インテルは4004から始まる
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8008と8080
4004はマイクロプロセッサ事業においてインテルの名声を確立し、この状況を打開するため、インテルは新しい8ビットプロセッサ製品ラインを発表しました。1972年に8008が最初に登場し、続いて1974年に8080、1975年に8085が発売されました。8008はインテルが初めて製造した8ビットプロセッサでしたが、その前身や後継機である8080ほど注目されていません。8008は8ビット単位でデータを処理できるため、4004よりも高速でしたが、クロック周波数は200kHzから800kHzと比較的控えめで、8008の性能は多くのシステム開発者の関心を引くものではありませんでした。8008は10マイクロメートルのトランジスタ技術を採用していました。
インテルの8080は、はるかに大きな成功を収めました。8008の設計を拡張し、新しい命令を追加し、6マイクロメートルのトランジスタを採用しました。これにより、インテルはクロック周波数を2倍以上に高めることができ、1974年当時最高性能だった8080チップは2MHzで動作しました。8080は数え切れないほどのデバイスに使用され、当時設立されたばかりのマイクロソフトをはじめとする多くのソフトウェア開発者が、インテルのプロセッサ向けソフトウェアの開発に注力するようになりました。
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最終的に8086がリリースされると、このソフトウェアとの後方互換性を維持するために、8080とのソースコード互換性が確保されました。その結果、8080と主要なハードウェア要素は、これまでに製造されたすべてのx86ベースプロセッサに搭載されており、8080ソフトウェアは技術的にはどのx86プロセッサでも動作可能です。
8085 は本質的には 8080 のより安価で高クロックの派生型であり、影響力は劣るものの同様に非常に成功した。
8086: x86の始まり
Intel初の16ビットプロセッサは8086で、これにより以前の設計に比べてパフォーマンスが大幅に向上しました。低価格帯の8088よりもクロック速度が速かっただけでなく、16ビットの外部データバスと6バイトのプリフェッチキューを採用しました。また、16ビットタスクの実行も可能でした（ただし、当時のソフトウェアのほとんどは8ビットプロセッサ用に設計されていました）。アドレスバスは20ビットに拡張され、8086は最大1MBのメモリにアクセスでき、パフォーマンスが向上しました。
8086 は初の x86 プロセッサでもあり、x86 ISA の最初のリビジョンを採用しました。8086 の導入以降、AMD や Intel が作成したほぼすべてのプロセッサは、このリビジョンをベースとしています。
インテルはほぼ同時期に8088も開発しました。このプロセッサは8086をベースにしていましたが、データライン数は半分、プリフェッチキューは4バイトでした。しかし、バス幅が狭くなったことで命令フェッチ速度が低下し、インテルの実行ユニットがアイドル状態になる時間が長くなり、バランスが崩れました。8088は最大1MBのRAMにアクセスでき、以前のプロセッサよりも高い周波数で動作しましたが、8086よりもかなり低速でした。
80186と80188
Intelは8086の後継として、同様の16ビットアーキテクチャを採用した複数のプロセッサをリリースしました。最初のプロセッサは組み込みアプリケーション向けの80186でした。これを実現するため、Intelはクロックジェネレータ、割り込みコントローラ、タイマーなど、通常はマザーボードに搭載されているハードウェアをCPUに統合しました。その結果、特定の命令は80186で8086よりも大幅に高速に動作しました。これはクロック周波数が同じであっても顕著でした。しかし当然のことながら、Intelはパフォーマンスをさらに向上させるため、CPUの周波数を徐々に引き上げていきました。
低価格帯の80188も同様に、プロセッサに複数のハードウェアが統合されていました。しかし、8088と同様に、データバスは半分に削減されていました。
80286: メモリ増設でパフォーマンス向上
80286 は 80186 と同じ年にリリースされ、ほぼ同じ機能を備えていましたが、アドレス バスが 24 ビットに拡張され、プロセッサが最大 16 MB のメモリにアクセスできるようになりました。
iAPX 432
iAPX 432は、Intelがx86ポートフォリオから完全に異なる設計へと転換を図った初期の試みでした。IntelはiAPX 432が他の製品よりも数倍高速になると期待していましたが、最終的には重大な設計上の欠陥により失敗に終わりました。x86プロセッサは比較的複雑ですが、iAPx 432はCISCを全く新しいレベルの複雑さへと引き上げました。ハードウェア設計がかなり大規模だったため、Intelは2つの独立したダイで構成せざるを得ませんでした。また、このプロセッサは大量のデータを処理するため、非常に高い帯域幅がなければ十分なパフォーマンスを発揮できませんでした。iAPX 432は8080や8086を上回る性能を発揮しましたが、すぐに新しいx86製品に追い抜かれ、最終的には開発中止となりました。
i960: インテル初のRISC
Intelは1984年に最初のRISCプロセッサを開発しました。このプロセッサは、セキュアな組み込みソリューションとして設計されていたため、同社のx86プロセッサの直接的な競合製品として設計されたわけではありませんでした。内部的には、Berkeley RISC設計コンセプトを採用した32ビット・スーパースカラ・アーキテクチャでした。最初のi960プロセッサはクロック周波数が比較的低く、最も遅いモデルでも10MHzで動作していましたが、その後数年かけて改良が進められ、小規模な工場への移行によって最大100MHzまで動作できるようになりました。また、4GBの保護メモリもサポートしていました。
i960 はビジネス システムだけでなく軍事システムでも広く使用されました。
80386: x86が32ビットになる
Intel初の32ビットx86プロセッサは、1985年にリリースされた80386でした。このプロセッサの大きな利点の一つは、32ビットのアドレスバスを搭載し、最大4GBのシステムメモリをサポートできたことです。これは当時、誰も使っていなかったメモリ容量をはるかに上回るものでしたが、RAMの制限は、以前のx86プロセッサや競合プロセッサのパフォーマンスをしばしば阻害していました。現代のCPUとは異なり、80386がリリースされた当時は、RAM容量を増やすとほぼ確実にパフォーマンスが向上しました。Intelはまた、両方のシステムが同量のRAMを使用していたとしても、80286を上回るパフォーマンスを実現するいくつかのアーキテクチャ強化を実装しました。また、仮想モード処理もサポートし、マルチタスクのサポートを強化しました。
インテルは、より手頃な価格の製品ラインナップをセグメント化するため、80386SXも発表しました。このプロセッサは80386とほぼ同じで、32ビットアーキテクチャを採用していましたが、コスト削減のためデータバスの半分が16ビットに削減されました。
i860
1989年、Intelはx86プロセッサからの脱却を再び試み、i860と呼ばれる新しいRISC CPUを開発しました。以前のi960とは異なり、このCPUはデスクトップ市場で競合できる高性能モデルとして設計されましたが、設計には問題がつきものでした。最大の欠点は、プロセッサの性能が、ソフトウェアが最初に作成された際に命令を実行順序に並べるコンパイラに完全に依存していたことです。これにより、Intelはi860のダイサイズと全体的な複雑さを抑えることができましたが、プログラムをコンパイルする際にすべての命令を最初から最後まで正しく並べることはほぼ不可能でした。そのため、CPUは問題を回避しようと試みる間、常にストール状態になっていました。
80486: FPUの統合
Intelの80486は、パフォーマンス面で更なる飛躍を遂げました。成功の鍵は、CPUへのコンポーネントのより緊密な統合でした。80486は、L1キャッシュを搭載した最初のx86 CPUでした。初期の80486モデルは、オンダイに8KBのキャッシュを搭載し、1000nmプロセスで製造されていました。しかし、設計が600nmに移行すると、L1キャッシュのサイズは倍増し、16KBになりました。
Intelは、それまで独立した機能処理ユニットであったCPUにFPUを組み込みました。これらのハードウェアをホストプロセッサに移動することで、それらの間のレイテンシが大幅に短縮されました。80486は、帯域幅を拡大するためにより高速なFSBインターフェースを採用し、コアにはIPCを向上させるための様々な調整が加えられました。これらの変更により、80486のパフォーマンスは大幅に向上し、ハイエンドモデルは旧型の80386よりも数倍高速になりました。
最初の80486プロセッサは50MHzに達し、その後、改良された600nmプロセスを採用したモデルでは100MHzまで高速化されました。Intelは、低予算ユーザーをターゲットに、FPUを無効化した80486SXというバージョンもリリースしました。
P5: 最初のペンティアム
Pentiumは1993年に登場し、80x86の数値体系に従わない初のIntel x86プロセッサとなりました。Pentiumは内部的に、Intel初のx86スーパースカラ設計であるP5アーキテクチャを採用していました。Pentiumはあらゆる面で80486よりも高速でしたが、最も顕著な特徴は大幅に改良されたFPUでした。初代PentiumのFPUは、80486の旧式ユニットの10倍以上も高速でした。これは、後年、IntelがPentium MMXをリリースした際に、さらに重要な機能となりました。このプロセッサはアーキテクチャ的には初代Pentiumと同じでしたが、Intelの新しいMMX SIMD命令セットをサポートし、パフォーマンスを大幅に向上させました。
Intelは、PentiumプロセッサのL1キャッシュサイズを80486と比較して増加させました。初期のPentiumは16KBでしたが、Pentium MMXでは32KBにまで増加しました。当然のことながら、これらのプロセッサはより高いクロック速度で動作しました。初期のPentiumプロセッサは800nmトランジスタを使用し、動作周波数はわずか60MHzでしたが、その後のリビジョンではIntelの250nmプロセスに移行し、動作周波数は300MHzまで向上しました。
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マイケル・ジャスティン・アレン・セクストンは、Tom's Hardware USの寄稿ライターです。CPUとマザーボードを専門に、ハードウェアコンポーネントのニュースを執筆しています。
