho báu của Intel. Trong năm đó, một bộ vi xử lý được gọi là 4004 xuất hiện trên thị trường. Đó là bộ vi xử lý 4-bit đầu tiên với tốc độ 108KHz, số lượng bóng bán dẫn là 2.300.

Không lâu sau đó, một công ty Mỹ là CTC yêu cầu Intel và Texas Instruments sản xuất một bộ vi xử lý 8-bit để sử dụng trong các thiết bị đầu cuối. Mặc dù CTC đã từ bỏ dự án này, nhưng Intel và Texas Instruments vẫn tiếp tục nghiên cứu bộ vi xử lý mới và vào tháng tư năm 1972, các bộ vi xử lý 8-bit đầu tiên được gọi là 8008 xuất hiện trên thị trường. Nó sở hữu 16kb bộ nhớ, với tốc độ 200KHz, số lượng bóng bán dẫn là 3.500. Bộ vi xử lý này là tiền thân của tất cả các bộ vi xử lý ngày nay. Intel tiếp tục phát triển nó và trong tháng 4 năm 1974 tiếp tục tung ra một bộ xử lý 8-bit được gọi là 8080. Nó sở hữu 64Kb bộ nhớ, với tốc độ 2MHz, và số lượng bóng bán dẫn là 6.000.

Một công ty khác của Mỹ có tên là Motorola, nhanh chóng nhận ra thị trường tiềm năng này, do đó họ tung ra bộ vi xử lý 8-bit 6800. Phụ trách chính của họ là Chuck Peddle. Ngoài bộ vi xử lý riêng của mình, Motorola là công ty đầu tiên sản xuất thiết bị ngoại vi khác như 6820 và 6850. Vào thời điểm đó, nhiều công ty nhận ra tầm quan trọng của bộ vi xử lý và bắt đầu phát triển nó. Chuck Peddle lúc này rời Motorola để làm việc cho MOS Technology và tiếp tục tập trung phát triển các bộ vi xử lý.

Tại triển lãm WESCON ở Mỹ vào năm 1975, một sự kiện quan trọng trong lịch sử của các bộ vi xử lý đã diễn ra. Tập đoàn MOS Technology công bố rằng vi xử lý 6501 và 6502 đã được bán ở mức $25 một bộ, mọi khách hàng quan tâm có thể mua ngay lập tức. Thông tin này thậm chí khiến cho người ta nghĩ rằng đây là một kiểu lừa đảo, vì mức giá của các công ty cạnh tranh đã bán 8080 và 6800 là ở mức $179 mỗi bộ. Vào ngày đầu tiên của triển lãm, để đáp trả lại với đối thủ cạnh tranh, cả Motorola và Intel cắt giảm giá của các bộ vi xử lý của họ đến $69,95. Motorola cáo buộc MOS Technology và Chuck Peddle vi phạm bản quyền đã được bảo vệ cho bộ vi xử lý 6800. Do đó, MOS Technology ngừng việc sản xuất 6501, nhưng vẫn duy trì sản xuất 6502. Đó là các bộ vi xử lý 8-bit với 56 tập lệnh và khả năng truy cập trực tiếp 64Kb bộ nhớ. Do giá thấp, 6502 đã trở thành rất phổ biến, do đó nó đã được cài đặt vào máy tính như KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Commodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra và nhiều thiết bị khác. Rất nhanh sau đó, nhiều công ty đã bắt đầu sản xuất 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh, Commodore, vượt qua cả MOS Technology). Trong năm thịnh vượng 1982, bộ vi xử lý này đã được bán với tốc độ khủng khiếp, 15 triệu bộ xử lý một năm!

Các công ty khác không muốn từ bỏ thị trường này. Frederico Faggin đã rời Intel và bắt đầu tại công ty Zilog Inc. Năm 1976 Zilog công bố Z80. Khi thiết kế bộ vi xử lý này Faggin đã có một quyết định rất quan trọng. Đó là nhận thấy 8080 đã rất phát triển và ông nhận ra rằng nhiều người sẽ vẫn trung thành với bộ xử lý đó vì chi phí cho việc thay thế, viết lại toàn bộ các chương trình sẽ rất lớn. Và ông quyết định rằng một bộ xử lý mới sẽ có thể tương thích với 8080, tức là nó có để có thể thực hiện được tất cả các chương trình đã viết cho 8080. Bên cạnh đó, nhiều tính năng khác đã được thêm vào, để cho Z80 là bộ vi xử lý mạnh mẽ nhất tại thời điểm đó. Nó đã có thể truy cập trực tiếp đến 64Kb địa chỉ bộ nhớ, đã có 176 tập lệnh, một số lượng lớn thanh ghi, bộ nhớ RAM mới, một nguồn cung cấp điện duy nhất, tốc độ hoạt động lớn hơn …v…v. Các bộ vi xử lý Z80 là một thành công lớn và tất cả mọi người đã thay thế 8080 thành Z80. Chắc chắn là Z80 là bộ vi xử lý 8-bit thương mại thành công nhất tại thời điểm đó. Bên cạnh Zilog, các nhà sản xuất mới khác như Mostek, NEC, SHARP và SGS xuất hiện sớm. Z80 là trung tâm của nhiều máy tính như: Spectrum, Partner, TRS703, Z-3 và Galaxy.

Năm 1976, Intel đã đưa ra một phiên bản nâng cấp của bộ vi xử lý 8-bit được gọi là 8085. Tuy nhiên, Z80 vẫn tốt hơn rất nhiều và Intel thất bại với bộ vi xử lý mới. Mặc dù một vài bộ vi xử lý khác tiếp tục xuất hiện trên thị trường (6809, 2650, SC / MP), nhưng Z80 đã chấm dứt mọi cơ hội. Không có những cải tiến lớn, các bộ vi xử lý khác đã không thể làm thay đổi lựa chọn của các nhà sản xuất, do đó cuối cùng 6502 và Z80 cùng với 6800 vẫn là đại diện chính của các bộ vi xử lý 8-bit thời điểm đó.