mdashthe首款微处理器,英特尔4004

日期:2018-06-26 浏览:41

四十年前的今天,电子与半导体商报《电子新闻》刊登了一则新型芯片广告。英特尔4004是16针双列直插式封装中的60美元芯片,是封装在单个集成电路( IC )上的整个CPU。

至少,CPU是指令解码器和算术逻辑单元( ALU );解码器从存储器读取指令,并指示ALU执行适当的算术运算。以前的CPU是由数十个或数百个晶体管(在此之前是单个晶体管或阀)组成的多个小集成电路连接在一起形成一个完整的CPU。 4004将不同的CPU组件集成到一个2300晶体管芯片中。

4004不仅仅是计算机行业的一个新方向;这也是英特尔的一个新方向。英特尔自1968年成立以来,一直是一家内存公司,生产各种RAM,拥有业内速度最快、密度最高的内存。它不是生产CPU或逻辑芯片的行业。尽管如此,日本电子计算器公司Busicom于1969年与英特尔接洽,要求该内存公司为其计算器制造一套新的逻辑芯片。

Busicom提出了一个需要十几个芯片的固定用途设计。busicom自己设计了逻辑,甚至验证了它是正确的;它希望英特尔制造这些东西。英特尔应用部门经理泰德·霍夫认识到,用通用CPU代替Busicom提出的专用计算器逻辑,可以简化和改进设计。霍夫设法让英特尔和企业管理层都相信他的方法是正确的。

六个月后,Intel于1970年4月聘请费德里科·费金参与这项计画,这项工作随即展开。费金必须设计并验证CPU的逻辑。这对英特尔来说是一个挑战。作为一家存储器公司,它没有设计或验证逻辑电路的方法。Intel的程序旨在产生简单、规则的重复结构,而非CPU所需的高度变化的逻辑。由于使用了硅栅晶体管,费金的工作也变得更加复杂。当时,铝门是标准的,硅最终胜出,但早期发展很困难;硅门需要不同于铝的设计方法,这些方法还没有被发明出来。

尽管如此,费金还是成功了,到1971年3月,他已经完成了一个由四个不同芯片组成的家庭的开发工作。有一个2048位的只读存储器,4001;一个40字节的RAM,4002;一个输入输出芯片,4003;最后是CPU本身4004。英特尔支付了Busicom的设计权,允许该公司销售和营销芯片系列。这些芯片被称为MCS - 4,于1971年6月开始生产,40年前的今天在商业市场上进行广告宣传。

4004本身既笨拙又前卫,是尖端技术和保守成本削减的独特组合。作为一个集成CPU,它是一个里程碑,但设计本身甚至在1970年也很笨拙。Intel management坚称,尽管当时40针的大封装正成为主流,但芯片使用16针的DIP。这意味着芯片的外部总线只有4位宽,这一条4位总线必须传输12位内存地址、8位和16位指令以及CPU运行的4位整数。因此,读取单个16位指令需要四个单独的读取操作。芯片本身具有740 kHz时钟,每条指令使用8个时钟周期。它每秒能发出92,600条指令,但使用窄的多用途总线,实际上很难做到这一点。

1972年,英特尔生产了8位8008。与4004一样,这是为第三方(这次是终端制造商数据点)构建的,数据点为指令集的设计做出了很大贡献,但英特尔利用4004的经验实际设计了CPU。1974年,该公司发布8080,这是一款经过改造的8008,它使用40针的DIP,而不是8008的18针封装。费德里科费金为8008和8080做了大量的设计工作。

尽管有这些开创性的产品,Intel的管理层仍然视Intel为记忆体公司,尽管它是一家以处理器为副业的记忆体公司。费金1974年离开英特尔,创办了自己的处理器公司zillog。zilog最著名的产品是Z80,它是8080更快、更强大、软件兼容的衍生产品,为早期家用电脑提供动力,包括无线电Shack TRS - 80和Sinclair ZX80、ZX81和ZX频谱——这些系统是许多人首次进入计算世界的系统。费金决定离开Intel,为自己做生意,引起了一些不好的感觉,Intel多年来一直掩饰他的贡献。尽管如此,他留下了不可磨灭的马英特尔和整个行业的rk,尤其是因为他决定在4004 die上签下自己的首字母FF。随后,8080指令集扩展到16位,英特尔的第一个16位处理器20,000晶体管8086于1978年发布。这是第一个预示英特尔将从一家也生产处理器的内存公司转型为全球领先的处理器公司的处理器。1981年,IBM选择了Intel 8088 (一个8086,外部总线被削减到8位而不是16位)为其IBM PC供电,而IBM PC是用来测量所有其他数据的计算机。但是直到1983年,由于廉价的亚洲竞争对手破坏了内存收入,英特尔才把微处理器作为其核心产品。

今天的处理器仍然要归功于8086的设计(或者至少是指令的设计)。它们比想象中复杂得多,最新的Sandy Bridge E CPU使用了22亿个晶体管,4004增加了一百万倍,8086增加了10万倍,基本设计元素已经有30多年的历史。

4004虽然被广泛认为是第一个微处理器,当然也是最有名的,但可以说它并不是第一个。还有另外两个竞争者。德州仪器 TMS 1000于1974年首次在计算器市场上市,但TI声称它是在4004年之前的1971年发明的。此外,TI于1973年获得微处理器专利。英特尔随后授予此专利许可。

早于这两者的是一个叫做AL1的处理器。a1是由一家名为四相系统的公司建造的。1970年用AL1建造的四阶段演示系统,1971年初售出了几台机器。这使他们领先于TI和英特尔。然而,当时AL1没有被用作真正的独立CPU;取而代之的是,使用了三个a1,以及另外三个逻辑芯片和一些ROM芯片。Intel与Cyrix在一九九○年的专利纠纷中遭到打击,TI的专利是其中一项有争议的专利。为了证明TI的专利不应该被授予,四相系统创始人李博伊尔选取了一个AL1,并将其与RAM、ROM和I / O芯片组装在一起——但没有其他的AL1或逻辑芯片——以证明它实际上是一个微处理器,因此是现有技术使TI的权利要求无效。因此,尽管它不是这样使用的,也不是独立销售的,但AL1可以追溯到第一个微处理器。然而4004仍然是第一个商用微处理器,也是当时被认为是微处理器并被使用的第一个微处理器。虽然它的设计简单而笨拙,但它引发了一场革命。泰德·霍夫说服商业公司和英特尔公司生产CPU,费德里科·费金设计CPU,英特尔管理层,特别是创始人戈登·摩尔和罗伯特·诺伊斯购买权利和支持项目,共同改变了世界。