Es ist kaum zu glauben, aber der Intel 8008-Prozessor, der erste seiner Art, der Vorgänger der gigantischen Familie der x86-Prozessoren, wurde vor genau 45 Jahren geboren - am 1. April 1972.
Wie Sie wissen , war die Geschichte seiner Geburt ziemlich verwirrend und wahrscheinlich sahen ihn damals nur wenige als zukünftige Legende. Nun, die Steilheit und Größe von 8008, denke ich, werden nur wenige bestreiten - es war wirklich ein Meilenstein in der Chipherstellung.
Werfen wir mit Hilfe eines begeisterten alten
Phagen, Ken Shirriff, und seines Mikroskops einen
Blick in diesen Chip und sehen, wie er funktioniert.
Hier ist der 8008 Kristallprozessor in seiner ganzen Pracht. Quadrate an den Seiten sind Plattformen, an die massive Beine gelötet wurden. Auf dem Chip sehen Sie rechts die Aufschrift "8008" und unten "Intel 1971". Die HF-Initialen von oben rechts gehören
Hal Feeney , der die logische und physikalische Schaltung des Prozessors erstellt hat. Ted Hoff, Stan Maysor und Federico Fuggin arbeiteten zusammen mit Feeney an der Schaffung von 8008.
Betrachten Sie nun die Komponentenfunktionsteile unseres Chips. Links sehen wir eine
arithmetische Logikeinheit (Arithmetic / Logic Unit, ALU), die Berechnungen für die verfügbaren Daten durchführt. ALU verfügt über zwei temporäre Register zum Speichern von Eingabedaten. Wie wir sehen können, sind sie groß, aber nicht wegen der Komplexität des Geräts, sondern wegen der Größe der in ihnen verwendeten Transistoren.
Unten finden Sie die Vorschauelemente im beschleunigten Übertragungsschema (Übertragen). Beim Addieren und Subtrahieren berechnete diese Komponente alle 8 Übertragungswerte parallel, um die Produktivität zu steigern. Da die Übertragung der niedrigstwertigen Bits nur von den niedrigstwertigen Bits abhängt, während sie für die höheren Bits von verschiedenen Bits abhängt, hat dieser Block der Schaltung eine dreieckige Form.
Die dreieckige Form von ALU ist ungewöhnlich. Normalerweise hat es die Form eines Rechtecks (bitweise Struktur). In 8008 sind jedoch 8 Blöcke (einer für ein Bit) zufällig angeordnet, um in das Dreieck des Übertragungsgenerators zu passen.
In der Mitte des Chips befindet sich das Befehlsregister und das Befehlsdecodierungsschema, die den Wert jedes 8-Bit-Befehls bestimmen. Die Decodierung erfolgt mit einer
programmierbaren Logikmatrix (Programmable Logic Array, PLA) , die, wenn bestimmte Bitsequenzen gefunden werden, die entsprechenden Steuersignale für den gesamten Chip erzeugt. Oben rechts sehen wir 7 Speicherregister, darunter befindet sich ein Adressstapel, der aus acht 14-Bit-Adresswörtern besteht. Im Gegensatz zu den meisten Prozessoren wird der 8008-Aufrufstapel direkt im Chip und nicht im Speicher gespeichert.
Aus welchen Schichten besteht unser Kristall? Um diese Frage zu beantworten, werden wir den Anstieg noch stärker machen. Jetzt sehen wir 3 Schichten: Die oberste ist metallleitend. Darunter befindet sich eine Schicht aus polykristallinem Silizium, unter einem Mikroskop hat sie eine orange Farbe. Noch tiefer ist ein graues Siliziumsubstrat mit Füllstoffpartikeln, die einen Halbleiter bilden. Das Substrat ist schwer zu erkennen, aber Sie können die schwarzen Linien zwischen reinem Silizium und Silizium mit Additiven erkennen.
Nun wollen wir sehen, wie sich die Leistungsbusse (blaue und rote Linie) und der Datenbus (Regenbogenlinie) auf dem Chip befanden. Der Datenbus verbindet die ALU rechts mit dem Befehlsregister, dem Speicherregister und dem Adressstapel rechts. Die Stromverteilung hat sich ebenfalls als Herausforderung erwiesen. In den ersten Mikroprozessoren gab es nur eine Metallschicht, und sie musste so angeordnet werden, dass es keine Kurzschlusskreuzungen gab.
Und es sieht aus wie ein Satz von Prozessorregistern 8008. Es besteht aus einem Array von 8x7-DRAM-Zellen, von denen jede 3 Transistoren zum Speichern eines Bits verwendet. Jede Zeile ist eines von sieben 8-Bit-Registern (A, B, C, D, E, H, L). Links sehen Sie horizontale Linien zum Auswählen von Lesen und Schreiben, oben vertikale Linien zum Lesen und Schreiben von Bits und Stromleitungen. Die Verwendung von DRAM in Registern anstelle von statischen Triggern ist ebenfalls ungewöhnlich. Dies ist wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass Intel, das ursprünglich mit Speicher beschäftigt war, mehr Erfahrung mit DRAM hatte.
Vielleicht erscheint Ihnen etwas im Intel 8008-Gerät primitiv, wenn nicht gar zweifelhaft. Wie alle Geräte der Welt war der Prozessor nicht ohne Mängel, von denen einige schon damals sichtbar waren. Beispielsweise hatte der 8008 aus unerklärlichen technischen Gründen nur 18 Abschnitte, und die Übertragung eines vollständigen Satzes von Datenbits und Adressen dauerte bis zu 3 E / A-Zyklen. Das Problem war offensichtlich und der nächste Prozessor, i8080, hatte bereits 40 Beine. Vergessen Sie aber nicht: 45 Jahre sind vergangen. Dies ist aus menschlicher Sicht sehr viel und nach den Standards von Prozessoren nur eine galaktische Distanz. Schauen wir uns von diesen Positionen aus dieses bemerkenswerte Produkt an.