Процессор 4004 шина адреса сколько бит
Обновлено: 06.07.2024
Intel 4004 представляет собой 4 - битный - микропроцессор производителя микрочипов Intel , который был запущен 15 ноября 1971st Это считается первый однокристальный микропроцессор , который был серийно производятся и продаются на открытом рынке. Обычно его также называют первым микропроцессором, что неверно, поскольку компания Texas Instruments разработала микропроцессор как заказную работу еще в 1968 году, но в серийное производство он так и не пошел.
Сегодня 4004 - один из самых востребованных объектов у сборщиков микросхем. Самым редким из них является C4004 из белой керамики с золотым колпачком и видимыми проводящими дорожками («серые следы»).
Оглавление
разработка
Intel 4004 был заказан японской компанией Busicom в 1969 году, первоначально для новых вычислительных машин от Intel, и был введен в эксплуатацию в 1971 году. Busicom уже имел большой опыт работы с электронными компьютерами , но искал партнера, который мог бы еще более тесно интегрировать полупроводники на кристалле. В то время Intel была одним из производителей с наибольшей доступной плотностью интеграции . Первой моделью с микропроцессором Intel была Busicom 141-PF .
Коллега Intel Тед Хофф сформулировал архитектурную идею в 1969 году, но не участвовал в разработке первого микропроцессора. Федерико Фаггин пришел в Intel в 1970 году из Fairchild (где он разработал технологию кремниевого затвора, технологический процесс для полевых МОП-транзисторов с поликремниевым затвором в 1968 году ), чтобы руководить разработкой и проектированием 4004. Фаггин был хорошо знаком с компьютерной архитектурой, участвуя в проекте небольшого электронного компьютера в компании Olivetti в 1961 году в Италии. В Intel Фаггин разработал новый метод проектирования с использованием технологии кремниевого затвора, который использовался в 4004 и других ранних микропроцессорах Intel ( 8008 , 4040 , 8080 ). Масатоши Шима пришел из Busicom, помогал Фаггину во время разработки проекта и написал программное обеспечение для калькулятора Busicom. Фаггин основал Zilog , первую компанию, сосредоточившуюся исключительно на микропроцессорах, в 1974 году и создал архитектуру Z80 . Шима присоединился к Zilog и разработал Z80 под руководством Фаггина.
-
4004 разработчика на приеме в Музее компьютерной истории в 2009 году.
Масатоши Шима (слева) и Стэн Мазор (справа)
Тед Хофф
(Марсиан Э. Хофф мл.)
характеристики
Дизайн был основан на опыте с другими процессорами того времени и изначально предусматривал четыре отдельных компонента:
Несмотря на то, шина данных на Intel 4004 было только 4 бита, ширина инструкция была 8 бит. У процессора было 16 регистров с 4 битами (или 8 с 8 битами), а также команды CALL и RET для вызовов подпрограмм со стеком до четырех адресов возврата.
Позже Intel выкупила права на разработку Intel 4004 у Busicom за 60 000 долларов, что оказалось блестящим ходом. В 1974 году был выпущен 4040 , который предлагал 14 дополнительных команд, 8 адресов возврата и большее адресное пространство (8 КБит).
В течение многих лет ходили слухи, что i4004 использовался в космических кораблях Pioneer 10 и Pioneer 11 . Но этого не было. Техническая конструкция космических зондов была определена в феврале 1969 года, и использовались только детали, доступные на тот момент. Однако Intel 4004 был разработан всего за 4 месяца до запуска Pioneer 10.
К 35-летию 4004 в ноябре 2006 года в Санта-Кларе, недалеко от штаб-квартиры компании, открылась выставка «Музей Intel». В ходе этого Intel воссоздала 4004 из 2300 дискретных транзисторов в масштабе 130: 1. Полнофункциональная модель использует программы 1971 года в демонстрационных целях.
Спецификации
- Производство: сначала пластины 2 дюйма , затем пластины 3 дюйма, 5 слоев.
- Технология: PMOS
- Ширина структуры : 10 мкм
- Количество транзисторов: 2300
- Тактовая частота: от 500 до 740 кГц
- Циклов на инструкцию: 8
- Адресное пространство данных ( гарвардская архитектура ): 5120 бит
- Количество команд: 46
- Дизайн: 16-контактный двухрядный корпус (DIP)
Продажи начались 15 ноября 1971 года. В 1974 году на смену дизайну пришел Intel 4040 . Процессор выпускался до 1981 года. Принципиальные схемы были выпущены для некоммерческого использования 15 ноября 2006 г. - через 35 лет после выпуска продукта корпорацией Intel.
50 лет назад, 15 ноября 1971 года компания Intel представила процессор 4004. Трудно переоценить значимость этого события, именно с этой даты началась эра архитектуры x86, которую мы знаем и сегодня.
Поздравляю компанию Intel с этой знаменательной датой!
Далее будет немного истории, много теории, ещё больше практики и оригинальных фот.
MCS-4 MICRO COMPUTER SET
Особенности (из руководства пользователей)
4-битный ЦПУ с 45ю инструкциями
Десятичный и бинарный арифметические режимы
10.8 мкс на одну инструкцию
Шестнадцать 4-битных регистров общего назначения
3 уровня вложенности для подпрограмм
Набор инструкций включает условные ветвления, подпрограммы, косвенную адресацию
2-фазный тактовый сигнал
Синхронные операции с памятью
Прямая совместимость с 4001, 4002 и 4003
Не требует дополнительного интерфейса для памяти и портов ввода/вывода
4K на 8бит ПЗУ (16 микросхем 4001)
1280 на 4бит ОЗУ (16 микросхем 4002)
128 линий портов В/В (без применения 4003)
Неограниченное количество портов В/В (с применением 4003)
Расширение памяти путём переключения банков
Один источник питания (Vdd - минус 15 вольт)
16-выводный DIP корпус
Полупроводники с проводимостью P-типа
Минимальная система: ЦПУ и одна микросхема ПЗУ
На самом деле 50 лет назад был представлен не процессор 4004, а именно набор микросхем (chipset) с нехитрым названием MCS-4. А уже в этот набор входил процессор 4004.
Что же такое MCS-4? Всё очень просто, это три микросхемы объединённые общей 4-разрядной шиной: ЦПУ (CPU), ПЗУ (ROM) и ОЗУ (RAM). Практически как и сегодня система имеет три основных компонента. Так же в состав набора входит 10-разрядный сдвиговый регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой, предназначенный для увеличения количества выходных портов. Вещь банальная и особого интереса не представляет. Все микросхемы выполнены в 16-выводных DIP корпусах. Эти 16выводные корпуса бываю 4х разных видов:
Белый керамический с позолоченными выводами и припаиваемой крышкой. Керамика у этих корпусов полупрозрачная и через неё видны проводники внутри микросхемы. Этот тип корпуса самый ранний, по этой причине очень ценится у коллекционеров. Продавцы на eBay называют такой корпус Gray Trace или Zebra, любые микросхемы в таких корпусах стоят дороже обычных. Сегодня цена на 4004 в хорошем состоянии в этом корпусе легко может доходить до 2000$ и более. Микросхемы с таким типом корпуса имеют префикс 'С', то есть процессор будет именоваться Intel C4004.
Белый керамический с позолоченными выводами и припаиваемой крышкой. Керамика не прозрачная. Микросхемы с таким типом корпуса так же имеют префикс 'С'.
Чёрный/темно-коричневый керамический, состоящий из двух половинок склеенных компаундом, выводы лужёные. Название микросхемы имеют префикс 'D'.
Цельный пластиковый корпус с лужёными выводами. Самый обыкновенный DIP16. Название микросхемы имеют префикс 'P'. Intel P4004 самый распространённый, и относительно не дорогой, сегодня можно купить по цене около 150$
Все микросхемы выполнены по P-канальной MOS технологии и требуют питания -15V. Как известно p-канальные полевые транзисторы открываются отрицательным напряжением, отсюда и минус 15 вольт. И да, логика инверсная, минус 15 вольт это логическая единица.
Помимо 4битной параллельной шины объединяющей три основные компонента системы ещё требуется два сигнала тактовой частоты (две фазы), сигнал синхронизации и сигнал сброса. Тактовую частоту и сброс формирует специальная микросхема - тактовый генератор 4201. Сигнал синхронизации формирует процессор. В итоге получается что ЦПУ, ПЗУ и ОЗУ соединены восемью сигналами (проводниками), не считая питания. И самая минимальная система будет состоять из трёх микросхем: процессор, ПЗУ и тактовый генератор.
В 1971 году Intel позиционировала MCS-4 как замену "жёсткой" логике и предлагала использовать эту систему (буквально) практически где угодно.
4004 применялся в различных устройств, калькуляторы, измерительные приборы, радиостанции. Правда буквально через несколько лет ему на смену пришёл 4040, а затем и 8008, поэтому встретить 4004 в реальном устройстве непросто.
Итак, набор микросхем MCS-4 включает в себя:
Центральный процессор -CPU - 4004
Память программ -ROM - 4001
Оперативная память -RAM - 4002
Сдвиговый регистр -SR - 4003
Всё вместе объединяется в такую систему:
С точки зрения программиста ЦПУ содержит: 4-битный регистр аккумулятор, 16 4-битных индексных регистров которые организованы в восемь регистровых пар, четыре 12-битных счётчика команд(позволяет организовать до 3х уровней вложенности для подпрограмм).
Выводы 1-4 - двунаправленная шина адреса/данных с временным мультиплексированием. 5 - GND - общий (0V), 6-7 - входы тактового сигнала, 8 - выход синхронизации, 9 - вход сброса, 10 - вход сигнала TEST(может быть использован в инструкции ветвления JCN), 11 - CM-ROM - выход выбора ПЗУ, 12 - Vdd - питание минус 15 вольт. 13-16 - CM-RAM - выходные сигналы выбора банка ОЗУ
Частота тактовых импульсов равна 740-750 кГц, однако из-за того что машинный цикл у 4004 занимает 8 тактов, то частота выполнения инструкций будет 740/8 = 92.5 кГц. Простые инструкции процессора имеют длину 1 байт, сложные инструкции вроде условных переходов имеют длину 2 байта и следовательно будут выполнятся не за 8, а за 16 тактовых импульсов. То есть в реальности производительность будет ещё меньше чем 92.5 тыс. операций в секунду. Словом не густо.
Машинный цикл
Имеются следующие инструкции:
16 машинных инструкций (5 из которых двойной длинны)
14 инструкций для работы с аккумулятором
15 инструкций ввода/вывода
Микросхема масочного ПЗУ (ROM). Да да масочное ПЗУ, то есть однократно программируется на заводе, даже не программируется, а создаётся уже запрограммированным. Если вы хотели использовать MCS-4 в составе своего устройства то микросхемы ПЗУ нужно было заказывать у Intel. Происходило это примерно так. Текст программы в бинарном виде на бумажке или на перфокарте вкладывался в конверт вместе с чеком и отправлялся в Санта Kлару, в ответ Intel присылал запрограммированные микросхемы. :))
Позже появилась простая возможность использовать микросхемы EPROM с ультрафиолетовым стиранием.
Каждая микросхема 4001 имела объём 256 байт. Так как в 4004 используется 12-битная адресация памяти программ, то максимум программа может иметь объём 4 кБайта. Что подразумевает возможность подключения до 4096/256 = 16 микросхем 4001. Каждая из 16 микросхем должна иметь свой идентификатор от 0 до 15 (metal option).
Так же каждая микросхема 4001 имеет 4 порта ввода/вывод которые однозначно конструируются (вход это или выход) на той бумажке которая отсылалась в Intel (дополнительная информация помимо кода программы). То есть это не программная конфигурация выводов, а аппаратная и изменить потом нельзя.
Микросхема ОЗУ содержит 4 банка по 20 4-битных слов, то есть 40 байт.
Так же есть 4 линии выходного порта, никак не концентрируемые и на вход они работать не могут.
Любопытно что есть два типа микросхем 4002 ОЗУ, это 4002-1 и 4002-2, они так и маркируются:
Сделано это для того чтобы совместно с сигналом P0 (10й вывод, аппаратный выбор кристалла) получить возможность адресовать до 4х микросхем в одном банке памяти.
Адресация 4002
Сдвиговый регистр. кроме питания -15V ничего примечательного, не совсем понятно почему Intel включила эту микросхему в набор.
Тактовый генератор. Формирует два тактовых сигнала сдвинутых по фазе. Требуется кварцевый резонатор на
5.125МГц Причём эти два сигнала можно получить в виде как TTL (0-5V) так и MOS(0- -15V).
Так же микросхема имеет "повторитель" сигнала сброс и схему позволяющую исполнять программу по шагам (актуально только для процессора 4040).
Справедливости ради надо сказать что микросхема 4201 появилась несколько позже чем MCS-4 и разрабатывалась как я понял для 4040, но с успехом применялась вместе с 4004. В ранних схемах использовался генератор на триггерах и прочей "рассыпухе"
4008/4009
Разумеется отсылать перфокарты в Intel для получения масочных ПЗУ было не удобно и вскоре появились ещё две микросхемы позволяющие вместо 4001 использовать микросхемы EPROM с ультрафиолетовым стиранием.
Первые EPROM были разработаны Intel примерно в это же время, имели названия С1601, С1602, С1701 и более известные С1702. Несколько позже был прыжок к EPROM 27серии.
EPROM Intel C1702A
4008 отвечает за шину адреса, а 4009 за шину данных тем самым реализуют стандартный параллельный интерфейс к памяти. Подключение же 4008/4009 к процессору 4004 осуществляется по всё той же 4-битной шине.
Если вдруг кто не знает, то EPROM это память которую можно записать с помощью электричества. Стирается же такая память путём облучения кристалла жёстким ультрафиолетовым излучением (осторожно опасно для глаз и прочего). На фото чуть выше виден сам кристалл под прозрачным стеклом который облучают УФ для стирания. Запись таких EPROM тоже не простая затея, мало того что требуется питание -15В для чтения, так для записи требуется минус 48В.
С аппаратной частью с большего всё.
Сегодня у каждого в кармане смартфон, а дома компьютер, в обоих устройствах установлен 64 разрядный процессор хоть и с разными архитектурами. Если упростить, то разрядность процессора определяет максимальную длину чисел с которыми он может работать. Для 64 разрядных процессоров это максимальное число равно 2^64 -1 = 18446744073709551615 (2 в степени 64 минус 1, минус 1 т.к. счет начинается с нуля). К чему это я.. А к тому что в основе процессора Intel 4004 лежит архитектура MCS-4, и четвёрочка в названии - это разрядность микроархитектуры. И максимальное число с которым может работать процессор 2^4 - 1 = 15. Да, всего лишь от 0 до 15, и это больно, думаю уже тогда, 50 лет назад программисты ощущали эту боль. К тому же времена были тогда суровые, компьютеров и тем более смартфонов не было, вернее как, компьютеры конечно были, уже как никак Аполлон на Луну слетал, но были эти компьютеры странные и были они не у всех. Тем не менее как-то люди умудрялись разрабатывать электронику и в частности с применением MCS-4. Честно не знаю как :)
Если вы писали когда-нибудь программу на ассемблере, то и с написанием программ для 4004 не должно быть больших сложностей. Да, сильно доставляет неудобства отсутствие инструкций для битовых операций, отсутствие косвенной адресации для ОЗУ, невозможность условных переходов дальше чем 256 байт. Так же нет команд деления, умножения, сравнения и много чего ещё.
То есть если вы к примеру надумали выстрелить себе в ногу, то у вас не то что пистолета и патронов нет, у вас и ноги то нет, и вообще вы ещё не родились и ваши родители тоже :)
Я думаю что сложности программной части оправдывались простотой аппаратной.
Вот так выглядит запись 4 бит информации из регистра R1 в оперативную память:
Короче если есть непреодолимое желание написать свою программу для 4004 то всё довольно просто, через несколько часов попыток что-то написать вы уже наизусть запомните весь список инструкций, дальше всё ещё проще :)
Документация
Документация на MCS-4 просто божественная, умели же раньше писать. Чувствуется что подбирали каждое слово, всё просто и понятно.
На MCS-4 существует следующая документация:
MCS-4 Microcomputer Set Users Manual
MCS-4 Assembly Language Programming Manual
В сети есть сканы этих документов, кому интересно найдёт без проблем. У меня же есть ранняя версия руководства пользователей которую я не нашёл в сети, возможно будет интересно.
вот несколько фот:
Более позднее руководство 1974 годаТо ради чего всё затевалось (ну почти)
Почему ну почти? Потому что затевалось конечное устройство, а показывать пришлось прототип не доделанный до конца.
Внимательный читатель заметил что вверху, на плате зияют пустые места, это места для установки EPROM Intel C1702. Но с ними получилась немного неожиданная проблема, я не смог найти готовый программатор чтобы записать в них прошивку. Изначально я был настроен на готовый покупной программатор для того чтобы не тратить время на его разработку изготовление и отладку. Я даже купил такой программатор год назад. Но оказалось что у программатора не хватает специального адаптера. Бросил затею с покупным, - разработал свой и уже получил платы. Но увы до 15 ноября мне никак было не успеть всё закончить, а статью опубликовать хотелось, не каждый день 50летний юбилей всё таки. Поэтому, сорри, как есть. Возможно, будет ещё одна статья немного позже когда я всё закончу.
По проекту. STM32)) после включения переписывает прошивку (микропрограмму для 4004) из своей флеш памяти во внешнее ОЗУ (фиолетовая микросхема справа) и передаёт управление процессору 4004, тот начинает исполнять код из этого ОЗУ. Ну то есть микросхемы EPROM заменены на одну микросхему ОЗУ. Это было сделано для быстрой смены прошивки при отладке.
Производительности у 4004 с гулькин нос и программную динамическую индикацию для двух индикаторов HDSP-2000 он не осилит ну никак. Поэтому был реализован полноценный драйвер для этих индикаторов с двумя страницами видеопамяти. 4004 просто записывает в видеопамять то что нужно отобразить и переключает страницу видеопамяти. Всё как в настоящем компьютере :)
Огромное спасибо тем кто помогал мне раздобыть микросхемы! А добывались они в самых неожиданных местах, реально по всему земному шару.
Отдельное спасибо господину Herb Johnson за разработку офлайн кросс-ассемблера. Вот его сайт. Немного не хватает макросов, но в целом очень достойная вещь.
Все фото и видеоматериалы сняты автором статьи, перепечатка без разрешения автора не только не карается, но и приветствуется самим автором, то есть мной! :)
15 ноября исполнилось ровно 40 лет со дня выпуска первого микропроцессора Intel 4004, который не только стал первым процессором для массового рынка и поступил в продажу как стандартная электронная деталь, но и совершил настоящую революцию в электронной промышленности. Этот процессор 15 лет использовался в компьютерной индустрии, и его производство прекратилось лишь в 1986 году.
А история создания этого микропроцессора началась задолго до 1971 года, когда он был официально анонсирован, и неразрывно связана с историей самой компании Intel.
В 1955 году Уильям Брэдфорд Шокли, один из изобретателей биполярного транзистора, основал в США компанию и назвал ее в честь самого себя — Shockley Semiconductor Laboratory (Лаборатория полупроводников Шокли). До 1955 года Шокли являлся сотрудником американской лаборатории Bell Labs, где совместно с физиками Джоном Бардиным и Уолтером Браттейном занимался разработкой транзистора, за что в 1956 году получил Нобелевскую премию (совместно с Бардиным и Браттейном).
В компанию Shockley Semiconductor Laboratory Шокли не удалось привлечь своих бывших сотрудников из Bell Labs, и он нанял группу молодых талантливых ученых, которые продолжили работу над так называемыми четырехслойными диодами.
В сентябре 1957 года из-за конфликта с Шокли, который решил прекратить дальнейшие исследования кремниевых полупроводников, восемь инженеров уволились из его компании и основали новую американскую компанию Fairchild Semiconductor.
Понятно, что любой новой компании нужен стартовый капитал. Первым инвестором Intel стал финансист Артур Крок (Arthur Kroc). Первый бизнес-план компании состоял из одной страницы и был напечатан на пишущей машинке. Однако Артур Крок поверил в амбициозные планы основателей Intel и вложил в компанию 2,5 млн долл.
Первоначально компания Intel занималась производством микросхем оперативной памяти, однако прибыли этот бизнес не приносил.
В 1969 году японская корпорация Nippon Calculating Machine отправила в корпорацию Intel заявку на проектирование 12 специализированных микросхем для нового печатающего калькулятора Busicom 141-PF.
Процессор Intel 4004
Результат этого проекта превзошел все ожидания — он открывал новое направление в микроэлектронике. Понятно, что отдавать все права на MCS-4 было неразумным, поэтому компания Intel предложила компании Nippon Calculating Machine заниженную цену на микросхемы в обмен на сохранение прав на конструкцию микропроцессоров и их маркетинговое продвижение в других областях помимо калькуляторов. Компания Nippon Calculating Machine, испытывавшая финансовые трудности, согласилась на это предложение, а впоследствии продала около 100 000 калькуляторов с набором микросхем MCS-4.
В выпуске журнала Electronic News от 15 ноября 1971 года корпорация Intel представила микропроцессор 4004 и объявила о начале новой эры в микроэлектронике. Процессор Intel 4004 стал первым микропроцессором общего назначения на рынке — компонентом, который инженеры могут приобретать и дополнять программным обеспечением для выполнения различных функций в разнообразных электронных устройствах.
Процессоры Intel 4004 первоначально изготавливались на двухдюймовых, а позднее — на трехдюймовых подложках. Для сравнения укажем, что современные процессоры Intel изготавливаются на 12-дюймовых подложках по 32-нм техпроцессу.
Процессор Intel 4004 имел размеры 1/8 на 1/6 дюйма и обеспечивал такую же вычислительную мощность, как и созданный в 1946 году первый электронный компьютер ENIAC, занимавший целую комнату и использовавший 18 тыс. ламп.
Процессор Intel 4004 содержал 2250 транзисторов и выпускался в 16-контактном корпусе. Для сравнения: современный процессор Intel Core второго поколения, выпущенный в 2011 году, содержит почти миллиард транзисторов — примерно в 400 тыс. раз больше. Величина транзисторов в современных процессорах примерно в 300 раз меньше.
Процессор Intel 4004 имел гарвардскую архитектуру с разрядностью шины 4 бита. Память команд (ПЗУ) этого процессора составляла 4 Кбайт, а объем адресуемой памяти — 640 байт.
По оценке Intel, вычислительная мощность процессоров Intel Core второго поколения не менее чем в 350 тыс. раз превосходит мощность первого процессора Intel. Однако для своего времени процессор Intel 4004 был очень производительным и представлял собой высокотехнологическое устройство. Фактически, после выпуска процессора Intel 4004 компания Intel перепрофилировалась на выпуск исключительно микропроцессоров.
Процессор Intel 8008
Впрочем, говорить о том, что данный процессор стал логическим продолжением процессора Intel 4004 — не совсем верно. Разработка этого процессора началась еще в 1969 году и велась параллельно с работой над набором микросхем MCS-4.
Компания Computer Terminal Corporation (CTC) разместила заказ в компании Intel на разработку нескольких микросхем, которые намеревалась использовать в своих терминалах. Инженеры компании Intel предложили применять вместо нескольких микросхем одну и, получив согласие со стороны заказчика, приступили к разработке микросхемы с рабочим названием 1210. Собственно, эта история очень напоминает процесс разработки набора микросхем MCS-4, но за одним исключением. Компания CTC отказалась от разработанной для них микросхемы, которая фактически была готова в 1970 году, ссылаясь на то, что микросхему предоставили поздно, а характеристики микросхемы не удовлетворяли CTC.
Договор между Intel и CTC был расторгнут, что позволяло продавать эту микросхему другим компаниям. Впоследствии, после некоторой модификации, интегральная микросхема 1210 превратилась в микропроцессор Intel 8008, который положил начало новому семейству MCS-8.
Микропроцессор Intel 8008 архитектурно был очень похож на 4004. ОН имел 18 контактов, производился по 10-мкм техпроцессу и содержал уже 3500 транзисторов.
Размер регистров этого процессора составлял 8 бит. В процессоре использовалась 14-битная адресация памяти, в результате чего процессор мог адресовать до 16 Кбайт внешней памяти. Процессор Intel 8008 мог обращаться к восьми портам ввода и 24 портам вывода.
Данные о тактовой частоте этого процессора противоречивы. Можно найти указания, что он работал на частоте 200 кГц, но есть источники, указывающие на частоту 500 кГц.
Производительность процессора Intel 8008 вдвое превышала производительность Intel 4004. Изначально планировалось, что этот процессор будет применяться в калькуляторах, однако в 1974 году на базе микропроцессора Intel 8008 стали производиться два персональных компьютера: Mark-8 и Scelbi-8N. Процессор Intel 8008 выпускался вплоть до 1983 года.
В 1974 году компания Intel представила новый восьмибитный микропроцессор общего назначения Intel 8080.
Процессор Intel 8080
Новый процессор выпускался по техпроцессу 6-мкм, что позволило разместить на кристалле 6 тыс. транзисторов. Будучи усовершенствованной версией процессора 8008, он обладал на порядок большей производительностью. Процессор 8080 имел кристалл площадью 20 мм 2 .
Если предыдущие микропроцессоры Intel использовались в «некомпьютерных» устройствах, то 8080 получил достаточно широкое применение в компьютерах, например в первом персональном компьютере Altair 8800. Комплект для его сборки можно было заказать по рекламе в журналах (Popular Electronics, Radio-Electronics и т.д.) с доставкой по почте за 439 долл. Первоначальные расчеты на продажу лишь нескольких сотен таких комплектов не оправдались — уже в первый месяц их стали заказывать тысячами.
Помимо Altair-8800 микропроцессор Intel 8080 применялся в устройствах управления уличным освещением и светофорами, а также в другом оборудовании.
Вскоре у процессора Intel 8080 появились как конкуренты — Motorola 6800, Zilog Z80, так и клоны — AMD AM9080, NEC 8080AF. В Советском Союзе выпускался аналог Intel 8080 под обозначением KP580ИK80, который лег в основу сверхпопулярного любительского компьютера «Радио 86РК», схемы для изготовления которого были опубликованы в журнале «Радио» в 1986 году.
Свой первый полностью шестнадцатибитный процессор 8086 компания Intel выпустила 8 июня 1978 года, и вскоре он стал стандартом для индустрии. Этот процессор разрабатывался с весны 1976 года.
Процессор Intel 8086
Процессор 8086 содержал 29 тыс. транзисторов, работал на частотах от 5 до 10 МГц и явился основоположником архитектуры x86, используемой с тех пор в процессорах Intel. Первые процессоры 8086 изготавливались по техпроцессу 3,2 мкм. Клоны этого чипа производились многими компаниями. В СССР на его отечественном аналоге К1810ВМ86 были построены ППЭВМ ЕС1840 (1986 г.) и ЕС1841 (1987 г.).
Процессор 8086 представлял собой модернизированный вариант процессора 8080, и хотя не ставилась задача достичь полной совместимости на программном уровне между процессорами 8080 и 8086, большинство программ, написанных для 8080, после перекомпиляции были способны выполняться и на 8086.
Всего в процессоре 8086 было четырнадцать 16-разрядных регистров: четыре регистра общего назначения, два индексных регистра, два указательных, четыре сегментных регистра, программный счетчик или указатель команды и регистр флагов. При этом регистры данных допускали адресацию не только целых регистров, но и их младшей и старшей половины, что не только позволяло использовать новое 16-разрядное ПО, но и сохраняло совместимость со старыми программами (правда, их необходимо было, по крайней мере, перекомпилировать).
Размер шины адреса был увеличен с 16 до 20 бит, что позволило адресовать 1 Мбайт памяти. Шина данных была 16-разрядной.
Процессор 8086 мог выполнять до 98 команд: 19 команд передачи данных, 38 команд их обработки, 24 команды перехода и 17 команд управления процессором. Микропроцессор не содержал команды для работы с числами с плавающей запятой. Данная возможность реализовывалась отдельной микросхемой, называемой математическим сопроцессором (модель Intel 8087), который устанавливался на материнской плате.
В процессоре 8086 применялась примитивная форма конвейерной обработки. Блок интерфейса с шиной подавал поток команд к исполнительному устройству через 6-байтовую очередь команд. Таким образом, выборка и выполнение новых команд могли происходить одновременно. Это заметно увеличивало пропускную способность процессора и исключало необходимость считывать команды из медленной памяти.
Основная проблема 16-битного процессора Intel 8086, препятствующая его широкому распространению, заключалась в том, что он требовал 16-разрядных микросхем «обвязки», которые были в то время очень дороги. Поэтому уже в 1979 году компания Intel выпустила упрощенный вариант этого процессора — процессор Intel 8088 с восьмибитной внешней шиной. Благодаря восьмибитной шине процессор 8088 мог использовать достаточно распространенные наборы микросхем, выпускавшиеся для «обвязки» процессора 8080, чем сразу завоевал любовь производителей компьютеров.
Процессор Intel 8088
Именно на основе процессора Intel 8088 спустя два года начала выпускать свои персональные компьютеры компания IBM, совершив настоящую революцию на достаточно скромном до тех пор рынке.
В 1982 году Intel выпустила быстродействующий 16-битный процессор 80286, содержавший 134 тыс. транзисторов и работавший на частотах от 6 до 25 МГц. В нем впервые был реализован защищенный режим работы с памятью, реальный объем которой достигал 16 Мбайт, и поддерживалась адресация до 1 Гбайт виртуальной памяти.
Процессор Intel 80286
Процессоры Intel 80286 производились по техпроцессу 1,5 мкм, а площадь кристалла составляла 49 мм 2 . В 1984 году компания IBM стала выпускать на базе процессора Intel 80286 персональные компьютеры семейства PC/AT.
В 1985 году компания Intel выпустила первый 32-битный процессор Intel 386, который содержал 275 тыс. транзисторов и сначала производился по техпроцессу 1,5 мкм, а затем — по техпроцессу 1 мкм. Примечательно, что в этом процессоре впервые была реализована многозадачность.
Процессор Intel 386
Процессоры Intel 386 выпускались вплоть до сентября 2007 года, поскольку нашли широкое применение не только в персональных компьютерах, но и в качестве встраиваемых решений.
Наверное, можно еще долго рассказывать о различных моделях процессоров Intel, коих с 1985 года было выпущено немало. Каждый их этих процессоров оставил свой неизгладимый след в истории компьютерной индустрии, но всё началось с идеи объединить несколько отдельных микросхем в одну, получившую воплощение в первом микропроцессоре Intel 4004.
Летом 2018 года корпорация Intel отмечала пятидесятилетний юбилей, но круглые даты с момента выхода знаковых продуктов для неё тоже всегда имели большое значение. В ноябре 1971 года увидел свет первый микропроцессор марки, получивший обозначение 4004. Сегодня он отмечает пятидесятилетний юбилей.
Источник изображения: Intel
Генеральный директор Intel Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger) заявил в тексте пресс-релиза, посвящённого этому событию: «В этом году отмечается пятьдесят лет с момента выхода чипа 4004. Подумайте только, чего мы смогли добиться за прошедшие полвека. Это священный момент для истории технологий. Именно это событие позволило вычислительной технике стать на ноги». Процессор Intel 4004 был разработан компанией по заказу Nippon Calculating Machine Corp. — японского клиента, наладившего в дальнейшем выпуск настольных калькуляторов на его основе. Техническое задание подразумевало разработку 12 отдельных чипов, но специалистам Intel удалось реализовать необходимые функциональные возможности силами всего четырёх чипов.
Источник изображения: Intel
Один из инженеров, участвовавших в разработке процессора Intel 4004, Федерико Фаггин (Federico Faggin), заявил по этому поводу следующее: «Оглядываясь на события 1970 года, становится ясно, что микропроцессоры изменили то, как мы проектировали системы, перейдя от аппаратного обеспечения к программному. Скорость, с которой микропроцессоры начали разрабатываться и внедряться в промышленности, действительно удивляла». В семидесятые годы процессор Intel 4004 демонстрировал такой же уровень быстродействия, что и первая электронная вычислительная машина, построенная в 1946 году и занимавшая целую комнату.
Если в ту пору процессоры Intel 4004 использовались для производства первых в мире настольных калькуляторов, то сейчас компания делает ставку на процессоры Intel Core двенадцатого поколения, относящиеся к семейству Alder Lake. Гибридная архитектура, которая легла в их основу, должна определить лидерство продукции Intel по уровню быстродействия на поколения вперёд, как отмечает компания в фирменном пресс-релизе. Сейчас компания постигает новые вершины в вычислениях при помощи нейроморфных систем и квантовых компьютеров.
Читайте также: