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Chip Intel 4004 wurde 45 Jahre alt. Ein bisschen IT-Geschichte



Ohne moderne Elektronik ist menschliches Leben schon schwer vorstellbar. Natürlich gibt es viele Orte, an denen sie noch nichts von moderner Technologie gehört haben, um sie nicht zu nutzen. Trotzdem ist die überwiegende Mehrheit der Weltbevölkerung irgendwie mit der Elektronik verbunden, die zu einem integralen Bestandteil unseres Lebens und unserer Arbeit geworden ist.

Seit jeher verwendete der Mensch verschiedene Geräte, um einige Produktionsprozesse effizienter zu gestalten oder seine eigene Existenz komfortabler zu gestalten. Ein echter Durchbruch gelang Ende der 40er Jahre des 20. Jahrhunderts, als Transistoren erfunden wurden. Die ersten waren die bisher verwendeten Bipolartransistoren . Ihnen folgten MOS-Transistoren (Metalloxidhalbleiter).

Die ersten Transistoren dieses Typs waren teurer und weniger zuverlässig als ihre bipolaren „Verwandten“. Ab 1964 wurden jedoch integrierte Schaltkreise in der Elektronik eingesetzt, deren Grundlage genau MOS-Transistoren waren. Dies ermöglichte es anschließend, die Kosten für die Herstellung elektronischer Geräte zu senken und die Größe von Geräten und Systemen erheblich zu reduzieren, während gleichzeitig der Energieverbrauch gesenkt wurde. Im Laufe der Zeit wurden Mikroschaltungen komplexer und fortschrittlicher und ersetzten große Transistorblöcke, was die Möglichkeit eröffnete, die Größe elektronischer Geräte zu verringern.

Ende der 60er Jahre begannen sich Mikroschaltungen mit einer ziemlich großen Anzahl von Logikgattern (für diese Zeit groß) zu verbreiten: 100 oder mehr. Dies ermöglichte die Verwendung neuer Elemente zum Erstellen von Computern. Die Entwickler elektronischer Computer erkannten relativ schnell, dass eine Erhöhung der Dichte von Transistoren in der Mikroschaltung letztendlich einen Computerprozessor in Form eines einzelnen Chips erzeugen würde. Anfänglich wurden integrierte Schaltkreise mit MOS-Transistoren verwendet, um Terminals, Taschenrechner und Entwickler von Flugsystemen für Personen- und Militärfahrzeuge zu erstellen.

Schlüsselmoment


Heute geben die meisten Elektronikspezialisten zu, dass der Beginn einer qualitativ neuen Phase in der Entwicklung der Elektronik 1971 begann, als Intel den 4-Bit-Prozessor 4004 von Intel vorstellte, der anschließend durch einen 8-Bit-Chip 8008 ersetzt wurde. Er erschien nach einer kleinen Firma namens Nippon Calculating Machine, Ltd. (später Busicom Corp.) bestellte nur 12 Chips bei Intel. Unternehmen benötigten diese Chips für ihre Taschenrechner, und das logische Design der Chips wurde von einem Mitarbeiter des Kundenunternehmens entwickelt. Zu dieser Zeit wurde für jedes Gerät ein neuer Chipsatz entwickelt, der hochspezialisierte Funktionen ausführte.

Bei Abschluss des Auftrags schlug Marchian Edward Hoff vor, die Anzahl der Chips für das neue Gerät des japanischen Unternehmens zu reduzieren und die Verwendung eines Zentralprozessors einzuführen. Er war es, der, wie vom Ingenieur konzipiert, ein Zentrum für die Verarbeitung von Daten und die Ausführung von arithmetischen und logischen Funktionen werden sollte. Der Prozessor musste mehrere Chips gleichzeitig ersetzen. Das Management beider Unternehmen stimmte dieser Idee zu. Im Herbst 1969 schlug Hoff mit Hilfe von Stanley Mazor eine neue Chip-Architektur vor, deren Anzahl auf nur 4 reduziert wurde. Einige der vorgeschlagenen Elemente sind ein 4-Bit-Zentralprozessor, ein ROM und ein RAM.

Der Prozessor selbst wurde von Federico Fagin, einem Physiker aus Italien, entwickelt, der der Hauptdesigner der MCS-4-Familie bei Intel wurde. Er war es, der dank seiner Kenntnisse der MOS-Technologie einen Prozessor erstellen konnte, der die Idee von Hoff verwirklichte. Übrigens wurde von ihm auch der weltweit erste kommerzielle Mikroschaltkreis mit Silizium-Shutter-Technologie entwickelt. Es hieß Fairchild 3708. Als

Intel-Mitarbeiter konnte Fajin eine neue Methode zum Entwerfen beliebiger Logiksysteme entwickeln. Er wurde bei seiner Arbeit von Masatoshi Shima unterstützt, der zu dieser Zeit Ingenieur bei Busicom war. Fajin und Sima entwickelten daraufhin den Mikroprozessor Zilog Z80 , der übrigens noch hergestellt wird.


Intel 4004 Prozessorarchitektur

Aber die Hauptsache geschah am 15. November 1971. Dies ist das Datum des ersten Intel-Mikroprozessors, des 4004-Chips . Sein damaliger Wert betrug 200 Dollar. Insgesamt wurden fast alle Funktionen des Mainframe-Prozessors auf einem Chip realisiert. Es wurde im November 1971 in der Zeitschrift Electronic News angekündigt.

CPU-Spezifikationen:


  • Erscheinungsdatum: 15. November 1971
  • Anzahl der Transistoren: 2300
  • Kristallfläche: 12 mm²
  • Arbeitsablauf: 10 Mikrometer (P-Kanal-Siliziumkuchen-MOS-Technologie)
  • Taktfrequenz: 740 kHz (speziell von 500 bis 740,740 ... kHz, seit der Taktperiode 2..1,35 μs (oder 92,6 kHz?)
  • Bittiefe: 4 Bits
  • Anzahl der Register: 16 (16 Vier-Bit-Register können als 8 Acht-Bit-Register verwendet werden)
  • Anzahl der Ports: 16 Vier-Bit-Eingang und 16 Vier-Bit-Ausgang
  • Datenbusbreite: 4 Bit
  • : 12
  • : 3-
  • (/ROM): 4 (32768 )
  • (/RAM): 640 (5120 )
  • : 46 ( 41 — 8- 5 — 16-)
  • : 10,8
  • : −15 (pMOS)
  • : 0 +70C
  • : -40 +85C
  • : DIP16 ( )
  • : 16- DIP (1 3 , , C4004( ), 4004( ), D4004 (- ), P4004 ( ))
  • : MCS-4 (ROM, RAM, I/O, CPU)

Dieser Prozessor führte zwischen 60.000 und 93.000 Anweisungen pro Sekunde aus. Gleichzeitig konnte einer der ersten elektronischen Computer, ENIAK , nur 5000 Anweisungen pro Sekunde ausführen. Gleichzeitig nahm ENIAC 280 Quadratmeter ein, wog 27 Tonnen und verbrauchte 174 kW Energie.

Der 4004-Prozessor wurde nicht zu populär. Der 8080. Chip, der als "Urenkel" des 4004. bezeichnet werden kann, wurde überall eingesetzt.

Taschenrechner und Computer


Im Jahr 1971 hatte Intel Konkurrenten. Zum Beispiel hat Mostek, ein Unternehmen, das darauf basierende Halbleiterelemente und Bauelemente entwickelt hat, den weltweit ersten „Chip-Rechner“ MK6010 entwickelt .

Pico Electronics und General Instrument hatten auch eine funktionierende Version eines „Taschenrechners auf einem Chip“ namens G250. Innerhalb von sechs Monaten stellte Texas Instruments eine funktionierende Version seines eigenen „Taschenrechners auf einem Chip“ vor: <a href = " www.datamath.org/Story/Datamath.htm#The"TMS 1802. Es war das erste Modell in der überaus erfolgreichen 0100-Linie. Gleichzeitig konnten diese Systeme perfekt als Taschenrechner funktionieren, aber sie konnten nichts anderes tun." 4004 arbeitete jedoch mit Anweisungen, die im externen Speicher gespeichert waren. Dadurch konnten wir diesen speziellen Chip bei der Erstellung eines Computers verwenden.

Zu dieser Zeit änderte sich alles sehr schnell. Busicom begann eine Zeit finanzieller Probleme, daher verkaufte dieses Unternehmen Exklusivrechte an den 4004-Prozessor. Bald begannen neue Geräte auf der Basis dieses und anderer leistungsfähigerer Prozessoren zu arbeiten. Dazu gehörten ein Textverarbeitungsprogramm, Spielgeräte (Flipper) und andere Systeme.

Der oben erwähnte 4-Bit-Prozessor wurde schnell durch 8-Bit-Mikroprozessoren ersetzt, was populär wurde. Der erste 8-Bit-Prozessor war übrigens überhaupt nicht 8008, sondern TMX 1795 von Texas Instruments.

Das „Fenster“ in die moderne Elektronik wurde von einem D200-Computer mit integrierten Schaltkreisen „durchgeschnitten“, der 1967 von Autonetics erstellt wurde . Dieser kompakte 24-Bit-Computer wurde für den Einsatz in der Luftfahrt, der maritimen Industrie und anderen Bereichen entwickelt. Seine Masse betrug nur wenige Kilogramm. Er war es, der zur Steuerung der Poseidon-Rakete verwendet wurde, und er wurde auch zur Steuerung des Kraftstoffverbrauchs in Militärflugzeugen verwendet.

Zentraler Luftdatencomputer- "Erbe" der D200. Es wurde von Garrett AiResearch (jetzt Teil von Honeywell) erstellt. Der Computer wurde für den F-14 entwickelt und enthielt 28 Chips.

1969 wurde das „programmierbare Terminal“ Datapoint 2200 erstellt . Es wurde von Mitarbeitern der Computer Terminal Corp. entwickelt. (CTC) aus Texas. Es war kein Terminal mehr, sondern ein echter Computer mit einem 8-Bit-Prozessor, der ursprünglich 100 bipolare Chips enthielt.

Bild

Ein Jahr später wandte sich STS an Intel mit der Bitte, einen neuen Prozessor für den D2200 zu entwickeln. Intel-Mitarbeiter haben die Aufgabe erfüllt, indem sie Spezifikationen für diesen Chip veröffentlicht haben. Das entwickelte logische Design wurde dann zur Grundlage des Intel 8008. 1970, als Intel mit der Arbeit am 8008. Prozessor begann, war es ein relativ kleines Unternehmen mit 100 Mitarbeitern.

STS forderte die Entwicklung eines Prozessors auf der Grundlage der von Intel und Texas Instruments erstellten Spezifikationen. Zu dieser Zeit arbeiteten 45.000 Menschen in diesem Unternehmen. TI schlug eine Option vor, die aus drei Chips bestand, aber das STS wurde gebeten, nur einen Chip zu entwickeln, um alle diese Aufgaben auszuführen. Intel arbeitete weiter an einem ähnlichen Chip. TI entwickelte einen Prototyp namens TMX 1795 .

Im Juni 1971 startete Texas Instruments eine Medienkampagne, die sich den Vorteilen seines Verarbeiters widmete. Zu dieser Zeit wurde der auf dem TMX 1795 basierende Datapoint 2200 als "leistungsstarker Computer, der die ursprüngliche Version übertrifft" beschrieben, was bedeutete, dass die Fähigkeiten des auf dem TMX 1795 basierenden Datapoint 2200 die auf Bipolartransistoren basierenden Fähigkeiten des Datapoint 2200 deutlich übertrafen. Nachdem STS den Betrieb des neuen Chips überprüft hatte, lehnte er ihn ab und verwendete weiterhin bipolare Chips. Intel arbeitete immer noch an einem eigenen Prozessor.

Nach einiger Zeit beendete TI die Medienkampagne und stellte die Produktion des Systems ein, um sicherzustellen, dass keine Nachfrage nach TMX 1795 (später TMC 1795) bestand. Aber es war dieser Chip, der als erster 8-Bit-Prozessor in die Geschichte einging.

1971 verlor STS das Interesse an einem einzigen Prozessor für seine Systeme und übertrug alle Rechte auf den neuen Intel-Chip. Das Unternehmen gab diese Gelegenheit nicht auf und entwickelte den 8008-Chip weiter und bot ihn erfolgreich einer Reihe anderer Unternehmen an. Im April 1972 gelang es ihr, Hunderttausende solcher Prozessoren zu beliefern. Zwei Jahre später wurde der 8008-Prozessor durch einen neuen 8080 ersetzt. Danach kam der 8086 und die Ära der x86-basierten Systeme begann. Wenn Sie jetzt an einem leistungsstarken PC oder Laptop arbeiten, sollten Sie bedenken, dass die Architektur eines solchen Systems vor vielen Jahren für das programmierbare Datapoint 2200-Terminal entwickelt wurde.

Intel verwendete dann fortschrittlichere Technologie, die den Vorteil seiner Prozessoren bot. Sie waren schnell und relativ sparsam im Energieverbrauch. Außerdem war bei den Intel-Chips die Transistordichte höher als beim TI-Chip, wodurch die Größe der Prozessoren verringert werden konnte. Darüber hinaus spielte das Marketing eine wichtige Rolle. In diesem Bereich unternahm Intel auch eine Reihe erfolgreicher Schritte, die die Popularität der Unternehmensentwicklungen sicherstellten.

Wie dem auch sei, die Situation mit der Führung bei der Entwicklung der ersten Prozessoren ist keineswegs eindeutig, wie allgemein angenommen wird. Es gab hier mehrere Pioniere gleichzeitig, aber in der Folge wurde die Entwicklung von nur einem von ihnen populär. Mit den modernisierten "Nachkommen" dieser Technologie beschäftigen wir uns heute alle im 21. Jahrhundert.

Source: https://habr.com/ru/post/de399473/

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