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

история развития, внешний вид, его эволюция

4.9к
0

Corvine Dallas

Совсем скоро – 15 ноября 2021 года – исполнится 50 лет микропроцессору Интел 4004, сделавшим революционный переворот в развитии мировой электроники. Это не самый первый процессор в мире. Примерно за год до того, как в научных и коммерческих журналах появилось описание Intel 4004, военные для своих нужд разработали и внедрили процессор F14 CADC. По понятным причинам изобретение долгое время было засекречено, а Интел 4004 стал первым коммерческим вариантом.

Интегральные микросхемы, выпускаемые на основе МОП-транзисторов, появились ещё в 60-е годы. Их использовали для создания калькуляторов, терминалов, для бортовых систем гражданского и военного авиатранспорта. Изначально они были довольно громоздкими и могли выполнять небольшое количество операций. Но довольно быстро за счет увеличения количества транзисторов и уменьшения их физического размера инженеры-разработчики создали микросхемы, способные выполнять до 100 операций. Тогда-то и появилась мысль о том, чтобы создать первый в мире процессор.

Как это произошло?

В начале 70-х годов скромная японская компания «Ниппон Калкулэйтинг Машин, Лимитед», позже переименованная в Busicom Corp., специализировалась (что очевидно из названия) на выпуске калькуляторов. В те времена для каждого нового гаджета приходилось разрабатывать специальный набор микросхем с чрезвычайно узкой специализацией. Японцам понадобилось 12 подобных разработок, которые они заказали фирме Intel.

Приступив к выполнению заказа, инженер компании Маршиан Эдвард Хофф представил на обсуждение идею о снижении количества микросхем для японских гаджетов и использовании единого центрального процессора, который стал бы выполнять все необходимые функции логики и арифметики сразу для всех микросхем. Идея понравилась всем и сразу. На исходе 1969 года М. Э. Хофф в сотрудничестве со С. Мэйзором предложили инновационную архитектуру четырёхразрядного центрального процессора с минимальным количеством микросхем. Их сократили до 4.

За реализацию идеи Хоффа взялся итальянский физик Федерико Фаджин. Он использовал всё ту же технологию МОП (металл-оксид-полупроводник, с которой много и успешно работал раньше. Именно он стал проектировщиком семьи Micro Computer Set 4-bit или MCS-4 от Intel. Датой очередного технического переворота официально считается 15.11.71 (год создания первого процессора на одном кристалле), когда на страницах популярного американского специализированного журнала «Электроникс Ньюс» появилась информация-представление чипа 4004, вобравшего в себя все функции большого компьютера в одном-единственном кристалле. О революционном прорыве (всего за 25 лет работы) говорят такие цифры: микропроцессор Intel 4004 имел размеры ⅛ х ⅙ дюйма (12 квадратных миллиметров) и обладал такой же мощностью, как первый электронный компьютер образца 1946 года, имевший 1800 вакуумных трубок и занимавший отдельную комнату.

Технические характеристики

Что такое процессор первого поколения? По сегодняшним меркам технические возможности Интел 4004 были более чем скромные. Он производился по 10-мкм техпроцессу, имел 2250 транзисторов, был оснащён 4-х битной шиной и функционировал с частотой 108 кГц, что позволяло проводить 92,6 тыс. операций в секунду. Внутренний стек имел всего три уровня. Объем ПЗУ составлял 4 Кб, оперативной памяти – 640 байт, а частота синхронизации – 740 кГц. Разрядность шины данных составляла 4 бит, а шины адреса — 12 бит. Процессор имел возможность обратиться к 16 портам ввода и такому же количеству портов вывода.

Почему 4004 и что означает латинская буква перед цифрами?

Каждой категории продукции присваивалось свое число. Микросхемы памяти типа PMOS -чипы были первым видом продукции, произведенной Интел. Он получил нумерацию 1ххх. Следующей увидела свет микросхема типа NMOS . Ей присвоили индекс 2ххх, четырёхразрядным микропроцессорам – нумерацию 4xxx. Следующая цифра (вторая) обозначает вид изделия: ноль — процессоры, тройка — микросхемы ROM, шестёрка — микросхемы PROM. Последние два цифровых символа обозначают порядковый номер изделия. Самый первый в мире коммерческий процессор от Интел был оснащён 3 микросхемами (ROM, RAM и расширителем ввода-вывода). Они были выпущены раньше самого процессора, поэтому в нумерации изделия появилась последняя четвёрка (4004).

Упаковка

Самые ранние версии процессоров Intel MCS-4 имели керамическую упаковку со специфическими полосками белого и серого цвета на «спине» чипов. В связи с этим их ещё иногда называют «упаковкой с серыми следами». Обозначалось такое изделие буквой «С», стоящей перед цифрами 4004. Сегодня эти версии процессора высоко ценятся у коллекционеров и достаточно дорого стоят (до 400 долларов). Позже корпуса стали делать чисто белыми и тоже обозначать как С4004, а затем – темно-серыми с маркировкой «D». Более поздние версии имеют пластмассовый корпус и маркируются литерой «Р».

На протяжении всех 50 лет, прошедших с момента презентации, самый первый коммерческий процессор эволюционировал семимильными шагами: разрядность его микропроцессоров последовательно увеличивалась, достигнув 64, появилась кэш-память, общее количество транзисторов достигло миллиарда, значительно возросла логическая сложность архитектуры, частота перевалила за 4 ГГц. Но, судя по всему, – это далеко не предел. Рекомендуем также ознакомится со статьёй «7 лучших моделей ноутбуков».

Или через Email

Email

Пароль

ЗАБЫЛИ? Запомнить меня

Восставновить пароль

НАЗАД

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.

Chip Hall of Fame: Intel 4004 Microprocessor

Лучи восходящего солнца едва достигли предгорья Силиконовой долины, но Марсиан Э. (Тед) Хофф-младший уже по локоть в электронных компонентах копается стопки пыльных печатных плат. Это ежемесячный блошиный рынок в Футхилл-колледже, и он редко его пропускает.

Тед Хофф — легенда электронной индустрии. Будучи менеджером по исследованиям в Intel Corp., тогда базировавшейся в Маунтин-Вью, он понял, что кремниевая технология продвинулась до такой степени, что при тщательном проектировании полноценный центральный процессор может поместиться на кристалле. Вместе со Стэнли Мазором и Федерико Фаггином он создал первый коммерческий микропроцессор Intel 4004.

Эта статья была впервые опубликована как «Marcian E Hoff». Он появился в выпуске IEEE Spectrum за февраль 1994 года. Версия в формате PDF доступна на IEEE Xplore. Фотографии появились в оригинальной печатной версии.

Но для Хоффа микропроцессор был всего лишь одной из многих вспышек на пути его долгого увлечения электроникой. Его страсть к этой области привела его из нью-йоркских магазинов подержанной электроники в элитные университетские лаборатории, через напряженные первые годы революции микропроцессоров и суматоху в индустрии видеоигр, и, наконец, к его сегодняшней работе: высокотехнологичному частному сыщику.

Довольно рано в детстве Хофф понял, что лучший способ перестать быть ребенком и стать немного сильнее — это понять, как все устроено. Он начал свои исследования с химии. К 12 годам он перешел к электронике, собирая вещи из деталей, заказанных из Каталога радиосвязи союзников, комплекта коротковолнового радиоприемника и излишков реле и двигателей, собранных из мусора на предприятии его отца, компании General Railway Signal Co. , в Рочестере. , Нью-Йорк. Затем в старших классах, работая в основном с подержанными компонентами, он построил осциллограф, и это достижение он использовал для работы техническим специалистом в General Railway Signal.

Хофф вернулся к этой работе во время перерывов в учебе в политехническом институте Ренсселера, Троя, штат Нью-Йорк. Несколько лет началось с того, что Хофф пришел в лабораторию General Railway и обнаружил, что два лучших осциллографа исследователей сломаны. Он ремонтировал ультрасовременные Tektronix 545, а затем переходил к более интересным вещам, таким как изобретение схемы слежения за движением поездов на звуковой частоте и устройства молниезащиты, благодаря которым он получил два патента еще до того, как вышел из подросткового возраста.

Самым лучшим в этой работе, вспоминал Хофф, был доступ к компонентам, которые были выше бюджета большинства студентов-инженеров в 1950-х годах — например, к транзисторам и даже к только что представленному силовому транзистору. Он защитил дипломную работу о транзисторах, используемых в качестве переключателей, и денежный приз, который он за нее получил, быстро пошел на покупку собственного прицела Heathkit.

Ранние нейронные сети

Хоффу нравились инженерные курсы в Ренсселере, но не узкая направленность самого колледжа. Он хотел расширить свой кругозор, как в интеллектуальном, так и в географическом плане (он никогда не был дальше, чем в нескольких милях к западу от Ниагарского водопада), поэтому выбрал Калифорнийский Стэнфордский университет для получения аспирантуры. Работая над докторской диссертацией. там он проводил исследования в области адаптивных систем (которые сегодня называются нейронными сетями) и вместе со своим научным руководителем Бернардом Уидроу получил еще два патента.

«У него был игрушечный поезд, который двигался туда-сюда под управлением компьютера, балансируя на метле. Я видел в нем сумасшедшего изобретателя, сумасшедшего ученого».
— Стэнли Мазор

Его коллега по Intel Мазор, ныне менеджер по обучению в Synopsys Inc. , Маунтин-Вью, Калифорния, вспомнил встречу с Хоффом в его лаборатории в Стэнфорде.

«У него был игрушечный поезд, который двигался взад и вперед под управлением компьютера, балансируя на метле», — сказал Мазор. «Я видел в нем сумасшедшего изобретателя, сумасшедшего ученого».

После получения степени Хофф остался в Стэнфорде еще на шесть лет в качестве постдокторанта, продолжая работу над нейронными сетями. Сначала его группа сделала сети обучаемыми, используя устройство, сопротивление которого менялось в зависимости от количества и направления приложенного тока. Он состоял из карандашного грифеля и куска медной проволоки, помещенных в раствор сульфата меди и серной кислоты, и они назвали его мемистором.

«Одним из результатов всей нашей работы над микропроцессорами, который меня всегда радовал, является то, что мы получили компьютеры от этих людей из [компьютерного центра]».
— Тед Хофф

Группа вскоре приобрела компьютер IBM 1620, и Хофф получил свой первый опыт программирования и взлома системы. Ему приходилось иметь дело с чиновниками компьютерного центра кампуса, которые считали, что все компьютеры должны быть в одном месте, и ими должны управлять специалисты, работающие с коробками с перфокартами, доставленными исследователями. Идея о том, что исследователь должен программировать компьютерные системы в интерактивном режиме, была для них анафемой.

Тед Хофф: Статистика жизнедеятельности

Имя

Марсиан Э. (Тед) Хофф мл.

Дата рождения

28 октября 1937 г.

Семья

, Джуди; три дочери, Кэролайн, Лиза и Джилл

Образование

Бакалавр наук, 1958, Политехнический институт Ренсселера, Трой, Нью-Йорк; Магистр наук, 1959 г., доктор философии, 1962 г., Стэнфордский университет, Калифорния, все по электротехнике

Первая работа

Посадка капусты

Первая электроника. Введение в теорию ядерных реакторов Джона Р. Ламарша; Генератор компиляторов Уильяма М. Маккимана, Джеймса Дж. Хорнинга и Дэвида Б. Вортмана

Самые уважаемые люди

Основатели Intel Corp. Роберт Нойс и Гордон Мур, главный исполнительный директор Intel Эндрю Гроув

Любимые рестораны

Postrio и Bella Voce в Сан-Франциско, Beausejour в Лос-Альтосе, Калифорния

3 Любимые фильмы

4 2001 , Доктор Стрейнджлав

Девиз

«Если это работает, это эстетично»

Активный отдых

Игра с электроникой посещение опер и концертов; поход в театр, боди-серфинг на Гавайях; выгуливает своих аляскинских маламутов

CAR

Porsche 944

Управление Creed

«Лучшая мотивация-это самомотивация»

Организационные члены

IEEE, Sigma XI

IEEE, SIGMA XI

. Институт Франклина, Премия IEEE Кледо Брунетти, Медаль столетия IEEE, Член IEEE

«Один результат всей нашей работы над микропроцессорами, который всегда меня радовал», — сказал Хофф IEEE Spectrum , «это то, что мы получили компьютеры от этих людей».

К 1968 году враждебность студентов к правительству из-за войны во Вьетнаме росла, и жизнь исследователей в кампусе, которые, как и Хофф, полагались на государственное финансирование, выглядела так, как будто она могла стать неудобной. Хофф уже обдумывал возможности трудоустройства в промышленности, когда ему позвонил Роберт Нойс, который сообщил ему, что открывает новую компанию Intel Corp., и слышал, что Хоффа может заинтересовать работа. Он спросил Хоффа, где бизнес полупроводниковых интегральных схем найдет свою следующую область роста. — Воспоминания, — ответил Хофф.

Именно этот ответ имел в виду Нойс (Intel была запущена как производитель памяти), и в том же году он нанял Хоффа в качестве члена технического персонала, 12-го сотрудника Intel. Работая над технологией памяти, Хофф вскоре получил патент на ячейку для использования в МОП-памяти на интегральных схемах с произвольным доступом. Став менеджером по исследованиям приложений, он впервые в своей карьере связался с клиентом.

«Инженеры обычно очень высокомерно относятся к маркетингу, но я обнаружил, что можно многому научиться, если держать глаза и уши открытыми в полевых условиях».
—Хофф

«Инженеры обычно очень высокомерно относятся к маркетингу, — сказал Хофф, — но я обнаружил, что можно многому научиться, если держать глаза и уши открытыми в полевых условиях. Попытка понять, какие проблемы люди пытаются решить, очень полезна. Люди в лаборатории, у которых нет такого контакта, работают в невыгодном положении».

От 12 микросхем к одному микропроцессору

Одна группа клиентов, с которой Хофф связался, была из Busicom Corp., Токио. Busicom наняла Intel для разработки набора нестандартных микросхем для недорогого калькулятора и отправила трех инженеров в Санта-Клару для работы над дизайном микросхем. Хоффу поручили присматривать за ними, давать им карандаши и бумагу, показывать им, где находится столовая — ничего технического.

Но техническая часть разума Хоффа не выключается, и он быстро пришел к выводу, что инженеры двигались в неправильном направлении. Двенадцать микросхем, каждая из которых содержит более 3000 транзисторов и 36 выводов, должны были управлять различными элементами логики и элементов управления калькулятора, и он предположил, что одна только упаковка будет стоить больше, чем целевая розничная цена калькулятора. Хоффа поразила сложность этого крошечного калькулятора по сравнению с простотой мини-компьютера PDP-8, который он в настоящее время использовал в другом проекте, и он пришел к выводу, что простой компьютер, который может выполнять функции калькулятора, может быть разработан примерно за 1900 транзисторов. Учитывая передовой процесс MOS Intel, все это, по его мнению, могло бы поместиться на одном чипе.

Марсиан Э. «Тед» Хофф

Инженеры Busicom не были заинтересованы в том, чтобы отказываться от своего проекта в пользу недоказанного предложения Хоффа. Но Хофф с благословения Нойса начал работу над проектом. Вскоре к нему присоединился Мазор, в то время инженер-исследователь в Intel, и они вдвоем продолжили идеи Хоффа, разработав простой набор команд, который можно было реализовать с помощью примерно 2000 транзисторов. Они показали, что один набор инструкций может обрабатывать десятичные сложения, сканировать клавиатуру, поддерживать отображение и выполнять другие функции, которые в конструкции Busicom были выделены для отдельных микросхем.

В октябре 1969 года Хофф, Мазор и три японских инженера встретились с руководством Busicom, приехавшим из Японии, и описали свои различные подходы. Менеджеры Busicom выбрали подход Хоффа отчасти, по словам Хоффа, потому что они понимали, что у чипа могут быть другие приложения, помимо калькулятора. Проект получил внутреннее прозвище «4004».

Федерико Фаггин, в настоящее время президент и главный исполнительный директор Synaptics Inc., Сан-Хосе, Калифорния, получил задание спроектировать чип и за девять месяцев разработал рабочие прототипы 4-битного 2300-транзисторного «микропрограммируемого компьютера». на чипе». Busicom получил первую партию устройств 19 февраля.71.

Фаггин вспоминал, что, когда он начал внедрять микропроцессор, Хофф, казалось, потерял интерес к проекту и редко взаимодействовал с ним. Хофф уже работал над своим следующим проектом, предварительным проектом 8-битного микропрограммируемого компьютера для Computer Terminals Corp., Сан-Антонио, Техас, который, разработанный Computer Terminals, получил название 8008. Хоффу всегда «приходилось делать очень резкие шаги». — крайняя работа», — сказал Фаггин Spectrum . «Я видел в нем напряжение, чтобы всегда быть в авангарде того, что происходит».

Мазор вспоминал, что в те ранние дни Intel у Хоффа было несколько идей для проектов, многие из которых, хотя и не имели коммерческого успеха, оказались пророческими: микросхема оперативной памяти, которая будет действовать как цифровая камера и захватывать изображение в память, видеоигра с движущимися космическими кораблями, устройство для программирования стираемых программируемых ПЗУ и средства автоматизированного проектирования, предназначенные для логического моделирования.

Отдел маркетинга Intel подсчитал, что продажи [микропроцессоров] могут составить всего 2000 чипов в год.

Между тем революция микропроцессоров набирала обороты, хотя и медленно. Хофф присоединился к Фаггину в качестве евангелиста микропроцессоров, пытаясь убедить людей в том, что однокристальные компьютеры общего назначения имеют смысл. Хофф сказал, что ему сложнее всего было продать свою продукцию отделу маркетинга Intel.

«Они отнеслись к этой идее довольно враждебно», — вспоминал он по нескольким причинам. Во-первых, они считали, что все чипы, которые могла производить Intel, в течение нескольких лет будут принадлежать одной компании, поэтому не было особого смысла продавать их другим. Во-вторых, они сказали Хоффу: «У нас там есть продавец диодов, изо всех сил пытающийся продать память, а вы хотите, чтобы они продавали компьютеры? Ты сумасшедший.» И, наконец, они подсчитали, что продажи могут составить всего 2000 чипов в год.

Но молва разошлась. В мае 1971 года продукт был упомянут в статье в журнале Datamation , а в ноябре следующего года Intel выпустила свою первую рекламу процессора 4004 и разместила ее в Electronic News . К 1972 году в прессе стали регулярно появляться истории о чуде того, что стали называть микропроцессором, и конкуренты Intel последовали ее примеру, выпустив собственные микропроцессорные продукты.

Хофф даже не думал о патентовании микропроцессора. Ему изобретение казалось очевидным.

Один шаг, который Хофф не сделал в то время, это подать заявку на патент, хотя он уже успешно запатентовал несколько изобретений. (Позже вместе с Мазором и Фаггин он подал заявку и получил патент на «систему памяти для многочипового цифрового компьютера».)

Оглядываясь назад, Хофф вспоминал, что в те дни он даже не думал о патентовании микропроцессора. Ему изобретение казалось очевидным, а очевидность считалась основанием для отклонения патентной заявки (хотя, с горечью сказал Хофф, в настоящее время патентное ведомство, похоже, игнорирует это правило). Для Хоффа было очевидно, что если за год можно построить компьютер с 1000 схем на 100 микросхемах, а в следующем году эти 1000 схем поместить на 10 микросхем, то в конце концов эти 1000 схем можно будет сконструировать на одной микросхеме.

Вместо патентования Хофф в марте 1970 г. опубликовал статью в материалах Международной конвенции IEEE 1970 г., в которой говорилось: «Совершенно новый подход к проектированию очень маленьких компьютеров стал возможен благодаря огромной сложности схем, возможной благодаря технологии МОП. Имея от 1000 до 6000 МОП-устройств на кристалл, весь центральный процессор можно изготовить на одном кристалле».

Но в декабре 1970 года независимый изобретатель Гилберт Хаятт, не входящий в полупроводниковую индустрию, подал заявку на патент на процессор и упомянул, что он должен быть сделан на одном кристалле. В 1990, после многочисленных апелляций и продлений Hyatt получила этот патент и начала собирать гонорары со многих производителей микропроцессоров. В настоящее время, несмотря на то, что история прослеживает сегодняшний микропроцессор до Хоффа, Мазора и Фаггина, законные права на изобретение принадлежат Hyatt.

Изобретение кодека

Хотя микропроцессор оказался его самым выдающимся достижением, Хофф не считает его своим самым большим техническим прорывом. Это обозначение он резервирует для однокристального аналого-цифрового/цифро-аналогового кодера/декодера (кодека).

«Теперь эта работа была захватывающей технической задачей, — вспоминал Хофф с некоторым ликованием, — потому что очень многие говорили, что это невозможно».

Проект был запущен Нойсом, который заметил, что телефонная промышленность созрела для новых технологий, и призвал Хоффа найти важный продукт для этого рынка. Изучая телефонную связь, Хофф и несколько других исследователей увидели, что цифровая передача голоса, использовавшаяся в то время между центральными офисами, зависела от использования сложных дорогостоящих кодеков, привязанных к электромеханическим переключателям.

«Мы подумали, — сказал Хофф Spectrum , — что мы могли бы интегрировать аналого-цифровое преобразование в микросхему, а затем использовать эти схемы в качестве основы для переключения».

Помимо снижения стоимости систем для телефонной компании, такие микросхемы позволили бы компаниям строить небольшие телефонные станции, которые управляли переключением в электронном виде.

Хофф и его группа разработали мультиплексный подход к преобразованию, при котором один преобразователь используется совместно для каналов передачи и приема. Они также установили ряд других методов преобразования и декодирования, которые Хофф счел неочевидными и на которые он получил патенты.

После завершения этого проекта в 1980 году, после шести лет усилий, и его передачи на производственное предприятие Intel в Чандлере, штат Аризона, Хофф стал членом Intel Fellow и мог свободно заниматься любой интересующей его технологией. Что его интересовало, так это возвращение к своей работе над адаптивными структурами, сочетающее концепции, с которыми он боролся в Стэнфорде, с мощью микропроцессора на службе распознавания речи. Через год он построил систему распознавания, которую Intel продавала несколько лет.

Основным заказчиком системы была автомобильная промышленность. Его инспекторы использовали системы, чтобы проверить автомобиль, когда он, наконец, сошел с конвейера. Когда инспектор вслух отмечал различные проблемы, требующие решения, система запрашивала у него дополнительную информацию и записывала его ответы в компьютер.

От Intel до Atari

Хотя его положение в качестве научного сотрудника Intel давало Хоффу изрядную свободу, ему стало скучно. Успех Intel в микропроцессорах к 19 годам83 превратила ее в поставщика микросхем, а другие компании проектировали микросхемы в системы.

«Меня всегда больше интересовали системы, чем чипы, — сказал Хофф, — и я проработал в Intel 14 лет, в то время как средний срок пребывания в компании в Кремниевой долине составлял три года. Я опоздал с переездом».

Опять же, когда к нему пришла новая работа, Хофф не пошел дальше мысли об уходе из Intel. Atari Inc., Саннивейл, Калифорния, в то время быстро развивавшаяся компания по производству видеоигр, принадлежавшая Warner Communications Inc. и крупный пользователь микропроцессоров, искала вице-президента по корпоративным технологиям. 19 февраля83, после обсуждения масштабов идей, которыми занимались исследователи Atari, Хофф ухватился за эту возможность.

Intel с самого начала имела структурированную, строго контролируемую культуру. В Atari царил хаос.

Intel с самого начала имела структурированную, строго контролируемую культуру. В Atari царил хаос. Под руководством Хоффа находились исследовательские лаборатории в Саннивейле, Лос-Анджелес, и Грасс-Вэлли, Калифорния; Кембридж, Массачусетс; и Нью-Йорк. Исследователи работали над телефонами с картинками, электронными помощниками для бегунов, компьютерными элементами управления, обеспечивающими тактильную обратную связь, графическими средами, похожими на сегодняшнюю виртуальную реальность, цифровым синтезом звука, передовыми персональными компьютерами и распространением программного обеспечения через боковые FM-диапазоны.

Но едва Хофф успел узнать обо всех текущих исследовательских проектах, как бизнес видеоигр сделал широко разрекламированный рывок. Без надежного внутреннего контроля Atari не могла определить, насколько хорошо ее игры продавались в розничных точках, а дистрибьюторы возвращали сотни тысяч картриджей и игровых автоматов. Хофф начал ежемесячно получать приказы о сокращении штата.

«Одно дело, если бы я знал, что мне придется сократить, скажем, четверть моей группы», — сказал он Спектр . «Но когда каждый месяц вы обнаруживаете, что вам нужно отрезать еще один кусок, моральный дух действительно падает».

В июле 1984 года, когда Хофф был на 30-й встрече старшеклассников, Warner продала Atari Джеку Трэмиэлю. Затем Хоффу пришлось выбирать между убеждением Трэмиэля в том, что он может играть роль в узкоспециализированной компании, не заинтересованной в финансировании футуристических исследований, и разрешением Уорнеру выкупить его контракт. Он выбрал последнее.

Оглядываясь назад, можно сказать, что большинство людей, которые в те дни работали в Atari, теперь смотрят на них мрачно. Но Хофф вспоминает свой год там как приятный и в конечном счете полезный опыт. «Возможно, я смотрю на это более позитивно, чем следовало бы, — сказал он, — но это оказалось хорошим переходом для меня, и жизнь, которая у меня сейчас, очень приятная».

«Всякий раз, когда вы работаете над одной проблемой, здесь всегда есть другая проблема, которая кажется более интересной».
— Хофф

Теперь он проводит половину своего времени в качестве консультанта, а другую половину занимается техническими проектами собственной разработки — считывающее устройство для станков, различные типы захватчиков кадров, распознавание образов и методы аналого-цифрового преобразования. Такой разнообразный график идеально подходит ему. Он всегда чувствовал себя универсалом, и ему было трудно сосредоточиться только на одной технологии.

«Мне легко отвлечься, — сказал он. «Всякий раз, когда вы работаете над одной проблемой, здесь всегда есть другая проблема, которая кажется более интересной. Но теперь более вероятно, что мои собственные проекты будут отложены, а не вещи, важные для других людей и их занятости».

Фэггин, например, не удивлен, что такая независимая работа нравится Хоффу. «Он никогда не отличался общительностью, — сказал Фаггин. «Ему нравилась интровертная работа, размышления, понимание новых вещей. Это то, в чем он хорош. Меня всегда впечатляло, как он мог визуализировать архитектуру новой ИС практически на месте».

«Он придумывает идею за идеей, ситуацию за ситуацией. Я думаю, что если бы он захотел, Тед мог бы сесть и провернуть патент в месяц».
— Гэри Саммерс

Гэри Саммерс, президент и главный исполнительный директор Teklicon Inc., Mountain View, консалтинговой фирмы, в которой сегодня работает Хофф, сказал Гэри Саммерс: «Он выдвигает идею за идеей, ситуацию за ситуацией. Я думаю, что если бы он захотел, Тед мог бы сесть и провернуть патент в месяц».

«Я не сомневаюсь, что он гений», — заявил Мазор. Саммерс с готовностью согласился.

Первым проектом Хоффа после Atari был музыкальный синтезатор с голосовым управлением, который издавал звук выбранного инструмента, когда кто-то пел в него. Самым большим вкладом Хоффа в проект была система, которая гарантировала, что появляющиеся ноты будут созвучны или, по крайней мере, гармонично дополнят мелодию, даже когда певец отклонялся от тональности. Он получил еще один патент на эту систему, и гаджет некоторое время продавался через каталог Sharper Image, но так и не добился большого успеха.

Хофф по-прежнему время от времени участвует в разработке продуктов. Однако в Teklicon, где он является вице-президентом и главным техническим директором, большую часть своих консультаций он оказывает юристам. Хофф обладает уникальным сочетанием многолетнего опыта в области электронного дизайна и давних привычек. В его домашней мастерской есть около восьми персональных компьютеров разных производителей и годов выпуска, пять осциллографов, в том числе винтажный осциллограф Tektronix 545, 15000 инвентаризированных и хранящихся в каталогах микросхем, а также полки, заполненные справочниками по микросхемам, датируемыми 19-м годом.60-е годы.

«Если у меня сломалась стиральная машина, я вызываю мастера. Самые умные инженеры купили бы запасной механизм и установили его. Тед способен в первую очередь проанализировать причину, по которой шестерня вышла из строя, перепроектировать лучшую шестерню на основе базовых принципов, вырезать ее из дерева, отлить у себя дома и динамически отбалансировать на своем токарном станке перед установкой».
—Мазор

Когда юрист показывает ему раскрытие патента, пусть даже десятилетней давности, он может определить, можно ли было его тогда «свести к практике» и предоставило ли оно достаточную информацию, чтобы позволить «специалисту в данной области» применить его на практике. изобретение. Затем он может построить модель, подтверждающую его вывод, используя старинные детали из своей коллекции, и продемонстрировать модель в суде в качестве свидетеля-эксперта. Это построение модели может стать очень простым. Визит Спектрума , кристаллы сегнетовой соли, которые Хофф пытался вырастить для недавней демонстрации в суде, замусорили пол его мастерской рядом с металлообрабатывающим оборудованием, которое он использует для изготовления корпусов для своих моделей.

Хофф считает эту способность приступать к основам одной из своих сильных сторон. «Я связываю вещи с фундаментальными принципами, — сказал он. «Люди, которые не подвергают сомнению предположения, сделанные при решении проблемы, часто в конечном итоге решают не ту проблему».

Мазор сказал: «Если моя стиральная машина сломается, я вызову мастера по ремонту. Самые умные инженеры купили бы запасной механизм и установили его. Тед способен в первую очередь проанализировать причину, по которой шестерня вышла из строя, перепроектировать лучшую шестерню на основе базовых принципов, вырезать ее из дерева, отлить у себя дома и динамически отбалансировать на своем токарном станке перед установкой».

Юридическая детективная работа привлекает Хоффа по другой причине: это дает ему повод охотиться за интересными «старинными» компонентами на блошиных рынках и в магазинах электроники.

Хофф не может обсуждать особенности патентных дел, в которых он принимал участие. Несколько недавно были в области видеоигр; другие привлекли различные компании IC. В ряде случаев Хофф был уверен, что его сторона была права, и его сторона все равно проигрывала, поэтому он мало удивился, когда патент на микропроцессор был выдан Hyatt. (Однако после того, как награда была присуждена, он принялся за патентную заявку Hyatt и попытался спроектировать работающий микропроцессор на основе раскрытий Hyatt. Он обнаружил несколько несоответствий — например, тактовая частота, подходящая только для биполярной технологии с логикой, в технологии МОП и логике, которая требовала слишком много транзисторов для размещения на чипе, доказывая, по его мнению, что награда была неправильной.)

Видеть, как кто-то другой получает признание за микропроцессор, особенно в недавних сообщениях СМИ, «раздражает, — сказал Хофф Spectrum , — но я не позволю этому беспокоить меня, потому что я знаю, что я сделал, я знаю, что все другие люди в нашем проекте сделали, и я знаю, что за компания Intel. И я знаю, что я был там, где происходило действие».

Примечание редактора: Хофф ушел из Teklicon в 2007 году. В настоящее время он работает судьей на конкурсе Collegiate Inventors Competition 9.0010 , проводится ежегодно Национальным залом славы изобретателей . В настоящее время его основные технические интересы связаны с энергетикой, водой и изменением климата.

Продолжить чтение ↓Показать меньше

Intel 4004 — первый в мире микропроцессор

Intel C4004, самый первый коммерчески доступный микропроцессор коммерчески доступный 4-битный центральный процессор (ЦП). Это был первый полноценный ЦП на одном кристалле. К тому времени этот революционный микропроцессор размером с мизинец обладал такой же вычислительной мощностью, что и первый электронный компьютер, построенный в 1919 году.46, который заполнил всю комнату. Впоследствии преемники 4004 должны стать двигателем цифровой революции.

Новый набор чипсов

1969 год, Busicom Crop. из Японии обратились к производителю микросхем Intel, который ранее производил полупроводниковые микросхемы памяти, с просьбой разработать ряд специально разработанных микросхем для своего нового печатного калькулятора. Компания Busicom уже имела большой опыт работы с электронными компьютерами, но искала партнера, который мог бы еще более плотно интегрировать полупроводники в микросхему. В то время Intel была одним из производителей с наибольшей доступной плотностью интеграции. Инженеры Intel предложили семейство всего из четырех чипов, в том числе один, который можно было бы запрограммировать для использования в различных продуктах, тем самым приведя в действие инженерный подвиг, резко изменивший ход развития электроники. Главными разработчиками чипа были Федерико Фаггин и Тед Хофф из Intel и Масатоши Шима из Busicom (позже Zilog). Сотрудник Intel Тед Хофф сформулировал архитектурную идею в 1969, но участия в разработке первого микропроцессора не принимал.

 Корпорация Intel разработала набор из четырех микросхем, известный как MCS-4, который включает микросхему центрального процессора (ЦП) — знаменитую микросхему 4004, а также поддерживающую микросхему постоянной памяти (ПЗУ) для пользовательских прикладных программ, микросхема оперативной памяти (RAM) для обработки данных и микросхема сдвигового регистра для порта ввода-вывода (I/O). Федерико Фаггин, единственный разработчик микросхем в группе разработчиков проекта MCS-4, был единственным, кто имел опыт работы со случайной логикой МОП и проектированием схем. Он создал новую методологию проектирования случайной логики, основанную на кремниевых вентилях, и внес множество изобретений в области технологий и схемотехники, которые впервые позволили микропроцессору с одним чипом стать реальностью. Его методология определила стиль проектирования для всех ранних микропроцессоров Intel, а затем и для Zilog Z80. Фаггин основал Zilog в 1974, первой компании, которая занялась исключительно микропроцессором, и создала архитектуру Z80. Шима присоединился к Zilog и разработал Z80 под руководством Фаггина.

Новая эра

Intel сразу увидела потенциал своей новой разработки, приобрела права у Busicom за 60 000 долларов и выпустила процессор Intel®4004 и его набор микросхем с рекламой в выпуске Electronic News от 15 ноября 1971 года ». Объявление о новой эре интегрированной электроники », хотя по неподтвержденным данным первая поставка была произведена уже в марте 1971 года. Именно тогда Intel 4004 стал первым программируемым процессором общего назначения на рынке — «строительным блоком», который инженеры могли приобрести, а затем настроить с помощью программного обеспечения для выполнять различные функции в самых разнообразных электронных устройствах.

Архитектура Intel 4004

Конструкция Intel 4004

Упакованный в 16-контактный керамический двухрядный корпус, Intel 4004 состоит примерно из 2300 транзисторов. В нем использовалась технология pMOS для повышения нагрузки с кремниевым затвором 10 мкм на 12 мм ² умирают и могут выполнять примерно 92 000 инструкций в секунду. В 4004 предусмотрено отдельное хранилище программ и данных. Однако, в отличие от архитектуры Гарварда, в которой используются отдельные шины, 4004 с его необходимостью вести обратный отсчет контактов использует одну мультиплексированную 4-битную шину для передачи 12-битных адресов, 8-битных инструкций и 4-битных данных. слова. Он мог напрямую адресовать 5120 бит (эквивалентно 640 байтам) ОЗУ, хранящихся в виде 1280 4-битных «символов». Процессор имел 16 регистров по 4 бита (или 8 из 8 бит) и инструкции CALL и RET для вызова подпрограмм со стеком до четырех адресов возврата. 4004 был первым коммерчески доступным компьютерным процессором, разработанным и изготовленным производителем микросхем Intel, который ранее производил полупроводниковые микросхемы памяти. Процессор находился в производстве до 1981. Схемы были выпущены для некоммерческого использования 15 ноября 2006 г. – через 35 лет после того, как Intel выпустила продукт.

Популярные мифы, претенденты и последствия

Популярный миф гласит, что Pioneer 10, первый космический корабль, покинувший Солнечную систему, использовал на борту микропроцессор Intel 4004. По словам доктора Ларри Лашера из исследовательского центра Эймса, команда Pioneer действительно оценила модель 4004, но решила, что в то время она была слишком новой, чтобы включать ее в какой-либо из проектов Pioneer. Собственно, первым коммерческим продуктом, в котором использовался микропроцессор, был калькулятор Busicom 141-PF. Модель 4004 также использовалась в первой управляемой микропроцессором игре в пинбол — прототипе, созданном Dave Nutting Associates для Bally в 1919 году.74. В 1974 году был выпущен 4040, который предлагал 14 дополнительных команд, 8 адресов возврата и большее адресное пространство (8 КБит). Несмотря на то, что это первый многоцелевой микропроцессор на одном кристалле, Intel 4004 конкурирует с немного более старым интегрированным устройством MOS, Central Air Data Computer (CADC), разработанным Garrett AiResearch для Grumman, и военным истребителем F-14 Tomcat. 1969-1970 гг. CADC состоял из аналого-цифрового преобразователя, нескольких кварцевых датчиков давления и ряда микрочипов на основе МОП для вычисления высоты, вертикальной скорости, воздушной скорости и числа Маха на основе входных данных датчиков, таких как Пито, статическое давление и температура. [6]

15 октября 2010 г. Фаггин, Хофф и Мазор из первоначальной команды дизайнеров были награждены Национальной медалью за технологии и инновации за новаторскую работу над процессором Intel 4004.

[1] Хронология чипов Intel

[2] У Intel 4004 есть собственная веб-страница…

[3] Intel 4004 в Музее компьютерной истории

[4] Федерико Фаггин: Как мы сделали микропроцессор .