Intel 4004

Рис. 1 Intel 4004.

История

До 1971 года микросхемы выполняли узкоспециальные, раз и навсегда «зашитые» в них функции, пока молодая компания Intel, взявшись за исполнение заказа японской компании Busicom, не столкнулась с серьезными трудностями. Заказчику требовалось 12 различных микросхем для одной из моделей программируемого калькулятора, а ресурсы Intel не позволяли освоить подобный масштабный заказ. Идея, пришедшая в голову одному из сотрудников Intel, Тедду Хоффу, блестяще решила эту проблему и положила начало всей микропроцессорной индустрии. Мысль, что и говорить, была просто шикарная – создать универсальную схему, которая могла бы выполнять арифметические и логические функции сразу нескольких микросхем. Так 15 ноября 1971 года на свет появился первый в мире микропроцессор - четырехразрядное детище фирмы Intel i4004. Впервые процессор Intel 4004 был упомянут в рекламе в журнале Electronic News, реклама гласила: «Представляем новую эру интегрированной электроники». Процессор 4004 совершил революцию, так как впервые объединил необходимые элементы программируемого компьютера в едином чипе. Чип представлял собой 4-разрядный процессор с классической Гарвардской архитектурой. Микропроцессор i4004 насчитывал 2300 транзисторов, изготавливался по технологии 10 мкм, работал на тактовой частоте 108кГц и был упакован в пластмассовый или металлокерамический DIP-корпус с 16 выводами. Напряжение питания составляло 15В.

Микропроцессор имел трехуровневый адресный стек, блок из 16-ти 4-битных регистров общего назначения (РОН), 4-разрядное параллельное АЛУ, аккумулятор, регистр команд с дешифратором команд и схемой управления, а также схему связи с внешними устройствами. Все функциональные узлы объединялись между собой 4-разрядной шиной данных. Память команд составляла 4 Кбайт. При этом чип мог адресовать до 640 байт памяти. Набор инструкций i4004 по нашим меркам негуст - всего 46 инструкций (41 — 8-разрядные, 5 — 16-разрядные.

I4004(1).png

Как видим, i4004 обладал всеми функциями центрального процессора и мог быть с успехом применен для создания действующих компьютеров. Тем не менее, он не нашел себе применения в компьютерной индустрии – его вычислительной мощности с избытком хватало для превосходства над компьютерами 50-х годов, но на дворе было начало семидесятых – мощности ЭВМ были совсем иными. Применялся же микропроцессор в основном в калькуляторах, для управления бытовой электроникой и промышленным оборудованием.

I4004(2).png

Кстати, микропроцессор i4004 поставлялся и работал в комплекте со вспомогательными микросхемами (i4001 (ROM), i4002 (RAM), i4003 (расширитель ввода-вывода), i4008 (фиксатор адреса) и i4009 (преобразователь доступа ввода-вывода)). Семейство i400x было фактически первым чипсетом и получило специальное название MCS-4.

Хотя сама идея показала себя весьма многообещающей, чипсет MCS-4 так и не стал хитом продаж.

Основные характеристики

  • Выпущен 15 ноября 1971 года
  • Разработка 12 мс для калькулятора, потом свели к 4 мс
  • Мощный 4-х битный процессор
  • Тактовая частота около 125кГц
  • Не имел прерываний
  • Память команд (ПЗУ) 4кБ
  • Любая инструкция 8 бит
  • Аппаратный стек
  • 16 РОН'ов
  • Аккумулятор
  • Частота синхронизации: 740 кГц (делится на 8 до тактовой, в описании указана как минимальный период тактирования (clock period) 1,35 микросекунд)
  • Гарвардская архитектура
  • Внутренний 3-уровневый стек
  • Объём адресуемой памяти: 640 байт
  • Количество регистров: 16 4-битных (могут быть использованы, как 8 8-битных)
  • Количество транзисторов: 2250
  • Площадь кристалла (кв. мм): 12
  • Техпроцесс (нм): 10000 (10 мкм)
  • Напряжение питания: -15 В (pMOS)
  • Разъём: микросхема непосредственно впаивалась в печатную плату либо устанавливалась в специальный слот;
  • Корпус: 16-контактный: plastic DIP, ceramic DIP
  • Поддерживаемые технологии: 46 инструкций (из которых 41 — 8-разрядные и 5 — 16-разрядные)

Интересные факты

Мощный и компактный

Этот революционный микропроцессор, имеющий размеры 1/8 дюйма на 1/6 дюйма (размер ногтя), имел такую же вычислительную мощность, как первый электронный компьютер ENIAC*, созданный в 1946 году, занимавший целую комнату и использовавший 18000 вакуумных трубок.

Количество транзисторов

Современные процессоры Intel® Core™2 Duo содержат более 291 миллиона транзисторов. Это в 100000 раз больше, чем в процессорах 4004 (2300 транзисторов), когда они впервые появились в 1971 году.

Человеческий волос

Ширина линии соединения цепи в микропроцессорах Intel 4004 составляла 10 микрон или 10000 нанометров. В современных микропроцессорах Intel ширина линии соединения цепи составляет 0,065 микрон или 65 нанометров. Нанометр – это одна миллиардная часть метра. Для сравнения, диаметр человеческого волоса составляет примерно 100 микрон или 100000 нанометров.

Производство

Микропроцессоры Intel 4004 первоначально изготавливались на двухдюймовых, а позднее - на трехдюймовых подложках. Современные микропроцессоры изготавливаются на 12-дюймовых или 300-миллиметровых подложках. Микропроцессор Intel 4004 уникален тем, что явлется одним из самых миниатюрных микропроцессоров, когда-либо выпускавшихся для коммерческих целей. Микропроцессор 4004 имеет 5 слоев. Вначале был F-14 CADC…

15 ноября 2011 г. – микропроцессору Intel® 4004 исполнилось 40 лет. «В течение следующих 40 лет будет совершено столько открытий, сколько было совершено за 10,000 лет человеческой истории», - подчеркнул Джастин Раттнер (Justin Rattner) глава Intel по технологиям.


Если верить некоторым источникам, творцами первого микропроцессора были вовсе не инженеры фирмы Intel, а два американских инженера Рэй Холт и Стив Геллер. Еще в 1968 году они якобы создали 20-разрядный чип SLF (Special Logic Function), который содержал арифметическое вычислительное устройство (ALU), декодер инструкций и поддерживал управляемую логику.

Работы над чипом были строго засекречены, что не удивляет, поскольку он разрабатывался для нужд военной промышленности. Точнее, чип SLF был основой бортового компьютера CADC (Central Air Data Computer) и предназначался для использования в принципиально новом для того времени истребителе F-14 с изменяемой геометрией крыла.

Для нужд бравых американских летчиков требовался не абы какой чип, а поддерживающий слова длиной как минимум 20 разрядов, сопрягавшийся с аналоговой и цифровой аппаратурой, умеющий решать задачи в масштабе реального времени и вдобавок оптимизированный для одновременного выполнения нескольких интенсивных вычислительных процессов (так, в F-14 из-за больших объемов вычислений использовалось одновременно три (!) синхронно работающих микропроцессора SLF). Чип якобы также обладал специально разработанным для него математическим сопроцессором.

Как также сообщается, по окончании работ над CADC Рэй Холт устроился в компанию AMI, которая в 1972 году сочла, что у микропроцессоров нет будущего, и закрыла это направление.

А рассекречены данные по F-14 CADC были только в 1998 году.

См. также

  1. "i4004" материал из Википедии — свободной энциклопедии.