Intel 4004

El Intel 4004 es un microprocesador  de 4 bits desarrollado por Intel Corporation y lanzado el 15 de noviembre de 1971. Este microcircuito se considera el primer microprocesador de un solo chip disponible comercialmente en el mundo [a 1] .

Historia

En 1969, una pequeña empresa japonesa, Nippon Calculating Machine, Ltd. (más tarde Busicom Corp. ), un fabricante de calculadoras, ordenó 12 chips de Intel (el diseño de la lógica del sistema fue desarrollado por el empleado de Busicom Masatoshi Shima (嶋正利)) para usar en una nueva calculadora de escritorio. Dichos microcircuitos siempre se han caracterizado por funciones altamente especializadas y estaban destinados a realizar un trabajo bien definido, por lo que para cada nueva aplicación, se tuvo que rediseñar todo el conjunto de chips. Este enfoque no parecía rentable para los empleados de Intel. Marchian Edward (Ted) Hoff , de 32 años, sugirió a los ejecutivos de Intel y Busicom que reduzcan la cantidad de chips, utilizando una unidad central de procesamiento que tendría que realizar funciones aritméticas y lógicas, uno en lugar de varios chips. La idea fue aprobada por la dirección de ambas firmas. Durante el otoño de 1969, Tad Hoff, con la ayuda de Stanley Mazor, propuso una nueva arquitectura de chips, que se redujo a 4, incluida la unidad central de procesamiento : una unidad central de procesamiento (CPU) de 4 bits, ROM para almacenar software , y RAM para almacenar datos de usuario. El desarrollo del microprocesador no comenzó hasta abril de 1970, cuando Federico Faggin, un físico de Italia, se unió a Intel como diseñador jefe de la familia MCS-4. Fagin, gracias a su profundo conocimiento de la tecnología MOS de puerta de silicio que desarrolló en Fairchild en 1968, y a la amplia experiencia adquirida en 1961 en la firma italiana Olivetti en el campo del diseño lógico de computadoras, logró reducir el microprocesador de la CPU a un solo chip . . En 1968, mientras estaba en Fairchild, Federico también implementó el primer chip comercial del mundo que usaba tecnología de puerta de silicio: el Fairchild 3708 .

En Intel, Faggin desarrolló un nuevo método, hasta ahora inexistente, para diseñar circuitos lógicos arbitrarios y contribuyó a muchas de las innovaciones de diseño de chips y procesos fundamentales para la implementación de un microprocesador en un solo chip. Masatoshi Shima, que era ingeniero de software en Busicom y no tenía experiencia en el diseño de MOS, ayudó a Fagin a desarrollar el MCS-4 y luego trabajó con él en Zilog , una empresa formada a fines de 1974 por Fagin y Ralph Ungermann y dedicada por completo a los microprocesadores. Fagin y Seema desarrollaron juntos el microprocesador Zilog Z80 .

A cada categoría de producto se le asignó un número. Los primeros productos de Intel fueron chips de memoria (chips PMOS ), que tenían el número 1xxx. La serie 2xxx desarrolló chips NMOS . Los microcircuitos bipolares se han asignado a la serie 3xxx. Los microprocesadores de 4 bits se designaron como 4xxx. Los chips CMOS se designaron como 5xxx, memoria de dominio magnético: 7xxx, microprocesadores y microcontroladores de ocho bits o más pertenecían a la serie 8xxx. No se utilizaron las series 6xxx y 9xxx.

El segundo dígito indica el tipo de producto: 0 - procesadores, 1 - chips RAM, 2 - controladores, 3 - chips ROM, 4 - registros de desplazamiento, 5 - chips EPLD , 6 - chips PROM, 7 - chips EPROM , 8 - observación chips y sincronización de circuitos en generadores de impulsos, 9 - chips para telecomunicaciones.

Los dígitos tercero y cuarto correspondían al número de serie del producto, y dado que el primer procesador requería tres microcircuitos más especializados (microcircuitos ROM, RAM y expansor de E / S), que se lanzaron antes de 4004, el microprocesador se denominó 4004.

El 15 de noviembre de 1971, se lanzó el chip 4004, el primer microprocesador que, a un costo de $ 200, implementó las funciones de un procesador mainframe en un solo chip . El primer microprocesador del mundo se anunció en noviembre de 1971 en la revista Electronic News .. El microprocesador 4004 se produjo en un paquete DIP de 16 pines , las dimensiones del cristal eran de 12 mm² (3 × 4 mm). El procesador podía realizar 60.000 (en promedio; máximo - hasta 93.000 ) instrucciones por segundo (a modo de comparación, una de las primeras computadoras completamente electrónicas - la estadounidense ENIAC  - realizó solo 5.000 (máximo) instrucciones por segundo con una capacidad de 20 bits , ocupaba 280 m² , pesaba 27 toneladas y consumía 174 kW de energía). Intel previó el papel crítico de los microprocesadores en la miniaturización de las computadoras y, por lo tanto, compró los derechos de autor del microprocesador 4004 y sus versiones mejoradas de Busicom por $ 60,000 [2] .

Sin embargo, en 1971, el procesador no se convirtió en un éxito de ventas. La estrategia de Intel fue comercializar el 4004 para expandir el mercado de los chips de memoria 1101/1103 mucho más populares. Solo el microprocesador 8080 , el  "bisnieto" electrónico del 4004, se hizo popular .

Circuitos integrados especializados de la serie 4xxx

Inicialmente, el chip 4004 venía con tres chips especializados: ROM, RAM y un expansor de E/S. Y aunque estos microcircuitos tenían su propio sistema de designación (series 1xxx, 2xxx y 3xxx), recibieron un segundo nombre en la categoría 4xxx, que comenzó a indicarse junto a su numeración habitual:

• 4001 : ROM  de máscara de 256 bytes (256 instrucciones de programa de 8 bits) y un puerto de E / S de 4 bits incorporado.
• 4002 : RAM  de 40 bytes (80 celdas de 4 bits) y un puerto de salida de 4 bits incorporado; La RAM en el chip está organizada en 4 "registros" de veinte celdas de 4 bits:
  • 16 celdas de datos (la calculadora original usaba mantisa para los dígitos)
  • 4 celdas de estado (usadas para dígitos exponenciales y signos en la calculadora original)
• 4003 - Expansor de E/S  de 10 bits(registro de desplazamiento que convierte el código serial en paralelo)

Junto con el lanzamiento del 4040 , aparecieron nuevos chips que también son compatibles con el 4004:

• 4308 : ROM  de máscara de 1024 bytes (1024 instrucciones de programa de 8 bits) y cuatro puertos de E / S de 4 bits incorporados. Reemplazo completo para cuatro circuitos 4001.

• 4008, 4009  : kit para conectar chips de memoria estándar (ROM, PROM, RAM) y puertos de entrada y salida. Le permite conectar hasta 16 dispositivos de memoria diferentes en formato de 8 bits de dirección, 8 bits de datos. Para escribir en la RAM, se usa el comando WPM (Write Program Memory) no documentado anteriormente. También admite hasta 16 puertos de entrada de 4 bits y hasta 16 puertos de salida de 4 bits. Intel recomienda compartir chips: 4316 (ROM de máscara de 2048 bytes), 4702A (PROM/EPROM de 256 bytes), 4101 (RAM estática de 256 bytes).

• 4289  es un circuito para conectar chips de memoria estándar y puertos de E/S. Reemplazo posterior de 4008/4009 en un solo cuerpo.
• 4207, 4209, 4211  - Puertos GPIO (4 puertos, 4 bits cada uno). Los circuitos tienen la dirección 3 en el área del programa y, por lo tanto, no se pueden compartir con el 4008/4009/4289, y los circuitos 4001/4308 no deben ocupar la dirección 3. Se pueden usar hasta ocho circuitos simultáneamente usando la selección de línea CM-RAM.
  • 4207  - 8 bits de salida de datos sincrónicos, 4 bits de control de salida, 4 bits de control de entrada.
  • 4209  - 8 bits de entrada de datos sincrónicos, 4 bits de control de salida, 4 bits de control de entrada.
  • 4211  - Salida de datos síncronos de 8 bits, entrada de datos síncronos de 8 bits.
• 4265  - 4 puertos de E/S universales de cuatro bits. 14 modos son compatibles con el software. Reemplaza completamente uno de los bancos de RAM 4002.
• 4269  es un controlador de pantalla y teclado programable. Realiza un escaneo cíclico de dos matrices de teclado de 8*8 (128 teclas) y una salida cíclica de 2*16*4 bits de datos para controlar la pantalla. Reemplaza completamente uno de los bancos de RAM 4002.
• 4201  - generador de reloj, circuito de acondicionamiento de señal RESET y STOP/ACK (no utilizado en 4004).

Nota: Los chips ROM 4001/4308 no se pueden usar en un sistema con el controlador de memoria estándar 4008/4009/4289. Se utilizaron en diferentes configuraciones del sistema: mini y maxi.

La familia 400x también se denominó MCS-4 (Micro Computer Set de 4 bits).

Intel también vendió Intellec-4 (cajas azules grandes), un sistema para desarrollar y probar programas para 4004. De hecho, fue una de las primeras microcomputadoras ensambladas sobre la base de la serie 4xxx (chips 4004, 4201, cuatro chips 4001 y dos 4002). Solo el alto precio (5 mil dólares) no permitía considerarlo una computadora personal .

Coleccionables

El Intel 4004 se ha convertido en uno de los chips más coleccionables [3] . Los más valorados son los chips Intel 4004 de oro blanco con marcas grises visibles en la parte blanca (tipo de caja original) [3] . En 2004, dicho chip se valoró en unos 400 dólares en eBay [3] . Ligeramente menos valiosos son los microcircuitos sin marcas grises en la carcasa, por lo general, su costo es de aproximadamente 200-300 dólares [3] .

Especificaciones

• Fecha anunciada: 15 de noviembre de 1971
• Número de transistores: 2300
• Área de cristal: 12 mm²
• Proceso de fabricación: 10 µm (tecnología MOS de pastel de silicio de canal P)
• Frecuencia de reloj: referencia de 740 kHz (o reloj de 92,6 kHz, tiempo de ejecución por instrucción 8 ciclos)
• Ancho de registro: 4 bits
• Número de registros: 16 (16 cuatro bits se pueden usar como 8 ocho bits)
• Número de puertos: 16 E/S de 4 bits (área de programa) y 32 salidas de 4 bits (área de datos)
• Bus interno: 4 bits
• Bus externo: multiplexado para dirección, datos, control - 4 bits (más 5 líneas CM de selección de banco de memoria)
• arquitectura de harvard
• Pila: interna de 3 niveles
• Memoria de instrucciones (ROM/ROM, también RAM/RAM cuando se usa 4008/4009/4289): 4 kilobytes (32768 bits)
• Memoria de datos (RAM/RAM chip 4002): 640 bytes (5120 bits) sin decodificador de direcciones o 1280 bytes (10240 bits) con decodificador de direcciones.
• Organización del espacio de direcciones: heterogéneo, dividido para diferentes comandos
  • área de programa: 1 banco, 12 bits de dirección, 8 bits de datos
  • área de registro de datos: 8 bancos (3 bits), 8 bits de dirección, 4 bits de datos
  • área de registro de estado: 8 bancos (3 bits), 4 bits de dirección, 4 bits de datos
  • Área de E/S (en banco de programa): 1 banco, 4 bits de dirección, 4 bits de datos
  • área de salida (en bancos de datos): 8 bancos (3 bits), 4 bits de dirección, 4 bits de datos
• Número de instrucciones: 46 (de las cuales 41 son de 8 bits y 5 de 16 bits)
• Ciclo de instrucción: 10,8 microsegundos[ quien? ] solo en el 40 aniversario del procesador en 2011 ).
• Tensión de alimentación: -15 V (pMOS)
• Temperatura de funcionamiento: 0 a +70 °C
• Condiciones de almacenamiento y funcionamiento: -40 a +85 °C
• Conector: DIP16 (el microcircuito se soldó directamente en la placa de circuito impreso o se instaló en una ranura especial)
• Carcasa: DIP de 16 pines (1 de plástico o 3 de cerámica, por ejemplo, C4004 (cerámica blanca con franjas grises), C4004 (cerámica blanca), D4004 (cerámica gris negra), P4004 (plástico negro))
• Forma de entrega: por separado y en kits MCS-4 (ROM, RAM, I/O, CPU)

Notas

1. ↑ En 1970, más de un año antes del lanzamiento del chip i4004, se fabricó un microprocesador militar que formaba parte de Central Air Data Computer(CADC) - el complejo de control a bordo del caza F-14 , pero no era de un solo chip [1] .

1. ↑ El microprocesador F-14A "Tom Cat"  (inglés)  (enlace no disponible) . Primer microprocesador del mundo (23 de febrero de 2009). Fecha de acceso: 6 de enero de 2014. Archivado desde el original el 30 de marzo de 2009.
2. ↑ 12 de agosto: aniversario de la computadora personal (enlace inaccesible) . Es Unión . Consultado el 20 de agosto de 2014. Archivado desde el original el 21 de agosto de 2014. (indefinido) 
3. ↑ 1 2 3 4 Yuri Golubov. Hace 42 años, Intel lanzó el primer chip . Vladtime.ru (18 de noviembre de 2013). Consultado el 20 de agosto de 2014. Archivado desde el original el 21 de agosto de 2014. (indefinido)

Enlaces

• Cómo se desarrollaron los primeros chips Intel
• Historia de la construcción de procesadores mundiales desde 4004 hasta Nehalem
• Primeros artículos sobre la tecnología de puerta de silicio MOS y el microprocesador . 1968-1972  (inglés)
• Primer arquitecto de microprocesadores: Ted Hoff
• Ensamblador en línea Intel 4004  (inglés)
• Intel celebra el 40 aniversario del primer microprocesador
• hoja de datos intel 4004

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