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La puce Intel 4004 a 45 ans. Un peu d'histoire informatique



Sans électronique moderne, la vie humaine est déjà difficile à imaginer. Bien sûr, il existe de nombreux endroits où ils n'ont toujours pas entendu parler de la technologie moderne, de ne pas l'utiliser. Mais néanmoins, l'écrasante majorité de la population mondiale est en quelque sorte connectée à l'électronique, qui est devenue une partie intégrante de notre vie et de notre travail.

Depuis les temps anciens, l'homme a utilisé divers appareils afin de rendre certains processus de production plus efficaces ou de rendre sa propre existence plus confortable. Une véritable percée s'est produite à la fin des années 40 du 20e siècle, lorsque les transistors ont été inventés. Les premiers étaient les transistors bipolaires utilisés jusqu'à présent. Ils ont été suivis par des transistors MOS (semi-conducteur à oxyde métallique).

Les premiers transistors de ce type étaient plus chers et moins fiables que leurs «parents» bipolaires. Mais, à partir de 1964, les circuits intégrés ont commencé à être utilisés dans l'électronique, dont la base était précisément les transistors MOS. Cela a par la suite permis de réduire le coût de fabrication des appareils électroniques et de réduire considérablement la taille des gadgets et des systèmes tout en réduisant la consommation d'énergie. Au fil du temps, les microcircuits sont devenus plus complexes et avancés, remplaçant de gros blocs de transistors, ce qui a ouvert la possibilité de réduire la taille des appareils électroniques.

À la fin des années 60, des microcircuits avec un assez grand nombre de portes logiques (grandes pour l'époque) ont commencé à se répandre: 100 ou plus. Cela a permis l'utilisation de nouveaux éléments pour créer des ordinateurs. Les développeurs d'ordinateurs électroniques ont relativement rapidement reconnu qu'une augmentation de la densité des transistors dans le microcircuit créerait, à terme, un processeur informatique sous la forme d'une seule puce. Initialement, des circuits intégrés avec des transistors MOS ont été utilisés pour créer des terminaux, des calculatrices et les développeurs de systèmes aéroportés pour les véhicules de tourisme et militaires ont commencé à les utiliser.

Moment clé


Aujourd'hui, la plupart des spécialistes de l'électronique admettent que le début d'une nouvelle étape qualitative dans le développement de l'électronique a commencé en 1971, lorsque Intel est apparu au processeur 4 bits 4004 d'Intel, remplacé par la suite par une puce 8 bits 8008. Il est apparu après une petite entreprise appelée Nippon Calculating Machine, Ltd. (par la suite Busicom Corp.) n'a commandé que 12 puces à Intel. Les entreprises avaient besoin de ces puces pour leurs calculatrices, et la conception logique des puces a été développée par un employé de l'entreprise cliente). À cette époque, pour chaque appareil, un nouveau chipset a été développé qui remplissait des fonctions hautement spécialisées.

Lors de la finalisation de la commande, le marcheur Edward Hoff a proposé de réduire le nombre de puces pour le nouveau dispositif de la société japonaise, introduisant l'utilisation d'un processeur central. C'est lui qui, tel que conçu par l'ingénieur, allait devenir un centre de traitement de données et de fonctions arithmétiques et logiques. Le processeur a dû remplacer plusieurs puces à la fois. La direction des deux sociétés a approuvé cette idée. À l'automne 1969, avec l'aide de Stanley Mazor, Hoff a proposé une nouvelle architecture de puce, dont le nombre a été réduit à seulement 4. Certains des éléments proposés étaient un processeur central 4 bits, une ROM et une RAM.

Le processeur lui-même a été développé par Federico Fagin, un physicien italien, qui est devenu le principal concepteur de la famille MCS-4 d'Intel. C'est lui qui, grâce à sa connaissance de la technologie MOS, a pu créer un processeur, réalisant l'idée de Hoff. Soit dit en passant, le premier microcircuit commercial au monde, qui utilisait la technologie d'obturation en silicium, a également été développé par lui. Il s'appelait Fairchild 3708.

Fajin, étant un employé d'Intel, a pu créer une nouvelle méthode pour concevoir des systèmes logiques arbitraires. Il a été aidé dans son travail par Masatoshi Shima, qui était alors ingénieur chez Busicom. Fajin et Sima ont ensuite développé le microprocesseur Zilog Z80 , qui, soit dit en passant, est toujours en cours de production.


Architecture du processeur Intel 4004

Mais l'essentiel s'est produit le 15 novembre 1971. C'est la date du premier microprocesseur Intel, la puce 4004 . Sa valeur à cette époque s'élevait à 200 $. Au total, presque toutes les fonctions du processeur mainframe ont été réalisées sur une seule puce. Il a été annoncé en novembre 1971 dans la revue Electronic News.

Spécifications du processeur:


  • Date de comparution: 15 novembre 1971
  • Nombre de transistors: 2300
  • Surface cristalline: 12 mm²
  • Flux de travail: 10 microns (technologie MOS de tarte au silicium à canal P)
  • Fréquence d'horloge: 740 kHz (spécifiquement de 500 à 740,740 ... kHz, depuis la période d'horloge 2..1,35 μs (ou 92,6 kHz?)
  • Profondeur de bits: 4 bits
  • Nombre de registres: 16 (16 quatre bits peuvent être utilisés comme 8 huit bits)
  • Nombre de ports: 16 entrées 4 bits et 16 sorties 4 bits
  • Largeur du bus de données: 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)

Ce processeur a exécuté entre 60 000 et 93 000 instructions par seconde. Dans le même temps, l'un des premiers ordinateurs électroniques, ENIAK , ne pouvait exécuter que 5000 instructions par seconde. En même temps, ENIAC occupait 280 mètres carrés, pesait 27 tonnes et consommait 174 kW d'énergie.

Le processeur 4004 n'est pas devenu trop populaire. La puce 8080th, qui peut être appelée "arrière-petit-fils" du 4004th, a commencé à être utilisée partout.

Calculatrices et ordinateurs


En 1971, Intel avait des concurrents. Par exemple, Mostek, une entreprise qui a développé des éléments semi-conducteurs et des dispositifs basés sur eux, a créé le premier «calculateur de puces» au monde, le MK6010 .

Pico Electronics et General Instrument disposaient également d'une version fonctionnelle d'une «calculatrice sur puce», appelée G250. En six mois, Texas Instruments a présenté une version de travail de sa propre «calculatrice sur puce», «<a href =" www.datamath.org/Story/Datamath.htm#The\ "> TMS 1802. Il s'agissait du premier modèle de la gamme 0100 à grand succès. En même temps, ces systèmes pouvaient parfaitement fonctionner comme des calculatrices, mais ils ne pouvaient rien faire d'autre. Mais le 4004 a fonctionné avec des instructions stockées dans la mémoire externe. Et cela nous a permis d'utiliser cette puce particulière lors de la création d'un ordinateur.

À cette époque, tout a changé très rapidement. Busicom a commencé une période de problèmes financiers, alors cette société a vendu les droits exclusifs du processeur 4004. Bientôt, de nouveaux appareils ont commencé à fonctionner sur la base de ce processeur et d'autres processeurs plus puissants. Ceux-ci comprenaient un traitement de texte, des appareils de jeu (flipper) et d'autres systèmes.

Le processeur 4 bits, comme mentionné ci-dessus, a été rapidement remplacé par des microprocesseurs 8 bits, qui sont devenus populaires. À propos, le premier processeur 8 bits n'était pas du tout le 8008, mais le TMX 1795 de Texas Instruments.

La «fenêtre» sur l'électronique moderne a été «coupée» par un ordinateur D200 à circuits intégrés, créé en 1967 par Autonetics . Cet ordinateur compact 24 bits a été créé pour une utilisation dans l'aviation, l'industrie maritime et d'autres domaines. Sa masse n'était que de quelques kilogrammes. C'est lui qui a été utilisé pour contrôler la fusée Poséidon, il a également été utilisé pour contrôler la consommation de carburant des avions militaires.

Ordinateur central de données de l'air- «héritier» du D200. Il a été créé par Garrett AiResearch (qui fait maintenant partie de Honeywell). L'ordinateur a été créé pour le F-14, il contenait 28 puces.

En 1969, le «terminal programmable» Datapoint 2200 est créé . Il a été développé par des employés de Computer Terminal Corp. (CTC) du Texas. Ce n'était plus un terminal, mais un véritable ordinateur avec un processeur 8 bits, qui comprenait initialement 100 puces bipolaires.

image

Un an plus tard, STS se tourna vers Intel avec une demande de développement d'un nouveau processeur pour le D2200. Les employés d'Intel ont fait le travail en publiant les spécifications de cette puce. La conception logique développée devint alors la base de l'Intel 8008. En 1970, lorsque Intel commença à travailler sur le processeur 8008e, c'était une entreprise relativement petite avec 100 employés.

STS a demandé de développer un processeur basé sur les spécifications créées par Intel et Texas Instruments. A cette époque, 45 000 personnes travaillaient dans cette entreprise. TI a proposé une option composée de trois puces, mais le STS a été invité à développer une seule puce pour effectuer toutes ces tâches. Intel a continué de travailler sur une puce similaire. TI a développé un prototype appelé TMX 1795 .

En juin 1971, Texas Instruments a lancé une campagne médiatique dédiée aux avantages de son processeur. À cette époque, le Datapoint 2200 basé sur le TMX 1795 était décrit comme «un ordinateur puissant qui surpasse la version d'origine», ce qui signifiait que les capacités du Datapoint 2200 basé sur le TMX 1795 dépassaient considérablement les capacités du Datapoint 2200 basé sur des transistors bipolaires. Mais STS, après avoir vérifié le fonctionnement de la nouvelle puce, l'a rejetée, en continuant à utiliser des puces bipolaires. Intel travaillait toujours sur son propre processeur.

Après un certain temps, TI, s'assurant qu'il n'y avait pas de demande pour TMX 1795 (par la suite TMC 1795), a terminé la campagne médiatique et a arrêté la production du système. Mais c'est cette puce qui est entrée dans l'histoire en tant que premier processeur 8 bits.

En 1971, STS a perdu tout intérêt pour un seul processeur pour ses systèmes, transférant tous les droits sur la nouvelle puce Intel. La société n'a pas renoncé à cette opportunité et a continué à développer la puce 8008 , en l'offrant avec succès à un certain nombre d'autres sociétés. En avril 1972, elle a réussi à fournir des centaines de milliers de ces processeurs. Deux ans plus tard, le processeur 8008 a été remplacé par un nouveau 8080, après quoi le 8086 est arrivé et l'ère des systèmes basés sur x86 a commencé. Maintenant, en travaillant sur un PC ou un ordinateur portable puissant, il convient de rappeler que l'architecture d'un tel système a été développée il y a de nombreuses années pour le terminal programmable Datapoint 2200.

Intel a ensuite utilisé une technologie plus avancée, qui offrait l'avantage de ses processeurs. Ils étaient rapides et relativement économiques en termes de consommation d'énergie. De plus, dans les puces Intel, la densité des transistors était plus élevée que dans la puce TI, ce qui a permis de réduire la taille des processeurs. En outre, le marketing a joué un rôle important, dans ce domaine, Intel a également pris un certain nombre de mesures réussies, ce qui a assuré la popularité des développements de l'entreprise.

Quoi qu'il en soit, la situation de leadership dans le développement des premiers processeurs est loin d'être univoque, comme on le pense généralement. Il y avait plusieurs pionniers ici à la fois, mais par la suite le développement d'un seul d'entre eux est devenu populaire. En fait, avec les «descendants» modernisés de cette technologie, nous avons tous affaire aujourd'hui, au 21e siècle.

Source: https://habr.com/ru/post/fr399473/

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