Первый в мире процессор: Первый в мире коммерческий микропроцессор Intel 4004 празднует 50-летний юбилей — Железо на DTF

Intel 4004 — Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 19:00, 28 февраля 2016.

Рис. 1 Intel 4004.

Содержание

• 1 История
  • 1.1 Основные характеристики
  • 1.2 Интересные факты
• 2 См. также

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.

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.

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.

Intel 4004, первый в мире микропроцессор, отметил свое 50-летие » DailyTechInfo

В этом месяце отмечается 50-я годовщина с момента появления Intel 4004, первого в мире коммерческого микропроцессора, упакованного в виде однокристальной схемы. Этот микропроцессор изначально был разработан для настольного калькулятора японского производства, но его появление стало тем толчком, который дал импульс появлению и дальнейшему распространению персональных компьютеров.

Официальным моментом «рождения» микропроцессора Intel 4004 стала опубликованная в ноябре 1971 года статья в журнале «Electronic News» под названием «Объявление о новой эре в микроэлектронике / Announcing a new era in integrated electronics». И именно эта статья стала дебютом первого в отрасли программируемого микропроцессора общего назначения.

Разработка процессора Intel 4004 была начата в 1969 году в рамках контракта по производству 12 заказных микросхем, предназначенных для технических прототипов калькуляторов Busicom 141-PF, разрабатываемых японской компанией Nippon Calculating Machine Corporation. В течение следующих двух лет группа компании Intel, возглавляемая Маршианом «Тед» Хофф (Marcian «Ted» Hoff), в состав которой входили Стэнли Мазор (Stan Mazor) и Федерико Фаджин (Federico Faggin), разрабатывала микропроцессор и пыталась уменьшить его до размеров единственного чипа. Полученный результат оказался столь впечатляющим, что компания Intel зарегистрировала свои авторские права на разработку и вывела новый продукт на коммерческий рынок.

То, что сделало процессор Intel 4004 столь выделяющимся, было то, что модуль CPU (Central Processor Unit) был реализован в нем на одном чипе. Все созданные ранее процессоры состояли из нескольких (десятков) интегральных схем или сотен отдельных транзисторов. Вместо этого, на небольшом чипе процессора 4004 располагалось 2300 транзисторов, соединенных в общую логическую схему.

Корпус процессора 4004 имел 16 выводов (пинов), он имел 4-битную шину и максимальную тактовую частоту в 740 кГц, что позволяло этому процессору выполнять 92600 инструкций в секунду. Несмотря на крошечные размеры, процессор 4004 имел такую же вычислительную мощность, как и первые компьютеры, появившиеся в 1946 году, которые занимали несколько больших комнат.

Появление процессора Intel 4004 «зажгло» целую череду быстрых инноваций, благодаря которым каждый из нас пользуется сейчас компьютером и имеет в кармане смартфон, который по мощности значительно превосходит даже самые из мощных суперкомпьютеров 1970-х и 80-х годов. Для сравнения, если чип процессора 4004 содержал 2300 транзисторов, то чипы современных процессоров имеют более чем 50 миллиардов транзисторов.

«Оглядываясь назад в 1970-й год, было ясно, что появление микропроцессоров изменит методы, при помощи которых мы проектируем новые системы, функционирование которых зависит не от аппаратного, а от программного обеспечения в большей мере» — рассказывает Федерико Фаджин, — «Появление первых микропроцессоров ускорило появление микропроцессоров следующего поколения, а далее этот процесс приобрел лавинообразный характер».

Ключевые слова:
Процессор, Микропроцессор, Intel, 4004, Кристалл, Транзистор, Компьютер

Первоисточник

Другие новости по теме:

100-ядерный микропроцессор Tilera бросает вызов преимуществу Intel.

Добавить свое объявление
Загрузка…

Первый в мире микропроцессор

20-разрядный конвейерный параллельный процессор с двойным резервированием, самопроверка в полете

Первый в мире микропроцессор был разработан и разработан в 1968-1970 гг. На этом сайте описываются работы по проектированию высокоинтегрированного микропроцессорного набора микросхем MOS-LSI, разработанного в июне 1968 года и завершенного к июню 1970 года. Геллер и г-н Рэй Холт в составе группы дизайнеров во время работы в Garrett AiResearch Corp по контракту с Grumman Aircraft, генеральным подрядчиком ВМС США. Чипы MOS-LSI, называемые MP944, были произведены компанией American Microsystems, Inc из Санта-Клары, Калифорния.

Набор микросхем MOS-LSI был частью Центрального компьютера данных о воздухе (CADC), который имел функцию управления движущимися поверхностями самолета и отображения информации пилота. CADC получал входные данные из пяти источников: 1) датчика статического давления, датчика динамического давления, информации аналогового пилота, датчика температуры и входного сигнала цифрового переключателя пилота. Выход CADC управлял подвижными поверхностями самолета. Это были крылья, маневровые закрылки и органы управления перчаточными флюгерами. CADC также контролировал четыре дисплея кабины для скорости Маха, высоты, воздушной скорости и вертикальной скорости. CADC представлял собой резервную систему со встроенным самотестированием в реальном времени. Любой единичный сбой одной системы приведет к переключению на другую.

Два современных кварцевых датчика, 20-битный высокоточный аналого-цифровой преобразователь, 20-битный высокоточный цифро-аналоговый преобразователь, набор микросхем МОП-БИС и очень эффективный силовой агрегат составил полный CADC. Команда из более чем 25 менеджеров, инженеров, программистов и техников из компаний AiResearch и American Microsystems в течение двух лет трудилась над достижением невиданного ранее конструкторского подвига: созданием современного, высокоинтегрированного цифрового компьютера с данными о воздухе. Предыдущие конструкции были основаны на механической технологии, состоящей из прецизионных шестерен и кулачков. Стандартная технология, используемая в коммерческих целях в течение следующих пяти лет, разработанная для суровых военных условий, позволила совершить этот подвиг.

В 1971 г. г-н Рэй Холт написал проектную статью о конструкции набора микросхем MOS-LSI, которая была одобрена для публикации в журнале Computer Design. Однако из соображений национальной безопасности ВМС США не одобрили эту статью для публикации. Г-н Холт снова попытался в 1985 году получить разрешение на бумагу, и ответ снова был отрицательным. Наконец, в апреле 1997 г. он снова начал процесс и на этот раз смог получить разрешение на публикацию от 21 апреля 1998 г.

Полное содержание этого оригинала 1971 статья «Архитектура микропроцессора» доступна здесь. Первым публичным объявлением о наборе микропроцессорных микросхем F14A MOS-LSI стала статья, опубликованная в Wall Street Journal 22 сентября 1998 г. Эта статья и детали конструкции были впервые публично представлены г-ном Рэем Холтом на фестивале Vintage Computer Festival. состоявшейся в конференц-центре Санта-Клары 26-27 сентября 1998 года.44 Микропроцессор:

1-й набор микропроцессоров

1-й аэрокосмический микропроцессор

1-й летный компьютер Fly-By-Fly

1-й военный микропроцессор

1-й производственный микропроцессор

1-й Полный интегрированный микропроцессор

9000 1-й микропроцессор

1-й полностью интегрированный микропроцессор

9000 1-й микропроцессор

.

1-й микропроцессор со встроенным запрограммированным самотестированием и резервированием

1-й микропроцессор в приложении для обработки цифровых сигналов (DSP)

1-й микропроцессор с исполнительным конвейером

1-й микропроцессор с параллельной обработкой

1-й микропроцессор со встроенными математическими сопроцессорами

1-е постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) со встроенным счетчиком

50-летний микропроцессор: как 4004 изменил мир
4004
(Фото: Томас Нгуен, CC BY-SA 4.

0, Wikimedia Commons)

Сегодня исполняется пятидесятая годовщина появления Intel 4004(Opens in a new window), возможно, первого микропроцессора, концепция, которая лежит в основе практически всех электронных продуктов, которые мы используем сегодня. Этот чип, изначально созданный для питания калькулятора японской компании Busicom(Opens in a new window), был первым действительно универсальным вычислительным чипом.

4-битная двоичная логическая микросхема 4004 была разработана в качестве альтернативы серии более специфических микросхем, использующих десятичную архитектуру, командой, в которую входили Масатоши Шима из Busicom, Тед Хофф, Стэнли Мазор и Федерико Фаггин из Intel. (Я рассказал иногда спорную историю его разработки в посте об истории 4004 несколько лет назад).

4004 представлял собой одиночный кремниевый чип размером одна восьмая на одну шестую дюйма с 2250 отдельными элементами схемы. Он был частью набора микросхем, который также включал микросхему памяти только для чтения, предназначенную для хранения программ (4001), небольшую микросхему ОЗУ (4002) и 10-битный регистр ввода-вывода для передачи данных в главный процессор и удалить результаты (4003).

Концепция «компьютера на чипе» не была новой, когда был создан 4004, но устройство доказало, что его можно построить с помощью технологии, доступной в 1971 году, и что для таких устройств существовал рынок. Действительно, в то же время в других фирмах реализовывалось еще несколько проектов с аналогичными целями. Но 4004 появился на рынке первым.

Причина, по которой процессор 4004 считается таким важным, заключается в том, что он заложил основу для микропроцессоров общего назначения, которым в конечном итоге предстояло стать рабочей лошадкой современной электроники. Вскоре за ним последовал 8-битный 8008, который затем привел к 8080, который использовался в Altair 8080, возможно, первом крупном персональном компьютере; а затем к 8086/8088, преемнику, который в конечном итоге стал сердцем IBM PC. Конечно, 4-битные вычисления уступили место 16-битным, затем 32-битным, а затем современному стандарту 64-битных вычислений.

Важно не только семейство микропроцессоров Intel. За 4004 последовали микропроцессоры от всевозможных других компаний, что привело к множеству различных архитектур и множеству приложений. (В первые годы TI, Zilog и Motorola были крупными конкурентами; вскоре AMD стала крупнейшим конкурентом Intel; а совсем недавно мы увидели множество проектов, использующих архитектуру ARM, которая используется почти во всех телефонах и в большинстве низкопроизводительных телефонов. устройства питания.)

Практически вся современная электроника питается от микропроцессора общего назначения: ПК, мобильные телефоны, цифровые телевизоры, умные колонки, умные часы и многое другое. Чипсы теперь являются важными ингредиентами во многих других продуктах, от автомобилей и самолетов до бытовой техники. Ничего из этого не произошло бы без микропроцессора.

Размышляя о 50-летии этого важного чипа, полезно помнить, насколько мощнее современные процессоры; и как, несмотря на препятствия, этот прогресс продолжается. Но ничего из этого не произошло бы без первого микропроцессора 4004.