Intel 4004

Intel 4004 mikroprosessor

Intel 4004 er en 4-bits mikroprosessor (CPU) produsert av Intel Corp. i 1971. Den er regnet for å være den første kommersielle, integrerte mikroprosessoren.

4004 var opprinnelig designet for å bli brukt i kalkulatorer, men endte opp med å bli brukt i mange andre apparater som en fleksibel erstatning for logiske mikrobrikker. Dette indikerte at det fantes et marked for mikroprosessorer og resulterte i at Intel og flere andre produsenter av integrerte kretser fortsatte med å utvikle bedre og bedre mikroprosessorer. Dette er en trend som har fortsatt frem til i dag.

Historie og beskrivelse

4004 ble utgitt som en 16-pins CERDIP 15. november 1971. 4004 var den første prosessoren som var designet og produsert av Intel, som tidligere laget minnebrikker. Sjefsingeniørene som utviklet den var Ted Hoff (1969: arkitektoniske forslag) og Federico Faggin (1970-1971: design) fra Intel og Masatoshi Shima fra Busicom (senere ZiLOG: selskapet ble grunnlagt av Federico Faggin med Ralph Ungermann ved utgangen av 1974).

I 1969 dro en gruppe ingeniører fra det japanske firmaet Busicom til Intel for å diskutere utviklingen av sju integrerte kretser for å bygge en ny generasjon kalkulatorer. Marcian"Ted" Hoff undersøkte arkitekturen til Busicoms planlagte kalkulator,og synes den var altfor komplisert. Han foreslo en enklere struktur som reduserte de sju kretsene til fire: én ROM brikke, én RAM brikke, én I/O (inn og ut) brikke og én CPU som potensielt kan bli integrert till en enkelt chip. Busicoms ingeniører (blant dem var Masatoshi Shima, enprogramvaredesigner) evaluerte Hoff's forslag og aksepterte det i oktober 1969.

Den nye arkitektoniske forslag ble ikke utviklet før mange måneder senere. (Hoff var ikke en chip designer og deltok ikke i utformingen av 4004). Den faktiske byggeprosessen begynte i april 1970 da Intel hentet Federico Faggin, en MOS chip og prosess designer, fra Fairchild Semiconductor for å lede MC-4 prosjektet og design 4004. I 1968 hadde Faggin laget verdens første siliciumport teknologi ("Silicon Gate Technology"), som gjorde det mulig å bygge halvlederminne og mikroprosessorer. I tillegg hadde han laget den første MOS integrerte kretsen med silisiumport teknologi – Fairchild 3708. Faggin var også godt kjent med datamaskinarkitektur og logisk og kretsdesign fordi han hadde konstruert og bygget en liten elektronisk datamaskin mens han arbeidet for Olivetti i Borgolombardo, Italia i 1961.

Så snart han ble ansatt av Intel, formulerte Faggin en ny metodikk for såkalt "random logic" med silisiumporter som tidligere ikke hadde eksistert. Denne metodikken, sammen med andre teknologi- og kretsinnovasjoner han bidro til, gjorde at 4004 kunne bli integrert i én enkelt brikke. Masatoshi Shima fra Busicom, uten tidligere erfaring i chip design, assisterte Federico i seks måneder under utviklingen av MCS-4 før han dro tilbake til Japan. Der skrev han programvaren for Busicoms kalkulator, det første produktet som tok i bruk en mikroprosessor.

Siden 4004 var designet for å bli brukt i Busicoms kalkulatorer, ble det også utviklet tilleggsbrikker til den (for eksempel "programm"-ROM). 4004 bestod av 2300 transistorer og den ble etterfulgt det neste året av den første 8-bits prosessoren 8008, som hadde 3500 transistorer (og 4040, en revidert 4004).

Intels fjerde mikroprosessor var den som startet mikrodatamaskinrevolusjonen; 8080.

Tekniske spesifikasjoner

• Maksimum hastighet er 740 kHz
• Separat program- og datalagring ( en harvardarkitektur). I motsetning til de fleste hardvardarkitekturdesign så bruker 4004 en enkel, multiplekset 4-bits buss for overføring istedenfor separate databusser.
  • 12-bits adresser
  • 8-bits instruksjoner, som må ikke plasseres i samme minne som
  • 4-bits dataord
• Instruksjonssett som inneholder 46 instruksjoner (41 er 8-bits og 5 er 16-bits)
• Registersett som inneholder 16 registre med 4 biter hver
• Intern subrutinestakk er 3 nivå dyp
• Bruker NMOS logikk

Mikroarkitektur og pinout

Klikk på bildene for å se de i full størrelse.

Intel 4004 blokkdiagram.

Intel 4004 DIP-brikke pinout.

Tilleggsbrikker

• 4001: 256B ROM (256 8-bits programminstruksjoner), og en innebygd 4-bits I/O-port^*
• 4002: 40B RAM (80 4-bits dataord), og en innebygd 4-bits utgang; RAM-delen av brikken er delt inn i fire registre, hver bestående av 20 4-bits ord:
  • 16 dataord (brukt for mantissesifre i det originale kalkulatordesignet)
  • 4 statusord (brukt for eksponentsifre og symboler i den originale kalkulatordesignet)
• 4003: 10-bits parallell skiftregister-utgang for tastatur, skjerm, skrivere etc.
• 4008: 8-bits adresse-"latch" for tilgang av standard minnebrikker, og en innebygd 4-bits brikkevelger og I/O port^*
• 4009: Program- og I/O-tilgangskonverter for standard minne- og I/O-brikker^*

(*) 4001 kan ikke brukes sammen med 4008/4009.

Eksterne lenker

• Federico Faggins internettside
• Interjvu med Masatoshi Shima om hands rolle i utviklingen av 4004
• MCS-4 Micro Computer Set datablad
• Christian Bassow's CPU Museum – Omfattende side om Intel 4004
• The Antique Chip Collector's Page
• Busicom Calculator Engineering Prototype (Gift of Federico Faggin to the Computer History Museum, Mountain View, California). The CHM collection catalog shows pictures of the engineering prototype of the Busicom 141-PF desktop calculator. The engineering prototype used the world’s first microprocessor to have ever been produced. This one-of-a-kind prototype was a personal present by Busicom’s president Mr. Yoshio Kojima to Federico Faggin for his successful leadership of the design and development of the 4004 and three other memory and I/O chips (the MCS-4 chipset). After keeping it at home for 25 years, Faggin donated it to the CHM in 1996.