Intel 4004

Intel 4004 е първият в света 4-битов централен процесор, пуснат от Intel Corporation на 15 ноември 1971 г. Това е първият еднокристален микропроцесор за масова употреба^[1].

Intel 4004 CPU
микропроцесор Intel C4004
Произвеждан от:	Oт края на 1971 до 1981
Производител:	Intel
Максимална вътрешна честота:	740 kHz
Архитектура:	4-bit BCD
Корпус:	16 pin DIP

Intel 4004 в керамичен корпус (D)

Въпреки че този микропроцесор се смята за начало на микропроцесорната и микрокомпютърната индустрия, други производители на интегрални схеми по това време също разработват подобни устройства. 4004 се произвежда в течение на 10 години, но няма търговски успех и оказва много малко влияние върху пазара на електроника. Той обаче е технологичен пробив, който отваря вратата за производство на едночипови микропроцесори и микрокомпютри. Те са материалната основа на информационната революция, която промени света в последните 30 години.

Intel 4004 е проектиран и се произвежда по 10-µm P-канална MOS технология. Работи от единствено захранващо напрежение -15 V с работна честота 740 kHz, предлага се в 16-изводен керамичен корпус.^[2]Процесорът притежава 46 броя инструкции, които са 8-bit-ови, ако са 2 думи стават 16-bit-ови 2x8-bit.Intel 4004 притежава интерфейс за клавиатура и оперира при температура от 0 до 70 градуса. Извършването за инструкционен цикъл става 10,8 микросекунди.

История

През 1969 г. Марсиан Хоф (Marcian Hoff) предлага архитектура на семейство от четири чипа, наречено MCS-4, но не взима участие в развитието му, защото не е конструктор на единочипови устройства. Проектирането започва по-късно, през април 1970 година, когато Федерико Фаджин (Federico Faggin), физик, роден в Италия, е назначен в Интел като ръководител на проект и проектант на MCS-4. Колективът, под ръководството на Фаджин успява за пръв път да интегрира централен процесор в един-единствен чип през 1970-1971 година. Интел взима на работа Фаджин, който е съразработчик на оригиналната Silicon Gate технология със самоцентриране във Фейърчайлд през 1968 година и на нейна основа е създал интегрална схема, Fairchild 3708, на ниво търговски продукт.

В Интел Фаджин разработва нов метод на логическа схемотехника на база на технологията Silicon Gate (дотогава SGT е била технология, използвана основно за създаване на памети) и създава множество оригинални разработки, които позволяват създаването на микропроцесор в един-единствен чип: метод за осъществяване на „скрит контакт“; метод за създаване на пряк контакт между поликристален силиций и метал, което позволява свързването на две нива: едното от силиций, а другото от алуминий; откриването на натоварването бутстрап с използване на поликристален силиций (нещо, което се е считало невъзможно за осъществяване); изобретяване на много специални схеми, например нов статичен преместващ регистър по MOS технология, нов брояч и нов начин за автоматично стартиране при включване на захранването (power-on reset) (патент US 3 753 011).

Масатоши Шима (Masatoshi Shima), инженер по софтуер и цифров хардуер, без никакъв предишен опит като чип-дизайнер, помага на Фаджин при разработването на MCS-4 и по-късно го последва в Zilog, първата фирма, произвеждаща изключително микропроцесори, създадена от Федерико Фаджин и Ралф Унгерман в края на 1974 година. Фаджин и Шима разработват заедно микропроцесора Z80, който се произвежда и до днес.

Според правилата за означение на интегрални схеми на Intel означението на първия микропроцесор следва да бъде 1201. Федерико Фаджин е привърженик на означение 4000, но едва след като узнава за хронологията на Ашер, според която датата на сътворението на света e 4004 г. преди Рождество Христово, използва този довод и получава разрешение от ръководството на Intel за означение 4004.^[3]

Технически характеристики

• 4-битов паралелен
• 46 инструкции
• Двоичен и десетичен работен режим
• Стандартно работи при температура от 0 до 70 градуса по Целзий
• 12-битова адресна шина
• 8-битови инструкции
• 4-битови данни

Допълнителни чипове

• 4001 256 битова енергонезависима памет върху четирибитов И/О порт
• 4002 40 битова енергонезависима памет върху четирибитов И/О порт организирана от 4 регистъра с 20 битови думи
• 4003 10 битов паралелен шифт регистър за сканиране на клавиатури, дисплей, принтери и др.
• 4269 интерфейс за клавиатура и дисплей
• 4289 интерфейс за паметта

Изводи

• 1 – D0(вход за данни 1)
• 2 – D1(вход за данни 2)
• 3 – D2(вход за данни 3)
• 4 – D3(вход за данни 4)
• 5 – Vss(захранване)
• 6 – Clk фаза 1
• 7 – Clk фаза 2
• 8 – край синхронизиране
• 9 – рестартиране
• 10 – тест
• 11 – извод на енергонезависима памет
• 12 – край синхронизиране
• 13 – извод на енергозависима памет 3
• 14 – извод на енергозависима памет 2
• 15 – извод на енергозависима памет 1
• 16 – извод на енергозависима памет 0

Източници

1. Patterson, Dave. The F-14A Central Air Data Computer MP944 Microprocessor // 25 септември 1998. Посетен на 20 май 2006. (на английски)
2. 4004 Single Chip 4-Bit P-Channel Microprocessor // Intel. Посетен на 1 април 2012.
3. Oral History Panel on the Development and Promotion of the Intel 8008 Microprocessor // Computer History Museum. Посетен на 1 април 2012.

• Най-ранните документи за технология със силициев затвор (Silicon Gate Technology), Fairchild 3708, и първият микропроцесор
• Busicom Calculator Engineering Prototype (Gift of Federico Faggin to the Computer History Museum). The CHM collection catalog shows pictures of the engineering prototype of the Busicom 141-PF desktop calculator. The engineering prototype used the world’s first microprocessor to have ever been produced. This one-of-a-kind prototype was a personal present by Busicom’s president Mr. Yoshio Kojima to Federico Faggin for his successful leadership of the design and development of the 4004 and three other memory and I/O chips (the MCS-4 chipset). After keeping it at home for 25 years, Faggin donated it to the CHM in 1996.