Intel 4004

Az Intel 4004  egy 4 bites mikroprocesszor , amelyet az Intel Corporation fejlesztett ki, és 1971. november 15-én adták ki. Ez a mikroáramkör a világ első kereskedelmi forgalomban kapható egychipes mikroprocesszora [1-ig] .

Történelem

1969-ben egy kis japán cég, a Nippon Calculating Machine, Ltd. (később Busicom Corp. ), egy számológépgyártó 12 chipet rendelt az Inteltől (a rendszerlogikai tervezést Masatoshi Shima (嶋正利) Busicom alkalmazottja fejlesztette ki ), hogy egy új asztali számológépben használják fel. Az ilyen mikroáramköröket mindig is erősen speciális funkciók jellemezték, és egy jól meghatározott feladat elvégzésére szolgáltak, ezért minden új alkalmazáshoz a teljes lapkakészletet újra kellett tervezni. Ez a megközelítés veszteségesnek tűnt az Intel alkalmazottai számára. Marchian Edward (Ted) Hoff ( 32) azt javasolta az Intel és a Busicom vezetőinek, hogy csökkentsék a chipek számát, és használjanak egy központi processzort, amelynek számtani és logikai funkciókat kellene végrehajtania, több chip helyett egyet. Az ötletet mindkét cég vezetősége jóváhagyta. 1969 őszén Tad Hoff Stanley Mazor segítségével új chip architektúrát javasolt, amelyet 4-re csökkentettek, beleértve a központi feldolgozó egységet : egy 4 bites központi feldolgozó egységet (CPU), ROM a szoftverek tárolására , és RAM a felhasználói adatok tárolására. A mikroprocesszor fejlesztése csak 1970 áprilisában kezdődött, amikor Federico Faggin olasz fizikus csatlakozott az Intelhez az MCS-4 család fő tervezőjeként. Fagin a szilíciumkapu MOS technológiában 1968-ban a Fairchildnél kifejlesztett mély ismereteinek , valamint az olasz Olivetti cégnél 1961-ben a számítógépes logikai tervezés területén szerzett kiterjedt tapasztalatának köszönhetően sikerült egyetlen chipre redukálnia a CPU mikroprocesszort. . 1968-ban a Fairchildnél Federico bevezette a világ első kereskedelmi chipjét is, amely szilíciumkapu technológiát használt: a Fairchild 3708 -at .

Az Intelnél Faggin egy új, eddig nem létező módszert fejlesztett ki tetszőleges logikai áramkörök tervezésére , és hozzájárult számos olyan folyamat- és chiptervezési innovációhoz, amely kritikus fontosságú a mikroprocesszorok egyetlen chipen történő megvalósításához. Masatoshi Shima, aki a Busicom szoftvermérnöke volt, és nem szerzett tapasztalatot a MOS-tervezésben, segített Faginnak az MCS-4 fejlesztésében, majd később együtt dolgozott vele a Zilog -nál, a Fagin és Ralph Ungermann által 1974 végén alapított, teljes mértékben mikroprocesszorokkal foglalkozó cégnél. Fagin és Seema közösen fejlesztették ki a Zilog Z80 mikroprocesszort .

Minden termékkategóriához hozzárendeltek egy számot. Az Intel első termékei a memóriachipek ( PMOS chipek) voltak, amelyek számozása 1xxx volt. A 2xxx sorozat NMOS chipeket fejlesztett ki . A bipoláris mikroáramkörök a 3xxx sorozathoz lettek hozzárendelve. A 4 bites mikroprocesszorokat 4xxx-nek nevezték el. A CMOS chipeket 5xxx-nek, a mágneses tartomány memóriáját 7xxx-nek, a nyolcbites vagy annál több mikroprocesszorokat és mikrokontrollereket a 8xxx sorozatba sorolták. A 6xxx és 9xxx sorozatot nem használták.

A második számjegy a termék típusát jelzi: 0 - processzorok, 1 - RAM chipek, 2 - vezérlők, 3 - ROM chipek, 4 - shift regiszterek, 5 - EPLD chipek , 6 - PROM chipek, 7 - EPROM chipek , 8 - megfigyelés chipek és áramkörök szinkronizálása impulzusgenerátorokban, 9 - távközlési chipek.

A harmadik és negyedik számjegy a termék sorozatszámának felelt meg, és mivel az első processzorhoz még három speciális mikroáramkörre volt szükség (ROM mikroáramkörök, RAM és I / O bővítő), amelyeket 4004-nél korábban adtak ki, a mikroprocesszor a 4004 nevet kapta.

1971. november 15-én megjelent a 4004-es chip - az első mikroprocesszor, amely 200 dolláros költséggel egyetlen chipen valósította meg a mainframe processzor funkcióit . A világ első mikroprocesszorát 1971 novemberében jelentették be az Electronic News magazinban .. A 4004-es mikroprocesszor 16 tűs DIP-csomagban készült, a kristály mérete 12 mm² (3 × 4 mm). A processzor másodpercenként 60 000 (átlagosan; maximum 93 000 ) utasítást tudott végrehajtani (összehasonlításképpen, az egyik első teljesen elektronikus számítógép - az amerikai ENIAC  - mindössze 5000 (maximum) utasítást hajtott végre másodpercenként 20 bites kapacitással , 280 m² -t foglalt el , 27 tonnát nyomott és 174 kW energiát fogyasztott). Az Intel előre látta a mikroprocesszorok kritikus szerepét a számítógépek miniatürizálásában, ezért 60 000 dollárért megvásárolta a 4004-es mikroprocesszor és továbbfejlesztett változatai szerzői jogát a Busicomtól [ 2 ] .

1971-ben azonban a processzor nem lett bestseller. Az Intel stratégiája az volt, hogy piacra dobja a 4004-et, hogy bővítse a sokkal népszerűbb 1101/1103-as memóriachipek piacát. Csak a 8080-as mikroprocesszor ,  a 4004 elektronikus "dédunokája" vált népszerűvé .

A 4xxx sorozat speciális IC-i

Kezdetben a 4004-es chip három speciális chippel érkezett: ROM, RAM és egy I/O bővítő. És bár ezeknek a mikroáramköröknek saját jelölési rendszerük volt (1xxx, 2xxx és 3xxx sorozat), a 4xxx kategóriában egy második nevet kaptak, amelyet a szokásos számozás mellett kezdtek feltüntetni:

• 4001  – 256 bájtos maszk ROM (256 8 bites programutasítás) és egy beépített 4 bites I/O port.
• 4002  - 40 bájtos RAM (80 4 bites cella) és egy beépített 4 bites kimeneti port; A chipben lévő RAM húsz 4 bites cellából álló 4 "regiszterbe" van rendezve:
  • 16 adatcella (az eredeti számológép mantisszát használt a számjegyekhez)
  • 4 állapotcella (az eredeti számológépben exponenciális számjegyekhez és előjelekhez használják)
• 4003  - 10 bites I/O bővítő(Shift regiszter, amely a sorozatkódot párhuzamossá alakítja)

A 4040 megjelenésével együtt új chipek jelentek meg, amelyek a 4004-gyel is kompatibilisek:

• 4308  – 1024 bájtos maszk ROM (1024 8 bites programutasítás) és négy beépített 4 bites I/O port. Négy 4001-es áramkör teljes cseréje.

• 4008, 4009  - készlet szabványos memóriachipek (ROM, PROM, RAM) és bemeneti-kimeneti portok csatlakoztatásához. Lehetővé teszi akár 16 különböző memóriaeszköz csatlakoztatását 8 címbites, 8 adatbites formátumban. A RAM-ba íráshoz a korábban nem dokumentált WPM (programmemória írása) parancsot kell használni. Legfeljebb 16 4 bites bemeneti portot és legfeljebb 16 4 bites kimeneti portot támogat. Az Intel chipmegosztást javasol: 4316 (2048 bájtos maszk ROM), 4702A (256 bájt PROM/EPROM), 4101 (256 bájtos statikus RAM).

• A 4289  szabványos memóriachipek és I/O portok csatlakoztatására szolgáló áramkör. Későbbi 4008/4009 csere egy karosszériában.
• 4207, 4209, 4211  - GPIO portok (4 port, mindegyik 4 bit). Az áramkörök 3-as címmel rendelkeznek a programterületen, ezért nem oszthatók meg a 4008/4009/4289-cel, és a 4001/4308-as áramkörök nem foglalhatják el a 3-as címet. Egyszerre legfeljebb nyolc áramkör használható a CM-RAM vonalválasztással.
  • 4207  - 8 bit szinkron adatkimenet, 4 kimeneti vezérlőbit, 4 bemeneti vezérlőbit.
  • 4209  - 8 bit szinkron adatbevitel, 4 kimeneti vezérlőbit, 4 bemeneti vezérlőbit.
  • 4211  - 8 bites szinkron adatkimenet, 8 bites szinkron adatbevitel.
• 4265  - 4 univerzális négybites I/O port. 14 módot támogat a szoftver. Teljesen helyettesíti a RAM 4002 egyik bankját.
• A 4269  egy programozható billentyűzet- és kijelzővezérlő. Két 8*8-as billentyűzetmátrix (128 billentyű) ciklikus beolvasását és 2*16*4 bites adat ciklikus kimenetét hajtja végre a kijelző vezérléséhez. Teljesen helyettesíti a RAM 4002 egyik bankját.
• 4201  - órajelgenerátor, RESET és STOP/ACK jelkondicionáló áramkör (a 4004-ben nem használatos).

Megjegyzés: A 4001/4308 ROM chipek nem használhatók a 4008/4009/4289 szabványú memóriavezérlővel rendelkező rendszerben. Különböző rendszerkonfigurációkban használták őket - mini és maxi.

A 400x családot MCS-4- nek (Micro Computer Set 4-bit) is emlegették .

Az Intel emellett eladta az Intellec-4- et (nagy kék dobozok) - a 4004-es programok fejlesztésére és tesztelésére szolgáló rendszert. Valójában ez volt az egyik első mikroszámítógép, amelyet a 4xxx sorozat alapján szereltek össze (4004, 4201 chip, négy 4001 chip és két 4002). Csak a magas ár (5 ezer dollár) nem tette lehetővé, hogy személyi számítógépnek tekintsék .

Gyűjtemények

Az Intel 4004 az egyik leginkább gyűjthető chip lett [3] . A legértékesebbek a fehérarany Intel 4004 chipek, amelyeken látható szürke jelölések vannak a fehér részen (eredeti háztípus) [3] . 2004-ben egy ilyen chipet körülbelül 400 dollárra becsültek az eBay -en [3] . Valamivel kevésbé értékesek azok a mikroáramkörök, amelyeken nincs szürke folt a házon, általában 200-300 dollár körüli a költségük [3] .

Specifikációk

• Bejelentés dátuma: 1971. november 15
• Tranzisztorok száma: 2300
• Kristályfelület: 12mm²
• Gyártási folyamat: 10 µm (P-csatornás szilíciumpite MOS technológia)
• Órajel frekvencia: 740 kHz referencia (vagy 92,6 kHz óra, végrehajtási idő utasításonként 8 ciklus)
• Regiszter szélessége: 4 bit
• Regiszterek száma: 16 (16 négy bit használható 8 nyolc bitként)
• Portok száma: 16 4 bites I/O (programterület) és 32 4 bites kimenet (adatterület)
• Belső busz: 4 bit
• Külső busz: multiplexelve címhez, adatokhoz, vezérléshez - 4 bit (plusz 5 memóriabank-választó CM vonal)
• Harvard építészet
• Stack: belső 3 szintes
• Utasítási memória (ROM/ROM, RAM/RAM is 4008/4009/4289 használata esetén): 4 kilobájt (32768 bit)
• Adatmemória (RAM/RAM chip 4002): 640 bájt (5120 bit) címdekóder nélkül, vagy 1280 bájt (10240 bit) címdekóderrel.
• Címtér-szervezés: heterogén, különböző parancsokra osztva
  • programterület: 1 bank, 12 címbit, 8 adatbit
  • adatregiszter terület: 8 bank (3 bit), 8 cím bit, 4 adatbit
  • állapotregiszter terület: 8 bank (3 bit), 4 címbit, 4 adatbit
  • I/O terület (programbankban): 1 bank, 4 címbit, 4 adatbit
  • kimeneti terület (adatbankokban): 8 bank (3 bit), 4 címbit, 4 adatbit
• Utasítások száma: 46 (ebből 41 8 bites és 5 16 bites)
• Utasítási ciklus: 10,8 mikroszekundum[ ki? ] csak a processzor 2011-es fennállásának 40. évfordulóján ).
• Tápfeszültség: -15 V (pMOS)
• Üzemi hőmérséklet: 0 - +70 °C
• Tárolási és üzemeltetési feltételek: -40 - +85 °C
• Csatlakozó: DIP16 (a mikroáramkört közvetlenül a nyomtatott áramköri lapra forrasztották, vagy egy speciális nyílásba szerelték be)
• Ház: 16 tűs DIP (1 műanyag vagy 3 kerámia, pl. C4004 (fehér kerámia szürke csíkokkal), C4004 (fehér kerámia), D4004 (fekete szürke kerámia), P4004 (fekete műanyag)
• Szállítási mód: külön és MCS-4 készletben (ROM, RAM, I/O, CPU)

Jegyzetek

1. ↑ 1970-ben, több mint egy évvel az i4004 chip megjelenése előtt katonai mikroprocesszort gyártottak, amely a központi légi adatszámítógép része volt.(CADC) - az F-14- es vadászgép fedélzeti vezérlőkomplexuma , de nem volt egychipes [1] .

1. ↑ Az F-14A "Tom Cat" mikroprocesszor  (angol)  (a hivatkozás nem elérhető) . A világ első mikroprocesszora (2009. február 23.). Hozzáférés dátuma: 2014. január 6. Az eredetiből archiválva : 2009. március 30.
2. ↑ Augusztus 12. - a személyi számítógép évfordulója (elérhetetlen link) . ItUnion . Letöltve: 2014. augusztus 20. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 21.. (határozatlan) 
3. ↑ 1 2 3 4 Jurij Golubov. 42 évvel ezelőtt , az Intel kiadta az első chipet . Vladtime.ru (2013. november 18.). Letöltve: 2014. augusztus 20. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 21.. (határozatlan)

Linkek

• Hogyan fejlesztették ki az első Intel chipeket
• A világ processzorépítésének története 4004-től Nehalemig
• Korai tanulmányok a MOS szilíciumkapu technológiáról és a mikroprocesszorról . 1968-1972  (angol)
• Az első mikroprocesszor-építész: Ted Hoff
• Intel 4004 online assembler  (angol)
• Az Intel az első mikroprocesszor 40. évfordulóját ünnepli
• intel 4004 adatlap

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)