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微处理器:50岁了!

2021-07-12
来源:嵌入式专栏

50年前(1971年),英特尔推出了第一款商用的通用型微处理器 4004,4004拥有2300多个晶体管,与当今芯片中的几十上百亿个晶体管相比,这个数字相形见绌,但 4004 相比之前处理器实现了跨越式发展,它将房间大,基于真空管的第一台计算机的计算能力,在一个指甲盖大小的芯片中实现了。在过去的 50 年里,微处理器以难以想象的方式改变了我们的文化和经济。

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  1969:项目任务

  1969年,日本的Nippon Calculating Machine公司让Intel给他们设计12款芯片用于它们自己的141-PF打印计算器,Intel却建议只用4款芯片来完成来完成这个项目,其中用一个可编程芯片来完成不同的项目功能,这一方案确定了电子行业发展的新航向。(Intel方案设计者肯定想,给你一个产品定做一款芯片,还不如我做个芯片可以用于很多产品,多省事。当时Intel是开发存储器的厂家,所以这四个芯片中ROM和RAM可以很快开发出来)。

  Intel的解决方案

  4个芯片组成的这一方案命名MCS-4,它包含一个中央处理器(CPU)芯片-4004,一个只读存储器(ROM)芯片用于存储应用程序-4002,一个随机存储器(RAM)用于存储临时数据-4001,一个移位寄存器芯片用于输入输出IO口-4003。

  1971:集成电路的时代

  Intel从Nippon Calculating Machine购买了MCS-4的版权,并且在1971年11月15日上市了4004和它的周围芯片组,这意味着4004变成了全世界第一款上市的商用处理器,人们可以用它开发各种各样功能的电子设备。

  在1971年,它已经非常小了,小到跟一个小指甲那么大,运算能力却跟1946年的第一台计算机相当(体积跟一个房子那么大)。相比于现在常用的12英寸晶圆,4004采用的是2英寸晶圆,它拥有2300多个晶体管,采用10微米工艺,它是一个独立的微处理器,体积小,它很快进入了商用产品之中。

  Intel 4004是Intel制造的一款微处理器,片内集成了2000多个晶体管,晶体管之间的距离是10um(现在工艺已经是5nm及以下了),能够处理4bit的数据,虽然只有45条指令,每秒也只能执行5万条指令,频率为108KHZ,前端总线为0.74MHz (4bit)。但它的集成度却要高很多,这一突破性的发明最先应用于Busicom计算器,为生命体和个人计算机的智能嵌入铺平了道路。

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  4004计划和编号

  Busicom最初计划是需要12个定制芯片,而英特尔工程师霍夫提出了通用逻辑设备的概念,它可能是一个更出色、更高效的解决方案。正是由于他的提议才使得微处理器得以开发。起初,Busicom向英特尔支付了60000美元,获得了微处理器所有权。在认识到“大脑”芯片的无限潜力之后,英特尔提出用60000美元换回微处理器设计的所有权。Busicom同意了英特尔的请求。1971年11月15日,英特尔面向全球市场推出了4004微处理器,每个售价为200美元。

  编号为4004,第一个“4”代表此芯片是客户订购的产品编号,后一个“4”代表此芯片是英特尔公司制作的第四个订制芯片。这种数字代号却延用至今。霍夫终于如愿以偿,他在世界第一个微处理器上,集成了2000多个晶体管,发明了世界第一块大规模集成电路4004,在电子计算机历史上,写下了光辉的一页。4004芯片基本具备了微处理器的特点,用它来做计算器,改变了传统计算器的形象。采用4004芯片后,再配用一块程序存储器,数据存储器,移位寄存器,再加上键盘和数码管,就构成了一台完整的微型计算机。

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  后续发展:

  我们今天个人PC能有如此高的性能,都是一步一步发展才实现的。像后面的8008、8080、8086、80286、80386……等

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