Intel 4004

Intel 4004 Beskrivelse af dette billede, også kommenteret nedenfor Den keramiske version C4004 med grå spor Generelle oplysninger
Produktion Fra 1971 til 1981
Maker Intel
Forestillinger
Frekvens 740  kHz
Fysiske specifikationer
Boliger 16 pin DIP
Gravering finhed 10  µm
Den header parameter er obligatorisk.Arkitektur og klassificering
Arkitektur 4 bits

Den 4004 til Intel 's første mikroprocessor markedsført, det vil sige den første integration succesfulde af alle funktionerne i en processor på et enkelt integreret kredsløb .

Det produceres først udelukkende til producenten, der sponsorerede dets udvikling, Busicom , iMarts 1971. Efter at have ophævet eksklusivitetsklausulen annoncerer Intel sin markedsføring den15. november 1971.

Dens realisering er muliggjort af den helt nye teknologi med selvjusterede porte , som gør det muligt for dens designer, Federico Faggin , at integrere 2.300 transistorer på et enkelt integreret kredsløb .

Med en udførelse effekt på 92.600 operationer per sekund ved en maksimal frekvens på 740  kHz , det er sammenligneligt med det ENIAC , den første moderne computer afsløret i 1946 , som besatte 167  m 2 for en samlet vægt på 30 tons.

Faktisk forbliver 4004 betydeligt mindre kraftfuld end processorer på mini-computere i samme periode. På den anden side gør det det muligt at forestille sig at bygge computere, der er meget billigere end disse: mikrocomputere . 4004 og den support, han bruger chips, markedsføres godt af Intel som "  Micro Computer Set  " ( "Together for Microcomputers" ) MCS-4 .

4004 og MCS - 4 chipsættet har dog mange begrænsninger, hvilket betyder, at de ikke vil blive brugt til at bygge mikrocomputere, men snarere indbyggede controllere .

På den anden side blev 4004 fulgt det følgende år af den første 8-bit mikroprocessor , 8008 (og af 4040 , en revideret 4004), derefter i 1974 af mikroprocessoren, som effektivt begyndte mikrocomputerrevolutionen , 8080 .

Designere

4004 blev designet af to Intel-ingeniører: Marcian Hoff , der perfektionerede arkitekturen i 1969 , og Federico Faggin , den eneste chipdesigner i MCS-4-projektet. Faggin havde erfaring med design af MOSFET'er på silicium og især med den nye teknik kendt som "  selvjusterede porte  ", som han havde udviklet hos Fairchild Semiconductor i 1968 . Sidstnævnte førte med succes MCS-4-projektet i 1970-1971.

På tidspunktet for opfindelsen af ​​mikroprocessoren vidste ingeniører, hvordan de kunne designe en mikroprocessors arkitektur og definere dens logik, men ingen var endnu i stand til at fremstille en på en enkelt siliciumchip.

Historisk

I 1969 henvendte det japanske firma Busicom , Intels første store kunde (grundlagt samme år, i 1968) til Intel for at diskutere udviklingen af ​​integrerede kredsløb, som det havde designet den logiske arkitektur for. Disse var nødvendige for at de kunne lave en type lommeregner. Arkitekturen, der blev brugt af Busicom, blev opdelt i syv chips: en speciel CPU i sig selv opdelt i tre chips med read-only hukommelse (ROM) til lagring af programmer et skiftregister med henblik på lagring af informationen; og to input / output (I / O) chips.

Marcian Hoff (tilnavnet Ted Hoff), assisteret af Stan Mazor fra Intel , foreslog en enklere arkitektur med fire chips: en almindelig CPU-arkitektur ved hjælp af RAM til at gemme information, der potentielt kunne integreres i en chip., En skrivebeskyttet hukommelse ( ROM) chip, en RAM-chip (random access memory) og en I / O-chip (input / output). Busicom-ingeniører vurderede Hoffs forslag og accepterede det iOktober 1969.

Federico Faggin , som derefter var ansat hos Fairchild Semiconductor , blev ansat hos Intel iApril 1970til at lede projektet og bygge 4004. I løbet af sin tid i Fairchild skabte Faggin i 1968 den originale silicium gate-teknologi med en selvjusteret gate (“  selvjusteret gate  ”), kaldet “  Silicon Gate Technology (SGT)”, en teknologi, der gjorde det muligt at realisere mikroprocessoren og realiserede verdens første integrerede MOS-kredsløb ved hjælp af SGT ( Fairchild 3708 ), hvilket beviser levedygtigheden af ​​den nye teknologi. Mens han arbejdede hos Olivetti i Borgolombardo, Italien i 1961, havde Faggin fået erfaring med at designe og bygge en lille elektronisk computer og var meget fortrolig med dens arkitektur. Hos Intel oprettede Federico Faggin en ny, ikke-eksisterende projektmetode, der anvender SGT-teknologi til processorlogikken, hvilket gjorde det muligt for mikroprocessoren at blive integreret i en enkelt chip. Han var også involveret i alle aspekter af udviklingen med hjælp fra Masatoshi Shima fra Busicom . Shima skrev efterfølgende softwaren til desktop-udskrivningsberegner til Busicom, det første slutprodukt, der brugte mikroprocessoren.

Da Busicom havde de eksklusive rettigheder til 4004, kunne Intel ikke sælge det til nogen anden kunde. Faggin, der så potentialet, som 4004 kunne have i generelle applikationer, opfordrede Intel-ledelsen til at genforhandle kontrakten med Busicom for at hjælpe med at udvide mikroprocessormarkedet. Ed Gelbach fra Texas Instruments , der netop var blevet udnævnt til vicepræsident for marketing og salg hos Intel, så hurtigt mikroprocessorens potentiale og besluttede at markedsføre det. 4004 blev endelig introduceret til det generelle marked iNovember 1971og åbner dermed et nyt kapitel i mikroelektronikens historie.

Forgænger

Selvom 4004 i vid udstrækning betragtes som den første mikroprocessor , blev en anden model udviklet et år før i 1970 af Ray Holt- selskabet US Central Air Data Computer til at udstyre flyets militærkæmper F-14 Tomcat fra flyproducenten Grumman . Holts centrale processorenhed (CPU) såvel som andre CPU'er før 1970 bestod imidlertid af mindst 3 LSI-chips og blev derfor ikke integreret i en enkelt chip; det var derfor ikke en mikroprocessor. Meget mere effektiv end 4004 blev dens eksistens afsløret i 1998.

Tekniske egenskaber

4004 kom ud i en keramisk 16 pin DIP- pakke på15. november 1971. Dette er første gang, at alle processors funktioner er blevet kombineret på et enkelt integreret kredsløb , hvilket gør den til den første mikroprocessor i historien og i branchen. Den industrielle takst ved udgangen er 200 dollars .

Dimensionerne på det integrerede kredsløb er 3,81  mm lange og 2,79  mm brede eller kun 10,62  mm 2 . Det giver således ydeevne svarende til 66  m 3 af en ENIAC koncentreret på kun 10  mm 2 .

Den omfatter 2300 transistorer pMOS (metal-Oxide Semiconductor P-kanal) teknologi 10 um , leveret med -15  V .

Den er designet til binær kodet decimalberegning og har en 4-bit- behandlingsarkitektur , dvs. den håndterer 4-bit "tegn" ( nibbles ), der er tilstrækkelig til at repræsentere cifre mellem 0 og 9.

4004 har en aritmetisk logikenhed (ALU), en akkumulator og 16 data registre , alle i 4 bit. UAL giver dig mulighed for at udføre nogle enkle beregninger: inkrement og deklementering , addition og subtraktion, offsets , decimaljustering og carry propagation .

Den adresse , den ordet størrelse og opbevaring er helt anderledes for programmet og for data :

På grund af det lille antal stifter er databussen og adressebussen ikke adskilt, men multiplexeres på en enkelt 4-bit ekstern bus .

Den eksterne arkitektur er derfor mellemliggende mellem en Harvard-arkitektur og en von Neumann-arkitektur :

Ud over en ordinær tæller indeholder 4004 også en 3-niveau dyb intern udførelsesstak .

Den instruktionssæt består af 46 maskininstruktionerne , herunder 41 1-byte instruktioner og 5 2-byte instruktioner.

4004 er uret af et eksternt 740  kHz ur . Hver instruktion kræver en instruktionscyklus med en fast varighed på 8 urcyklusser (eller muligvis 16 cyklusser til instruktioner på 2 byte):

For et eksternt ur ved 740  kHz varer hver instruktionscyklus således 10,8  μs , hvilket gør det muligt for 4004 at udføre op til 92.600 instruktioner pr. Sekund.

Familie af komplementære komponenter

4004 leveres med en familie af supportkomponenter, der er kompatible med dens funktion: synkronisering i instruktionscyklussen, busmultiplexering, segmenteret adressering af RAM osv. Alle 4001 og dets supportkomponenter markedsføres under navnet MCS-4 :

Cirka halvandet år efter fremkomsten af ​​MCS-4 tilføjede dens designer Federico Faggin 4008 og 4009 chips for at muliggøre direkte forbindelse af 4004 til standardhukommelser, hvilket øgede antallet af hukommelseskomponenter, der kunne bruges.

Bemærk: I den originale MCS-4-serie krævede 4004 ikke de valgfri 4008/4009-chips for at fungere som et system, fordi den forbandt direkte med op til seksten 4001 (ROM) og seksten 4002 (RAM))

Samlerobjekt

Intel 4004 er naturligvis en af verdens mest eftertragtede samleobjekter chips . De meget høje 4004-værdier er de guld og hvide med det, der kaldes "grå mærker" på den hvide del. I 2007 nåede sådanne chips omkring 1500  $ på eBay . De i hvidt og guld uden grå striber er lidt lavere i værdi og henter typisk $ 600 til $ 800  . Lopper uden "datakode" nedenfor er ældre versioner og er derfor lidt mere værd omkring 1 200  $ . Der er andre værdifulde chips såsom Intel 4040.

Noter og referencer

  1. "  Den første mikroprocessor på markedet  " på ACONIT (adgang til 22. juli 2018 )
  2. "  Den første mikroprocessor: Intel 4004  " , om informatikhistorie (adgang til 22. juli 2018 )
  3. (in) [PDF] "  Intel MCS-4 datablad  " på chipdb (adgang til 22. juli 2018 )
  4. (in) "  Den afgørende rolle for siliciumdesign i opfindelsen af ​​mikroprocessoren  " på Intel 4004 (adgang til 22. juli 2018 )
  5. https://sciencepost.fr/le-premier-microprocesseur-de-lhistoire-est-celui-dun-avion-de-chasse-de-lus-air-force/ ?


Se også

eksterne links