4004

Intel 4004 — 4-битный микропроцессор, разработанный корпорацией Intel и выпущенный 15 ноября 1971 года. Эта микросхема считается первым в мире коммерчески доступным однокристальным микропроцессором[1].
История
В 1969 году небольшая японская компания Nippon Calculating Machine, Ltd. (впоследствии Busicom Corp.), занимающаяся производством калькуляторов, заказала у Intel 12 микросхем (логический дизайн системы был разработан сотрудником Busicom — Масатоси Сима (嶋正利)), которые должны были использоваться в новом настольном калькуляторе. Такие микросхемы всегда характеризовались узкоспециализированными функциями и предназначались для выполнения строго определённой работы, поэтому для каждого нового применения приходилось заново разрабатывать весь набор микросхем. Такой подход сотрудникам Intel показался невыгодным. 32-летний Маршиан Эдвард (Тед) Хофф предлагает руководству Intel и Busicom уменьшить число микросхем, используя центральный процессор, который должен будет выполнять арифметические и логические функции, один вместо нескольких микросхем. Идея была принята «на ура» руководством обеих фирм. В течение осени 1969 года Тэд Хофф, с помощью Стэнли Мэйзор предложил новую архитектуру микросхем, число которых было сокращено до 4, включая центральный процессор: 4-разрядный центральный процессор (ЦПУ), ПЗУ для хранения ПО и ОЗУ для хранения данных пользователя. Развитие микропроцессора началось только в апреле 1970 года, когда Федерико Фаджин (Federico Faggin), физик из Италии, начал работать в Intel главным проектировщиком семьи MCS-4. Фаджину, благодаря глубокому знанию технологии МОП с кремниевым затвором, разработанной им в Fairchild в 1968 году, и большому опыту, полученному в 1961 году в итальянской фирме Olivetti в области логического проектирования компьютеров, удалось свести микропроцессор CPU в один-единственный чип. В 1968 году, когда Федерико работал в фирме Fairchild, он также реализовал первую в мире коммерческую микросхему, которая использовала технологию кремниевых затворов: Fairchild 3708.
В фирме Intel Фаджин разработал новый, до тех пор не существовавший метод проектирования схем произвольной логики и внёс свой вклад во многие нововведения по разработке процессов и микросхем, весьма важные для реализации микропроцессора в одном чипе. Масатоси Сима, который работал инженером по программному обеспечению в фирме Busicom и не имел никакого опыта в конструировании устройств МОП, помог Фаджину в разработке MCS-4, а позже стал работать с ним в фирме Zilog, созданной в конце 1974 года Фаджином и Ральфом Унгерманном и полностью посвящённой микропроцессорам. Фаджин и Сима вместе разработали микропроцессор Zilog Z80, который производится до сих пор.

15 ноября 1971 года выходит микросхема 4004 — первый микропроцессор, который при стоимости 200 долларов реализовывал на одном кристалле функции процессора большой ЭВМ. Первый в мире микропроцессор был анонсирован в ноябре 1971 года в журнале .
В 2006 году корпорация Intel отметила 35-летний юбилей одного из самых значительных достижений в истории технологий.
Микропроцессор 4004 выпускался в 16-контактном корпусе типа DIP, размеры кристалла были 12 (3×4 мм).
Процессор мог выполнять 60 000 (в среднем; максимально — до 93 000) инструкций в секунду (для сравнения, один из первых полностью электронных компьютеров — американский ЭНИАК — выполнял только 5000 (максимально) инструкций в секунду с разрядностью 20, занимал 280, весил 27 и потреблял 174 энергии). Фирма Intel предугадала решающее значение микропроцессоров в миниатюризации компьютеров и поэтому выкупила у фирмы Busicom авторские права на микропроцессор 4004 и его усовершенствованные версии за 60 000 долларов[2].
Впрочем, в 1971 году процессор так и не стал хитом продаж. Стратегия фирмы Intel была направлена на то, что сбыт 4004 расширяет рынок намного более популярных микросхем памяти 1101/1103. Заслуженной популярностью стал пользоваться только микропроцессор 8080, электронный «правнук» 4004.
Распространена легенда, что данный процессор использовался в бортовой аппаратуре межпланетного зонда Пионер-10. Однако, в действительности компьютеры Пионера-10 имели другую разрядность (18 и 16 бит)[3].
Специализированные микросхемы серии 4xxx
Чип 4004 поставлялся с тремя специализированными микросхемами: ROM, RAM и расширителем ввода-вывода. И хотя у этих микросхем была своя система обозначений (серии 1xxx, 2xxx и 3xxx), они получили второе наименование в категории 4xxx, которое стало обозначаться рядом с их обычной нумерацией:
4001 — 256-байтовое ПЗУ (256 8-битовых программных инструкций), и один встроенный 4-битный порт ввода-вывода.
4002 — 40-байтовое ОЗУ (80 4-битных ячеек), и один встроенный 4-битный выходной порт; RAM в чипе организована в 4 «регистра» из двадцати 4-битных ячеек:
16 ячеек данных (в оригинальном калькуляторе использовались для цифр мантиссы)
4 ячейки состояния (в оригинальном калькуляторе использовались для цифр экспоненты и знаков)
4003 — 10-битный  (сдвиговый регистр, преобразующий последовательный код в параллельный)
Помимо этого, в семействе 4xxx были выпущены микросхемы 4008 и 4009, которые также могли поставляться с 4004:
4008 — 8-битный фиксатор адреса для доступа к стандартным чипам памяти и один встроенный порт ввода-вывода
4009 — преобразователь доступа ввода-вывода к стандартной памяти и чипам ввода-вывода
Замечание: микросхема 4001 не могла использоваться в системе совместно с парой микросхем 4008/4009. Они использовались в разных конфигурациях систем — мини и макси.
Семейство 400x также именовали как MCS-4 (Micro Computer Set 4-bit).
Также фирма Интел продавала Intellec-4 (большие синие коробки) — систему разработки и тестирования программ для 4004. Фактически это была одна из первых микро-ЭВМ, собранная на основе серии 4xxx (чипы 4004, 4201, четыре чипа 4001 и два 4002). Лишь высокая цена (5 тыс. дол.) не позволяла считать её персональным компьютером.
Коллекционирование
Intel 4004 является одной из самых популярных микросхем в плане коллекционирования[4]. Наиболее высоко ценятся бело-золотые микросхемы Intel 4004 с видимыми серыми следами на белой части (оригинальный тип корпуса)[4]. Так, в 2004 году такая микросхема на интернет-аукционе eBay оценивалась примерно в 400[4]. Немного менее ценными являются микросхемы без серых следов на корпусе, обычно их стоимость составляет порядка 200—300 долларов[4]. Те чипы (с серыми следами) без даты выпуска снизу микросхемы и выпущены раньше, поэтому их ценность выше.
Технические характеристики
Дата анонса: 15 ноября 1971 года
Количество транзисторов: 2300
Площадь кристалла: 12 мм²
Техпроцесс: 10 мкм (P-channel silicon pie MOS technology)
Тактовая частота: 740 кГц (конкретно от500 до 740.740…, так как clock period 2—1,35мкс) (или 92,6 кГц?)
Разрядность регистров: 4 бит
Количество регистров: 16 (16 четырёхбитных могут быть использованы как 8 восьмибитных)
Количество портов: 16 четырёхбитных входных и 16 четырёхбитных выходных
Разрядность шины данных: 4 бита
Разрядность шины адреса: 12 бит
Гарвардская архитектура
Стек: внутренний 3-уровневый
Память команд (ПЗУ/ROM): 4 килобайта (32768 бит)
Объём адресуемой памяти (ОЗУ/RAM): 640 байт (5120 бит)
Количество инструкций: 46 (из которых 41 — 8-разрядные и 5 — 16-разрядные)
Цикл инструкций: 10,8 микросекунд
Напряжение питания: −15 (pMOS)
Рабочая температура: от 0 до +70 °C
Условия хранения и эксплуатации: от −40 до +85 °C
Разъём: DIP16 (микросхема непосредственно впаивалась в печатную плату либо устанавливалась в специальный слот)
Корпус: 16-контактный DIP (1 вид пластиковый или 3 вида керамического, например C4004 (белая керамика с серыми полосками), С4004 (белая керамика), D4004 (черно-серая керамика), P4004 (чёрный пластик))
Тип поставки: отдельно и в комплектах MCS-4 (ROM, RAM, I/O, CPU)

См. также
Руководитель проекта и конструктор первого микропроцессора: Федерико Фаджин
Примечания

Ссылки

. 1968—1972‹See Tfd›(in English)

‹See Tfd›(in English)

Категория:Микропроцессоры фирмы Intel
1971
15