Il microprocessore è una delle invenzioni più consequenziali della storia umana, un singolo chip di silicio che ha ridefinito i confini del calcolo e rimodellato ogni settore che ha toccato. Questa trasformazione ha cominciato in serio con l'unità di elaborazione centrale Intel 4004, che ha portato la programmazione, l'integrazione e la possibilità di elettronica per la prima volta. Prima del suo arrivo nel 1971, la logica digitale è stata sparpagliata attraverso decine di componenti discreti; poi, le funzioni essenziali del computer di un computer.

Conta con tubi sottovuoto e transistor

Per capire il salto rappresentato dai 4004, aiuta a guardare a quali macchine di calcolo sembravano nei decenni precedenti il suo debutto. I primi computer elettronici come ENIAC, completati nel 1945, riempivano intere stanze con rack di tubi di vuoto, resistenze e cablaggi saldati a mano. Erano risultati sorprendenti nel loro proprio diritto, ma erano anche enormi, potenza-ondaggi e notoriamente difficili da mantenere.

L'invenzione del transistor a Bell Labs nel 1947 e il successivo sviluppo del circuito integrato di Jack Kilby e Robert Noyce alla fine degli anni '50 cambiarono gradualmente quell'immagine. Negli anni '60, gli ingegneri potevano imballare più transistor su un unico chip, ma quei chip tipicamente eseguiti funzioni di logica fissa - erano progettati per fare un lavoro e non potevano essere riprogrammati.

La nascita di un'idea: il progetto di calcolo Busicom

Nel 1969 Busicom si avvicinò a Intel, quindi una giovane azienda di memoria-chip con sede a Mountain View, California, con una richiesta di progettare una serie di chip logici personalizzati per un nuovo calcolatore di stampa desktop. Il piano originale chiamato per almeno una dozzina di circuiti integrati specializzati, ciascuno su misura per gestire l’ingresso della tastiera, il controllo della stampante, arith.

L’ingegnere Intel Ted Hoff, che è stato assegnato a lavorare con il team di Busicom, ha riconosciuto l’inefficienza dell’approccio. Hoff era venuto dall’Università di Stanford e si è immerso nel pensiero architettonico dei computer mainframe. Ha visto che invece di costruire una collezione di chip di processo fisso, Intel potrebbe progettare un motore logico programmabile e generico che potrebbe essere istruito per eseguire i compiti specifici di cui aveva bisogno il chip di elaborazione calcolatrice.

Il team di progettazione Intel

La visione architettonica di Hoff in un pezzo di silicio ha richiesto un team straordinario. Federico Faggin, fisico e ingegnere italiano che aveva recentemente aderito a Intel da Fairchild Semiconductor, ha condotto il progetto fisico e la gestione del progetto.

Il Architectural Breakthrough di una CPU a 4 bit

Ciò che ha reso il 4004 diverso da ogni chip prima era che si trattasse di un computer completo e programmato condensato su un singolo sliver di silicio. Il 4004 ha impiegato un data bus a 4 bit e un bus di indirizzi a 12 bit, permettendogli di affrontare fino a 4.096 byte di ROM e 640 byte di RAM quando si è abbinato al suo chipset di supporto.

Dentro la Intel 4004: Specifiche tecniche e Design

I numeri che definiscono i 4004 sembrano molto comuni rispetto agli standard moderni, ma al momento hanno rappresentato una meraviglia di produzione. Il chip contiene circa 2.300 transistor, incisi utilizzando un processo MOS a 10 micrometri. Ha eseguito ad una velocità di clock di 740 kilohertz, fornendo circa 60.000 istruzioni al secondo a prestazioni di picco.

Il chip non era una meraviglia standalone; è stato progettato come parte della famiglia MCS-4, che comprendeva il 4001 ROM, 4002 RAM e 4003 registro di spostamento. Insieme, questi quattro chip hanno formato un piccolo ma completo sistema di calcolo che potrebbe essere assemblato su un bordo di misura solo pochi pollici quadrati.

Dal Prototipo alla Produzione: Sfide Superato

Il primo compito di Faggin era quello di creare il layout di silicio su fogli di Mylar trasparente utilizzando tavolini leggeri e nastri colorati, un processo che ora sembra quasi preistorico. Ogni transistor, interconnessione, e il contatto doveva essere meticolosamente disegnato e controllato.

Anche dopo quel test di successo, debug il comportamento del chip consumato mesi. Il decoder di istruzioni aveva sottili difetti di tempismo che solo hanno avuto una certa sequenza, che richiedeva revisioni iterative alla logica. Nel frattempo, la gestione di Busicom era desiderosa di ricevere il suo chipset calcolatrice, quindi la pressione per consegnare era intensa.

L'impatto del mercato del primo microprocessore

L'Intel 4004 venne formalmente introdotto sul mercato in un numero del novembre 1971 di Electronic News, accompagnato da un annuncio che dichiarò “Una nuova era di elettronica integrata.” La ricezione iniziale era divisa tra awe e scetticismo. Molti ingegneri erano abituati a progettare con cancelli logici a filo duro e trovarono il concetto di un controller unico chip programmabile troppo astratto per adottare fiducia.

Mentre il 4004 non era abbastanza potente da eseguire un computer generico, ha dimostrato che il microprocessore era un prodotto commerciale affidabile. Ha insegnato all'industria che il software potrebbe sostituire la complessità hardware, una lezione che alimenta la crescita esponenziale di sistemi incorporati. Il prezzo modesto del chip - circa $200 al lancio - ha aperto la porta per le piccole aziende e anche gli hobbisti per sperimentare la realizzazione del chip principale programmabile per la prima volta.

Cresce una famiglia: dal 4004 all'8008 e oltre

Il successo del 4004 incoraggiò Intel a sviluppare un microprocessore a 8 bit più capace, l’800, che apparve nel 1972. L’8008 era originariamente commissionato dalla Computer Terminal Corporation come chip per alimentare un terminale programmabile, ma come il 4004, trovò rapidamente un pubblico più ampio.

Mentre il percorso di Intel è il più famoso, altre società semiconduttori rapidamente entrarono nella mischia. Texas Instruments, che aveva sviluppato il proprio processore monochip intorno allo stesso tempo, ha sostenuto una parte del primo mercato. Motorola 6800, introdotto nel 1974, e più tardi il 68000, avrebbe potere i computer di Apple Macintosh precoce e una serie di sistemi incorporati. La pressione competitiva indietro un ciclo di innovazione che ha aumentato la densità di traccia di transistor, velocità di velocità

L'eredità delle Intel 4004 in Computing Moderno

Non è un sovrastato dire che il mondo digitale moderno è un diretto discendente di Intel 4004. L'influenza del chip è visibile non solo nella microarchitettura di ogni generazione di processore successivo, ma anche nella stessa filosofia del design elettronico. Prima del 1971, aggiungendo "intelligence" a una macchina che intende progettare hardware dedicato per quella specifica funzione. Dopo il 4004, si intendeva scrivere software per eseguire l'esplosione su un processore standardizzato, un paradigma di miliardi di sblocco.

Nel 1996, il chip è stato riconosciuto dall’IEEE come pietra miliare nell’ingegneria elettrica. Il Computer History Museum di Mountain View conserva originali 4004 campioni e documenti di ingegneria, mentre Intel’ggi ha disegnato un museo di simulazione] racconta la storia della sua creazione a nuove generazioni di ingegneri.

Il microprocessore ha democratizzato il potere di calcolo, mettendo quello che era disponibile solo ai governi e alle grandi società nelle mani di innovatori, studenti e imprenditori del garage. Una cronaca dettagliata di questo cambiamento può essere trovato al Computer History Museum mostra sul microprocessore[[FLT1], che traccia gli effetti del rippletrum del 4004 dalla fabbrica.

Oggi, l'Intel 4004 occupa uno spazio mitico nella storia della tecnologia, e giustamente così. Era il momento in cui il calcolo è stato ridotto dai mainframe di dimensioni di stanza a un componente di merce che potrebbe essere incorporato ovunque. L'ingegnosità di Hoff, Faggin, Mazor, e Shima - ha seguito con la volontà di Intel di prendere un rischio commerciale - ha dimostrato che i circuiti di elaborazione drammatici di puntamento potrebbero fare più di Intel.