إنتل 4004

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

كان معالج Intel 4004 ، [ 2 ] الذي أصدرته شركة Intel Corporation في 15 نوفمبر 1971، [ 3 ] أول معالج في سلسلة طويلة من وحدات المعالجة المركزية (CPUs) من Intel. وبسعر 60 دولارًا أمريكيًا (ما يعادل 477 دولارًا أمريكيًا في عام 2025) ، مثّل هذا المعالج علامة فارقة تكنولوجية واقتصادية في مجال الحوسبة.

كان المعالج 4004 ذو الأربع بتات أول مثال تجاري بارز على التكامل واسع النطاق ، حيث استخدم إمكانيات تقنية بوابة السيليكون MOS (SGT) لدمج المعالج في شريحة واحدة. وبالمقارنة مع التقنيات الموجودة آنذاك، مكّنت تقنية SGT من مضاعفة كثافة الترانزستورات وزيادة سرعة التشغيل خمسة أضعاف، مما جعل تصنيع معالجات أحادية الشريحة في المستقبل أمرًا ممكنًا. وقد شكّل تصميم مجموعة شرائح MCS-4، التي كان المعالج 4004 جزءًا منها، نموذجًا لكيفية استخدام تقنية SGT في دوائر المنطق والذاكرة المعقدة، مما ساهم في تسريع اعتماد هذه التقنية في صناعة أشباه الموصلات العالمية.

بدأ المشروع عام 1969 عندما كلّفت شركة بوسيكوم شركة إنتل بتصميم عائلة من سبع رقاقات للآلات الحاسبة الإلكترونية ، بما في ذلك وحدة معالجة مركزية ثلاثية الرقاقات. [ 4 ] كانت بوسيكوم تتصور في البداية استخدام مسجلات الإزاحة لتخزين البيانات وذاكرة القراءة فقط (ROM) للتعليمات. اقترح مهندس إنتل، مارسيان هوف، بنيةً أبسط تعتمد على البيانات المخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، مما جعل وحدة المعالجة المركزية أحادية الرقاقة ممكنة. بدأ العمل على التصميم، بقيادة فيديريكو فاجين وبمساهمة من ماساتوشي شيما ، في أبريل 1970. تم تسليم أول جهاز 4004 يعمل بكامل طاقته في مارس 1971 لنموذج آلة حاسبة الطباعة 141-PF من بوسيكوم، والموجود الآن في متحف تاريخ الحاسوب . [ 5 ] بدأت المبيعات العامة في يوليو 1971.

استخدم فاجين، الذي طور تقنية SGT في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات واستخدمها لإنتاج فيرتشايلد 3708 ، أول دارة متكاملة SGT تُنتج تجاريًا، تقنية SGT، وهي طريقة تستخدم السيليكون متعدد التبلور بدلًا من المعدن، في شركة إنتل لتحقيق التكامل المطلوب للمعالج 4004. بالإضافة إلى ذلك، طور فاجين تقنية " حمل التمهيد "، التي كانت تُعتبر سابقًا غير ممكنة مع تقنية بوابة السيليكون، وتقنية "التلامس المدفون"، التي مكّنت بوابات السيليكون من الاتصال مباشرةً بمصدر ومصب الترانزستور دون استخدام المعدن. وقد ضاعفت هذه الابتكارات مجتمعةً كثافة الدائرة، وبالتالي خفضت التكلفة إلى النصف، مما سمح لشريحة واحدة باحتواء 2300 ترانزستور والعمل بسرعة أكبر بخمس مرات من التصاميم التي تستخدم تقنية MOS السابقة ذات بوابات الألومنيوم.

لقد أرست بنية المعالج 4004 الأساس لمعالجات إنتل اللاحقة، بما في ذلك معالج إنتل 4040 المحسن، الذي تم إصداره في عام 1974، ومعالجات إنتل 8008 و 8080 ذات 8 بت .

تاريخ

مفهوم أصلي

في أبريل 1969، تواصلت شركة بوسيكوم مع شركة إنتل وطلبت منها إنتاج مجموعة شرائح لمعالجة عمليات آلة حاسبة إلكترونية . [ 4 ] وقد ساهم في تسهيل هذه الشراكة جزئيًا مهندس شركة شارب، تاداشي ساساكي ، الذي كان يحلم لعقود بتصغير أجهزة الكمبيوتر إلى الحد الذي يسمح بوضعها في الجيب. راقب ساساكي اتجاه تزايد تعقيد الدوائر المتكاملة طوال ستينيات القرن العشرين، وحسب في عام 1968 أنه بحلول عام 1970 سيصبح من الممكن بناء آلة حاسبة من شريحتين فقط بتكلفة معقولة. ناقش ساساكي أفكاره لتصميم معالجات منخفضة التكلفة وقليلة الشرائح مع زميله في الجامعة، يوشيو كوجيما، الذي كان رئيسًا لشركة بوسيكوم، وكذلك مع روبرت نويس من شركة إنتل. [ 6 ] كانت شركة بوسيكوم مهتمة ببناء منافس أقل تكلفة لآلة أوليفيتي بروجراما 101 لعام 1965، وهي إحدى أوائل الآلات الحاسبة المكتبية القابلة للبرمجة في العالم . [ 7 ] [ 8 ] كان الاختلاف الرئيسي هو أن تصميم Busicom سيستخدم الدوائر المتكاملة بدلاً من لوحات الدوائر المطبوعة المليئة بالمكونات الفردية، ومسجلات الإزاحة ذات الحالة الصلبة للذاكرة بدلاً من سلك المغنطة الانضغاطية المكلف في جهاز 101. كما أدركت Busicom أنه بإمكانها إطلاق معالج للأغراض العامة في آلة حاسبة مكتبية منخفضة التكلفة، ثم استخدام التصميم نفسه لأجهزة أخرى مثل آلات تسجيل النقد وأجهزة الصراف الآلي . كانت الشركة قد أنتجت بالفعل آلة حاسبة باستخدام دوائر متكاملة منطقية صغيرة الحجم من نوع TTL، وكانت مهتمة بأن تقوم Intel بتقليل عدد الرقائق باستخدام تقنيات التكامل متوسطة الحجم (MSI) الخاصة بها. [ 9 ]

كلّفت شركة إنتل الموظف الجديد مارسيان هوف ، صاحب الرقم الوظيفي 12، بالعمل كحلقة وصل بين الشركتين. وفي أواخر يونيو، سافر ثلاثة مهندسين من شركة بوسيكوم، وهم ماساتوشي شيما وزميلاه ماسودا وتاكاياما، إلى إنتل لعرض التصميم. وعلى الرغم من أن مهمة هوف اقتصرت على التواصل مع المهندسين، إلا أنه بدأ بدراسة الفكرة. تضمن اقتراحهم الأولي سبع دوائر متكاملة: وحدة التحكم في البرنامج، ووحدة الحساب والمنطق ، ووحدة التوقيت، وذاكرة القراءة فقط للبرنامج، ومسجلات الإزاحة للذاكرة المؤقتة، ووحدة التحكم في الطابعة، ووحدة التحكم في الإدخال/الإخراج . [ 10 ]

انتاب هوف قلقٌ من أن عدد الرقاقات والوصلات المطلوبة بينها سيجعل تحقيق أهداف شركة بوسيكوم السعرية أمرًا مستحيلاً. وكان من شأن دمج الرقاقات أن يقلل من التعقيد والتكلفة. كما أبدى قلقه من أن شركة إنتل، التي كانت لا تزال صغيرة آنذاك، لن تمتلك العدد الكافي من موظفي التصميم لتصنيع سبع رقاقات منفصلة في الوقت نفسه. وقد طرح هذه المخاوف على الإدارة العليا، فأخبره بوب نويس ، الرئيس التنفيذي، أنه سيدعم أي نهج مختلف إذا بدا مجديًا. [ 10 ]

تصميم مبسط

تصميم الشريحة من مرحلة تطوير معالج Intel 4004

كان أحد المفاهيم الأساسية في تصميم Busicom هو أن وحدة التحكم بالبرنامج ووحدة الحساب والمنطق لم تكن موجهة خصيصًا لسوق الآلات الحاسبة، بل كان البرنامج الموجود في ذاكرة القراءة فقط (ROM) هو ما يحولها إلى آلة حاسبة. كانت الفكرة الأصلية هي أن الشركة تستطيع استخدام نفس الرقائق مع سعات مختلفة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM) لإنتاج مجموعة متنوعة من الآلات الحاسبة. أُعجب هوف بمدى تطابق بنية مجموعة تعليمات Busicom مع بنية الحواسيب متعددة الأغراض. بدأ يفكر فيما إذا كان من الممكن تصنيع معالج متعدد الأغراض بتكلفة منخفضة بما يكفي لاستخدامه في آلة حاسبة. [ 11 ] عندما سُئل لاحقًا عن مصدر أفكاره لبنية أول معالج دقيق، ذكر هوف أن شركة Plessey ، وهي "شركة جرارات بريطانية"، [ 12 ] تبرعت بجهاز كمبيوتر صغير لجامعة ستانفورد ، وأنه "جربه قليلًا" أثناء وجوده هناك.

من التطورات الأخرى التي جعلت هذا التصميم عمليًا عمل شركة إنتل على رقائق ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) الأولى . كانت مسجلات الإزاحة آنذاك من بين أجهزة الذاكرة القليلة منخفضة التكلفة للقراءة والكتابة. مع ذلك، فإن ذاكرة مسجلات الإزاحة غير مناسبة للوصول العشوائي، إذ يتطلب كل وصول انتظار مرور البت المطلوب عبر السلسلة. أما ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، فيمكن الوصول إليها عشوائيًا، كما أن خلية DRAM ثلاثية الترانزستور توفر مساحة من السيليكون مقارنةً بخلية مسجل الإزاحة سداسية الترانزستور. [ 11 ]

أخيرًا، لاحظ هوف أن جزءًا كبيرًا من تعقيد شريحة التحكم في البرنامج يعود إلى تنفيذ كل تعليمة على حدة. فاقترح أن تدعم الشريحة استدعاءات البرامج الفرعية ، وأن تُنفذ التعليمات كبرامج فرعية كلما أمكن. وبطبيعة الحال، اقترح التطبيق تصميمًا رباعي البتات، إذ يسمح هذا بالمعالجة المباشرة للقيم العشرية المشفرة ثنائيًا (BCD) المستخدمة في الآلات الحاسبة. عمل هوف على مفهوم التصميم العام خلال شهري يوليو وأغسطس من عام 1969، لكنه وجد أن مسؤولي شركة بوسيكوم لم يبدوا اهتمامًا باقتراحه. [ 11 ] كان على شركة إنتل أن تعمل بذكاء أكبر حتى تقبل بوسيكوم اقتراحها بشأن الآلة الحاسبة 141-PF. فبدأوا في وضع تصور لمعالج دقيق للأغراض العامة يمكن إعطاؤه التعليمات وإرجاع نتائجها، بالإضافة إلى قدرته على دمج جميع وظائف وحدة المعالجة المركزية في الحاسوب. [ 13 ] وفي وقت لاحق من خريف ذلك العام، اقترح مهندسو إنتل تصميمًا جديدًا لأربع شرائح فقط، إحداها قابلة للبرمجة؛ وستصبح هذه الشريحة القابلة للبرمجة فيما بعد المعالج الدقيق 4004. [ 4 ]

مازور ينضم

دون علم هوف، أبدى فريق بوسيكوم اهتمامًا بالغًا باقتراحه. مع ذلك، كانت هناك عدة مشكلات محددة تثير قلقهم. تمثلت إحدى المشكلات الرئيسية في أن بعض الإجراءات، مثل ضبط الفاصلة العشرية ومعالجة لوحة المفاتيح، ستستهلك مساحات كبيرة من ذاكرة القراءة فقط (ROM) إذا نُفذت كإجراءات فرعية. مشكلة أخرى هي أن التصميم لا يتضمن أي نوع من المقاطعات ، مما يجعل التعامل مع الأحداث الآنية أمرًا صعبًا. أخيرًا، يتطلب تخزين الأرقام بنظام BCD ذي 4 بتات ذاكرة إضافية لتخزين الإشارة والفاصلة العشرية. [ 14 ]

في سبتمبر 1969، انضم ستانلي مازور إلى شركة إنتل قادمًا من شركة فيرتشايلد. وسرعان ما توصل هو ومازور إلى حلول لمشاكل بوسيكوم. ولمعالجة تعقيد الإجراءات الفرعية، التي حُلت في تصميم بوسيكوم باستخدام تعليمات ماكرو أحادية البايت ودوائر فك تشفير معقدة، طور مازور مترجمًا بطول 20 بايتًا يُنفذ نفس تعليمات الماكرو. واقترح شيما إضافة مقاطعة جديدة تُفعّل بواسطة دبوس بحيث يمكن التحكم في لوحة المفاتيح عن طريق المقاطعات. كما عدّل تعليمة العودة (الرجوع من الإجراء الفرعي) لمسح المُراكم . [ 15 ]

لتحقيق أهداف السعر، كان من المهم أن تكون الشريحة بأصغر حجم ممكن وأن تستخدم أقل عدد من الأطراف. ولأن البيانات كانت 4  بتات ومساحة العناوين 12  بتًا (4096  بايتًا)، لم يكن من الممكن ترتيب الوصول المباشر بأقل من 24  طرفًا تقريبًا. لم يكن هذا الحجم صغيرًا بما فيه الكفاية، لذا اعتمد التصميم على حزمة ثنائية الخطوط (DIP) ذات 16 طرفًا، مع استخدام تقنية تعدد الإرسال لمجموعة واحدة من 4 خطوط. هذا يعني أن تحديد العنوان المطلوب الوصول إليه في ذاكرة القراءة فقط (ROM) يتطلب ثلاث دورات ساعة، ودورتين إضافيتين لقراءته من الذاكرة. عند التشغيل بتردد 1  ميجاهرتز، ستُجري الشريحة العمليات الحسابية على قيم BCD بمعدل 80  ميكروثانية لكل رقم. [ 16 ]

أسفرت المناقشات بين إنتل وبوسيكوم عن تصميم معماري اختزل تصميم بوسيكوم ذي السبع رقاقات إلى تصميم إنتل ذي الأربع رقاقات، والذي يتألف من وحدة المعالجة المركزية، وذاكرة القراءة فقط (ROM)، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وأجهزة الإدخال والإخراج. عُرض هذا التصميم على فريق زائر من المديرين التنفيذيين في بوسيكوم في أكتوبر 1969. وقد أجمعوا على تفوق المفهوم الجديد، ومنحوا إنتل الضوء الأخضر لبدء التطوير. انزعج هوف عندما علم أن العقد يمنح جميع حقوق التصميم لبوسيكوم، على الرغم من أنه صُمم بالكامل داخل إنتل. غادر الفريق بعد ذلك إلى اليابان، بينما بقي شيما في كاليفورنيا حتى ديسمبر، حيث عمل على تطوير العديد من البرامج الفرعية. [ 16 ]

ينضم فاجين

لم يكن لدى هوف ولا مازور، اللذان عملا في مجموعة أبحاث التطبيقات، خبرة في تصميم السيليكون الفعلي، وكانت مجموعة التصميم مثقلة بالفعل بتطوير أجهزة الذاكرة. في أبريل 1970، عيّن ليزلي فاداز ، الذي كان يدير مجموعة تصميم MOS، فيديريكو فاجين من شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات لتولي المشروع. [ 17 ] كان فاجين قد حقق شهرة واسعة بالفعل من خلال قيادته لتطوير تقنية بوابة السيليكون MOS بالكامل وتصميم أول دائرة متكاملة تجارية (IC) مصنوعة منها. كانت هذه التقنية الجديدة ستغير سوق أشباه الموصلات بأكمله.

تتكون الدوائر المتكاملة من عدد من المكونات الفردية، مثل الترانزستورات والمقاومات، التي تُصنع بمزج السيليكون الأساسي مع مواد مُطعِّمة. ويتم ذلك عادةً بتسخين الشريحة في وجود غاز كيميائي ينتشر على سطحها. سابقًا، كانت المكونات الفردية تُوصل معًا لتكوين دائرة باستخدام أسلاك من الألومنيوم تُرسَّب على السطح. ولأن الألومنيوم ينصهر عند 600 درجة مئوية والسيليكون عند 1000 درجة مئوية، كان لا بد من ترسيب المسارات كخطوة أخيرة، مما كان يُعقِّد عملية الإنتاج في كثير من الأحيان.

في عام 1967، نشرت مختبرات بيل ورقة بحثية حول تصنيع ترانزستورات MOS ذات بوابات ذاتية المحاذاة مصنوعة من السيليكون بدلاً من المعدن. مع ذلك، كانت هذه الأجهزة مجرد نموذج أولي ولم يكن بالإمكان استخدامها في تصنيع الدوائر المتكاملة. حوّل فاجين وتوم كلاين هذه الفكرة المثيرة للاهتمام إلى تقنية تصنيع متكاملة لإنتاج دوائر متكاملة موثوقة. كما صمّم فاجين وأنتج الدائرة المتكاملة فيرتشايلد 3708 ، [ 18 ] وهي أول دائرة متكاملة مصنوعة بتقنية SGT، والتي بيعت لأول مرة في نهاية عام 1968، وظهرت على غلاف مجلة Electronics في سبتمبر 1969. [ 19 ] [ 17 ] ساهمت تقنية بوابة السيليكون أيضًا في تقليل تيار التسريب بأكثر من 100 ضعف، مما أتاح إمكانية تصميم دوائر ديناميكية متطورة مثل ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM). بالإضافة إلى ذلك، أمكن استخدام السيليكون عالي التشويب المستخدم في البوابات في التوصيلات البينية، مما حسّن بشكل كبير كثافة الدوائر في الدوائر المتكاملة ذات المنطق العشوائي مثل المعالجات الدقيقة.

أتاحت هذه التقنية إمكانية إجراء التوصيلات البينية في أي مرحلة من مراحل التصنيع. والأهم من ذلك، تم ترسيب الأسلاك باستخدام نفس المعدات المستخدمة في تصنيع باقي المكونات. هذا يعني التخلص من الاختلافات الطفيفة في التصميم بين أنواع الآلات المختلفة. سابقًا، كان لا بد من أن تكون التوصيلات البينية أكبر بكثير من اللازم لضمان تلامس الألومنيوم مع مكونات السيليكون، والتي كانت تتعرض للاختلال بسبب عدم دقة الآلات. مع حل هذه المشكلة، أصبح بالإمكان وضع الدوائر على مسافات أقرب بكثير، مما ضاعف كثافة المكونات على الفور وخفض تكلفتها بنفس القدر. بالإضافة إلى ذلك، كانت أسلاك الألومنيوم تعمل كمكثفات طفيلية تحد من سرعة الإشارة؛ وبدون هذه المكثفات الطفيلية، يمكن للرقائق أن تعمل بسرعات أعلى. [ 20 ] [ 21 ]

في شركة إنتل، بدأ فاجين بتصميم المعالج الجديد باستخدام عملية البوابة ذاتية المحاذاة. بعد أيام قليلة من انضمام فاجين إلى إنتل، وصل شيما من اليابان. شعر شيما بخيبة أمل عندما علم بتوقف المشروع منذ مغادرته في ديسمبر، وأعرب عن قلقه من استحالة الالتزام بجدوله الزمني الأصلي. استجاب فاجين بالعمل حتى ساعات متأخرة من الليل يوميًا، وبقي شيما لمدة ستة أشهر أخرى للمساعدة. انغمس فاجين نفسه في أسابيع عمل امتدت من 70 إلى 80 ساعة. [ 22 ] كانت هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات للوصول إلى كثافة الدوائر المطلوبة. تمثل أحد هذه التحسينات في استخدام "الموصلات المدفونة" [ 23 ] [ 24 ] لتوصيل الأسلاك مباشرة بالمكونات. تمثل تحسين آخر في إيجاد طريقة لإضافة "أحمال التمهيد" باستخدام بوابة السيليكون كجزء من إحدى خطوات التغطية، [ 25 ] مما أدى إلى حذف خطوة واحدة من عملية المعالجة. [ 17 ] لولا هذين الابتكارين من فاجين، لما أمكن تحقيق بنية هوف في شريحة واحدة.

في مرحلة الإنتاج

وحدة المعالجة المركزية Intel 4004 والرقائق المرتبطة بها على لوحة الدوائر من آلة حاسبة Busicom

كانت شركة إنتل تستخدم في ذلك الوقت نظام تسمية للرقاقات يعتمد على رقم مكون من أربعة أرقام لكل مكون. يشير الرقم الأول إلى تقنية التصنيع المستخدمة، ويشير الرقم الثاني إلى الوظيفة العامة، بينما يحدد الرقمان الأخيران الرقم التسلسلي في تطوير هذا النوع من المكونات. وفقًا لهذا النظام، كانت الرقاقات ستُعرف بالأرقام 1302 و1105 و1507 و1202. لكن فاجين رأى أن هذا سيحجب حقيقة أنها تُشكل مجموعة متجانسة، فقرر تسميتها "عائلة 4000". [ 26 ] وكانت الرقاقات الأربع كالتالي:

  • معالج Intel 4001 ، وهو ذاكرة قراءة فقط (ROM) بسعة 256 بايت و4 بت؛
  • معالج Intel 4002 ، ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) مع أربعة سجلات 20- nibble (الحجم الإجمالي 40 بايت)؛
  • شريحة الإدخال/الإخراج Intel 4003 ، التي تتضمن مسجل إزاحة ثابت 10 بت مع مخارج تسلسلية ومتوازية؛ و
  • وحدة المعالجة المركزية Intel 4004 .

يمكن لنظام موسع بالكامل أن يدعم 16 معالج Intel 4001 بسعة إجمالية قدرها 4  كيلوبايت من ذاكرة القراءة فقط (ROM)، و16 معالج Intel 4002 بسعة إجمالية قدرها 1280 نبلة (640 بايت) من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وعددًا غير محدود من معالجات 4003. كانت معالجات 4003 متصلة بدبابيس إدخال وإخراج قابلة للبرمجة على معالج 4001، وبدبابيس إخراج على معالج 4002، وليس مباشرة بوحدة المعالجة المركزية (CPU). [ 10 ]

بوسيكوم 141-PF

بعد اكتمال التصميم، عاد شيما إلى اليابان ليبدأ ببناء نموذج أولي للآلة الحاسبة. تمت معالجة أولى رقائق 4001 في أكتوبر 1970، [ 17 ] تلتها رقائق 4003 و4002 في نوفمبر. تبين أن 4002 يعاني من مشكلة بسيطة تم إصلاحها بسهولة. وصلت أولى رقائق 4004 في نهاية ديسمبر، وكانت معطلة تمامًا. عند فحص الشريحة، وجد فاجين أن خطوة تصنيع التلامس المدفون قد تم إغفالها. تم تصنيع دفعة ثانية في يناير 1971، وعملت 4004 كما هو متوقع باستثناء مشكلتين بسيطتين.

كان فاجين يرسل عينات من هذه الرقائق إلى شيما فور وصولها في فبراير 1971. [ 4 ] وفي أبريل من ذلك العام، علموا أن النموذج الأولي للآلة الحاسبة يعمل. وفي وقت لاحق من ذلك الشهر، أرسلت شيما إلى إنتل الأقنعة النهائية لذاكرة القراءة فقط 4001، وبذلك اكتمل التصميم. تألف التصميم من رقاقة 4004 واحدة، ورقاقتين 4002، وثلاث رقاقات 4003، وأربع رقاقات 4001. وقد وفرت رقاقة 4001 إضافية وظيفة الجذر التربيعي الاختيارية. أُضيف تعديل أخير بعد أن اكتشف فاجين مشكلة في الرقاقتين 4001 و4002 تحدث فقط عندما تكون الرقاقات ساخنة. وقد حلّت إضافة دائرة فك تشفير سجلات جديدة في كلتيهما المشكلة. بدأ الإنتاج بكميات كبيرة في أغسطس 1971. [ 27 ]

تسويق 4004

إعلان عن جهاز إنتل 4004 في مجلة الأخبار الإلكترونية عام 1971

خلال مكالمة مع شيما، علم فاجين أن شركة بوسيكوم تعاني من ضائقة مالية، وأنها ستفلس على الأرجح إذا لم يتم تخفيض سعر الشريحة. عندئذٍ، أقنع فاجين نويس بتخفيض السعر مقابل إعفاء إنتل من اتفاقية الحصرية. في مايو 1971، وافقت بوسيكوم على ذلك، بشرط عدم استخدام الشريحة في أي مشروع آلة حاسبة آخر، وأن تسدد إنتل تكاليف التطوير البالغة 60,000 دولار. [ 27 ] مع هذا التغيير في استراتيجية التسويق، تم تغيير اسم عائلة الشريحة إلى MCS-4 ، اختصارًا لـ "نظام الحاسوب الصغير، 4 بت". [ 26 ]

كانت إدارة إنتل متشككة في قدرة فريق المبيعات على شرح المنتج للعملاء. ونظرًا لنجاح إنتل في سوق الذاكرة، فقد انتابهم القلق من أن يُربك منتج 4004 السوق، وترددوا في الإعلان عنه. [ 27 ] كما خافوا من أن ينظر عملاء إنتل الحاليون إلى المنتج الجديد على أنه منافس، فيشتروا الذاكرة من المنافسين بدلًا منه. [ 28 ] وكان هوف ومازور قلقين أيضًا من أن قيود التصميم ستجعله أقل جاذبية للمستخدمين الذين اعتادوا على الحواسيب الصغيرة الجديدة ذات 16 بت التي دخلت السوق آنذاك. [ 29 ]

تغير كل هذا في صيف عام 1971، عندما تولى إد جيلباخ، الذي كان يعمل سابقًا في شركة تكساس إنسترومنتس ، إدارة قسم التسويق وبدأ على الفور في وضع خطط للإعلان عن المنتج رسميًا. [ 29 ] وقد حدث ذلك في نوفمبر 1971 عندما نشرت شركة إنتل إعلانات بعنوان "الإعلان عن حقبة جديدة من الإلكترونيات المتكاملة"، [ 30 ] والتي ظهرت لأول مرة في عدد 15 نوفمبر من مجلة " إلكترونيك نيوز" . [ 31 ]

8008

أصبح المعالج 4004 أول معالج دقيق تجاري متاح للاستخدام العام. [ أ ] كاد هذا ألا يكون هو الحال. [ 29 ]

في ديسمبر 1969، تواصلت شركة Computer Terminal Corporation (CTC) مع شركة إنتل لإنتاج شريحة ذاكرة ثنائية القطب مخصصة لجهاز طرفي حاسوبي كانوا يصممونه، وهو Datapoint 2200. درس مازور وهوف تصميم وحدة المعالجة المركزية الخاصة بهما وخلصا إلى أنها ليست أكثر تعقيدًا من وحدة 4004، وأنه يمكن تنفيذها كوحدة معالجة مركزية أحادية الشريحة ذات 8 بت. [ 16 ] قبل أسابيع قليلة من تعيين فاجين، في مارس 1970، عيّنت إنتل هال فيني لتصميم Intel 8008 ، الذي كان يُسمى آنذاك 1201، وفقًا لاتفاقية تسمية إنتل. ومع ذلك، قررت CTC المضي قدمًا في البداية بتنفيذ TTL تقليدي لوحدة المعالجة المركزية الخاصة بها، وتم تخفيض أولوية المشروع. تم تكليف فيني بمشاريع أخرى، وانتهى به الأمر في النهاية بمساعدة فاجين في اختبار شرائح عائلة 4000. [ 32 ]

في يناير 1971، أُعيد فيني إلى العمل على معالج 1201 تحت إشراف فاجين، وأصبحت رقائق الإنتاج متاحة في مارس 1972. وفي مايو، قام هوف ومازور بجولة تعريفية في الولايات المتحدة الأمريكية لتقديم تصميمي المعالجين. تمثلت المفاضلات بين التصميمين في أن معالج 4004، بذاكرته ورقائق الإدخال/الإخراج الخاصة به، سهّل بناء نظام حاسوبي متكامل، بينما تميز معالج 8008 بمرونة أكبر،  ومساحة عناوين أكبر تبلغ 16 كيلوبايت، وتوفيره لعدد أكبر من التعليمات. ومن الفروقات الجوهرية أنه بينما كان بالإمكان بناء نظام 4004 بسيط باستخدام شريحتين فقط، واحدة من معالج 4004 والأخرى من معالج 4001 (ذاكرة قراءة فقط 256 بايت)، فإن معالج 8008 كان يتطلب 20 مكونًا إضافيًا على الأقل من نوع TTL للتفاعل مع الذاكرة ووظائف الإدخال/الإخراج. [ 32 ]

استُخدم التصميمان في أدوار مختلفة. استُخدم التصميم 4004 عندما كانت تكلفة التنفيذ هي الشاغل الرئيسي، وأصبح شائع الاستخدام في وحدات التحكم المدمجة لتطبيقات مثل أفران الميكروويف وإشارات المرور وما شابهها. أما التصميم 8008، فقد استُخدم في الغالب في التطبيقات التي يبرمجها المستخدم، مثل محطات الحاسوب والحواسيب الصغيرة وما شابهها. ولا يزال هذا التباين في الوظائف قائمًا حتى اليوم، حيث يُعرف التصميم الأول باسم وحدة التحكم الدقيقة . [ 32 ]

وصف

كانت شركة National Semiconductor مصدرًا ثانيًا لتصنيع 4004، تحت رقم الجزء الخاص بها INS4004. [ 33 ]

يستخدم المعالج 4004 تقنية pMOS ذات بوابة سيليكونية محسّنة بقياس 10 ميكرومتر على شريحة مساحتها 12 مم² [ 34 ] ويمكنه تنفيذ ما يقارب92000 تعليمة في الثانية ؛ دورة التعليمات الواحدة هي 10.8 ميكروثانية . [ 35 ] كان الهدف الأصلي لتصميم معدل الساعة هو 1  ميجاهرتز، وهو نفس معدل ساعة IBM 1620 Model I.

تم تصنيع معالج Intel 4004 باستخدام أقنعة تم إنتاجها عن طريق قص كل نمط فعليًا بتكبير 500 مرة على لوح كبير من مادة Rubylith ، ثم تصغيره ضوئيًا، وتكرار العملية، وهي عملية أصبحت بالية بفضل إمكانيات تصميم الرسومات الحاسوبية الحالية. [ 36 ]

لغرض اختبار الرقائق المنتجة، طوّر فاجين جهاز اختبار لرقائق السيليكون من عائلة MCS-4، والذي كان يعمل بدوره بواسطة شريحة 4004. كما أثبت جهاز الاختبار للإدارة أن معالج إنتل 4004 الدقيق يمكن استخدامه ليس فقط في المنتجات الشبيهة بالآلات الحاسبة، بل أيضًا في تطبيقات التحكم. [ 37 ]

تتضمن وحدة المعالجة المركزية 4004 وظائف للتحكم المباشر منخفض المستوى في اختيار شريحة الذاكرة وعمليات الإدخال/الإخراج، وهي وظائف لا يتولاها المعالج الدقيق عادةً؛ ومع ذلك، فإن وظائفها محدودة، إذ لا يمكنها تنفيذ التعليمات البرمجية من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وتقتصر على التعليمات الموجودة في ذاكرة القراءة فقط (ROM) (أو ذاكرة RAM مُحمّلة بشكل مستقل تعمل كذاكرة ROM - في كلتا الحالتين، لا يستطيع المعالج نفسه كتابة البيانات أو نقلها إلى مساحة ذاكرة قابلة للتنفيذ). كما أن شرائح ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM) غير معتادة في دمج وظائف الإدخال/الإخراج مع وظيفة الذاكرة الأساسية. وقد قلل هذا التقسيم بشكل كبير من الحد الأدنى لعدد المكونات في نظام MCS-4، ولكنه تطلب تضمين قدر معين من المنطق الشبيه بالمعالج على شرائح الذاكرة نفسها لقبول تعليمات نقل البيانات عالية المستوى نسبيًا وفك تشفيرها وتنفيذها.

يتكون النظام القياسي 4004 من ما يصل إلى 16 شريحة ذاكرة قراءة فقط (ROM) من نوع 4001 (في بنك واحد) و16 شريحة ذاكرة وصول عشوائي (RAM) من نوع 4002 (في أربعة بنوك، كل بنك يحتوي على أربع شرائح)، والتي توفر مجتمعةً  مساحة تخزين للبرنامج تبلغ 4 كيلوبايت، و1024 + 256 نبلة لتخزين البيانات/الحالة، بالإضافة إلى 64 خط إخراج و64 خط إدخال/إخراج خارجي للبيانات/التحكم (والتي يمكن استخدامها بدورها للتشغيل، كما في النظام 4003). مع ذلك، تدّعي وثائق MCS-4 من إنتل أنه يمكن توصيل ما يصل إلى 48 شريحة ذاكرة قراءة فقط (ROM) وذاكرة وصول عشوائي (RAM) (مما يوفر ما يصل إلى 192 خط تحكم خارجي) "بأي تركيبة" بالنظام 4004 "باستخدام أجهزة تحكم بسيطة"، لكنها تمتنع عن تقديم أي تفاصيل أو أمثلة إضافية حول كيفية تحقيق ذلك عمليًا.

المواصفات الفنية

مخطط الكتلة المعمارية لمعالج Intel 4004
مخطط توصيل شريحة Intel 4004 DIP
معالج Intel 4004 مفتوح
  • يبلغ الحد الأقصى لتردد الساعة 740 كيلوهرتز . وكان هذا هو الحد الأقصى لتردد الساعة في جهاز 4004 عند إصداره الأولي عام 1971. [ ب ] 
  • زمن دورة التعليمات : الحد الأدنى 10.8  ميكروثانية [ 35 ] (8 دورات ساعة لكل دورة آلة).
  • زمن تنفيذ التعليمات دورة واحدة أو دورتين من دورات الآلة (10.8 أو 21.6  ميكروثانية)،46250 إلى​92500 تعليمة في الثانية.
    • تستغرق عملية جمع عددين عشريين مكونين من 8 أرقام (32 بت لكل منهما، بافتراض أن أرقام BCD مكونة من 4 بت) 850  ميكروثانية، أو ما يقرب من 79 دورة معالجة (632 نبضة ساعة)، بمتوسط ​​أقل بقليل من 10 دورات (80 نبضة) لكل زوج من الأرقام وسرعة تشغيل تبلغ 1176 × عمليات جمع مكونة من 8 أرقام في الثانية [ ج ]
  • تخزين منفصل للبرنامج والبيانات. على عكس تصميمات بنية هارفارد ، التي تستخدم ناقلات منفصلة ، ​​فإن المعالج 4004، نظرًا لحاجته إلى تقليل عدد الأطراف، يستخدم ناقلًا واحدًا متعدد الإرسال رباعي البتات لنقل البيانات.
    • عناوين 12 بت،
    • تعليمات 8 بت،
    • كلمات بيانات مكونة من 4 بت .
  • قادر على الوصول المباشر إلى 5120 بت (ما يعادل 640 بايت) من ذاكرة الوصول العشوائي، مخزنة على شكل 1280 "حرفًا" من 4 بت، ومنظمة في مجموعات تمثل 1024 حرفًا "بيانات" و256 حرفًا "حالة" (512 و128 بايت على التوالي). [ د ]
  • قادر على معالجة الأمر مباشرة32768 بت من ذاكرة القراءة فقط (ROM)، تعادل 4096 كلمة من 8 بت (أي بايتات) ومرتبة على هذا النحو. [ هـ ]
  • احتوت مجموعة التعليمات على 46 تعليمة (منها 41 تعليمة من 8 بتات وخمسة من 16 بتًا).
  • تحتوي مجموعة السجلات على مُجمِّع و16 سجل فهرسة، كل منها مكون من 4 بتات.
  • مكدس الروتينات الفرعية الداخلية ، بعمق ثلاثة مستويات.

مستويات المنطق

رمزدقيقة.الأعلى
V SS–DD+15  فولت - 5%+15  فولت + 5%
V ILV DDV SS − 5.5  فولت
V IHV SS − 1.5  VV SS + 0.3  V
المجلد​V SS − 12  VV SS − 6.5  فولت
V OHV SS − 0.5  VV SS

لم يستخدم جهاز 4004 مستويات TTL الشائعة . عند تشغيله بمصدر  طاقة +15 فولت، تتراوح جهود خرج المنطق، كحد أدنى، من 8.5  فولت إلى 14.5  فولت، محسوبة من VDD . ويتطلب الدخل نطاق جهد أدنى يتراوح من 9.5  فولت إلى 13.5  فولت.

رقائق الدعم

  • 4001: ذاكرة قراءة فقط (ROM) بسعة 256 بايت (256 تعليمة برمجية، كل منها 8 بت ) ومنفذ إدخال /إخراج مدمج واحد بسعة 4 بت . لا يمكن استخدام شريحة 4001 ROM+I/O في نظام واحد مع زوج من شرائح 4008/4009. [ 38 ]
  • 4002: ذاكرة وصول عشوائي (RAM) سعة 40 بايت (80 كلمة بيانات 4 بت ) ومنفذ إخراج مدمج واحد 4 بت؛ يتم تنظيم جزء ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من الشريحة في 4 "سجلات" من 20 كلمة 4 بت:
    • 16 كلمة بيانات (تُستخدم لأرقام الجزء الكسري في تصميم الآلة الحاسبة الأصلي)، يتم الوصول إليها بطريقة قياسية نسبياً،
    • 4 كلمات حالة (تستخدم لأرقام الأس والإشارات في تصميم الآلة الحاسبة الأصلي)، يتم الوصول إليها باستخدام أوامر نوع الإدخال/الإخراج بدلاً من قناة إدخال ذاكرة القراءة فقط (ROM).
  • 4003: مسجل إزاحة إخراج متوازي ذو 10 بت لمسح لوحات المفاتيح والشاشات والطابعات وما إلى ذلك.
  • 4008: مزلاج عنوان 8 بت للوصول إلى رقائق الذاكرة القياسية ومنفذ اختيار رقاقة مدمج 4 بت ومنفذ إدخال/إخراج.
  • 4009: محول الوصول إلى البرنامج والإدخال/الإخراج إلى رقائق الذاكرة والإدخال/الإخراج القياسية.
  • 4269: واجهة لوحة المفاتيح/الشاشة.
  • 4289: واجهة الذاكرة (وظائف مشتركة بين 4008 و 4009).

يتألف الحد الأدنى من مواصفات النظام التي حددتها إنتل من معالج 4004 مزود بذاكرة قراءة فقط (ROM) واحدة للبرنامج 4001 بسعة 256 بايت. لا حاجة صريحة لذاكرة وصول عشوائي (RAM) منفصلة في التطبيقات ذات التعقيد الأدنى، وذلك بفضل العدد الكبير من سجلات الفهرسة المدمجة في معالج 4004، والتي تعادل 16 حرفًا  من نوع 4 بت أو 8  أحرف من نوع 8 بت (أو مزيج منهما) من ذاكرة الوصول العشوائي العاملة. كما لا حاجة لرقائق واجهة بسيطة بفضل خطوط الإدخال/الإخراج المدمجة في ذاكرة القراءة فقط. مع ذلك، كلما ازداد تعقيد المشروع، تبدأ رقائق الدعم الأخرى المختلفة في اكتساب فائدة.

التغليف

تم إنتاج العديد من إصدارات معالجات Intel MCS-4. كانت الإصدارات الأولى، التي تحمل الرمز C (مثل C4004)، مصنوعة من السيراميك وتتميز بنمط خطوط متداخلة باللونين الأبيض والرمادي على ظهر الرقائق، تُعرف غالبًا باسم "الخطوط الرمادية". أما الجيل التالي من الرقائق فكان مصنوعًا من السيراميك الأبيض العادي (يحمل الرمز C أيضًا)، ثم السيراميك الرمادي الداكن (D). كما تم إنتاج العديد من الإصدارات الأحدث من عائلة MCS-4 باستخدام البلاستيك (P).

يستخدم

كان أول منتج تجاري يستخدم معالجًا دقيقًا هو آلة حاسبة Busicom 141-PF. ويتذكر شيما أيضًا جهاز صراف آلي وجهاز محاسبة استخدما المعالج 4004. ابتكرت شركة Comstar Corporation حاسوبًا صناعيًا يُستخدم لتعبئة الزجاجات في أوائل عام 1973، معتمدًا على المعالج 4004، والذي تم تسويقه لاحقًا باسم حاسوب Comstar System 4. [ 39 ] [ 40 ] استُخدم المعالج لأول مرة في ألعاب تعمل بالعملات المعدنية، وتحديدًا في لعبة Bally Alley ، التي وزعتها شركة Bally Manufacturing ولكن طورتها شركة Emu Electronics المتعاقدة معها، والتي صدرت عام 1973. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] كما استخدمت شركة Dave Nutting Associates المعالج 4004 لإنتاج نموذج أولي للعبة بينبول يتم التحكم فيها بواسطة معالج دقيق ، وقد عُرضت على شركة Bally باستخدام جهاز Flicker الخاص بها في سبتمبر 1974. [ 44 ]

تقول أسطورة شائعة إن مركبة بايونير 10 ، أول مركبة فضائية تغادر النظام الشمسي، استخدمت معالج إنتل 4004. ووفقًا للدكتور لاري لاشر من مركز أبحاث أميس ، فقد قيّم فريق بايونير معالج 4004، لكنهم قرروا أنه كان حديثًا جدًا في ذلك الوقت بحيث لا يمكن استخدامه في أي من مشاريع بايونير. وقد كرّر فيديريكو فاجين نفسه هذه الأسطورة في محاضرة ألقاها في متحف تاريخ الحاسوب عام 2006. [ 45 ]

في عام 2024، كتب ديمتري غرينبيرغ برنامج محاكاة لمعالج MIPS R3000 ذي 32 بت لجهاز 4004. وقد تمكن من بناء لوحة دوائر باستخدام وحدة معالجة مركزية 4004، وإحدى عشرة شريحة ذاكرة وصول عشوائي 4002، وواجهة ذاكرة 4289، وبعض المكونات الحديثة، مما مكّنه من تشغيل نسخة مُبسّطة من نظام دبيان لينكس . وكما هو متوقع، فإن محاكاة معالج 32 بت باستخدام معالج 4 بت عملية بطيئة للغاية. استغرق تشغيل لينكس ما يقارب خمسة أيام. [ 46 ]

تميزت كأول شريحة معالج دقيق متاحة تجاريًا

تم إنتاج تصميمات وحدات المعالجة المركزية متعددة الرقاقات قبل معالج 4004. ففي عام 1969، جمعت رقاقة AL1 من شركة Four-Phase Systems بين المسجلات ووحدة الحساب والمنطق، ولكنها تطلبت وحدة تحكم خارجية. [ 47 ] [ 48 ] أما معالج MP944 متعدد الرقاقات، والمبني على مجموعة رقاقات من ست رقاقات فريدة (فصلت منطق التوجيه والحساب وتخزين البيانات الوسيطة في رقاقات منفصلة)، فقد اكتمل في عام 1970 لطائرة F-14 المقاتلة كجزء من حاسوبها المركزي لبيانات الطيران (F-14 CADC)، ولكنه ظل سريًا حتى عام 1998. في المقابل، جمع معالج 4004 فك تشفير التعليمات والحساب وتوجيه النتائج وتخزين المسجلات جميعها على نفس الرقاقة.

في 17 سبتمبر 1971 (قبل شهرين من إطلاق 4004)، أُعلن عن جهاز TMS0100 من شركة تكساس إنسترومنتس (والذي كان يُعرف سابقًا باسم TMS1802NC) باعتباره "آلة حاسبة على شريحة" تجمع بين وحدة معالجة مركزية وذاكرة وصول عشوائي وبرنامج مخزن في ذاكرة للقراءة فقط. ورغم تسويقه على أنه "قابل للبرمجة بالكامل"، إلا أن هذه البرمجة كانت تتطلب تغيير قناع ضوئي أثناء عملية التصنيع. [ 49 ] ويُعتبر هذا الجهاز، إلى جانب خليفته TMS1000 الذي صدر عام 1974 (والذي استخدم أيضًا ذاكرة قراءة فقط مبرمجة مسبقًا )، أول أجهزة تحكم دقيقة - حاسوب على شريحة لا يحتوي فقط على وحدة المعالجة المركزية، بل أيضًا على ذاكرة قراءة فقط وذاكرة وصول عشوائي ووظائف إدخال/إخراج لأداء وظيفة محددة. [ 50 ] [ 51 ] على الرغم من أن مكتب براءات الاختراع الأمريكي اعترف بمصممها عام 1996 كمخترع وحدة التحكم الدقيقة، إلا أن وحدات التحكم الدقيقة تعمل عمومًا ببرنامج داخلي ثابت ولا يمكن إعادة برمجتها بسهولة، ولذلك تُفرَّق عن المعالجات الدقيقة. [ 52 ] ولكن نظرًا لأن وحدة التحكم الدقيقة 4004 تُنفِّذ التعليمات من ذاكرة خارجية ، فيمكن استخدامها في حاسوب متعدد الأغراض سهل البرمجة، ولذلك تُفرَّق كمعالج دقيق. [ 47 ]

وفقًا لنيك تريدينيك ، مصمم المعالجات الدقيقة والخبير الشاهد في قضية براءة الاختراع لعام 1996: [ 53 ]

فيما يلي آرائي المستقاة من الدراسة التي أجريتها لقضية براءة الاختراع. كان أول معالج دقيق يُستخدم في منتج تجاري هو معالج Four-Phase Systems AL1 . أما أول معالج دقيق متوفر تجاريًا (يُباع كمكون) فكان معالج Intel 4004.

الإرث والقيمة

توجد الأحرف الأولى "FF" في الزاوية السفلية اليمنى من وحدة المعالجة المركزية.
ساعة إنتل 4004 – الذكرى السنوية الخامسة والعشرون لـ 4004

وقّع فيديريكو فاجين على المعالج 4004 بأحرف اسمه الأولى لأنه كان يعلم أن تصميم بوابة السيليكون الخاص به يجسد "جوهر المعالج الدقيق". ويظهر على زاوية الشريحة الحرفان "FF" [ 26 ].

في نوفمبر 1996 - الذكرى السنوية الخامسة والعشرين للمعالج الدقيق - وزعت شركة إنتل على موظفيها في الولايات المتحدة ساعة نحاسية تحتوي على شريحة معالج دقيق 4004. [ 54 ] [ 55 ]

في الخامس عشر من نوفمبر عام 2006، بمناسبة الذكرى السنوية الخامسة والثلاثين لمعالج Intel 4004، احتفلت شركة Intel بنشر مخططات الشريحة ، ونماذجها ، ودليل المستخدم . [ 56 ] وتم بناء نموذج طبق الأصل يعمل بكامل طاقته، بأبعاد 41 × 58  سم، [ 57 ] أي بمقياس 130 ضعفًا، لمعالج Intel 4004 باستخدام ترانزستورات منفصلة ، ​​وعُرض في عام 2006 في متحف Intel في سانتا كلارا ، كاليفورنيا. [ 58 ]

في 15 أكتوبر 2010، مُنح فاجين وهوف ومازور الميدالية الوطنية للتكنولوجيا والابتكار من قبل الرئيس باراك أوباما لعملهم الرائد في 4004. [ 59 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ تم تصميم أو بناء العديد من المعالجات الدقيقة بحلول هذه المرحلة، ولكنها لم تكن متاحة للشراء خارج المنتجات التي كانت جزءًا منها.
  2. ↑ على الرغم من أن الوثائق المبكرة تنص على "0.75 ميجاهرتز"، إلا أن هذا يتعارض مع مخططات التوقيت، التي تحدد الحد الأدنى لوقت الدورة الإجمالي بـ 1350 نانوثانية (=741 كيلوهرتز) والحد الأقصى بـ 2010 نانوثانية (=498 كيلوهرتز).
  3. ↑ هذه الإحصائية مأخوذة من نفس الوثيقة التي ورد فيها ادعاء "0.75 ميجاهرتز"، ويبدو أنها تُقرّب الأرقام الحقيقية بشكل غير دقيق لأغراض التلخيص. 850 ميكروثانية مع حد أدنى لزمن الدورة يبلغ 10.8 ميكروثانية تعني في الواقع 78.7 دورة معالجة، أو ما يقارب 629 نبضة ساعة. وبما أن المعالج مُقيد بدورة من 8 نبضات، فمن المرجح أن تستغرق هذه العملية 79 أو حتى 80 دورة كاملة، أي ما بين 632 و640 نبضة، وما بين 853 و864 ميكروثانية (أو ما بين 854 و865 ميكروثانية عند تردد حقيقي يبلغ 740 كيلوهرتز)، مما يُقلل سرعة التنفيذ الفعلية إلى 1157-1172 (أو 1156-1171) عملية جمع لثمانية أرقام في الثانية.
  4. ↑ مع ذلك، كان بالإمكان استخدام هذه الذاكرة فقط كذاكرة عمل/بيانات، ولم تكن قابلة للتنفيذ: إذ لم يكن بالإمكان تخزين أو تشغيل شفرة البرنامج من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، لأن المعالج كان يفصل بين منطقتي الذاكرة بشكل صارم. وكان جلب التعليمات يُجبر على تفعيل خط اختيار شريحة ذاكرة القراءة فقط (وإلغاء تفعيل خطوط اختيار ذاكرة الوصول العشوائي)، ولم يكن لدى الشريحة أي وسيلة "لكتابة" البيانات إلى أي شيء آخر غير منفذ الإدخال/الإخراج أثناء تحديد منطقة ذاكرة القراءة فقط.
  5. ↑ الجزء الوحيد من مساحة الذاكرة 4004 القادر على تخزين التعليمات البرمجية القابلة للتنفيذ، على الرغم من أنه قابل للاستخدام أيضًا للتخزين للأغراض العامة.

مراجع

  1. ↑ "دورة حياة وحدة المعالجة المركزية" . www.cpushack.com .
  2. ↑ "CPU-Zone MCS-4" . www.cpu-zone.com . تاريخ الاسترجاع: 21-04-2025 .
  3. ↑ "مجموعة الحواسيب الصغيرة Intel - MCS-4، نوفمبر 1971" (ملف PDF) . معالم IEEE .
  4. 1 2 3 4 "إعلان عن حقبة جديدة من الإلكترونيات المتكاملة: معالج إنتل 4004" . إنتل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 مارس 2025 .
  5. ↑ "معالج Intel 4004 وتقنية بوابة السيليكون: النموذج الهندسي الأولي من Busicom" . Intel4004.com .
  6. ↑ أسبري، ويليام (25 مايو 1994). "التاريخ الشفوي: تاداشي ساساكي" . مقابلة رقم 211 لمركز تاريخ الهندسة الكهربائية . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . تاريخ الاسترجاع: 2 يناير 2013 .
  7. ↑ "آلة حاسبة إلكترونية من طراز أوليفيتي بروجراما 101" . متحف الآلات الحاسبة القديمة على الإنترنت . من الناحية الفنية، كانت الآلة آلة حاسبة قابلة للبرمجة، وليست جهاز كمبيوتر.
  8. ↑ "2008/107/1 حاسوب، برنامج 101، ووثائق (3)، مكونات بلاستيكية/معدنية/ورقية/إلكترونية، تصميم المهندس المعماري بيير جورجيو بيروتو، تصميم ماريو بيليني، صنع أوليفيتي، إيطاليا، 1965-1971" . www.powerhousemuseum.com . تاريخ الاسترجاع: 20 مارس 2016 .
  9. ^ فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 10.
  10. 1 2 3 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 11.
  11. 1 2 3 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 12.
  12. ↑ ربما يكون قد خلط بين اسم بليسي واسم ماسي فيرغسون ، الشركة المصنعة للآلات الزراعية.
  13. ↑ ثلاث دقائق مع... (20 نوفمبر 2014). ثلاث دقائق مع... معالج إنتل 4004. يوتيوب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 مارس 2025 .{{cite AV media}}: صيانة CS1: الأسماء الرقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  14. ^ فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 13.
  15. ^ فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 14.
  16. 1 2 3 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 15.
  17. 1 2 3 4 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 16.
  18. ↑ فاجين، فيديريكو. "جيل أسرع من أجهزة MOS ذات عتبات منخفضة يركب قمة الموجة الجديدة، دوائر متكاملة ببوابة سيليكون" . تم الاسترجاع في 3 يونيو 2017 .
  19. ↑ فاجين، فيديريكو. " أقدم الأوراق المنشورة " . تم الاسترجاع في 2017-06-03 .
  20. ↑ فاجين، فيديريكو. "المنهجية الجديدة لتصميم المنطق العشوائي" . تم الاسترجاع في 2017-06-03 .
  21. ↑ فيديريكو فاجين، تي. كلاين (1970). "تقنية البوابة السيليكونية". إلكترونيات الحالة الصلبة . المجلد 13. الصفحات 1125-1144
  22. ↑ كاس، ستيفان (2021). "معالج إنتل 4004 يبلغ من العمر 50 عامًا". مجلة IEEE Spectrum . 58 (11): 9-10 .
  23. ↑ فاجين، فيديريكو. "الاتصال المدفون" . تم الاسترجاع في 2017-06-03 .
  24. ↑ "تفاصيل المكرم". قاعة مشاهير المخترعين الوطنيين. 25 يوليو 2016.
  25. ↑ فاجين، فيديريكو. "حمل التمهيد" . تم الاسترجاع في 2017-06-03 .
  26. 1 2 3 "توقيع فيديريكو فاجين" . Intel4004.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2012 .
  27. 1 2 3 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 17.
  28. ↑ "الذكرى السنوية الخامسة والثلاثون لمعالج إنتل 4004" . يوتيوب . 16-11-2007.
  29. 1 2 3 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 18.
  30. ↑ كاس، ستيفن (2018-07-02). "قاعة مشاهير الرقائق: معالج إنتل 4004" . تم الاسترجاع في 2019-02-05 .
  31. ↑ جيلدر ، جورج (1990). العالم المصغر: الثورة الكمومية في الاقتصاد والتكنولوجيا . سايمون وشوستر. ص 107. ISBN  978-0-671-70592-3ظهر أول إعلان لشركة إنتل عن معالج 4004 في عدد 15 نوفمبر 1971 من مجلة Electronic News
  32. 1 2 3 فاجين وآخرون. 1996 ، ص. 19.
  33. ↑ عائلة معالجات Intel 4004 الدقيقة ، تم استرجاعها في 14 ديسمبر 2011.
  34. ↑ "تاريخ الحوسبة: العصر الصناعي 1970-1971" . 19 أكتوبر 2010. مؤرشف من الأصل في 25 يونيو 2012. تم الاطلاع عليه في 5 مايو 2016. في فبراير ، طرحت شركة إنتل المعالج الدقيق 4004 في الأسواق. يتميز بحجم شريحة يبلغ 12 مم مربعًا و16 طرفًا، ما يجعله متوافقًا مع اللوحات الأم.
  35. 1 2 "ورقة بيانات Intel 4004" (ملف PDF) (نُشرت في 6 يوليو 2010). 1987. مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) في 1 يونيو 2011. تم الاطلاع عليها في 18 ديسمبر 2020 .
  36. ↑ "ثورة إنتل العرضية" . CNet.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يوليو 2009 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  37. ↑ هندري، غاردنر (2006). "التاريخ الشفوي لفيديريكو فاجين" (ملف PDF) . متحف تاريخ الحاسوب. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10 يناير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يناير 2017 .
  38. ↑ قسم هام في الصفحة 25: http://www.intel.com/Assets/PDF/Manual/msc4.pdf .
  39. ↑ "أجهزة الكمبيوتر الصغيرة من إنتل". الإلكترونيات : 44-45 .
  40. ↑ "حاسوب صغير موجه لمستخدمي تطبيقات الاستشعار". مجلة Computerworld الأسبوعية لمجتمع الحاسوب . 7 (34): 20. 22-08-1973.
  41. ↑ "لعبة بولينج بالي باوز متعددة الأغراض". صندوق النقود : 71. 10-11-1973.
  42. ↑ "التحكم بواسطة وحدة تحكم دقيقة في لعبة البولينج". ملخص الحواسيب الصغيرة . 1 (8): 7-8 . فبراير 1975.
  43. ↑ "إفادة كولين إدوين فوستر أثناء الاستجواب الشفهي" . شركة بالي للتصنيع ضد شركة دي. غوتليب وشركاه وآخرون . محكمة الولايات المتحدة للمنطقة الشمالية من إلينوي، القسم الشرقي. 5 أكتوبر 1979. تاريخ الاطلاع: 25 سبتمبر 2025 .
  44. ↑ سميث، ألكسندر (27 نوفمبر 2019). يصنعون العوالم: قصة الأشخاص والشركات التي شكلت صناعة ألعاب الفيديو . المجلد 1: 1971-1982. دار نشر CRC . الصفحات 269-272 . ISBN   978-1-138-38990-8.
  45. ↑ "الذكرى السنوية الخامسة والثلاثون لمعالج إنتل 4004" . يوتيوب. 16 نوفمبر 2007. تاريخ الاطلاع: 6 يوليو 2011 .
  46. ^ ديمتري، جرينبرج. "لينكس/4004" . تم الاسترجاع بتاريخ 25-09-2024 .
  47. 1 2 شريف، كين (30 أغسطس 2016). "القصة المدهشة لأولى المعالجات الدقيقة - مجلة IEEE Spectrum" . مجلة IEEE Spectrum . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 ديسمبر 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 ديسمبر 2024 .
  48. ↑ شريف، كين (2015). "معالج تكساس إنسترومنتس TMX 1795: المعالج الدقيق (شبه) الأول المنسي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-12-2024 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2024 .
  49. ↑ وورنر، يورغ (16-11-2001). "الآلة الحاسبة على شريحة"متحف آلات حاسبة داتاماث . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-03-2016 .
  50. ↑ وورنر، يورغ (26 فبراير 2001). "شركة تكساس إنسترومنتس: مخترعو المتحكم الدقيق" . متحف داتاماث للحاسبات . تاريخ الاسترجاع: 22 مارس 2016 .
  51. ↑ ليبسون، ستيفن (21 نوفمبر 2022). "تاريخ المتحكمات الدقيقة المبكرة، الجزء الثاني: جهاز تكساس إنسترومنتس TMS1000" . مجلة الهندسة الكهربائية . مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2024. تم الاطلاع عليه في 29 ديسمبر 2024 .
  52. ↑ ماركوف، جون (20 يونيو 1996). "لشركة تكساس إنسترومنتس بعض حقوق التباهي" . نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 9 ديسمبر 2024. تم الاطلاع عليه في 29 ديسمبر 2024 .
  53. ↑ "رسالة دكتوراه 2004" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 14 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2017 .
  54. ↑ ساعة إنتل 4004 - الذكرى السنوية الخامسة والعشرون للمعالج الدقيق (1996)
  55. ↑ "استكشف تاريخ إنتل - 25 عامًا من المعالج الدقيق" .
  56. ↑ مواد تاريخية عن معالج Intel 4004 ، متحف Intel ، 15 نوفمبر 2009، تم الاطلاع عليه في 18 نوفمبر 2009
  57. ↑ "4004 @ 44: عمل فني لقناع SVG؛ لوحة دوائر مطبوعة جديدة طبق الأصل من Busicom 141-PF؛ محاكي طابعة" . 2015-11-20 . تم الاسترجاع في 2016-05-05 .
  58. ↑ "مشروع الذكرى السنوية الخامسة والأربعين لجهاز إنتل 4004" . 15-11-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2-4-2016 . يتضمن المشروع نسخًا طبق الأصل كاملة الوظائف بمقياس 130 ضعفًا لجهاز 4004، تم بناؤها باستخدام ترانزستورات منفصلة، ​​ولوحات مفاتيح ومفاتيح منزلقة متينة تضاهي جودة المتاحف، بالإضافة إلى إلكترونيات عرض الفيديو.
  59. ↑ «الرئيس أوباما يُكرّم أبرز علماء ومبتكري البلاد» . whitehouse.gov (بيان صحفي). 15 أكتوبر 2010 – عبر الأرشيف الوطني .

مصادر

فهرس

  • فاجين، فيديريكو؛ هوف، مارسيان الابن. مازور، ستانلي. شيما ماساتوشي (ديسمبر 1996). “تاريخ 4004”. آي إي إي مايكرو . 16 (6): 10– 20. بيب كود : 1996IMicr..16f..10F . دوى : 10.1109/40.546561 .
  • فيديريكو فاجين: تقنية بوابة السيليكون MOS وأول المعالجات الدقيقة المنشورة في مجلة La Rivista del Nuovo Cimento من قبل الجمعية الفيزيائية الإيطالية والجمعية الفيزيائية الأوروبية، 8 أكتوبر 2015، المجلد 38، العدد 12 (الصفحات 575-619)
  • فيديريكو فاجين: السيليكون: من اختراع المعالج الدقيق إلى علم الوعي الجديد. سيرة ذاتية من رائد ومطور رئيسي لتقنية بوابة السيليكون وأولى مشاريع المعالجات الدقيقة، ومؤسس شركة زيلوج ومطور وحدة المعالجة المركزية Z80. من إنتاج شركة ووترسايد برودكشنز عام 2020.

براءات الاختراع

  • US 3753011  14 أغسطس 1973. فاجين، فيديريكو: دائرة ثنائية الاستقرار قابلة للضبط لمصدر الطاقة.
  • US 3821715  28 يونيو 1974. هوف، مارسيان؛ مازور، ستانلي؛ فاجين، فيديريكو: نظام ذاكرة للحاسوب الرقمي متعدد الرقائق.

وثائق تاريخية

أقدم الوثائق المتعلقة بتقنية بوابة السيليكون MOS التي مكّنت من إنتاج 4004

  • فاجين، ف.، كلاين، ت.، وفاداسز، ل.: دوائر متكاملة من ترانزستورات تأثير المجال ذات البوابة المعزولة ببوابات سيليكون. غلاف وملخص برنامج مؤتمر الأجهزة الإلكترونية الدولي (IEDM) (أكتوبر 1968) . تم ابتكار تقنية بوابة السيليكون (SGT) في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات عام 1968، وقدّمها لأول مرة مخترعها ومطورها المشارك، فيديريكو فاجين، في مؤتمر الأجهزة الإلكترونية الدولي (IEDM) بتاريخ 23 أكتوبر 1968 في واشنطن العاصمة. كانت هذه التقنية هي التقنية التجارية الوحيدة لتصنيع الدوائر المتكاملة MOS ذات البوابة ذاتية المحاذاة، والتي اعتُمدت لاحقًا على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات. وكانت تقنية بوابة السيليكون (SGT) أول تقنية تُنتج ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) التجارية، ومستشعرات الصور CCD، والذاكرة غير المتطايرة، والمعالج الدقيق، موفرةً بذلك لأول مرة جميع العناصر الأساسية لحاسوب للأغراض العامة باستخدام الدوائر المتكاملة واسعة النطاق (LSI).
  • فيديريكو فاجين وتوماس كلاين: "جيل أسرع من أجهزة MOS ذات عتبات منخفضة يتربع على قمة الموجة الجديدة، دوائر متكاملة ببوابة السيليكون". غلاف مجلة الإلكترونيات (29 سبتمبر 1969) . يُقدّم مقال الإلكترونيات جهاز فيرتشايلد 3708، الذي صممه فيديريكو فاجين عام 1968. كان هذا الجهاز أول دائرة متكاملة تجارية في العالم تستخدم تقنية بوابة السيليكون، مما أثبت جدواها، وكان أول تطبيق عملي لهذه التقنية الجديدة.
  • ف. فاجين، ت. كلاين: تكنولوجيا البوابات السيليكونية. "إلكترونيات الحالة الصلبة"، 1970، المجلد 13، الصفحات  1125-1144

أقدم الوثائق المتعلقة بجهاز إنتل 4004

  • الأحرف الأولى FF (فيديريكو فاجين) على تصميم 4004 (1971) . يحمل تصميم 4004 الأحرف الأولى FF لمصممه، فيديريكو فاجين، محفورة على إحدى زوايا الشريحة. كان توقيع الشريحة بمثابة لفتة عفوية تعكس فخر المصمم، كما كانت فكرة مبتكرة قلدها العديد من مصممي إنتل بعده.
  • ف. فاجين وم. إ. هوف: "دمج الأجزاء القياسية والتصميم المخصص في مجموعة معالج رباعي الرقاقات". إلكترونيات/24 أبريل 1972، الصفحات  112-116. أعيد طبعه في الصفحات  من 6-27 إلى 6-31 من دليل تصميم ذاكرة إنتل: أغسطس 1973 .
  • ف. فاجين، م. شيما، م. إ. هوف الابن، هـ. فيني، س. مازور: "نظام MCS-4 - نظام حاسوب دقيق بتقنية LSI". مؤتمر IEEE الإقليمي السادس لعام 1972. أعيد طبعه في الصفحات من  6-32 إلى 6-37 من دليل تصميم ذاكرة إنتل: أغسطس 1973 .
  • نموذج أولي هندسي لآلة حاسبة Busicom 141-PF للطباعة (1971) . (هدية من فيديريكو فاجين إلى متحف تاريخ الحاسوب، ماونتن فيو، كاليفورنيا). يعرض كتالوج مجموعة متحف تاريخ الحاسوب صورًا للنموذج الأولي الهندسي لآلة حاسبة Busicom 141-PF المكتبية. استخدم هذا النموذج أول معالج دقيق تم إنتاجه في العالم. كان هذا النموذج الفريد هدية شخصية من رئيس شركة Busicom، السيد يوشيو كوجيما، إلى فيديريكو فاجين تقديرًا لجهوده القيادية الناجحة في تصميم وتطوير معالج 4004 وثلاث رقاقات أخرى للذاكرة والإدخال/الإخراج (مجموعة رقاقات MCS-4). بعد أن احتفظ به فاجين في منزله لمدة 25 عامًا، تبرع به إلى متحف تاريخ الحاسوب عام 1996.
  • فاجين، ف.؛ كابوكاشيا، ف. "مسجل إزاحة MOS متكامل جديد"، وقائع المؤتمر العلمي الدولي الخامس عشر للإلكترونيات، روما، أبريل 1968، الصفحات  143-152. تصف هذه الورقة مسجل إزاحة MOS ثابتًا جديدًا، طُوِّر في شركة SGS-Fairchild (التي تُعرف الآن باسم ST Micro) في نهاية عام 1967، قبل انضمام فيديريكو فاجين إلى قسم البحث والتطوير في شركة Fairchild في بالو ألتو (كاليفورنيا) في فبراير 1968. استخدم فاجين لاحقًا مسجل الإزاحة الجديد هذا في رقائق MCS-4، بما في ذلك الرقاقة 4004 (1970).

للمزيد من القراءة