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初见----Intel 4004

2020-08-07 17:09 作者:浮云战争  | 我要投稿

        现在,闭上眼睛,心中回想过去开心的事情。现在,时间到了,睁开它,你看到了什么? 没错,就是你的手机/电脑/电视。自从你手上的设备被发明以来,人类寄托了太多的喜怒哀乐在它的上面。现在,让我们回溯它的过去,更准确的说是它一部分的过去。

        这件事情发生在1971年11月15日,苍天选中的一天。历史比较好的同学就反应过来了,这不是这是中国在联合国的合法席位恢复后,中国代表团出席第26届联合国大会并在大会上发表讲话的日子吗?历史不好的同学听不懂没关系,看了这张照片你就懂了。

历史课本上一张著名的照片“乔的笑”于当天被拍摄

        可为什么说这一天被苍天选中了呢?在那一天,一家从事储存器芯片的公司发布了一款革命性的产品,这一款革命性的产品将改变人类生活的方方面面。那款产品就是我们今天的主角——4004,那家公司就是Intel。那一天从政治和生活上改变了我们。

intel的logo(1968-2005)

        4004尺寸为3mm×4mm,外层有16只针脚,内里有2,250个晶体管,它采用10微米制程,最高频率有740kHz,能执行4位运算,支持8位指令集及12位地址集。这个参数放在现在这个7nm制程,频率以GHz做单位的时代,已经远远落后了。就算在50年前,,它性能甚至只和1946年的ENIAC,但是它的集成度更高,因为它最初也只是设计给计算器用的而已。

人类历史上的第二台电子计算机和第一台通用计算机——ENIAC


        让我们来看看我们这期主角的头衔:世界上第一款商用计算机微处理器。首先说一下商用,我们都知道PC的诞生得益于微处理器的出现,但是微处理器的诞生却属于无心插柳柳成荫。甚至连微处理器的开山鼻祖Intel,在1986年以前的主业都是内存业务。从1968年开始到20世纪70年代末,英特尔公司凭借1101、1103、3101等一系列芯片,在半导体内存领域确立了霸主地位。至于微处理器,只是一次合作的结果。

英特尔1101静态随机存取存储器是第一个高容量金属氧化物半导体(MOS)存储器及第一个使用硅栅的芯片


        1969年,Nippon Calculating Machine Corporation(日本计算机公司)与英特尔合作,为其新的Busicom 141-PF 打印计算器设计了12种定制芯片。英特尔工程师提出了一个只有四个芯片的家族式方案,其中一个可以编程用于多种产品。英特尔设计了一套四块芯片,称为MCS-4。它包括一个支持自定义应用程序的只读存储器(ROM)芯片4001, 一个用于处理数据的随机存取存储器(RAM)芯片4002,以及一个移位存储模块的寄存器芯片4003,以及一个中央处理器(CPU)芯片4004。4004的第一位4表示它是一个4位CPU(4bit),后面的4是序号。但是,在当时你如果要组装一台计算机,还要用到一块地址锁存器芯片4008,一块输入/输出(I / O)端口芯片4009。因此,在开发过程中,Intel发现了此套芯片组可以通用的潜力,并从NCMC购买了在其他地方使用它的权利,并在1971年11月15日的《电子新闻》(Electronic News)上刊登了广告,发布了英特尔®4004处理器及其芯片组:“Announcing a new era of integrated electronics(宣布集成电子技术的新时代)”。

intel当时在Electronic News的广告

      

MCS-4

 

Busicom 141-PF 打印计算器

        其次说一下”第一“,世界上第一款微处理器其实并不是4004,而是美国军方研制,用于F14雄猫战机中由6颗晶片组成的中央空气数据计算机:CADC(CenterAirDataComputer),虽然它的构造比4004还要简单,速度只有9.15KHz,但是它成品时间比4004早。所以4004只是世界上第一款商用计算机微处理器。

         时过境迁,距离intel 4004发布已有49个年头了,CPU竞赛发展的如火如荼,在这场竞争中也是你方唱罢,我方登场。在ARM架构的强势突入下,X86又可以走多远呢?又是谁会笑到最后呢?

扩展:CADC是由Garrett AiResearch开发的多芯片集成飞行控制系统,用于美国海军的F-14雄猫战斗机的早期版本。它以MOS定制集成电路的早期使用而著称,并被称为第一个微处理器。CADC由Steve Geller和Ray Holt领导的团队设计和建造,并由初创公司American Microsystems提供支持。设计工作始于1968年,并于1970年6月完成,击败了许多也为F-14设计的机电系统。直到1998年,海军一直对其进行分类。雷·霍尔特(Ray Holt)在其自传《意外工程师》中介绍了这种设计和开发的故事。CADC由一个A / D转换器,几个石英压力传感器和多个基于MOS的微芯片组成。该系统的输入包括主要的飞行控制,多个开关,静态和动态气压(用于计算失速点和飞机速度)和温度表。输出控制主要的飞行控制装置,机翼后掠,F-14的前“手套”和襟翼。MP944的运行频率为375 KHz。它包含六个用于构建CADC 微处理器的芯片,所有芯片均基于20位定点-分数二的补码系统。它们是28针DIP中的并行乘法器单元(PMU),并行除法器单元(PDU)(28针DIP),随机存取存储(RAS)(14针DIP),只读存储器(ROM)(14针DIP),特殊逻辑功能(SLF)(28针DIP)和转向逻辑单元(SLU)(28针DIP)。完整的微处理器系统由28个电路组成,包括1个PMU,1个PDU,1个SLF,3个RAS,3个SLU和19个ROM。1971年,霍尔特(Holt)为《计算机设计》杂志撰写了有关该系统的文章,但海军对其进行了分类,并最终于1998年发布了该版本。因此,尽管CADC和MP944具有历史重要性,但它们仍然相当晦涩。(来源:维基百科Central Air Data Computer词条)

MP944芯片组是CADC的核心,用于控制F-14雄猫海军拦截机的机翼和飞行控制


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