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Unerwartete Mikroprozessorhistorie

Sie denken, alles begann mit dem Intel 4004, aber es ist nicht so einfach




Intel 4-Bit 4004-

Transistoren, elektronische Verstärker und Schalter, die heute im Mittelpunkt von Handfunkgeräten bis hin zu Supercomputern stehen, wurden 1947 erfunden. Frühe Prototypen wurden Bipolartransistoren genannt und sind noch in Bewegung. In den 1960er Jahren hatten Ingenieure herausgefunden, wie mehrere Bipolartransistoren in einer einzigen integrierten Schaltung kombiniert werden können. Aufgrund ihrer komplexen Struktur konnte sich jedoch nur eine kleine Anzahl von ihnen im Diagramm befinden. Obwohl der auf der Basis von bipolaren integrierten Schaltkreisen erstellte Minicomputer viel kleiner war als die frühen Computer, waren daher mehrere Karten mit Hunderten von Chips erforderlich.

1960 wurde ein neuer Transistortyp gezeigt: ein Metalloxid-Halbleitertransistor, ein MOS-Transistor. Die Technologie sah zunächst nicht vielversprechend aus. Sie waren langsamer, weniger zuverlässig und teurer als bipolare. Integrierte Schaltungen auf Basis von MOS-Transistoren könnten jedoch bereits 1964 eine höhere Dichte und niedrigere Produktionskosten aufweisen als bipolare. Die Komplexität integrierter Schaltkreise wuchs nach dem Gesetz von Moore, aber die MOS-Technologie setzte sich fort.

Bis Ende der 1960er Jahre konnte ein einzelner MOS-Chip bereits etwa 100 Logikelemente haben, von denen jedes mehrere Transistoren hatte, und all dies sah für die Erstellung von Computern vielversprechend aus. Diese Mehrkomponenten-Chips wurden als IVIs (Large Scale Integration, LSI) bezeichnet.

Die Ingenieure erkannten, dass die zunehmende Dichte der MOS-Transistoren es ermöglicht, den Computerprozessor auf einem einzelnen Chip zu platzieren. Aufgrund der Tatsache, dass MOS-Transistoren langsamer als bipolare waren, war ein auf MOS-Chips basierender Computer nur dann sinnvoll, wenn eine geringe Geschwindigkeit erforderlich war, oder ein leichtes und kompaktes Gerät - Datenendgeräte, Taschenrechner, elektronische Geräte für die Luft- und Raumfahrt. Aus solchen Anwendungen heraus begann die Revolution der Mikroprozessoren.

Die meisten heutigen Ingenieure glauben, dass die Revolution 1971 mit einem 4-Bit-Chip von Intel 4004 begann, unmittelbar gefolgt von einem 8-Bit-Chip 8008. Die Geschichte der Geburt des Mikroprozessors ist jedoch viel reicher und erstaunlicher. Insbesondere zeigen einige neu entdeckte Dokumente, wie der heute vergessene Texas Instruments TMX 1795-Chip den Intel 8008 überholte und zum ersten 8-Bit-Mikroprozessor wurde, dann aber in Vergessenheit geriet.

Die ersten Mikroprozessoren ebneten den Weg für den Einsatz von MOS-Chips im Computerbereich. Der erste MOS-IVU-basierte Computer war der D200, der 1967 von Autonetics, einer Abteilung der nordamerikanischen Luftfahrt in Anaheim, Kalifornien, entwickelt wurde.


Drei stolze Väter: Federico Fuggin, Marcian Hoff Jr. und Stanley Maysor posieren in der Ruhmeshalle der Erfinder und demonstrieren den Intel 4004-Mikroprozessor. Der

kompakte 24-Bit-Universalcomputer wurde für Luftfahrt und Navigation entwickelt. Sein Prozessor wurde aus 24 MOS-Chips aufgebaut und verwendete Vierphasenlogik unter Verwendung von vier verschiedenen Taktsignalen. Jedes Signal mit einer eigenen Ein / Aus-Schaltung oder Phase kontrollierte Änderungen im Zustand der Transistoren, was zu einer Vereinfachung der Schaltung führte. Mit einem Gewicht von nur wenigen Kilogramm wurde der Computer zum Navigieren einer von U-Booten abgefeuerten ballistischen Rakete der Poseidon-Klasse und zum Steuern des Treibstoffs eines B-1-Bombers verwendet. Sie dachten sogar daran, es in ein Space Shuttle zu setzen.

Dem D200 folgte bald ein weiterer Luftfahrtcomputer mit drei Prozessoren und insgesamt 28 Chips: Central Air Data Computer, verfasst von Garrett AiResearch (jetzt Teil von Honeywell). Der Computer wurde verwendet, um den Flug des F-14-Jägers zu steuern. Er verwendete den Chipsatz MP944 MOS-LSI, der von der Firma von 1968 bis 1970 entwickelt wurde. Ein 20-Bit-Computer verarbeitete Informationen von den Sensoren und lieferte Daten für eine Reihe von Geräten und Flugzeugsteuerungen.

Die Computerarchitektur für den F-14 war ungewöhnlich. Drei Funktionsmodule arbeiteten parallel: eines für die Multiplikation, eines für die Division und eines für spezielle logische Funktionen (z. B. Beibehalten des Werts zwischen den oberen und unteren Einschränkungen). Jedes Modul bestand aus mehreren verschiedenen MOS-Chips, wie beispielsweise einem Nur-Lese-Speicher, der Daten enthielt, die den Betrieb des Moduls bestimmten; Datenmanagement-Chip; verschiedene arithmetische Chips; und Direktzugriffsspeicher zur temporären Speicherung.

Der F-14-Computer wurde klassifiziert, sodass nur wenige Menschen über den MP944-Chipsatz Bescheid wussten. Autonetics hat sich jedoch ausführlich mit dem D200 befasst, was zur Entwicklung eines noch kompakteren MOS-Computers führte: System IV. Er war die Idee von Lee Boycele, der Fairchild Semiconductor 1968 verließ, um Four-Phase Systems zu gründen, ein Unternehmen, das er nach Vier-Phasen-Logik benannte.

Der Prozessor des 24-Bit-Systems IV bestand nur aus neun MOS-Chips: drei arithmetischen Logikmodulen (ALU), deren Entwurf AL1 genannt wurde (Ausführen von arithmetischen Operationen wie Addition und Multiplikation sowie logischen Operationen UND, ODER UND NICHT), drei ROM-Chip und drei Chips mit zufälliger Logikerzeugung.


TMX 1795, 3 078 Transistoren


4004, 2 300 Transistoren


8008, 3 098 Transistoren

Fast zur gleichen Zeit kam ein Startup von Massachusetts Viatron Computer Systems ins Spiel. Nur ein Jahr nach seiner Einführung im November 1967 kündigte das Unternehmen System 21 an, einen 16-Bit-Minicomputer mit verschiedenem Zubehör, der auf hausgemachten MOS-Chips basiert.

Sie haben das Wort "Mikroprozessor" geprägt. Zum ersten Mal verwendete das Unternehmen es in einer Ankündigung im Oktober 1968, als es ein Projekt namens 2101 ankündigte. Es war jedoch kein Chip - in der Viatron-Terminologie bedeutete dieses Wort den Teil eines kleinen Terminals mit einer Tastatur und einem Bandlaufwerk, das an einen separaten Mini-Computer angeschlossen war. Dieser "Mikroprozessor" steuerte das Terminal und bestand aus 18 speziellen MOS-Chips auf drei Platinen.

Und während dieser Parade Ende der 1960er Jahre wurde der japanische Taschenrechnerhersteller Business Computer Corp. (besser bekannt als Busicom) beauftragte Intel mit der Herstellung von Chips für einen Multi-Chip-Rechner. Das Endprodukt bestand aus einem Einzelchip-Prozessor, der jetzt als Intel 4004 bekannt ist, mit zugehörigem Speicher und E / A-Chips. Der 4-Bit 4004 (Manipulieren von 4-Bit-Daten) wird häufig als erster Mikroprozessor angesehen.

Der Taschenrechner mit dem 4004. kam erstmals Anfang 1971 heraus. Er hatte viele Konkurrenten. Das Halbleiterunternehmen Mostek gab den ersten "Taschenrechner auf einem Chip", MK6010, heraus. Pico Electronics und General Instrument hatten einen eigenen G250-Rechner. Ein halbes Jahr später wurde TMS 1802 von Texas Instruments auf den Markt gebracht. Dies war der erste Chip in der äußerst erfolgreichen 0100-Serie. Diese Schaltungen funktionierten gut als Taschenrechner, aber sie wussten nicht viel mehr, aber 4004 folgten den im ROM gespeicherten Anweisungen. Es könnte ein Allzweckcomputer sein.

Es war eine Zeit des raschen Wandels für elektronische Taschenrechner, und nach finanziellen Schwierigkeiten verkaufte Busicom seine Exklusivrechte an 4004. Im November 1971 begann Intel mit der Produktion dieser und zusätzlicher Chips als Endprodukt für das allgemeine Rechnen. Einige Monate später wurde 4004 von leistungsstärkeren Mikroprozessoren überschattet, so dass sein kommerzieller Erfolg gering war. Er arbeitete in mehreren Flipperautomaten, einem Textverarbeitungsprogramm und einem Automaten zum Stimmenzählen.


Datenpunkt 2200 Terminal

So wurde der erste 4-Bit-Mikroprozessor von einem Taschenrechner erzeugt. Und die 8-Bit-Mikroprozessoren, die ihm schnell folgten, hatten einen völlig anderen Ursprung. Ihre Geschichte begann 1969 mit der Entwicklung des "programmierbaren Terminals" Datapoint 2200 bei Computer Terminal Corp. (CTC) aus San Antonio, Texas.

Der Datapoint 2200 war ein Allzweckcomputer, nicht nur ein Terminal. Zunächst wurde ein 8-Bit-Mikroprozessor auf 100 bipolaren Chips aufgebaut. Entwickler haben nach Wegen gesucht, um den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung zu reduzieren. Anfang 1970 stimmte CTC Intel zu, einen MOS-Chip als Ersatz für die Prozessorplatine zu bauen, obwohl unklar ist, welcher von ihnen beschlossen hat, den Prozessor auf einem einzelnen Chip zu verwenden.


Gary Boone von TI leitete die Entwicklung des TMX1795

Bis Juni 1970 hatte Intel eine funktionierende Chipspezifikation für die Datapoint 2200-Architektur entwickelt und das Projekt dann für 6 Monate eingefroren. Dieses Design wird bald in Intel 8008 übersetzt. Also, sei es 4004, inspiriert von einem Taschenrechner, oder 8008, inspiriert von einem Terminal, sollte die Schaffung eines Allzweck-Mikroprozessors Intel zugeschrieben werden, oder? Nicht wirklich.

Tatsache ist, dass Intel 1970, als Intel mit der Entwicklung von 8008 begann, ein Startup von 100 Personen war. Nachdem das Riesenunternehmen Texas Instruments, bestehend aus 45.000 Mitarbeitern, von der Entwicklung erfahren hatte, bot es seine STS-Dienste für die Entwicklung eines Prozessors für das Datapoint 2200-Terminal an. Das STS gab TI-Spezifikationen heraus und gab den Startschuss. Als sie mit einem Design für drei Chips zurückkehrten, fragte der STS höflich, ob sie wie Intel auf einem einzigen Chip entwerfen könnten. TI nahm das Einzelchip-Design des Prozessors im April 1970 auf. Die Arbeiten wurden im folgenden Jahr abgeschlossen, der Chip hieß TMX 1795 (X von „experimentell“) und der Name wurde später zu TMC 1795, als er kein Prototyp mehr war.

Im Juni 1971 startete TI eine Anzeige für TMC 1795, in der dargelegt wurde, wie diese "Single-Chip-CPU" im Datapoint 2200 verwendet werden soll, "einem leistungsstarken Computer mit Funktionen, die die vorherige Version nicht hatte". Dies geschah jedoch nicht - nachdem der TMC 1795 überprüft worden war, lehnte der CTC ihn ab und beschloss, den Prozessor auf der Platine und mit bipolaren Chips herzustellen. Ein Chip von Intel wird erst Ende dieses Jahres fertig sein.

Viele Technologiehistoriker glauben, dass der TMC 1795 zur gleichen Zeit starb. Die neuen Dokumente, die dem führenden Chipentwickler Gary Boon gehören, zeigen jedoch, dass TI nach der STS-Ablehnung versucht hat, den Chip (leicht modifiziert und daher TMC 1795A genannt) an verschiedene Unternehmen zu verkaufen. Ford Motor Co. 1971 interessierten sie sich für die Möglichkeit, den Chip als Motorcontroller zu verwenden, weshalb Boone schrieb: "Ich denke, wir haben einen Massenmarkt für unseren chipbasierten Prozessor gefunden." Leider waren diese Versuche erfolglos, und TI stellte die Werbung für TMC 1795 ein und konzentrierte sich auf rentablere Taschenrechner. Wenn Sie jedoch die Erstellung des ersten 8-Bit-Mikroprozessors korrekt berücksichtigen möchten, müssen Sie ihn TI übergeben, obwohl er seine Funktionen nicht erfüllt hat.


Boones Brief über Ford

Als Intel Ende 1971 8008 verdiente, hatte STS bereits das Interesse an Single-Chip-Prozessoren verloren und die exklusiven Designrechte abgeschafft. Intel ging jedoch noch weiter und brachte den 8008 auf kommerzieller Basis auf den Markt, was im April 1972 angekündigt wurde. Infolgedessen wurden Hunderttausende dieser Chips hergestellt. Zwei Jahre später, aus 8008 heraus, wurde der 8080-Mikroprozessor geboren, der die Entwicklung des 8086 stark beeinflusste, was wiederum die heutige x86-Chipreihe ermöglichte. Und wenn Ihr PC mit einem x86-Prozessor ausgestattet ist, verwenden Sie einen Computer, der auf einem Design basiert, das auf dem programmierbaren Datapoint 2200-Terminal von 1969 basiert.

Es kann nicht gesagt werden, dass die Entwicklung der Mikroprozessoren in einer geraden Linie verlief. Viele Dinge hingen von den Eventualitäten und Ergebnissen verschiedener Geschäftsentscheidungen ab, die leicht unterschiedlich werden konnten. Erinnern Sie sich daran, wie die von STS für den Datapoint 2200 entwickelte 8-Bit-Prozessorarchitektur auf unterschiedliche Weise vierfach implementiert wurde. Zweimal implementierte STS es durch mit bipolaren Chips gepackte Karten, zuerst durch serielle Datenübertragung und dann durch schnellere Parallele. Dann erfüllten TI und Intel STS-Anforderungen für einzelne Chips mit fast demselben Befehlssatz, aber ihre Verpackung, Steuersignale, Befehlssynchronisation und internen Schaltungen waren völlig unterschiedlich.

Die Intel-Technologie war weiter fortgeschritten als TI, insbesondere wurden selbstausgerichtete polykristalline Siliziumgatter verwendet, die Transistoren beschleunigten und die Leistung erhöhten. Dieser Ansatz ermöglichte es, die Transistoren dichter anzuordnen. Infolgedessen waren 4004 und 8008 zusammen noch kleiner als der TMC 1795 zusammen. Intel-Ingenieure hielten den TI-Chip für zu groß und daher unpraktisch, aber tatsächlich nicht: einen sehr erfolgreichen Chip für TMS 0100-Rechner, der ein wenig erschien später gab es sogar noch mehr als das TMC 1795.

Wem sollten wir angesichts all dessen die Handfläche bei der Erstellung des Mikroprozessors geben? Wir können sagen, dass der Mikroprozessor keine Erfindung ist, sondern etwas, auf das alle gewartet haben. Es ging nur darum, auf geeignete Technologie- und Marktanforderungen zu warten. Ich mag diesen Ansatz mehr als andere.

Eine andere Ansicht könnte sein, dass der Mikroprozessor ein Werbebegriff ist, der für die Werbung für seine Produkte durch Intel, TI und andere erforderlich ist. Obwohl Boone den TMC 1795 entwickelte, würdigte er später Intel für seine Entschlossenheit, den Mikroprozessor in ein wertvolles Produkt zu verwandeln. In einem Brief ohne Datum im Zusammenhang mit einem Streit darüber, wer als Schöpfer des ersten Mikroprozessors angesehen werden sollte, schrieb er: „Die Hauptsache bei der Entwicklung des Mikroprozessors war die Politik von Intel in den Jahren 1972–75 ... Ihre Innovationen in Design, Software und Werbung haben diese Branche hervorgebracht, oder beschleunigte zumindest sein Aussehen. "


AL-1

Die Ehre, den ersten Mikroprozessor zu entwickeln, hängt auch vom Verständnis dieses Begriffs ab. Einige betrachten den Mikroprozessor als einen zentralen Prozessor auf einem einzelnen Chip. Andere sagen, dass die arithmetische Logik auf dem Chip ausreichend ist. Andere halten es für ausreichend, diese Funktionen auf separaten Chips zu platzieren, und zusammen können sie bereits einen Mikroprozessor bilden.

Ich glaube, dass die Hauptmerkmale des Mikroprozessors ein zentraler Prozessor auf einem einzelnen Chip (einschließlich ALU, Steuerfunktionen, Register) und die Möglichkeit seiner Programmierung sind. Der Mikroprozessor ist jedoch nicht der gesamte Computer. Normalerweise mehr Speicherchips, E / A und andere Zusatzfunktionen.

Mit dieser Definition glauben die meisten Menschen, dass der erste Mikroprozessor Intel 4004 war, da sich alle Komponenten der CPU auf demselben Chip befanden. Boone und Federico Faggin von Intel 4004 sind sich einig, dass 4004 den frühesten TMX 1795 in ein paar Monaten geschlagen hat. Letzterer führte dann den ersten 8-Bit-Mikroprozessor ein, und dann wurde der Intel 8008 der erste kommerziell erfolgreiche 8-Bit-Mikroprozessor.

Wenn Sie jedoch eine weniger strenge Definition des Mikroprozessors akzeptieren, sind möglicherweise andere Systeme die ersten. Wenn wir den ALU-Mikroprozessor auf einem Chip betrachten, dann wird der erste Boisel sein, der 1968 den ersten Chip in Fairchild schuf, kurz bevor er ging und Four-Phase Systems gründete. Das AL1 von Four-Phase Systems könnte ebenfalls ein Kandidat sein, da es Register und ALUs auf demselben Chip mit externen Regelkreisen kombiniert. Wenn wir davon ausgehen, dass der Mikroprozessor aus mehreren IVU-Chips bestehen kann, ist Autonetics D200 der erste.

Aus Sicht der Patente sieht die Geschichte etwas anders aus. TI erkannte schnell die Rentabilität des Patentsystems. Sie erhielten viele Patente für TMX 1795 und TMS 0100 und verwendeten sie häufig in Rechtsstreitigkeiten und zur Erteilung von Lizenzen.

Auf dieser Basis kann TI als Erfinder sowohl eines Mikroprozessors als auch eines Mikrocontrollers, eines Einzelchip-Layouts der CPU, des Speichers und verschiedener Hilfsfunktionen angesehen werden. Oder nicht. Weil Hilbert Hyatt 1990 ein Patent für einen Single-Chip-Prozessor erhielt, der auf einem seriellen 16-Bit-Computer basiert, den er 1969 aus Boards mit bipolaren Chips baute. Dies führte zu Behauptungen von Hyatts Überlegenheit bei der Erfindung des Mikroprozessors, aber TI gewann sein Patent 1996 nach einem schwierigen Gerichtsstreit.

Ein weiterer Anwärter auf den Platz des Erfinders könnte Boysel sein. Während einer Klage, die Gordon Bell später als "TI gegen alle" bezeichnete, kämpfte Boisel 1995 mit einem einzigen AL1-ALU-Chip aus dem Jahr 1969 gegen TI-Patente und demonstrierte dem Gericht einen funktionierenden Computer. Dieser Schritt torpedierte den TI-Fall, obwohl ich persönlich seine Demonstration nicht zu überzeugend finde, da er mehrere technische Tricks verwendete.

Unabhängig davon, welche Erfindung Sie als ersten Mikroprozessor betrachten, können Sie zustimmen, dass es für diesen Titel keinen Mangel an Wettbewerbern gab. Schade, dass die meisten Leute einen einzigen Gewinner finden wollen, während andere Bewerber mittlerweile fast vergessen sind. Aber für diejenigen, die sich für die Anfänge von Mikroprozessoren interessieren, wird ihre reiche Geschichte weiterleben.

Source: https://habr.com/ru/post/de397579/

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