인텔 4004

Intel 4004
"4004" 는 여기서 리다이렉트 됩니다.기원전 4004년을 세계의 시작으로 추정할 때, Usher 연대표를 참조하십시오.기원전 4004년에 대해서는 기원전 5천년을 참조해 주세요.
인텔 4004
Intel C4004.jpg
화이트 세라믹 인텔 C4004 마이크로프로세서 (그레이 트레이스 포함)
일반 정보
개시.1971년 11월 15일, 50년 전(1971년 11월 15일)
단종1981
공통 제조원
성능
최대 CPU 클럭 속도740-750kHz
데이터 폭4비트
주소 폭12비트(표준)
아키텍처 및 분류
어플Busicom 계산기, 산술 조작
테크놀로지 노드10μm
명령 집합4비트 BCD 지향
물리 사양
트랜지스터
  • 2,300
패키지
소켓
역사
후계자인텔 4040

인텔 4004는 인텔이 1971년에 출시한4비트 중앙처리장치(CPU)입니다.60달러에 판매된 [1]이 프로세서는 상업적으로 생산된 최초의 [2]마이크로프로세서이며 인텔 CPU 제품군의 첫 번째 제품입니다.

이 디자인은 1969년 Busicom사가 인텔에 전자계산기용 컨트롤러를 설계하기 위해 접근한 것으로 거슬러 올라간다.7칩 설계의 복잡성 때문에 Marcian Hoff는 대신 하나의 범용 칩을 제안하게 되었다.설계는 1970년 4월에 건축과 논리설계에 기여한 시마 마사토시의 도움을 받아 페데리코 파긴의 지시로 시작되었다.완전히 작동 가능한 4004는 1971년 3월 Busicom에 141-PF 인쇄 계산기 엔지니어링 프로토타입(현재 [3]캘리포니아 마운틴 뷰의 컴퓨터 역사 박물관에 전시)을 최초로 납품했습니다.일반 판매는 1971년 7월에 시작되었다.

Fairchild Semiconductor에서 일하는 동안 Faggin이 개발한 많은 신기술로 4004를 하나의 칩으로 생산할 수 있었다.주요 개념은 자기 정렬 게이트 프로세스의 사용으로, 다양한 컴포넌트를 연결하는 칩 상의 회로는 금속이 아닌 폴리실리콘으로 구성되어 컴포넌트가 서로 훨씬 더 가까워질 수 있었습니다.이 작업을 수행하기 위해 Faggin은 전력 요건을 줄이는 "부트스트랩 로드" 개념과 회로를 개별 트랜지스터에 직접 연결할 수 있는 "매몰 접점"도 개발했습니다.이 기술들은 1968년 페어차일드 3708에서 개척되었다.이들 칩은 회로 밀도를 두 배로 높이고 비용을 절반으로 줄였으며, 금속 인터커넥트를 사용하여 이전 설계보다 5배 빠른 속도로 작동하면서 단일 칩에 2300 게이트를 저장할 수 있었습니다.

이후 1974년에 인텔 4040으로 디자인이 업데이트 되었습니다.인텔 8008과 8080은 이름이 비슷하지만 관련이 없는 설계입니다.

역사

오리지널 컨셉

1969년 4월 Busicom은 전자계산기를 위한 새로운 디자인을 생산하기 위해 인텔과 접촉했다.그들은 세계 최초의 테이블 상판 프로그래머블 계산기 [4][5]중 하나인 1965년 Olivetti Programma 101의 아키텍처에 그들의 디자인을 기초했다.주요 차이점은 Busicom 설계에서는 개별 컴포넌트로 채워진 프린트 기판을 교체하기 위해 집적회로를 사용하고 101의 고가의 자기저항 와이어 대신 메모리용 솔리드 스테이트 시프트 레지스터를 사용한다는 것입니다.

이전의 계산기 설계와는 달리 Busicom은 범용 프로세서 개념을 개발하여 저가 데스크톱 인쇄 계산기에 도입하고 현금 레지스터나 현금 자동 입출금기 등의 다른 역할에도 동일한 설계를 사용하고자 했습니다.동사는, TTL 스몰 스케일 인테그레이션 로직 IC를 사용해 계산기를 이미 제조하고 있어 인텔의 중규모 인테그레이션([6]MSI) 기술을 사용해 칩수를 삭감하는 것에 관심이 있었습니다.

인텔은 최근 고용된 12번 직원인 Marcian Hoff를 두 회사의 연락책으로 임명했다.6월 하순, Busicom의 엔지니어 3명, 시마 마사토시씨와 그의 동료인 마스다씨, 다카야마씨가 이 디자인을 소개하기 위해서 인텔에 출장했다.비록 그는 엔지니어들과 연락하는 일을 맡았을 뿐이었지만, 호프는 그 개념을 연구하기 시작했다.초기 제안에는 7개의 IC, 프로그램 제어, 산술 장치(ALU), 타이밍, 프로그램 ROM, 임시 메모리용 시프트 레지스터, 프린터 컨트롤러 및 입출력 [7]제어가 있었습니다.

Hoff는 칩의 수와 칩 간의 필수 상호 연결이 Busicom의 가격 목표를 달성하는 것을 불가능하게 만들 것이라고 우려했다.칩을 조합하면 복잡성과 비용을 줄일 수 있습니다.그는 또한 아직 규모가 작은 인텔이 동시에 7개의 칩을 만들기에 충분한 설계 인력을 확보하지 못할 것을 우려했다.그는 고위 경영진에게 이러한 우려를 제기했고, CEO인 밥 노이스는 호프에게 실현 가능할 [7]것 같으면 다른 접근법을 지지하겠다고 말했다.

심플한 설계

Busicom 설계의 핵심 개념은 프로그램 제어와 ALU가 계산기 시장을 특별히 겨냥한 것이 아니라 ROM의 프로그램이 계산기로 전환했다는 것입니다.원래 아이디어는 시프트 레지스터 RAM과 프로그램 ROM의 크기가 다른 동일한 칩을 사용하여 다양한 장치를 만들 수 있다는 것이었습니다.Hoff는 결과적인 명령어 집합 아키텍처가 범용 컴퓨터의 아키텍처와 얼마나 밀접하게 일치하는지 보고 놀랐습니다.그는 진정한 [8]범용 프로세서가 계산기에 사용될 만큼 저렴하게 만들어질 수 있을지 고민하기 시작했다.나중에 최초의 마이크로프로세서의 아키텍처에 대한 아이디어를 어디서 얻었느냐고 물었을 때, 호프는 "영국의 트랙터 회사"[9]인 플레시가 스탠포드에 미니컴퓨터를 기증했고, 그가 그곳에 있는 동안 "그것을 가지고 놀았다"고 말했다.사사키 타다시 씨는 인텔과의 [10]첫 만남에 앞서 일본에서 열린 브레인스토밍 미팅에 참석한 나라여자대학 소속 익명의 여성으로부터 계산기를 4등분하는 아이디어를 얻었다.

이 설계를 실용화한 또 다른 개발은 최초의 다이내믹 RAM(DRAM) 칩에 대한 인텔의 연구였다.시프트 레지스터는 그 시대의 유일한 저비용 메모리 장치 중 하나였다.대신 클럭 펄스마다 저장된 데이터를 셀 체인을 따라 한 셀씩 이동합니다.예를 들어 1바이트의 데이터를 취득하는 시간은 클럭 속도와 체인 내의 셀 수에 따라 달라집니다.프로세서가 각 비트가 레지스터를 순환할 때까지 기다려야 하는 경우, 그 결과 발생하는 유효 속도는 실용화되기에는 너무 낮습니다.반면 DRAM은 저장된 데이터에 대한 랜덤 액세스를 허용하면서도 용량이 약 2배 증가하여 비용이 [8]저렴했습니다.

마지막으로, Hoff는 프로그램 제어 칩의 복잡성의 대부분은 모든 명령이 개별적으로 구현되었기 때문이라는 것을 알게 되었습니다.그는 칩이 대신 서브루틴 호출을 지원하고 가능한 경우 서브루트로 명령어를 구현할 것을 제안했다.이 개념은 자연스럽게 4비트 설계를 제안했는데, 이를 통해 계산기가 사용하는 BCD(Binary Coded Decimal) 값을 직접 조작할 수 있기 때문입니다.호프는 1969년 7월과 8월까지 전체적인 디자인 컨셉에 대해 연구했지만 Busicom 경영진은 [8]이 제안에 관심이 없는 것으로 보였다.

마조르 결합

호프에게 알려지지 않은 Busicom 팀은 그의 제안에 매우 관심이 있었다.그러나 그들이 우려하는 몇 가지 구체적인 문제들이 있었다.중요한 문제 중 하나는 서브루틴으로 구현될 경우 십진수 조정 및 키보드 처리와 같은 특정 루틴이 대량의 ROM 공간을 사용한다는 것입니다.다른 하나는 이 설계에 인터럽트 컨트롤러가 없기 때문에 이벤트에 대처하기 어렵다는 것입니다.마지막으로 숫자를 4비트 BCD로 저장하려면 기호와 소수점을 [11]저장하기 위한 추가 메모리가 필요합니다.

1969년 9월 Stanley Mazor는 Fairchild에서 인텔에 입사했습니다.Hoff와 Mazor는 Busicom의 우려에 대한 해결책을 재빨리 생각해냈다.원래 1바이트 매크로 명령과 복잡한 디코더 회로를 사용하여 Busicom의 설계에서 해결된 서브루틴의 복잡성을 해결하기 위해 Mazor는 동일한 매크로 명령을 실행하는 20바이트 길이의 인터프리터를 개발했습니다.Shima는 핀에 의해 트리거되는 새로운 인터럽트를 추가하여 키보드를 인터럽트로 구동할 것을 제안했습니다.또한 Branch Back(서브루틴에서 복귀) 명령을 수정하여 어큐뮬레이터를 [12]클리어했습니다.

가격 목표를 달성하기 위해서는 칩이 가능한 한 작고 리드 수를 최소화하는 것이 중요했습니다.데이터가 4비트이고 주소 공간이 12비트(4096바이트)이기 때문에 약 24핀보다 적은 직접 액세스를 배치할 수 있는 방법은 없었습니다.이는 충분히 작지 않았기 때문에 설계에서는 16핀 Dual In-Line Package(DIP; 듀얼 인라인 패키지) 레이아웃을 사용하고 4라인의 단일 세트를 멀티플렉싱합니다.즉, 액세스 하는 ROM 의 주소를 지정하는 경우는, 3 개의 클럭 사이클과 메모리에서 읽어내는 2 개의 클럭 사이클이 필요했습니다.1MHz로 실행하면 BCD 값을 [13]디짓당 약 80마이크로초로 계산할 수 있습니다.

그 결과 1969년 10월 Busicom 임원 방문팀에 디자인이 소개되었다.그들은 신개념이 우수하다는 데 동의하고 그 회사에 생산을 시작할 수 있는 허가를 내주었다.Hoff는 그 디자인이 전적으로 인텔 내부에서 설계되었음에도 불구하고 그 디자인에 대한 모든 권리를 Busicom에 양도했다는 것을 알고 화가 났다.그 후 팀은 일본으로 떠났지만 시마는 12월까지 캘리포니아에 남아 많은 서브루틴을 [13]개발했다.

Faggin이 합류하다

호프나 마자르 모두 인텔 애플리케이션 리서치 부문의 목적이었던 실제 실리콘을 설계한 경험이 없다.그룹은 이미 메모리 소자를 개발하느라 혹사당했습니다.1970년 4월, 그룹을 운영했던 레슬리 파다스는 [14]Fairchild Semiconductor의 Federico Faggin을 고용하여 설계를 인계받았다.패긴은 반도체 시장 전체를 급변시키는 새로운 기술을 선보여 이미 유명세를 탄 바 있다.

집적회로는 트랜지스터 및 저항기와 같은 다수의 개별 구성요소로 구성되어 있으며, 기본 실리콘과 "도판트"를 혼합하여 생산됩니다.이것은 일반적으로 표면으로 확산되는 화학 가스의 존재 하에서 칩을 가열함으로써 이루어집니다.이전에는 개별 구성 요소를 서로 연결하여 표면에 알루미늄 와이어를 사용하여 회로를 만들었습니다.알루미늄은 600도에서, 실리콘은 1000도에서 녹기 때문에 일반적으로 마지막 단계에서 트레이스를 퇴적시켜야 했고, 이로 인해 생산 주기가 복잡해졌습니다.

1967년 Bell Labs는 별도의 알루미늄 층 대신 실리콘 자체를 사용하여 배선을 형성한 새로운 개념의 논문을 발표했습니다.Faggin과 Tom Klein은 신기한 것을 취하여 IC에서 이것을 사용하는 데 필요한 실용적인 단계를 개발하여 Electronics의 표지에 실렸던 Fairchild[15] 3708을 제작하였다(1969년 [16]9월 29일).1968년에.[14]이 기술은 프로세스에서 언제든지 상호 연결을 수행할 수 있음을 의미합니다.더 중요한 것은 배선이 나머지 컴포넌트를 만드는 것과 동일한 장비를 사용하여 증착되었다는 점입니다.즉, 기계 종류에 따라 레이아웃의 약간의 차이가 없어졌습니다.이전에는 알루미늄이 실리콘 컴포넌트에 닿을 수 있도록 인터커넥트가 필요 이상으로 커야 했습니다.실리콘 컴포넌트는 기계의 부정확성으로 인해 상쇄됩니다.이 문제가 해결되면 회로를 훨씬 더 가깝게 배치하여 구성 요소의 밀도를 즉시 두 배로 높이고 비용을 동일한 양만큼 절감할 수 있습니다.또한 알루미늄 배선은 신호 속도를 제한하는 캐패시터 역할을 했습니다. 이를 제거하면 칩이 더 빠른 [17][18]속도로 작동할 수 있습니다.

인텔에서 Faggin은 이 자기 정렬 게이트 프로세스를 사용하여 새로운 프로세서의 설계를 시작했습니다.Faggin이 입사한 지 불과 며칠 만에 Shima가 도착해, 12월에 퇴사한 후, 프로젝트의 작업이 행해지지 않은 것을 알고, 실망해, 타임 라인이 불가능하다고 염려하고 있다.Faggin은 매일 밤까지 열심히 일했고 Shima는 돕기 위해 6개월 더 머물렀다.필요한 회로 밀도에 도달하기 위해서는 추가적인 발전이 필요했습니다.이러한 진보 중 하나는 실리콘 연결 와이어를 [19][20]컴포넌트에 직접 연결할 수 있는 "매설 접점"을 사용한 것이고, 다른 하나는 마스킹 [21]단계 중 하나로 "부트스트랩 부하"를 추가하여 [14]처리에서 한 단계를 없앤 것입니다.

실가동중

유니콤 141P는 Busicom 141-PF의 OEM 버전입니다.

그 결과 4칩 디자인이 되었습니다.인텔의 당대 명명 방식에서는 각 컴포넌트에 4자리 숫자가 사용되었습니다.첫 번째 숫자는 사용된 프로세스 기술을 나타내며, 두 번째 숫자는 일반적인 기능을 나타내며, 숫자의 마지막 두 자리는 구성 요소 개발의 일련 번호를 나타내기 위해 사용되었습니다.이 시스템을 사용하면 칩은 1302, 1105, 1507, 1202로 알려져 있을 것입니다.Faggin은 이것이 그들이 집단으로 설계되었다는 사실을 모호하게 할 것이라고 생각했고, 그들을 "4000 가족"[22]으로 명명하기로 결정했다.4개의 칩은 4001 256바이트 4비트 ROM, 4개의 20니블 자리를 저장하는 4002 DRAM, I/O용 시리얼-패럴렐 컨버터 및 4004 CPU입니다.완전 확장 시스템은 총 4kB의 ROM에 대해 164001을 지원할 수 있으며, 1,280kB의 RAM에 대해 164002를 지원할 수 있습니다.4003은 CPU에 [7]직접 접속하지 않고 4001과 4002의 핀에 접속되어 있었습니다.

설계가 완료된 후 시마는 계산기의 시제품을 만들기 위해 일본으로 돌아왔다.4001의 첫 번째 웨이퍼는 1970년 [14]10월에 처리되었고, 4003과 4002는 11월에 처리되었습니다.4002에는 경미한 문제가 있는 것으로 판명되어 있습니다.최초 4004는 12월 말에 도착했고 완전히 죽은 것으로 밝혀졌다.칩을 조사해보니 공정의 한 단계가 누락되어 있었다.누락된 프로세스를 추가한 두 번째 실행은 1971년 1월에 제공되었습니다.추가 테스트에서 두 가지 사소한 문제가 발견되었고, 최종 디자인은 [23]3월에 제작되었습니다.

Faggin은 이 칩의 샘플을 Shima에게 보내고 있었습니다.4월에 그들은 계산기 시제품이 작동 가능하다는 것을 알게 되었다.그 달 말, Shima는 인텔에 4001 ROM의 최종 마스크를 보냈고, 그 디자인은 현재 완성되었습니다.4004 칩 1개, 4002 칩 2개, 4003 칩 3개, 4001 칩 4개로 구성되었습니다.추가 4001은 옵션의 제곱근 함수를 제공했습니다.Faggin이 4001에서 칩이 뜨거울 때만 발생하는 짜증나는 문제를 발견한 후 마지막 변경 사항이 추가되었으며, 이를 해결하기 위해 새로운 디코더 회로가 추가되었으며 4002에서도 동일한 효과가 발견되었습니다.1971년 [23]8월에 대량 생산이 시작되었다.

4004의 마케팅

Shima에 전화하는 동안 Faggin은 Busicom이 재정적인 어려움에 처해 있으며 칩셋이 덜 비싸지 않다면 실패할 것이라는 것을 알게 되었다.그 후 패긴과 호프는 독점 계약에서 인텔을 해방하는 대가로 Busicom의 가격을 낮추도록 Noyce를 설득했다.1971년 5월 Busicom은 다른 계산기 프로젝트에 사용하지 않고 인텔이 60,000달러의 개발 [23]비용을 상환하는 조건으로 이에 동의했습니다.이번 마케팅 포커스 변경으로 칩 패밀리 이름은 MCS-4,[22] 즉 Micro Computer System의 줄임말인 4비트로 변경되었습니다.

인텔 경영진은 영업팀이 고객에게 제품을 설명할 수 있을지 회의적이었다.인텔이 메모리 시장에서 성공을 거두었기 때문에 그들은 4004가 시장을 혼란스럽게 할 것을 우려했고 그것을 [23]광고하는 것을 주저했다.또한 Hoff와 Mazor는 설계의 한계로 인해 [24]당시 시장에 진입하는 새로운 16비트 미니컴퓨터에 익숙했던 사용자들이 흥미를 느끼지 못할 것이라고 우려했다.

1971년 여름, Texas Instruments의 Ed Gelbach가 마케팅 부서를 인수하고 즉시 제품을 [24]공개하기 시작하면서 모든 것이 바뀌었다.이것은, 1971년 11월에 인텔이 「통합 전자 제품의 새로운 시대를 발표한다」라고 하는 광고를 게재해, 일렉트로닉·[25][26]뉴스 11월 15일자에 처음 게재되었습니다.

8008

4004는 일반 [a]구매가 가능한 최초의 마이크로프로세서로 출시되었습니다.이것은 [24]거의 사실이 아니었다.

1969년 12월, Computer Terminal Corporation(CTC)은 인텔이 설계하고 있는 컴퓨터 단말기의 새로운 메모리 디바이스인 Datapoint 2200을 설계하는 것을 지원했습니다.Mazor와 Hoff는 그들의 디자인을 고려했고 4004보다 그리 복잡하지 않으며 싱글칩 8비트 [13]설계로 구현될 수 있다는 결론을 내렸다.그들이 Faggin을 고용하기 몇 주 전인 1970년 3월에 인텔은 Hal Feeney를 고용하여 당시 인텔의 원래 이름인 1201을 사용하여 설계했습니다.그러나 CTC는 재정난에 빠졌고 프로젝트의 우선순위는 낮아졌다.Feeney는 다른 프로젝트에 배정되었고 결국 [27]Faggin 밑에서 일하게 되었다.

1971년 1월, 피니는 1201로 다시 배정되었다.4004년 동안 축적된 경험을 바탕으로, 이것은 훨씬 더 빠른 공정이었고 첫 번째 생산 칩은 1972년 3월에 생산되었다.5월에는 호프와 메이조르가 미국 전역에 두 가지 디자인을 소개하기 위해 스피킹 투어를 떠났다.두 설계 사이의 단점은 4004가 완전한 머신을 구축하기가 다소 빠르고 훨씬 더 쉬웠다는 것입니다. 반면 8008은 코드를 ROM 또는 RAM에 저장할 수 있고 16kB의 주소 공간을 더 넓혔으며 더 많은 명령을 제공했습니다.중요한 차이점은 4004와 4001(256바이트 ROM)의 2개의 칩만을 사용하여 최소 4004 시스템을 구축할 수 있지만 8008에서는 인터페이스를 [27]위해 약 20개의 추가 TTL 컴포넌트가 필요하다는 것입니다.

이 두 디자인은 서로 다른 역할로 사용되고 있음을 알게 되었습니다.4004는 구현 비용이 주요 관심사였던 곳에서 사용되었으며 전자레인지와 같은 역할을 하는 임베디드 컨트롤러에 널리 사용되었습니다.대신 8008은 컴퓨터 단말기, 마이크로컴퓨터 및 이와 유사한 역할에 주로 사용되고 있음을 알게 되었다.이러한 기능 분할은 오늘날까지 남아 있으며, 마이크로 [27]컨트롤러는 마이크로 컨트롤러로 알려져 있습니다.

동시대의 CPU 칩

1969년에 완성된 4상 시스템 AL1, 1970년에 완성되어 F-14 Tomcat 전투기에 사용된 MP944, 1971년 9월 17일에 발표된 Texas Instruments TMS-0100 칩 등 세 개의 다른 CPU 칩 디자인이 동시에 생산되었다.MP944는 하나의 프로세서 유닛을 구성하는 6개의 칩의 집합체였습니다.TMS0100 칩은 원래 [28]TMS1802NC라는 명칭으로 "칩 위의 계산기"로 제시되었습니다.이 칩은 매우 원시적인 CPU를 포함하고 있으며 다양한 간단한 4함수 계산기 구현에만 사용할 수 있습니다.1974년에 도입된 TMS1000의 선구자로 최초의 마이크로컨트롤러로서 CPU뿐만 아니라 ROM,[29] RAM 및 I/O 기능을 갖춘 칩 상의 컴퓨터입니다.인텔이 개발한 4개의 칩 중 4004가 CPU 또는 마이크로프로세서인 MCS-4 패밀리는 싱글칩 TMS1000보다 훨씬 다재다능하고 강력하여 다양한 애플리케이션에 [citation needed]적합한 다양한 소형 컴퓨터를 만들 수 있었습니다.

Zilog는 1974년 [30][31]말 Federico Faggin과 Ralph Ungermann에 의해 완전히 마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러 전용으로 설립된 최초의 회사입니다.

묘사

National Semiconductor는 부품 번호 INS4004로 4004의 [32]두 번째 공급 업체였습니다.

4004는 12mm2[33] 다이에 10μm 프로세스 실리콘 게이트 확장 부하 pMOS 기술을 채택하여 초당 약 92000개의 명령을 실행할 수 있습니다. 단일 명령 사이클은 10.8마이크로초입니다.[34]원래 클럭 속도 설계 목표는 IBM 1620 Model [citation needed]I와 동일한 1MHz였습니다.

인텔 4004는, 인쇄하는 회로를 배치하기 위해서, 루빌리트의 시트를 물리적으로 얇은 스트립으로 절단하는 것으로 설계되어 있습니다.이것은 현재의 컴퓨터 그래픽 디자인 [35]기능에 의해 폐지된 프로세스입니다.

생산된 칩을 테스트하기 위해, Faggin은 4004 칩으로 구동되는 MCS-4 계열의 실리콘 웨이퍼 테스터를 개발했습니다.또한 인텔 4004 마이크로프로세서를 계산기용 제품뿐만 아니라 [36]제어 어플리케이션에도 사용할 수 있음을 증명하는 역할을 했습니다.

4004에는 메모리 칩 선택과 I/O를 직접 저레벨로 제어하는 기능이 포함되어 있습니다.다만, 그 기능은 RAM 로부터의 코드를 실행할 수 없고, ROM(또는 ROM 로서 동작하는 독립 로드형 RAM)으로 제공되는 모든 명령으로 제한됩니다.프로세서 자체는 실행 가능한 메모리 공간에 데이터를 쓰거나 전송할 수 없습니다.)RAM 및 ROM 부품은 출력(및 ROM, 입력) 포트의 통합에서도 특이했습니다.이는 MCS-4 시스템의 최소 부품 수를 크게 줄였지만 비교적 높은 수준의 데이터 전송 명령을 수용, 디코딩 및 실행하기 위해 칩 자체에 일정량의 프로세서 유사 로직을 포함해야 했습니다.

4004 시스템의 표준 배열은 최대 16 × 4001 ROM 칩(단일 뱅크 내)과 16 × 4002 RAM 칩(4개 뱅크 중 4개 뱅크 내)이며, 이들 칩은 모두 4KB 프로그램 스토리지, 1024 + 256 니블의 데이터/상태 스토리지, 64개의 출력 및 64개의 외부 데이터/제어 라인(예:4003).그러나 인텔의 MCS-4 문서에서는 최대 48개의 ROM 칩과 RAM 칩(최대 192개의 외부 제어선 제공)을 4004에 '심플한 게이트 하드웨어'로 접속할 수 있다고 주장하고 있지만, 실제로 어떻게 접속하는지에 대해서는 자세한 설명이나 예를 제시하지 않습니다.

기술사양

C4004 DIP x 2 (1개는 다이 표시용)
Intel 4004 아키텍처 블록도
Intel 4004 DIP 칩 핀 배치
Intel 4004 레지스터
11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 (비트 위치)
어큐뮬레이터
A 어큐뮬레이터
상태 코드
C 반송 플래그
인덱스 레지스터
R0 R1
R2 R3
R4 R5
R6 R7
R8 R9
R10 R11
R12 R13
R14 R15
프로그램 카운터
PC 프로그램 카운터
푸시다운 어드레스 콜스택
PC1 콜 레벨 1
PC2 콜 레벨 2
PC3 콜 레벨 3
  • 최대 클럭환율은 740kHz입니다4004는 최초 1971년 [b]출시 당시 이 최대 클럭 정격을 가지고 있었습니다.
  • 명령 사이클 시간: 최소 10.8μs[34](기계 사이클당 8클럭 사이클).
  • 명령 실행 시간 1 또는 2 머신 사이클(10.8 또는 21.6μs), 초당 46250~92500 명령.
    • 2개의 8자리 10진수(각각 32비트, 4비트 BCD 자리수를 가정)를 추가하면 850μs, 즉 약 79개의 머신 사이클(632 클럭틱)이 소요되며, 각 자리 쌍당 평균 10사이클(80틱) 미만의 동작 속도와 초당 1176[c] × 8자리 추가 속도입니다.
  • 프로그램과 데이터 스토리지를 분리한다.그러나 별도의 버스를 사용하는 Harvard 아키텍처 설계와 달리 4004는 핀 카운트를 줄여야 하므로 전송에 단일 멀티플렉스 4비트 버스를 사용합니다.
    • 12비트 주소,
    • 8비트 명령,
    • 4비트 데이터 워드
  • RAM의 5120비트(640바이트에 상당)에 직접 주소를 지정할 수 있으며, 1280의 4비트 "문자"로 저장되며 1024개의 "데이터" 및 256개의 "상태" 문자(512바이트 및 128바이트)[d]를 나타내는 그룹으로 구성됩니다.
  • 32768비트의 ROM에 직접 주소를 지정할 수 있습니다.이는 4096개의 8비트 워드(바이트)[e]와 동등하며 배열되어 있습니다.
  • 명령어 세트에는 46개의 명령어가 포함되어 있습니다(이 중 41개는 8비트, 5개는 16비트).
  • 레지스터 세트에는 각각 4비트씩 16개의 레지스터가 포함되어 있습니다.
  • 내부 서브루틴 스택, 3레벨 깊이

로직 레벨

기호. 분. 맥스.
브이SS–DD +15 V − 5% +15 V + 5%
브이IL 브이DD VSS − 5.5 V
브이IH VSS − 1.5 V VSS + 0.3 V
브이OL VSS − 12 V VSS − 6.5 V
브이OH VSS − 0.5 V 브이SS

서포트 칩

  • 4001: 256바이트 ROM(8비트 프로그램 명령 256개) 및 내장 4비트 I/O 포트 1개.4001 ROM+I/O칩은 4008/4009 [37]쌍과 함께 시스템에서 사용할 수 없습니다.
  • 4002: 40바이트 RAM(4비트 데이터 워드 80개) 및 내장 4비트 출력 포트 1개. 칩의 RAM 부분은 20개의 4비트 워드 중 4개의 "레지스터"로 구성됩니다.
    • 16개의 데이터 워드(원래 계산기 설계에서는 가수 자리수에 사용), 비교적 표준적인 방법으로 접근합니다.
    • 4개의 상태 워드(원래 계산기 설계에서는 지수 자리수 및 기호에 사용), ROM 입력 채널 대신 I/O 유형 명령을 사용하여 액세스합니다.
  • 4003: 키보드, 디스플레이, 프린터 등을 스캔하기 위한 10비트 병렬 출력 시프트 레지스터.
  • 4008: 표준 메모리 칩에 액세스하기 위한 8비트 주소 래치 및 내장 4비트 칩 선택 및 I/O 포트 1개.
  • 4009: 표준 메모리 및 I/O 칩에 대한 프로그램 및 I/O 액세스 컨버터.
  • 4269: 키보드/디스플레이 인터페이스.
  • 4289: 메모리 인터페이스(4008 및 4009의 기능 포함).

인텔에 의해 기술된 최소 시스템 사양은 4004와 256바이트의 프로그램 ROM으로 구성되어 있습니다.4004의 다수의 온보드인덱스 레지스터에 의해, 동작하고 있는 RAM의 16 × 4 비트 또는8 × 8 비트 문자(또는 혼합)에 상당하는 복잡성이 최소인 애플리케이션에서는, 개별의 RAM이 불필요합니다.ROM의 빌트인 I/O 회선 덕분에 심플한 인터페이스 칩에도 사용할 수 없습니다.그러나 프로젝트의 복잡성이 증가함에 따라 다른 다양한 지원 칩이 유용해지기 시작합니다.

패키징

인텔 MCS-4 프로세서 라인의 다양한 버전이 생산되었습니다.C(C4004)로 표시된 초기 버전은 세라믹으로 칩 뒷면에 흰색과 회색 얼룩말 패턴을 사용했으며, 종종 "회색 트레이스"라고 불립니다.차세대 칩은 일반 흰색 세라믹(C 표시)과 진한 회색 세라믹(D)이었습니다.최신 버전의 MCS-4 패밀리의 상당수도 플라스틱(P)으로 제작되었습니다.

  • The ceramic C4004 variant without grey traces

    회색 트레이스가 없는 세라믹 C4004 모델

  • The ceramic D4004 variant

    세라믹 D4004 모델

  • The plastic P4004 variant

    플라스틱 제품 P4004

사용하다

마이크로프로세서를 사용한 최초의 상용 제품은 Busicom 계산기 141-PF였습니다.4004는 1974년 Dave Nutting Associates가 Bally를 위해 제작한 최초의 마이크로프로세서 제어 핀볼 게임에도 사용되었다.

1996년 미국 특허청은 Gary W. Boone과 그의 고용주인 Texas Instruments를 싱글칩 마이크로컨트롤러의 발명자로 공식 인정함으로써 특허권을 Gilbert P에게 넘겼다.1990년 하얏트.특허가 만료됐지만 기존 길버트 [38]하얏트와의 계약 내용에 따라 잠재적인 금전적 영향이 있을 것으로 생각됐다.마이크로프로세서 설계자이자 Boone/Hyatt 특허 소송의 전문가 증인인 Nick Tredennick은 다음과 같이 말합니다.

이것이 그 특허 사건을 위해 실시한 연구에서의 의견이다.상용 제품의 첫 번째 마이크로프로세서는 4상 시스템 AL1이었습니다.시판되고 있는 최초의 마이크로프로세서는 [39]인텔의 4004입니다.

태양계를 떠난 최초의 우주선 파이오니어 10호가 인텔 4004 마이크로프로세서를 사용했다는 속설이 있다.에임스 리서치 센터의 래리 래셔 박사에 따르면, 파이오니어 팀은 4004를 평가했지만, 당시 파이오니어 프로젝트에 [citation needed]포함하기에는 너무 새로운 것이라고 결정했다.페데리코 [40]파긴이 2006년 컴퓨터 역사 박물관 강연에서 이 신화를 반복했다.

레거시 및 가치

CPU의 오른쪽 아래 구석에 "F.F."라는 이니셜이 있습니다.

페데리코 파긴은 그의 실리콘 게이트 디자인이 "마이크로프로세서의 본질"을 구현한다는 것을 알았기 때문에 그의 이니셜로 4004에 서명했다.주사위 모서리에는 "F.[22]F."라고 쓰여 있다.

2006년 11월 15일, 4004 35주년 기념일에 인텔은 칩의 설계도, 마스크 워크, 사용자 [41]매뉴얼을 발매했습니다.인텔 4004의 완전한 기능성 41×58cm,[42] 130×스케일 레플리카는 개별 트랜지스터를 사용하여 제작되어 2006년 캘리포니아 주 [43]산타클라라 인텔 박물관에서 전시되었습니다.

2010년 10월 15일, Faggin, Hoff 및 Mazor는 4004에 [44]대한 선구적인 업적으로 버락 오바마 대통령으로부터 국가기술혁신훈장을 받았습니다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 센트럴 에어 데이터 컴퓨터 - 최초의 20비트 군용 마이크로프로세서는 인텔 4004가 출시되기 약 1.5년 전인 1970년 6월에 미 해군 F-14 Tomcat 전투기를 위해 출시되었습니다.

메모들

  1. ^ 이 시점까지 여러 마이크로프로세서가 설계 또는 제조되었지만, 일부 제품 이외에는 구입할 수 없었습니다.
  2. ^ 초기 문서에는 "0.75MHz"라고 명시되어 있지만, 이는 최소 전체 사이클 시간을 1350ns(=741kHz)와 최대 2010ns(=498kHz)로 명시한 타이밍 다이어그램과 상충된다.
  3. ^ 이 통계는 "0.75MHz" 주장과 동일한 문서에서 나온 것으로 요약의 목적으로 실제 수치를 부정확하게 반올림한 것으로 보인다.최소 사이클 시간이 10.8μs인 850μs는 실제로는 78.7 기계 사이클, 즉 약 629 클럭틱입니다.프로세서가 8틱사이클에 잠겨 있기 때문에 이 동작에는 79 또는 80의 풀사이클이 소요될 가능성이 높아집니다.따라서 632~640틱과 853~864μs(740kHz에서는 854~865μs)가 소요되며, 실제 실행 속도는 초당 1157~1172(또는 1156~1171)의 8자리 추가로 감소합니다.
  4. ^ 다만, 이것은 동작/데이터 메모리로만 사용할 수 있어 실행할 수 없습니다.프로세서는 2개의 메모리 영역을 마이크로코드 레벨로 엄격하게 분리하기 때문에 프로그램 코드를 RAM에 저장하거나 RAM에서 실행할 수 없습니다.ROM 칩 셀렉트 라인의 강제 어설션(및 RAM 셀렉트 라인의 어설션 해제)에 의해 칩은 ROM 영역이 선택되어 있는 동안 IO 포트 이외의 다른 것에 데이터를 쓸 수 없었습니다.
  5. ^ 실행 가능한 코드를 저장할 수 있는 4004 메모리 공간 중 유일한 부분이지만 범용 스토리지에도 사용할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ "The 40th birthday of—maybe—the first microprocessor, the Intel 4004". 2011-11-15.
  2. ^ "The Story of the Intel 4004". Intel.
  3. ^ "The Intel 4004 Microprocessor and the Silicon Gate Technology: The Busicom Engineering Prototype". Intel4004.com.
  4. ^ "Olivetti Programma 101 Electronic Calculator". The Old Calculator Web Museum. technically, the machine was a programmable calculator, not a computer.
  5. ^ "2008/107/1 Computer, Programma 101, and documents (3), plastic / metal / paper / electronic components, hardware architect Pier Giorgio Perotto, designed by Mario Bellini, made by Olivetti, Italy, 1965–1971". www.powerhousemuseum.com. Retrieved 2016-03-20.
  6. ^ 파긴 외 1996, 10페이지
  7. ^ a b c Faggin et al. 1996, 11페이지
  8. ^ a b c 파긴 외 1996, 12페이지
  9. ^ 아마도 그는 플레시라는 이름을 농기계 제조업체인 매시 퍼거슨의 이름과 혼동했을 것이다.
  10. ^ Aspray, William (1994-05-25). "Oral-History: Tadashi Sasaki". Interview #211 for the Center for the History of Electrical Engineering. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. Retrieved 2013-01-02.
  11. ^ Faggin et al. 1996, 13페이지
  12. ^ Faggin et al. 1996, 14페이지
  13. ^ a b c 파긴 외 1996, 페이지 15
  14. ^ a b c d 파긴 외 1996, 페이지 16
  15. ^ Faggin, Federico. "A faster generation of MOS devices with low thresholds is riding the crest of the new wave, silicon-gate IC's". Retrieved 2017-06-03.
  16. ^ Faggin, Federico. "Earliest Published Papers". Retrieved 2017-06-03.
  17. ^ Faggin, Federico. "The New Methodology for Random Logic Design". Retrieved 2017-06-03.
  18. ^ 페데리코 파긴, T. 클라인(1970).'실리콘 게이트 테크놀로지'솔리드 스테이트 일렉트로닉스제13권 제1125-1144호
  19. ^ Faggin, Federico. "The Buried Contact". Retrieved 2017-06-03.
  20. ^ "유도자 상세"국립 발명가 명예의 전당2016년 7월 25일
  21. ^ Faggin, Federico. "The Bootstrap Load". Retrieved 2017-06-03.
  22. ^ a b c "Federico Faggin's Signature". Intel4004.com. Retrieved 2012-08-21.
  23. ^ a b c d Faggin et al. 1996, 17페이지
  24. ^ a b c Faggin et al. 1996, 18페이지
  25. ^ Cass, Stephen (2018-07-02). "Chip Hall of Fame: Intel 4004 Microprocessor". Retrieved 2019-02-05.
  26. ^ Gilder, George (1990). Microcosm: the quantum revolution in economics and technology. Simon and Schuster. p. 107. ISBN 978-0-671-70592-3. Intel's first advertisement for the 4004 appeared in the November 15, 1971 issue of Electronic News
  27. ^ a b c 파긴 외 1996, 19페이지
  28. ^ Woerner, Joerg (2001-11-16). "The "Calculator-on-a-chip"". Datamath Calculator Museum. Retrieved 2016-03-22.
  29. ^ Woerner, Joerg (2001-02-26). "Texas Instruments: They invented the Microcontroller". Datamath Calculator Museum. Retrieved 2016-03-22.
  30. ^ "ZILOG Oral History Panel on the Founding of the Company and the development of the Z80 Microprocessor" (PDF).
  31. ^ "Ungerman-Bass in Brief".
  32. ^ 인텔 4004 마이크로프로세서 패밀리, 2011년 12월 14일 취득.
  33. ^ "History of Computing Industrial Era 1970–1971". 2010-10-19. Archived from the original on 2012-06-25. Retrieved 2016-05-05. In February Intel releases the 4004 microprocessor to the market. It has 12 sq mm die size and 16 pins which fit into a motherboard.
  34. ^ a b "Intel 4004 datasheet" (PDF) (published 2010-07-06). 1987. Archived from the original (PDF) on 2011-06-01. Retrieved 2020-12-18.
  35. ^ "Intel's Accidental Revolution". CNet.com. Archived from the original on 2012-07-11. Retrieved 2009-07-30.
  36. ^ Hendrie, Gardner (2006). "Oral History of Federico Faggin" (PDF). Computer History Museum. Archived from the original (PDF) on 2017-01-10. Retrieved 2017-01-24.
  37. ^ 25페이지의 중요 섹션: http://www.intel.com/Assets/PDF/Manual/msc4.pdf
  38. ^ John Markoff (1996-06-20). "For Texas Instruments, Some Bragging Rights". New York Times.
  39. ^ "Dissertation 2004" (PDF). Retrieved 2017-11-14.
  40. ^ "Intel 4004 Microprocessor 35th Anniversary". YouTube. Retrieved 2011-07-06.
  41. ^ 인텔 4004 마이크로프로세서 이력 자료, 인텔 박물관, 2009-11-15, 2009-11-18 액세스
  42. ^ "4004 @ 44: SVG Mask Artwork; New Busicom 141-PF replica PCB; Printer emulator". 2015-11-20. Retrieved 2016-05-05.
  43. ^ "Intel 4004 -- 45th Anniversary Project". 2015-11-15. Retrieved 2016-04-02. including fully functional 130x scale replicas of the 4004 built using discrete transistors, museum-durable keyboards and slide switches, and video display electronics.
  44. ^ "President Obama Honors Nation's Top Scientists and Innovators". whitehouse.gov (Press release). 2010-10-15 – via National Archives.

원천

특허

  • US 3753011 1973년 8월 14일파긴, 페데리코:전원 공급 설정 가능한 이중 안정 회로.
  • US 3821715 1974년 6월 28일호프, 마르시앙, 마조르, 스탠리, 파긴, 페데리코:멀티칩 디지털 컴퓨터용 메모리 시스템.

이력 문서

  • Faggin, Federico; Hoff Jr., Marcian; Mazor, Stanley; Shima, Masatoshi (December 1996). "The history of the 4004". IEEE Micro. Vol. 16, no. 6. pp. 10–20.
  • Faggin, Federico; Capocaccia, F. "A New Integrated MOS Shift Register", Proceedings XV International Electronics Scientific Congress, 로마, 1968년 4월, 페이지 143–152.이 문서는 Federico Faggin이 1968년 2월 Palo Alto(Ca)에서 Fairchild의 R&D에 합류하기 전인 1967년 말 SGS-Fairchild(현 ST Micro)에서 개발된 새로운 정적 MOS 시프트 레지스터에 대해 설명합니다.Faggin은 나중에 4004를 포함한 MCS-4 칩에 이 새로운 시프트 레지스터를 사용했습니다.
  • IEDM(International Electron Devices Meeting) 프로그램(1968년 10월).실리콘 게이트 테크놀로지(SGT)는 1968년 10월 23일 워싱턴 D.C.에서 열린 IEDM에서 개발자인 Federico Faggin에 의해 처음 소개되었습니다.이후 반도체 업계에서 보편적으로 채택된 자기정렬 게이트를 가진 MOS 집적회로를 제작하기 위한 유일한 상용 공정 기술이었다.SGT는 상용 다이내믹 RAM, CCD 이미지 센서, 비휘발성 메모리 및 마이크로프로세서를 생산하는 최초의 기술로서 LSI 집적회로를 갖춘 범용 컴퓨터의 모든 기본 요소를 최초로 제공하였습니다.
  • 일렉트로닉스 매거진 표지(1969년 9월 29일).일렉트로닉스 기사는 페데리코 파긴이 1968년에 디자인한 페어차일드 3708을 소개하고 있다.실리콘 게이트 기술을 사용한 세계 최초의 상용 집적회로로서 그 생존 가능성을 증명했다.
  • 4004 디자인(1971년)의 이니셜 F.F.(페데리코 파긴).4004는 칩의 한쪽 모서리에 디자이너 페데리코 파긴의 이니셜 F.F.가 새겨져 있다.칩에 서명하는 것은 자랑스러운 저자의 자발적인 제스처였고, 또한 많은 인텔 디자이너들이 그를 모방한 독창적인 아이디어였다.
  • Busicom 141-PF 인쇄 계산기 엔지니어링 프로토타입(1971년).(페데리코 파긴을 캘리포니아 마운틴뷰 컴퓨터 역사 박물관에 선물).CHM 컬렉션 카탈로그에는 Busicom 141-PF 데스크톱 계산기의 엔지니어링 프로토타입 사진이 나와 있습니다.엔지니어링 프로토타입은 세계 최초의 마이크로프로세서를 사용했다.이 독특한 시제품은 4004를 비롯한 3개의 메모리 및 I/O 칩(MCS-4 칩셋)의 설계 및 개발에 성공한 Busicom의 사장 Yoshio Kojima가 Federico Faggin에게 직접 선물한 것입니다.25년 동안 그의 집에 보관한 후, Faggin은 1996년에 그것을 CHM에 기증했다.
  • Federico Faggin과 M. E. Hoff: "표준 부품과 커스텀 디자인은 4칩 프로세서 키트로 통합됩니다."전자제품/1972년 4월 24일, 페이지 112–116.인텔 메모리 디자인 핸드북 6-27~6-31페이지에 전재: 1973년 8월
  • Federico Faggin, M. Shima, M. E. Hoff, Jr., H. Feeney, S. Mazor: "MCS-4-LSI 마이크로 컴퓨터 시스템"IEEE '72 지역 6 회의인텔 메모리 디자인 핸드북 6-32~6-37페이지에서 전재: 1973년 8월

추가 정보

  • 인텔 4004 마이크로프로세서 35주년 기념 - 최초의 마이크로프로세서 35주년 기념으로 컴퓨터 역사 박물관에서 Ted Hoff와 Federico Faggin의 프레젠테이션 라이브 녹음.(youtube.com)
  • IEEE Solid State Circuits Magazine, Winter 2009 Vol.1. "Faggin, Hoff, Mazor, Shima의 4004 마이크로프로세서"
  • Federico Faggin의 MOS Silicon Gate Technology and the First Microprocessors는 이탈리아 물리 협회 La Rivista del Nuovo Cimento, Vol. 38, No. 12, 2015에 출판되었습니다.
  • 페데리코 파긴의 "마이크로프로세서를 어떻게 만들었는지"네이처 일렉트로닉스, 제1권, 2018년 1월온라인 공개 : 2018-01-08

외부 링크