Історія

Мікросхемі Intel 4004 виповнилося 45 років. Трохи історії ІТ

Без сучасної електроніки життя людини вже важко уявити. Звичайно, існує чимало місць, де про сучасні технології досі не чули, не те, щоб користуватися. Але все ж таки переважна частина населення Землі так чи інакше пов'язана з електронікою, що стала невід'ємною частиною нашого побуту та роботи.

Людина з давніх-давен використовувала різні пристосування для того, щоб зробити якісь виробничі процеси більш ефективними або зробити більш комфортним своє власне існування. Справжній прорив стався наприкінці 40-х років 20-го століття, коли було винайдено транзистори. Першими були біполярні транзистори, використовувані досі. За ними пішли МОП-транзистори (метал-оксидид-напівпровідникові).

Перші транзистори такого типу були дорожчими і менш надійними, ніж їхні біполярні родичі. Але, починаючи з 1964 року, в електроніці стали використовувати інтегральні мікросхеми, основою яких якраз і стали МОП-транзистори. Це дозволило знизити вартість виробництва електронних пристроїв і значно знизити розміри гаджетів і систем з одночасним зниженням енергоспоживання. З часом мікросхеми ставали все більш складними та досконалими, замінюючи собою великі блоки транзисторів, що відкрило можливість зменшувати розміри електронних пристроїв.

До кінця 60-х років стали поширюватися мікросхеми з досить великою кількістю логічних вентилів (великим на той час): 100 і більше. Це дозволило використовувати нові елементи для створення комп'ютерів. Розробники електронних обчислювальних машин відносно швидко визнали, що збільшення щільності розміщення транзисторів у мікросхемі дозволить створити комп'ютерний процесор у вигляді одного-єдиного чіпа. Спочатку інтегральні мікросхеми з МОП-транзисторами використовувалися створення терміналів, калькуляторів, їх почали застосовувати розробники бортових систем пасажирського і військового транспорту.

Ключовий момент

Сьогодні більшість фахівців електронників визнають, що старт якісно нового етапу розвитку електроніки розпочався в 1971 році, коли з'явився 4-бітний процесор 4004 від Intel, згодом замінений 8-бітним чіпом 8008. Він з'явився після того, як невеликих розмірів японська компанія з назвою Nippon Calculating Machine, Ltd. (згодом Busicom Corp.) замовила лише 12 мікросхем у Intel. Компанії ці мікросхеми потрібні для своїх калькуляторів, а логічний дизайн чіпів був розроблений співробітником компанії-замовника). Тоді для кожного пристрою розроблявся новий набір мікросхем, що виконували вузькоспеціалізовані функції.

При виконанні замовлення Маршіан Едвард Хофф запропонував знизити кількість мікросхем нового пристрою японської компанії, ввівши використання центрального процесора. Саме він, за задумом інженера, мав стати центром обробки даних та виконання арифметичних та логічних функцій. Процесор мав замінити собою одразу кілька мікросхем. Посібники обох компаній схвалили цю ідею. Восени 1969 року Хофф за допомогою Стенлі Мейзора запропонував нову архітектуру мікросхем, число яких було скорочено до 4. Частина запропонованих елементів - 4-х розрядний центральний процесор, ПЗУ і ОЗУ.

Сам процесор зміг розробити Федеріко Фаджін, фізик з Італії, який став головним проектувальником сім'ї MCS-4 Intel. Саме він, завдяки знанню технології МОП, зміг створити процесор, реалізувавши ідею Хоффа. До речі, перша у світі комерційна мікросхема, де використовувалася технологія кремнієвих затворів, була також розроблена ним. Вона мала назву Fairchild 3708.

Фаджин, будучи співробітником Intel, зміг створити новий метод проектування довільної логіки. Йому в його роботі допомагав Масатосі Сіма, який працював на той час інженером у Busicom. Фаджин та Сіма розробили згодом мікропроцесор Zilog Z80, який, до речі, виробляється і зараз.

Архітектура процесора Intel 4004

Але головне сталося 15 листопада 1971 року. Це дата появи першого мікропроцесора від Intel, чипа 4004. Його вартість на той час становила 200 доларів. Всього на одному кристалі було реалізовано практично всі функції процесора великої ЕОМ. Його анонсували у листопаді 1971 року в журналі Electronic News.

Характеристики процесора:

Дата появи: 15 листопада 1971 року
Кількість транзисторів: 2300
Площа кристала: 12 мм²
Техпроцес: 10 мкм (P-channel silicon pie MOS technology)
Тактова частота: 740 кГц (конкретно від 500 до 740,740… кГц, оскільки clock period 2..1,35мкс (або 92,6кГц?)
Розрядність регістрів: 4 біт
Кількість регістрів: 16 (16 чотирибітних можуть бути використані як 8 восьмибітних)
Кількість портів: 16 чотирибітних вхідних та 16 чотирибітних вихідних
Розрядність шини даних: 4 біти
Розрядність шини адреси: 12 біт
Гарвардська архітектура
Стек: внутрішній 3-рівневий
Пам'ять команд (ПЗУ/ROM): 4 кілобайти (32768 біт)
Обсяг пам'яті, що адресується (ОЗУ/RAM): 640 байт (5120 біт)
Кількість інструкцій: 46 (з яких 41 - 8-розрядні та 5 - 16-розрядні)
Цикл інструкцій: 10,8 мікросекунд
Напруга живлення: −15 В (pMOS)
Робоча температура: від 0 до +70 °C
Умови зберігання та експлуатації: від -40 до +85C
Роз'єм: DIP16 (мікросхема безпосередньо впаювалася в друковану плату або встановлювалася в спеціальний слот)
Корпус: 16-контактний DIP (1 вид пластиковий або 3 види керамічного, наприклад, C4004 (біла кераміка із сірими смужками), С4004 (біла кераміка), D4004 (чорно-сіра кераміка), P4004 (чорний пластик))
Тип поставки: окремо та в комплектах MCS-4 (ROM, RAM, I/O, CPU)

У секунду цей процесор виконував від 60000 до 93000 інструкцій. У той самий час, один із перших електронних комп'ютерів, ЭНИАК , міг виконувати лише 5000 інструкцій на секунду. При цьому ЕНІАК займав 280 квадратних метрів, важив 27 тонн та споживав 174 кВт енергії.

4004 процесор не став надто популярним. Повсюдно став використовуватися 8080 чіп, який можна назвати «правнуком» 4004-го.

Калькулятори та комп'ютери

У 1971 році компанія Intel мала конкурентів. Наприклад, Mostek, компанія, що розробляла напівпровідникові елементи та пристрої на їх основі, створила перший у світі «калькулятор на чіпі», MK6010.

У червні 1971 року компанія Texas Instruments запустила медіакампанію, присвячену перевагам її процесора. У той час Datapoint 2200 на основі TMX 1795 описувався як «потужний комп'ютер, що перевершує оригінальний варіант», де мало на увазі, що можливості Datapoint 2200 на основі TMX 1795 значно перевершували можливості Datapoint 2200 на основі біполярних транзисторів. Але СТС після перевірки роботи нового чіпа відкинула його, продовживши використовувати біполярні чіпи. Intel все ще працювала над власним процесором.

Через деякий час TI, переконавшись у відсутності попиту на TMХ 1795 (згодом – TMC 1795), завершила медіакампанію та припинила виробництво системи. Але в історію увійшов саме цей чіп як перший 8-бітний процесор.

1971 року СТС втратила інтерес до єдиного процесора для своїх систем, передавши всі права на новий чіп Intel. Компанія не стала відмовлятися від цієї можливості, і продовжила розробку 8008 чіпа, успішно запропонувавши його ряду інших компаній. У квітні 1972 року їй удалося поставити сотні тисяч таких процесорів. Через два роки 8008 процесор був замінений на новий 8080, після чого прийшов 8086 і почалася ера систем на x86 архітектурі. Зараз, працюючи на потужному ПК чи ноутбуці, варто пам'ятати, що архітектура такої системи була розроблена багато років тому для програмованого терміналу Datapoint 2200.

Intel тоді використовувала досконалішу технологію, яка й забезпечила перевагу її процесорів. Вони були швидкими та відносно економними у плані споживання енергії. Плюс до всього, у мікросхемах Intel щільність розміщення транзисторів була вищою, ніж у чіпі TI, що дозволило знизити розміри процесорів. Плюс до всього, важливу роль грав і маркетинг, у цій сфері Intel теж зробила низку вдалих кроків, що забезпечило популярність розробок компанії.

Як би там не було, ситуація з першістю в розробці перших процесорів далеко не така однозначна, як прийнято вважати. Тут було відразу кілька першопрохідців, але популярною згодом стала розробка лише одного з них. Власне, з модернізованими «нащадками» цієї технології ми всі маємо справу сьогодні, в 21-му столітті.

Теги: Додати теги