Совсем скоро – 15 ноября 2021 года – исполнится 50 лет микропроцессору Интел 4004, сделавшим революционный переворот в развитии мировой электроники. Это не самый первый процессор в мире. Примерно за год до того, как в научных и коммерческих журналах появилось описание Intel 4004, военные для своих нужд разработали и внедрили процессор F14 CADC. По понятным причинам изобретение долгое время было засекречено, а Интел 4004 стал первым коммерческим вариантом.

Интегральные микросхемы, выпускаемые на основе МОП-транзисторов, появились ещё в 60-е годы. Их использовали для создания калькуляторов, терминалов, для бортовых систем гражданского и военного авиатранспорта. Изначально они были довольно громоздкими и могли выполнять небольшое количество операций. Но довольно быстро за счет увеличения количества транзисторов и уменьшения их физического размера инженеры-разработчики создали микросхемы, способные выполнять до 100 операций. Тогда-то и появилась мысль о том, чтобы создать первый в мире процессор.

Как это произошло?

В начале 70-х годов скромная японская компания «Ниппон Калкулэйтинг Машин, Лимитед», позже переименованная в Busicom Corp., специализировалась (что очевидно из названия) на выпуске калькуляторов. В те времена для каждого нового гаджета приходилось разрабатывать специальный набор микросхем с чрезвычайно узкой специализацией. Японцам понадобилось 12 подобных разработок, которые они заказали фирме Intel.

Приступив к выполнению заказа, инженер компании Маршиан Эдвард Хофф представил на обсуждение идею о снижении количества микросхем для японских гаджетов и использовании единого центрального процессора, который стал бы выполнять все необходимые функции логики и арифметики сразу для всех микросхем. Идея понравилась всем и сразу. На исходе 1969 года М. Э. Хофф в сотрудничестве со С. Мэйзором предложили инновационную архитектуру четырёхразрядного центрального процессора с минимальным количеством микросхем. Их сократили до 4.

Как создавали первый процессор – Intel 404?

За реализацию идеи Хоффа взялся итальянский физик Федерико Фаджин. Он использовал всё ту же технологию МОП (металл-оксид-полупроводник, с которой много и успешно работал раньше. Именно он стал проектировщиком семьи Micro Computer Set 4-bit или MCS-4 от Intel. Датой очередного технического переворота официально считается 15.11.71 (год создания первого процессора на одном кристалле), когда на страницах популярного американского специализированного журнала «Электроникс Ньюс» появилась информация-представление чипа 4004, вобравшего в себя все функции большого компьютера в одном-единственном кристалле. О революционном прорыве (всего за 25 лет работы) говорят такие цифры: микропроцессор Intel 4004 имел размеры ⅛ х ⅙ дюйма (12 квадратных миллиметров) и обладал такой же мощностью, как первый электронный компьютер образца 1946 года, имевший 1800 вакуумных трубок и занимавший отдельную комнату.

Технические характеристики

Что такое процессор первого поколения? По сегодняшним меркам технические возможности Интел 4004 были более чем скромные. Он производился по 10-мкм техпроцессу, имел 2250 транзисторов, был оснащён 4-х битной шиной и функционировал с частотой 108 кГц, что позволяло проводить 92,6 тыс. операций в секунду. Внутренний стек имел всего три уровня. Объем ПЗУ составлял 4 Кб, оперативной памяти – 640 байт, а частота синхронизации – 740 кГц. Разрядность шины данных составляла 4 бит, а шины адреса - 12 бит. Процессор имел возможность обратиться к 16 портам ввода и такому же количеству портов вывода.

Почему 4004 и что означает латинская буква перед цифрами?

Что означает C 4004 на первом процессоре?

Каждой категории продукции присваивалось свое число. Микросхемы памяти типа PMOS -чипы были первым видом продукции, произведенной Интел. Он получил нумерацию 1ххх. Следующей увидела свет микросхема типа NMOS . Ей присвоили индекс 2ххх, четырёхразрядным микропроцессорам – нумерацию 4xxx. Следующая цифра (вторая) обозначает вид изделия: ноль - процессоры, тройка - микросхемы ROM, шестёрка - микросхемы PROM. Последние два цифровых символа обозначают порядковый номер изделия. Самый первый в мире коммерческий процессор от Интел был оснащён 3 микросхемами (ROM, RAM и расширителем ввода-вывода). Они были выпущены раньше самого процессора, поэтому в нумерации изделия появилась последняя четвёрка (4004).

Упаковка

Самые ранние версии процессоров Intel MCS-4 имели керамическую упаковку со специфическими полосками белого и серого цвета на «спине» чипов. В связи с этим их ещё иногда называют «упаковкой с серыми следами». Обозначалось такое изделие буквой «С», стоящей перед цифрами 4004. Сегодня эти версии процессора высоко ценятся у коллекционеров и достаточно дорого стоят (до 400 долларов). Позже корпуса стали делать чисто белыми и тоже обозначать как С4004, а затем – темно-серыми с маркировкой «D». Более поздние версии имеют пластмассовый корпус и маркируются литерой «Р».

На протяжении всех 50 лет, прошедших с момента презентации, самый первый коммерческий процессор эволюционировал семимильными шагами: разрядность его микропроцессоров последовательно увеличивалась, достигнув 64, появилась кэш-память, общее количество транзисторов достигло миллиарда, значительно возросла логическая сложность архитектуры, частота перевалила за 4 ГГц. Но, судя по всему, – это далеко не предел. Рекомендуем также ознакомится со статьёй «7 лучших моделей ноутбуков».