Intel 4004

Intel 4004 on Intel Corporationin kehittämä  4-bittinen mikroprosessori , joka julkaistiin 15. marraskuuta 1971. Tätä mikropiiriä pidetään maailman ensimmäisenä kaupallisesti saatavilla olevana yksisirun mikroprosessorina [to 1] .

Historia

Vuonna 1969 pieni japanilainen yritys, Nippon Calculating Machine, Ltd. (myöhemmin Busicom Corp. ), laskimien valmistaja, tilasi Inteliltä 12 sirua (järjestelmän logiikkasuunnittelun kehitti Busicomin työntekijä Masatoshi Shima (嶋正利)) käytettäväksi uudessa pöytälaskimessa. Tällaisille mikropiireille on aina ollut ominaista erittäin erikoistuneet toiminnot ja ne on tarkoitettu suorittamaan tarkasti määriteltyä työtä, joten jokaista uutta sovellusta varten koko piirisarja oli suunniteltava uudelleen. Tämä lähestymistapa tuntui kannattamattomalta Intelin työntekijöille. Marchian Edward (Ted) Hoff , 32, ehdotti Intelin ja Busicomin johtajille, että he vähentäisivät sirujen määrää käyttämällä keskusyksikköä, jonka olisi suoritettava aritmeettisia ja loogisia toimintoja, yksi useiden sirujen sijaan. Molempien yritysten johto hyväksyi idean. Syksyllä 1969 Tad Hoff ehdotti Stanley Mazorin avulla uutta siruarkkitehtuuria, joka supistettiin neljään, sisältäen keskusyksikön : 4-bittinen keskusyksikkö (CPU), ROM ohjelmistojen tallentamiseen , ja RAM käyttäjätietojen tallentamiseen. Mikroprosessorin kehitys alkoi vasta huhtikuussa 1970, kun italialainen fyysikko Federico Faggin liittyi Inteliin MCS-4-perheen pääsuunnittelijaksi. Fagin onnistui pienentämään CPU -mikroprosessorin yhdeksi siruksi syvän tietämyksensä ansiosta Fairchildissa vuonna 1968 kehittämästä silikoniportin MOS -teknologiasta ja vuonna 1961 italialaisessa Olivetti - yrityksessä tietokonelogiikan suunnittelusta saamansa laajan kokemuksen ansiosta. . Vuonna 1968 ollessaan Fairchildissa Federico otti käyttöön myös maailman ensimmäisen kaupallisen sirun, joka käytti piiporttitekniikkaa: Fairchild 3708 :n .

Intelissä Faggin kehitti uuden, toistaiseksi olemattoman menetelmän mielivaltaisten logiikkapiirien suunnitteluun ja vaikutti moniin prosessi- ja sirusuunnittelun innovaatioihin, jotka ovat tärkeitä mikroprosessorin toteuttamiselle yhdellä sirulla. Masatoshi Shima, joka oli ohjelmistosuunnittelija Busicomilla ja jolla ei ollut kokemusta MOS-suunnittelusta, auttoi Faginia kehittämään MCS-4:n ja työskenteli myöhemmin hänen kanssaan Zilogissa , Faginin ja Ralph Ungermannin vuoden 1974 lopulla perustamassa yrityksessä, joka oli täysin omistautunut mikroprosessoreille. Fagin ja Seema kehittivät yhdessä Zilog Z80 - mikroprosessorin .

Jokaiselle tuotekategorialle annettiin numero. Intelin ensimmäiset tuotteet olivat muistisirut ( PMOS - sirut), jotka oli numeroitu 1xxx. 2xxx - sarja kehitti NMOS - siruja . Kaksinapaiset mikropiirit on liitetty 3xxx-sarjaan. 4-bittiset mikroprosessorit nimettiin 4xxx. CMOS - sirut nimettiin 5xxx, magneettinen verkkomuisti - 7xxx, kahdeksan bittiset tai useammat mikroprosessorit ja mikro-ohjaimet kuuluivat 8xxx-sarjaan. Sarjoja 6xxx ja 9xxx ei käytetty.

Toinen numero osoitti tuotteen tyypin: 0 - prosessorit, 1 - RAM-sirut, 2 - ohjaimet, 3 - ROM-sirut, 4 - vaihtorekisterit, 5 - EPLD -sirut , 6 - PROM-sirut, 7 - EPROM-sirut , 8 - havainnointi sirujen ja piirien synkronointi pulssigeneraattoreissa, 9 - sirut tietoliikennettä varten.

Kolmas ja neljäs numero vastasivat tuotteen sarjanumeroa, ja koska ensimmäinen prosessori vaati kolme erikoisempaa mikropiiriä (ROM-mikropiirit, RAM ja I / O-laajennus), jotka julkaistiin ennen vuotta 4004, mikroprosessori sai nimekseen 4004.

15. marraskuuta 1971 julkaistiin 4004-siru - ensimmäinen mikroprosessori, joka 200 dollarin hintaan toteutti keskustietokoneprosessorin toiminnot yhdellä sirulla . Maailman ensimmäinen mikroprosessori julkistettiin marraskuussa 1971 Electronic News -lehdessä .. 4004-mikroprosessori valmistettiin 16-nastaisessa DIP-paketissa , kiteen mitat olivat 12 mm² (3 × 4 mm). Prosessori pystyi suorittamaan 60 000 (keskimäärin; maksimi - jopa 93 000 ) käskyä sekunnissa (vertailun vuoksi yksi ensimmäisistä täysin elektronisista tietokoneista - amerikkalainen ENIAC  - suoritti vain 5 000 (maksimi) käskyä sekunnissa 20 bitin kapasiteetilla , 280 m² , painoi 27 tonnia ja kulutti 174 kW energiaa). Intel näki mikroprosessorien kriittisen roolin tietokoneiden pienentämisessä ja osti siksi 4004-mikroprosessorin ja sen parannettujen versioiden tekijänoikeudet Busicomilta 60 000 dollarilla [2] .

Vuonna 1971 prosessorista ei kuitenkaan tullut bestselleriä. Intelin strategiana oli markkinoida 4004:ää laajentaakseen paljon suositumpien 1101/1103-muistisirujen markkinoita. Vain 8080-mikroprosessori ,  4004:n elektroninen "pojanpoika", tuli suosituksi .

Erikoistuneet 4xxx-sarjan mikropiirit

Aluksi 4004-siru sisälsi kolme erikoissirua: ROM, RAM ja I/O-laajennus. Ja vaikka näillä mikropiireillä oli oma nimitysjärjestelmä (sarjat 1xxx, 2xxx ja 3xxx), ne saivat toisen nimen 4xxx-luokassa, joka alettiin ilmoittaa tavanomaisen numerointinsa vieressä:

• 4001  - 256-tavuinen maski- ROM (256 8-bittistä ohjelmaohjetta) ja yksi sisäänrakennettu 4-bittinen I/O-portti.
• 4002  - 40-tavuinen RAM (80 4-bittistä solua) ja yksi sisäänrakennettu 4-bittinen lähtöportti; Sirun RAM on järjestetty neljään kahdenkymmenen 4-bittisen solun "rekisteriin":
  • 16 tietosolua (alkuperäisessä laskimessa käytettiin mantissaa numeroina)
  • 4 tilasolua (käytetään eksponentiaalisille numeroille ja etumerkeille alkuperäisessä laskimessa)
• 4003  - 10-bittinen I/O-laajennus(siirtorekisteri, joka muuntaa sarjakoodin rinnakkaiseksi)

4040 :n julkaisun myötä ilmestyi uusia siruja, jotka ovat myös yhteensopivia 4004:n kanssa:

• 4308  - 1024-tavuinen maski- ROM (1024 8-bittistä ohjelmaohjetta) ja neljä sisäänrakennettua 4-bittistä I/O-porttia. Neljän 4001-piirin täydellinen korvaaminen.

• 4008, 4009  - sarja tavallisten muistisirujen (ROM, PROM, RAM) ja tulo-lähtöporttien liittämiseen. Mahdollistaa jopa 16 eri muistilaitteen liittämisen 8 osoitebitin ja 8 databitin muodossa. RAM-muistiin kirjoittamiseen käytetään aiemmin dokumentoimatonta WPM-komentoa (Write Program Memory). Se tukee myös jopa 16 4-bittistä tuloporttia ja jopa 16 4-bittistä lähtöporttia. Intel suosittelee sirujen jakamista: 4316 (2048 tavua maski-ROM), 4702A (256 tavua PROM/EPROM), 4101 (256 tavua staattista RAM-muistia).

• 4289  on piiri tavallisten muistisirujen ja I / O-porttien yhdistämiseen. Myöhemmin vaihdettu 4008/4009 yhteen runkoon.
• 4207, 4209, 4211  - GPIO -portit (4 porttia, kukin 4 bittiä). Piireillä on ohjelma-alueella osoite 3, joten niitä ei voida jakaa 4008/4009/4289:n kanssa, eivätkä 4001/4308-piirit saa käyttää osoitetta 3. Enintään kahdeksaa piiriä voidaan käyttää samanaikaisesti käyttämällä CM-RAM-linjavalintaa.
  • 4207  - 8 bittiä synkronista datalähtöä, 4 lähdön ohjausbittiä, 4 tulon ohjausbittiä.
  • 4209  - 8 bittiä synkronista datatuloa, 4 lähdön ohjausbittiä, 4 tulon ohjausbittiä.
  • 4211  - 8 bitin synkroninen datalähtö, 8 bitin synkroninen tiedonsyöttö.
• 4265  - 4 yleistä nelibittistä I/O-porttia. Ohjelmisto tukee 14 tilaa. Korvaa täysin yhden RAM 4002:n pankeista.
• 4269  on ohjelmoitava näppäimistö ja näytönohjain. Suorittaa kahden 8*8 näppäimistömatriisin (128 näppäintä) syklisen skannauksen ja 2*16*4 bitin datan syklisen lähdön näytön ohjaamiseksi. Korvaa täysin yhden RAM 4002:n pankeista.
• 4201  - kellogeneraattori, RESET- ja STOP/ACK-signaalinkäsittelypiiri (ei käytössä 4004:ssä).

Huomautus: 4001/4308 ROM-siruja ei voitu käyttää järjestelmässä, jossa on vakiomuistiohjain 4008/4009/4289. Niitä käytettiin erilaisissa järjestelmäkokoonpanoissa - mini- ja maxi.

400x-perheeseen viitattiin myös nimellä MCS-4 (Micro Computer Set 4-bit).

Intel myi myös Intellec-4: ää (suuret siniset laatikot) - järjestelmää 4004:n ohjelmien kehittämiseen ja testaamiseen. Itse asiassa se oli yksi ensimmäisistä mikrotietokoneista, jotka koottiin 4xxx-sarjan (4004, 4201 siru, neljä 4001 sirua ja neljä) pohjalta. kaksi 4002). Vain korkea hinta (5 tuhatta dollaria) ei sallinut sitä, että sitä voitaisiin pitää henkilökohtaisena tietokoneena .

Keräilyesineet

Intel 4004:stä on tullut yksi kerättävimmistä siruista [3] . Arvostetuimpia ovat valkokultaiset Intel 4004 -sirut, joiden valkoisessa osassa näkyvät harmaat merkit (alkuperäinen kotelotyyppi) [3] . Vuonna 2004 tällaisen sirun arvo oli noin 400 dollaria eBayssa [3] . Hieman vähemmän arvokkaita ovat mikropiirit, joissa ei ole harmaita jälkiä kotelossa, yleensä niiden hinta on noin 200-300 dollaria [3] .

Tekniset tiedot

• Ilmoituspäivä: 15.11.1971
• Transistorien määrä: 2300
• Kiteen pinta-ala: 12mm²
• Valmistusprosessi: 10 µm (P-kanavainen piipiirakka MOS-tekniikka)
• Kellotaajuus: 740 kHz referenssi (tai 92,6 kHz kello, suoritusaika käskyä kohti 8 jaksoa)
• Rekisterin leveys: 4 bittiä
• Rekistereiden määrä: 16 (16 neljää bittiä voidaan käyttää 8 kahdeksan bittinä)
• Porttien määrä: 16 4-bittinen I/O (ohjelmaalue) ja 32 4-bittinen lähtö (tietoalue)
• Sisäinen väylä: 4 bittiä
• Ulkoinen väylä: multipleksoitu osoitteelle, datalle, ohjaukselle - 4 bittiä (plus 5 muistipankin valinnaista CM-linjaa)
• Harvardin arkkitehtuuri
• Pino: sisäinen 3-tasoinen
• Käskymuisti (ROM/ROM, myös RAM/RAM käytettäessä 4008/4009/4289): 4 kilotavua (32768 bittiä)
• Tietomuisti (RAM/RAM-siru 4002): 640 tavua (5120 bittiä) ilman osoitedekooderia tai 1280 tavua (10240 bittiä) osoitedekooderilla.
• Osoitetilan organisaatio: heterogeeninen, jaettu eri komentoihin
  • ohjelma-alue: 1 pankki, 12 osoitebittiä, 8 databittiä
  • tietorekisterialue: 8 pankkia (3 bittiä), 8 osoitebittiä, 4 databittiä
  • tilarekisterialue: 8 pankkia (3 bittiä), 4 osoitebittiä, 4 databittiä
  • I/O-alue (ohjelmapankissa): 1 pankki, 4 osoitebittiä, 4 databittiä
  • lähtöalue (tietopankeissa): 8 pankkia (3 bittiä), 4 osoitebittiä, 4 databittiä
• Ohjeiden määrä: 46 (joista 41 on 8-bittisiä ja 5 on 16-bittisiä)
• Ohjejakso: 10,8 mikrosekuntia[ kuka? ] vain prosessorin 40-vuotispäivänä vuonna 2011 ).
• Syöttöjännite: -15 V (pMOS)
• Käyttölämpötila: 0 - +70 °C
• Varastointi ja käyttöolosuhteet: -40 - +85 °C
• Liitin: DIP16 (mikropiiri juotettiin suoraan piirilevyyn tai asennettiin erityiseen paikkaan)
• Kotelo: 16-nastainen DIP (1 muovi tai 3 keramiikkaa, esim. C4004 (valkoinen keramiikka harmailla raidoilla), C4004 (valkoinen keramiikka), D4004 (musta harmaa keramiikka), P4004 (musta muovi)
• Toimitustapa: erikseen ja MCS-4-sarjoissa (ROM, RAM, I/O, CPU)

Muistiinpanot

1. ↑ Vuonna 1970, yli vuosi ennen i4004-sirun julkaisua, valmistettiin sotilaallinen mikroprosessori, joka oli osa Central Air Data Computeria .(CADC) - F-14- hävittäjän aluksella oleva ohjauskompleksi , mutta se ei ollut yksisiruinen [1] .

1. ↑ F-14A "Tom Cat" -mikroprosessori  (englanniksi)  (linkkiä ei ole saatavilla) . Maailman ensimmäinen mikroprosessori (23. helmikuuta 2009). Käyttöpäivä: 6. tammikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 30. maaliskuuta 2009.
2. ↑ 12. elokuuta - henkilökohtaisen tietokoneen vuosipäivä (pääsemätön linkki) . ItUnion . Haettu 20. elokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 21. elokuuta 2014. (määrätön) 
3. ↑ 1 2 3 4 Juri Golubov. 42 vuotta sitten , Intel julkaisi ensimmäisen sirun . Vladtime.ru (18. marraskuuta 2013). Haettu 20. elokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 21. elokuuta 2014. (määrätön)

Linkit

• Kuinka ensimmäiset Intel-sirut kehitettiin
• Maailman prosessorin rakentamisen historia vuodesta 4004 Nehalemiin
• Varhaiset paperit MOS-piiporttitekniikasta ja mikroprosessorista . 1968-1972  (englanniksi)
• Ensimmäinen mikroprosessoriarkkitehti: Ted Hoff
• Intel 4004 online assembler  (englanniksi)
• Intel juhlii ensimmäisen mikroprosessorin 40-vuotispäivää
• intel 4004 tietolehti

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)