Intel 4004

Intel 4004  er en 4-bit mikroprocessor udviklet af Intel Corporation og udgivet den 15. november 1971. Dette mikrokredsløb anses for at være verdens første kommercielt tilgængelige single-chip mikroprocessor [til 1] .

Historie

I 1969, et lille japansk firma, Nippon Calculating Machine, Ltd. (senere Busicom Corp. ), en lommeregnerproducent, bestilte 12 chips fra Intel (systemlogikdesignet blev udviklet af Busicom-medarbejder Masatoshi Shima (嶋正利)) til brug i en ny desktop-beregner. Sådanne mikrokredsløb har altid været præget af højt specialiserede funktioner og var beregnet til at udføre et veldefineret job, så for hver ny applikation skulle hele chipsættet re-designes. Denne tilgang virkede urentabel for Intel-medarbejdere. Marchian Edward (Ted) Hoff , 32, foreslog Intel og Busicom ledere, at de reducerede antallet af chips ved at bruge en central behandlingsenhed, der skulle udføre aritmetiske og logiske funktioner, én i stedet for flere chips. Idéen blev godkendt af ledelsen i begge firmaer. I løbet af efteråret 1969 foreslog Tad Hoff, med hjælp fra Stanley Mazor, en ny chiparkitektur, som blev reduceret til 4, inklusive den centrale behandlingsenhed : en 4-bit central processing unit (CPU), ROM til lagring af software , og RAM til lagring af brugerdata. Udviklingen af ​​mikroprocessoren begyndte først i april 1970, da Federico Faggin, en fysiker fra Italien, sluttede sig til Intel som chefdesigner af MCS-4-familien. Fagin, takket være sit dybe kendskab til silicium gate MOS -teknologien, han udviklede hos Fairchild i 1968, og den omfattende erfaring, han fik i 1961 hos det italienske firma Olivetti inden for computerlogikdesign, formåede at reducere CPU- mikroprocessoren til en enkelt chip . I 1968, mens han var hos Fairchild, implementerede Federico også verdens første kommercielle chip, der brugte silicium gate-teknologi: Fairchild 3708 .

Hos Intel udviklede Faggin en ny, hidtil ikke-eksisterende metode til at designe vilkårlige logiske kredsløb og bidrog til mange af de proces- og chipdesigninnovationer, der er afgørende for implementeringen af ​​en mikroprocessor på en enkelt chip. Masatoshi Shima, der var softwareingeniør hos Busicom og ikke havde nogen erfaring med MOS-design, hjalp Fagin med at udvikle MCS-4 og arbejdede senere sammen med ham hos Zilog , et firma dannet i slutningen af ​​1974 af Fagin og Ralph Ungermann og udelukkende dedikeret til mikroprocessorer. Fagin og Seema udviklede Zilog Z80 mikroprocessoren sammen .

Hver produktkategori fik tildelt et nummer. Intels første produkter var hukommelseschips ( PMOS - chips), som var nummereret 1xxx. 2xxx-serien udviklede NMOS -chips . Bipolære mikrokredsløb er blevet tildelt 3xxx-serien. 4-bit mikroprocessorer blev betegnet 4xxx. CMOS - chips blev betegnet 5xxx, magnetisk domænehukommelse - 7xxx, otte-bit eller flere mikroprocessorer og mikrocontrollere tilhørte 8xxx-serien. Serierne 6xxx og 9xxx blev ikke brugt.

Det andet ciffer indikerede produkttypen: 0 - processorer, 1 - RAM-chips, 2 - controllere, 3 - ROM-chips, 4 - skifteregistre, 5 - EPLD -chips , 6 - PROM-chips, 7 - EPROM-chips , 8 - observation chips og kredsløbssynkronisering i impulsgeneratorer, 9 - chips til telekommunikation.

Det tredje og fjerde ciffer svarede til produktets serienummer, og da den første processor krævede tre mere specialiserede mikrokredsløb (ROM-mikrokredsløb, RAM og I/O-udvidelse), som blev udgivet tidligere end 4004, fik mikroprocessoren navnet 4004.

Den 15. november 1971 blev 4004-chippen frigivet - den første mikroprocessor, der til en pris af $200 implementerede funktionerne i en mainframe -processor på en enkelt chip . Verdens første mikroprocessor blev annonceret i november 1971 i magasinet Electronic News .. 4004-mikroprocessoren blev produceret i en 16-bens DIP-pakke , krystallens dimensioner var 12 mm² (3 × 4 mm). Processoren kunne udføre 60.000 (i gennemsnit; maksimum - op til 93.000 ) instruktioner i sekundet (til sammenligning udførte en af ​​de første fuldt elektroniske computere - den amerikanske ENIAC  - kun 5.000 (maksimum) instruktioner i sekundet med en kapacitet på 20 bit , optog 280 m² , vejede 27 tons og forbrugte 174 kW energi). Intel forudså mikroprocessorernes kritiske rolle i miniaturisering af computere og købte derfor ophavsretten til 4004-mikroprocessoren og dens forbedrede versioner fra Busicom for $ 60.000 [2] .

I 1971 blev processoren dog ikke en bestseller. Intels strategi var at markedsføre 4004 for at udvide markedet for de meget mere populære 1101/1103 hukommelseschips. Kun 8080  -mikroprocessoren, det elektroniske "oldebarn" af 4004'eren, blev populær .

Specialiserede IC'er i 4xxx-serien

Oprindeligt kom 4004-chippen med tre specialiserede chips: ROM, RAM og en I/O-udvidelse. Og selvom disse mikrokredsløb havde deres eget betegnelsessystem (serie 1xxx, 2xxx og 3xxx), modtog de et andet navn i 4xxx-kategorien, som begyndte at blive angivet ved siden af ​​deres sædvanlige nummerering:

• 4001  - 256-byte maske ROM (256 8-bit programinstruktioner) og en indbygget 4-bit I/O-port.
• 4002  - 40-byte RAM (80 4-bit celler) og en indbygget 4-bit udgangsport; RAM i chippen er organiseret i 4 "registre" af tyve 4-bit celler:
  • 16 dataceller (oprindelig lommeregner brugte mantisse til cifre)
  • 4 statusceller (bruges til eksponentielle cifre og tegn i den originale lommeregner)
• 4003  - 10-bit I/O expander(skiftregister, der konverterer seriekode til parallel)

Sammen med udgivelsen af ​​4040 dukkede nye chips op, som også er kompatible med 4004:

• 4308  - 1024-byte maske- ROM (1024 8-bit programinstruktioner) og fire indbyggede 4-bit I/O-porte. Komplet erstatning for fire 4001-kredsløb.

• 4008, 4009  - sæt til tilslutning af standardhukommelseschips (ROM, PROM, RAM) og input-output-porte. Giver dig mulighed for at tilslutte op til 16 forskellige hukommelsesenheder i formatet 8 adressebit, 8 databit. For at skrive til RAM bruges den tidligere udokumenterede WPM (Write Program Memory) kommando. Den understøtter også op til 16 4-bit input-porte og op til 16 4-bit output-porte. Intel anbefaler chipdeling: 4316 (2048 bytes maske ROM), 4702A (256 bytes PROM/EPROM), 4101 (256 bytes statisk RAM).

• 4289  er et kredsløb til tilslutning af standard hukommelseschips og I/O-porte. Senere udskiftning af 4008/4009 i ét karosseri.
• 4207, 4209, 4211  - GPIO -porte (4 porte, 4 bit hver). Kredsløbene har adresse 3 i programområdet og kan derfor ikke deles med 4008/4009/4289, og 4001/4308-kredsløbene må ikke optage adresse 3. Der kan bruges op til otte kredsløb samtidigt ved brug af CM-RAM linjevalg.
  • 4207  - 8 bits synkron dataoutput, 4 udgangskontrolbit, 4 inputkontrolbit.
  • 4209  - 8 bit synkron datainput, 4 udgangskontrolbit, 4 inputkontrolbit.
  • 4211  - 8 bit synkron dataudgang, 8 bit synkron datainput.
• 4265  - 4 universelle fire-bit I/O-porte. 14 tilstande understøttes af software. Erstatter fuldstændigt en af ​​bankerne i RAM 4002.
• 4269  er et programmerbart tastatur og skærmcontroller. Udfører cyklisk scanning af to 8*8 tastaturmatricer (128 taster) og cyklisk output af 2*16*4 bits data for at styre skærmen. Erstatter fuldstændigt en af ​​bankerne i RAM 4002.
• 4201  - urgenerator, RESET og STOP/ACK signalbehandlingskredsløb (ikke brugt i 4004).

Bemærk: 4001/4308 ROM-chippene kunne ikke bruges i et system med 4008/4009/4289 standardhukommelsescontrolleren. De blev brugt i forskellige systemkonfigurationer - mini og maxi.

400x-familien blev også omtalt som MCS-4 (Micro Computer Set 4-bit).

Intel solgte også Intellec-4 (store blå kasser) - et system til udvikling og test af programmer til 4004. Faktisk var det en af ​​de første mikrocomputere, der blev samlet på basis af 4xxx-serien (4004, 4201 chips, fire 4001 chips og to 4002). Kun den høje pris (5 tusind dollars) tillod ikke, at den blev betragtet som en personlig computer .

Samlerobjekter

Intel 4004 er blevet en af ​​de mest indsamlede chips [3] . De højest værdsatte er hvidguld Intel 4004-chips med synlige grå mærker på den hvide del (original kassetype) [3] . I 2004 blev en sådan chip vurderet til omkring $ 400 på eBay [3] . Lidt mindre værdifulde er mikrokredsløb uden grå mærker på kabinettet, normalt koster de omkring 200-300 dollars [3] .

Specifikationer

• Annonceret dato: 15. november 1971
• Antal transistorer: 2300
• Krystalareal: 12mm²
• Fremstillingsproces: 10 µm (P-kanal silicium pie MOS-teknologi)
• Urfrekvens: 740 kHz reference (eller 92,6 kHz ur, udførelsestid pr. instruktion 8 cyklusser)
• Registerbredde: 4 bits
• Antal registre: 16 (16 fire bit kan bruges som 8 otte bit)
• Antal porte: 16 4-bit I/O (programområde) og 32 4-bit udgange (dataområde)
• Intern bus: 4 bits
• Ekstern bus: multiplekset til adresse, data, kontrol - 4 bit (plus 5 hukommelsesbank, vælg CM-linjer)
• Harvard arkitektur
• Stak: indvendig 3-niveau
• Instruktionshukommelse (ROM/ROM, også RAM/RAM ved brug af 4008/4009/4289): 4 kilobyte (32768 bit)
• Datahukommelse (RAM/RAM-chip 4002): 640 bytes (5120 bits) uden adressedekoder eller 1280 bytes (10240 bits) med adressedekoder.
• Adressepladsorganisation: heterogen, opdelt for forskellige kommandoer
  • programområde: 1 bank, 12 adressebit, 8 databit
  • dataregisterområde: 8 banker (3 bit), 8 adressebit, 4 databit
  • statusregisterområde: 8 banker (3 bit), 4 adressebit, 4 databit
  • I/O-område (i programbank): 1 bank, 4 adressebit, 4 databit
  • outputområde (i databanker): 8 banker (3 bit), 4 adressebit, 4 databit
• Antal instruktioner: 46 (hvoraf 41 er 8-bit og 5 er 16-bit)
• Instruktionscyklus: 10,8 mikrosekunder[ hvem? ] kun på 40-årsdagen for processoren i 2011 ).
• Forsyningsspænding: -15 V (pMOS)
• Driftstemperatur: 0 til +70 °C
• Opbevarings- og driftsforhold: -40 til +85 °C
• Stik: DIP16 (mikrokredsløbet blev direkte loddet ind i printpladen eller installeret i en speciel slot)
• Hus: 16-pin DIP (1 plastik eller 3 keramik, f.eks. C4004 (hvid keramik med grå striber), C4004 (hvid keramik), D4004 (sort grå keramik), P4004 (sort plast))
• Leveringstype: separat og i MCS-4-sæt (ROM, RAM, I/O, CPU)

Noter

1. ↑ I 1970, mere end et år før frigivelsen af ​​i4004-chippen, blev der fremstillet en militær mikroprocessor, som var en del af Central Air Data Computer(CADC) - det indbyggede kontrolkompleks af F-14 jagerflyet , men det var ikke enkelt-chip [1] .

1. ↑ F-14A "Tom Cat" mikroprocessor  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . Verdens første mikroprocessor (23. februar 2009). Dato for adgang: 6. januar 2014. Arkiveret fra originalen 30. marts 2009.
2. ↑ 12. august - årsdagen for den personlige computer (utilgængeligt link) . ItUnion . Hentet 20. august 2014. Arkiveret fra originalen 21. august 2014. (ubestemt) 
3. ↑ 1 2 3 4 Yuri Golubov. For 42 år siden frigav Intel den første chip . Vladtime.ru (18. november 2013). Hentet 20. august 2014. Arkiveret fra originalen 21. august 2014. (ubestemt)

Links

• Hvordan de første Intel-chips blev udviklet
• Historie om verdens processorbygning fra 4004 til Nehalem
• Tidlige artikler om MOS silicium gate-teknologi og mikroprocessoren . 1968-1972  (engelsk)
• Første mikroprocessorarkitekt: Ted Hoff
• Intel 4004 online assembler  (engelsk)
• Intel fejrer 40-års jubilæet for den første mikroprocessor
• intel 4004 datablad

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)