Intel 4004

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.

Intel 4004
Mikroprosessor
Produsert		1971–1981
Produsent		Intel
Klokkefrekvens		740 kHz
Transistorer		2 300
Databuss		4 bit
Adressebuss		12 bit (multiplekset)
Prosessorsokkel		16 pin DIP
Etterfølger		Intel 4040, Intel 8008

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-brikke (inn og ut-brikke) og én CPU, som potensielt kan integreres til en enkelt chip. Busicoms ingeniører (blant dem var Masatoshi Shima, programvaredesigner) evaluerte Hoffs forslag og aksepterte det i oktober 1969.

Det nye arkitektoniske forslaget ble ikke utviklet før mange måneder senere. (Hoff var ikke en chipdesigner og deltok ikke i utformingen av 4004). Den faktiske byggeprosessen begynte i april 1970, da Intel hentet Federico Faggin, en MOS-chip- og prosessdesigner, 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 i Italia i 1961.

Så snart han ble ansatt av Intel, utarbeidet 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 chipdesign, 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 program-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 hardvardarkitekturdesignene, 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 dem i full størrelse.

Intel 4004 blokkdiagram.

Intel 4004 DIP-brikke pinout.

Tilleggsbrikker

• 4001: 256B ROM (256 8-bits programinstruksjoner), 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-vippe 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
• MCS-4 Micro Computer Set datablad
• 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.