Intel 4004

15/ 11/ 1971 | Intel 4004

ΣΑΝ ΣΗΜΕΡΑ 15 Νοεμβρίου 1971, κάνει την πρώτη εμφάνισή του, μέσα από διαφημιστική καταχώρηση, ο πρώτος μικροεπεξεργαστής της ιστορίας των υπολογιστών. Ο Intel 4004 σχεδιάστηκε κατά παραγγελία της Busicom για να χρησιμοποιηθεί σε ηλεκτρονική αριθμομηχανή και αποτελεί ένα από τα chip που συναπαρτίζουν την οικογένεια MCS-4.

Ο Intel 4004 υπήρξε ο πρώτος εμπορικός μικροεπεξεργαστής της νεοσύστατης τότε Intel, κατόπιν παραγγελίας της ιαπωνικής Busicom, με σκοπό την κατασκευή ενός σετ chip για χρήση από ηλεκτρονικές αριθμομηχανές της. Ο όρος μικροεπεξεργαστής που θεμελιώνεται με τον 4004, σημαίνει ότι στο ίδιο ολοκληρωμένο κύκλωμα περιλαμβάνονται το ρολόι χρονισμού, η εσωτερική μνήμη με τη μορφή καταχωρητών (registers) και η μονάδα αριθμητικών υπολογισμών (ALU). Αν και σύμφωνα με διάφορες αναφορές, η γραμμή παραγωγής είχε ξεκινήσει ήδη από το Μάρτιο του 1971, ο 4004 κάνει την πρώτη εμφάνισή του το Νοέμβριο της ίδιας χρονιάς σε μορφή διαφημιστικής καταχώρησης στην έκδοση Electronic News.

To 2006, η Intel προκειμένου να γιορτάσει τα 35 χρόνια του 4004, δημοσιοποίησε τα αρχικά σχέδιά του.

Υπεύθυνος για το σχεδιασμό του 4004 ήταν ο Φεντερίκο Φάγκιν (μετέπειτα ιδρυτής της Zilog), μαζί με τους Τεντ Χοφ της Intel και Μασατόσι Σίμα της Busicom. O Φάγκιν, ήταν ο μόνος σχεδιαστής της ομάδας και μάλιστα με πολύ μεγάλη εμπειρία στο σχεδιασμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) με χρήση της νέας τότε τεχνολογίας silicon-gate. Ανάλογη φιλοσοφία σχεδιασμού θα χρησιμοποιήσει στην κατασκευή του Zilog Z80.

Ο 4004 ήταν μέλος μίας ευρύτερης οικογένειας chip, της MCS-4, όλων απαραίτητων για την πλακέτα ενός υπολογιστή, καθώς περιλαμβάνουν τις μνήμες RAM και ROM, καθώς και τους ελεγκτές εισόδων/εξόδων και περιφερειακών συσκευών. Κατασκευασμένος σε τεχνολογία pMOS 10 μm, ο 4004 ήταν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα κατηγορίας LSI (Large Scale Integration), καθώς απαρτιζόταν από περίπου 2.300 τρανζίστορ, ενώ είχε 16 ακροδέκτες (pins). Καθώς ο δίαυλος ήταν μήκους μόλις 4 bits, ο 4004 χρησιμοποιούσε την τεχνική της πολυπλεξίας για 4μπιτα δεδομένα, 8μπιτες εντολές και 12μπιτες διευθύνσεις μνήμης (συνολικού μεγέθους 4KB). Το σύνολο αυτό, με ταχύτητα ρολογιού 740 kHz, μπορούσε να εκτελέσει από 46.300 έως 92.600 εντολές το δευτερόλεπτο (10,8 ή 21,6 µsec ανά εντολή, για εκτέλεση σε ένα ή δύο κύκλους ρολογιού αντίστοιχα). Για την ιστορία, η πρώτη εμπορική συσκευή που χρησιμοποίησε το σετ MCS-4 ήταν η αριθμομηχανή Busicom 141-PF.

Αν και ως διάδοχος του 4004, θεωρείται ο επίσης 4μπιτος επεξεργαστής της Intel, 4040, που κυκλοφόρησε το 1974, η πραγματική εξέλιξη του αρχικού σχεδίου, θα έρθει ένα χρόνο αργότερα, το 1972, με τον 8μπιτο Intel 8008, ο οποίος -ανάμεσα στα άλλα- θα βάλει και τα θεμέλια της x86 αρχιτεκτονικής.

Οικογένεια ολοκληρωμένων MCS-4

  • 4001: 256 bytes ROM. Aποθηκεύει 256 εντολές μήκους 8bit
  • 4002: 40 bytes RAM. Αποθηκεύει ως 80 εντολές μήκους 4bit, χωρισμένες σε 4 «καταχωρήσεις» των 20 εντολών
  • 4003: 10bit καταχωρητής εναλλαγής παράλληλης εξόδου για σκανάρισμα πληκτρολογίων, οθονών, εκτυπωτών
  • 4004: 4μπιτος μικροεπεξεργαστής (CPU), 16 καταχωρητών και 46 μικροεντολών.
  • 4008: 8bit latch διευθύνσεων για πρόσβαση σε συγκεκριμένα chip μνήμης, ένα 4μπιτο chip επιλογής και μια θύρα εισόδου/εξόδου (Ι/Ο)
  • 4009: μετατροπέας πρόσβασης προγραμμάτων και εισόδων/εξόδων στη μνήμη και τα Ι/Ο chips

INTEL 4004

Συχνότητα ρολογιού: 108 ως 740 kHz
Σετ Εντολών (αριθμός εντολών): 41 των 8bits και 5 των 16bits
Καταχωρητές: 16 των 4bits
Διευθυνσιοδότηση: 4 KB (12bit)
Τεχνολογία λιθογραφίας: 10 µm (pMOS)
Κατηγορία Ολοκλήρωσης: LSI
Αριθμός Τρανζίστορ: 2.312
Επεξεργαστική Ισχύς: ως 0,0926 MIPS