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Chip Intel 4004 cumplió 45 años. Un poco de historia de TI



Sin la electrónica moderna, la vida humana ya es difícil de imaginar. Por supuesto, hay muchos lugares donde todavía no han oído hablar de la tecnología moderna, para no usarla. Sin embargo, la abrumadora mayoría de la población mundial está de alguna manera conectada con la electrónica, que se ha convertido en una parte integral de nuestra vida y trabajo.

Desde la antigüedad, el hombre usó varios dispositivos para hacer que algunos procesos de producción sean más eficientes o para que su propia existencia sea más cómoda. Un verdadero avance ocurrió a fines de los años 40 del siglo XX, cuando se inventaron los transistores. Los primeros fueron los transistores bipolares utilizados hasta ahora. Fueron seguidos por transistores MOS (semiconductores de óxido de metal).

Los primeros transistores de este tipo fueron más caros y menos confiables que sus "parientes" bipolares. Pero, a partir de 1964, los circuitos integrados comenzaron a usarse en la electrónica, cuya base eran precisamente los transistores MOS. Posteriormente, esto permitió reducir el costo de fabricación de dispositivos electrónicos y reducir significativamente el tamaño de los dispositivos y sistemas al tiempo que reduce el consumo de energía. Con el tiempo, los microcircuitos se volvieron más complejos y avanzados, reemplazando grandes bloques de transistores, lo que abrió la posibilidad de reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos.

A finales de los años 60, los microcircuitos con un número bastante grande de puertas lógicas (grandes para ese momento) comenzaron a extenderse: 100 o más. Esto permitió el uso de nuevos elementos para crear computadoras. Los desarrolladores de computadoras electrónicas reconocieron relativamente rápido que un aumento en la densidad de transistores en el microcircuito, al final, crearía un procesador de computadora en forma de un solo chip. Inicialmente, se utilizaron circuitos integrados con transistores MOS para crear terminales, calculadoras y desarrolladores de sistemas aéreos para vehículos de pasajeros y militares.

Momento clave


Hoy, la mayoría de los especialistas en electrónica admiten que el comienzo de una etapa cualitativamente nueva en el desarrollo de la electrónica comenzó en 1971, cuando Intel apareció el procesador 4004 de 4 bits de Intel, posteriormente reemplazado por un chip 8008 de 8 bits. Apareció después de una pequeña empresa llamada Nippon Calculadora, Ltd. (posteriormente Busicom Corp.) ordenó solo 12 chips de Intel. Las empresas necesitaban estos chips para sus calculadoras, y el diseño lógico de los chips fue desarrollado por un empleado de la empresa cliente). En ese momento, para cada dispositivo, se desarrolló un nuevo conjunto de chips que realizaba funciones altamente especializadas.

Al completar el pedido, Marchian Edward Hoff propuso reducir el número de chips para el nuevo dispositivo de la compañía japonesa, introduciendo el uso de un procesador central. Fue él quien, tal como lo concibió el ingeniero, se convertiría en un centro para procesar datos y realizar funciones aritméticas y lógicas. El procesador tuvo que reemplazar varios chips a la vez. La gerencia de ambas compañías aprobó esta idea. En el otoño de 1969, con la ayuda de Stanley Mazor, Hoff propuso una nueva arquitectura de chip, cuyo número se redujo a solo 4. Algunos de los elementos propuestos son un procesador central de 4 bits, ROM y RAM.

El procesador en sí fue desarrollado por Federico Fagin, un físico de Italia, que se convirtió en el diseñador principal de la familia MCS-4 en Intel. Fue él quien, gracias a su conocimiento de la tecnología MOS, pudo crear un procesador, dándose cuenta de la idea de Hoff. Por cierto, también desarrolló el primer microcircuito comercial del mundo, que utilizó tecnología de obturador de silicio. Se llamaba Fairchild 3708.

Fajin, como empleado de Intel, pudo crear un nuevo método para diseñar sistemas lógicos arbitrarios. Fue asistido en su trabajo por Masatoshi Shima, quien en ese momento era ingeniero en Busicom. Fajin y Sima desarrollaron posteriormente el microprocesador Zilog Z80 , que, por cierto, todavía se está produciendo.


Arquitectura del procesador Intel 4004

Pero lo principal sucedió el 15 de noviembre de 1971. Esta es la fecha del primer microprocesador Intel, el chip 4004 . Su valor en ese momento ascendía a $ 200. En total, casi todas las funciones del procesador mainframe se realizaron en un chip. Fue anunciado en noviembre de 1971 en la revista Electronic News.

Especificaciones de la CPU:


  • Fecha de aparición: 15 de noviembre de 1971
  • Número de transistores: 2300
  • Área de cristal: 12 mm²
  • Flujo de trabajo: 10 micras (tecnología MOS de pastel de silicio de canal P)
  • Frecuencia de reloj: 740 kHz (específicamente de 500 a 740.740 ... kHz, desde el período de reloj 2..1.35 μs (¿o 92.6 kHz?)
  • Profundidad de bits: 4 bits
  • Número de registros: 16 (16 de cuatro bits se pueden usar como 8 de ocho bits)
  • Número de puertos: 16 entradas de cuatro bits y 16 salidas de cuatro bits
  • Ancho del bus de datos: 4 bits
  • : 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)

Este procesador ejecutó entre 60,000 y 93,000 instrucciones por segundo. Al mismo tiempo, una de las primeras computadoras electrónicas, ENIAK , podía ejecutar solo 5000 instrucciones por segundo. Al mismo tiempo, ENIAC ocupaba 280 metros cuadrados, pesaba 27 toneladas y consumía 174 kW de energía.

El procesador 4004 no se hizo demasiado popular. El chip 8080, que se puede llamar el "bisnieto" de 4004, comenzó a usarse en todas partes.

Calculadoras y computadoras


En 1971, Intel tenía competidores. Por ejemplo, Mostek, una compañía que desarrolló elementos y dispositivos semiconductores basados ​​en ellos, creó la primera "calculadora de chips" del mundo, MK6010 .

Pico Electronics and General Instrument también tenía una versión funcional de una "calculadora en un chip", llamada G250. En seis meses, Texas Instruments presentó una versión funcional de su propia "calculadora en un chip," <a href = " www.datamath.org/Story/Datamath.htm#The\ "> TMS 1802. Fue el primer modelo de la exitosa línea 0100. Al mismo tiempo, estos sistemas podían funcionar perfectamente como calculadoras, pero no podían hacer nada más. Pero 4004 trabajó con instrucciones que se almacenaron en la memoria externa. Y esto nos permitió usar este chip en particular al crear una computadora.

En ese momento, todo cambió muy rápidamente. Busicom comenzó un período de problemas financieros, por lo que esta compañía vendió los derechos exclusivos del procesador 4004. Pronto, los nuevos dispositivos comenzaron a funcionar sobre la base de este y otros procesadores más potentes. Estos incluían un procesador de textos, dispositivos de juego (pinball) y otros sistemas.

El procesador de 4 bits, como se mencionó anteriormente, fue reemplazado rápidamente por microprocesadores de 8 bits, que se hicieron populares. Por cierto, el primer procesador de 8 bits no era 8008 en absoluto, sino TMX 1795 de Texas Instruments.

La "ventana" a la electrónica moderna fue "cortada" por una computadora D200 con circuitos integrados, creada en 1967 por Autonetics . Esta computadora compacta de 24 bits fue creada para su uso en la aviación, la industria marítima y otros campos. Su masa era solo de unos pocos kilogramos. Fue él quien fue utilizado para controlar el cohete Poseidón, también fue utilizado para controlar el consumo de combustible en aviones militares.

Computadora central de datos aéreos- "heredero" de la D200. Fue creado por Garrett AiResearch (ahora parte de Honeywell). La computadora fue creada para el F-14, contenía 28 chips.

En 1969, se creó el "terminal programable" Datapoint 2200 . Fue desarrollado por empleados de Computer Terminal Corp. (CTC) de Texas. Ya no era una terminal, sino una computadora real con un procesador de 8 bits, que inicialmente incluía 100 chips bipolares.

imagen

Un año después, STS recurrió a Intel con una solicitud para desarrollar un nuevo procesador para el D2200. Los empleados de Intel hicieron el trabajo al publicar especificaciones para este chip. El diseño lógico desarrollado se convirtió en la base del Intel 8008. En 1970, cuando Intel comenzó a trabajar en el procesador 8008, era una empresa relativamente pequeña con 100 empleados.

STS solicitó desarrollar un procesador basado en las especificaciones creadas por Intel y Texas Instruments. En ese momento, 45,000 personas trabajaban en esta empresa. TI propuso una opción que consta de tres chips, pero se le pidió al STS que desarrollara un solo chip para realizar todas estas tareas. Intel continuó trabajando en un chip similar. TI desarrolló un prototipo llamado TMX 1795 .

En junio de 1971, Texas Instruments lanzó una campaña de medios dedicada a los beneficios de su procesador. En ese momento, el Datapoint 2200 basado en el TMX 1795 fue descrito como "una computadora poderosa que supera la versión original", lo que significa que las capacidades del Datapoint 2200 basado en el TMX 1795 excedieron significativamente las capacidades del Datapoint 2200 basado en transistores bipolares. Pero STS, después de verificar el funcionamiento del nuevo chip, lo rechazó y continuó usando chips bipolares. Intel seguía trabajando en su propio procesador.

Después de un tiempo, TI, asegurándose de que no hubiera demanda para TMX 1795 (posteriormente TMC 1795), completó la campaña de medios y detuvo la producción del sistema. Pero fue este chip el que entró en la historia como el primer procesador de 8 bits.

En 1971, STS perdió interés en un único procesador para sus sistemas, transfiriendo todos los derechos al nuevo chip Intel. La compañía no dejó pasar esta oportunidad y continuó desarrollando el chip 8008 , ofreciéndolo con éxito a varias otras compañías. En abril de 1972, logró suministrar cientos de miles de procesadores de este tipo. Dos años después, el procesador 8008 fue reemplazado por un nuevo 8080, después del cual llegó el 8086 y comenzó la era de los sistemas basados ​​en x86. Ahora, trabajando en una PC o computadora portátil potente, vale la pena recordar que la arquitectura de dicho sistema se desarrolló hace muchos años para el terminal programable Datapoint 2200.

Intel luego utilizó tecnología más avanzada, lo que proporcionó la ventaja de sus procesadores. Fueron rápidos y relativamente económicos en términos de consumo de energía. Además, en los chips Intel, la densidad del transistor fue mayor que en el chip TI, lo que permitió reducir el tamaño de los procesadores. Además, el marketing jugó un papel importante, en esta área Intel también dio varios pasos exitosos, lo que aseguró la popularidad de los desarrollos de la compañía.

Sea como fuere, la situación con liderazgo en el desarrollo de los primeros procesadores está lejos de ser inequívoca, como comúnmente se cree. Hubo varios pioneros aquí a la vez, pero posteriormente el desarrollo de solo uno de ellos se hizo popular. En realidad, con los "descendientes" modernizados de esta tecnología, todos tratamos hoy, en el siglo XXI.

Source: https://habr.com/ru/post/es399473/

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