Federico Fadgin se pridružio Intelu kako bi viziju Teda Hoffa pretvorio u silicijsku stvarnost. Za manje od godinu dana, on i njegov tim kreirali su mikroprocesor 4004 koji je uveden u studenom 1971. godine. Prvi veliki problem za Fadzina bio je razvoj metodologije za korištenje nove tehnologije silikonskih vrata. To je omogućilo stvaranje složenih shema na drugačiji način. Budući da ništa slično tome nije učinio nitko, bilo je potrebno započeti sve od nule. I Federico Fagin je uspio - samostalno je razvio čip u samo 9 mjeseci 1970. To je fantastično kratak rok u usporedbi s Intelovim procesorima sljedećih generacija. Na primjer, za stvaranje 32-bitnog čipa trebalo je 100 osoba-godina.

Konstruktivna izvedba

Dizajn Silicijskih vrata, kojeg je stvorio Federico Fajin, učinio je prvi mikroprocesor stvarnošću 1971. godine. Bilo je neobično, budući da integracija takve složenosti nikada prije nije postignuta. Fadzin je uspio razviti procesor Intel 4004 samo zbog svojih inovacija u MOS tehnologiji za proizvodnju integriranih krugova (IC). Početni download i skriveni kontakt postali su ideje koje su činile osnovu prve primijenjene metodologije za projektiranje, dopušteno je sačuvati Hoffinu arhitekturu i implementirati je 1970. godine. , Prema tome, izum nije bio razviti jednostavan CPU model,nedostatak koji u to vrijeme nije bio, nego u stvaranju i implementaciji tehnologije, koja je prvi put dopušteno da se na istom kristalu smjeste svi funkcionalni blokovi procesora.


Ted Hoff se nadao da će predložena arhitektura i skup naredbi biti postavljeni na jedan kristal. Međutim, nije mogao procijeniti izvedivost projekta ili ga provesti, budući da nije bio programer ILO-a. Upravo je Federico Fadzin izumio dizajn i raspored 2300 proizvoljnih logičkih tranzistora na 3 x 4 mm kristalu, jeftin, 5x brže, i udvostručio položaj elemenata u odnosu na ILO tehnologiju u to vrijeme. Metodologija Fadjina bila je proboj i korištena je u svim ranim mikroprocesorima tvrtke. Talijanski inženjer doveo je projekt do uspješnog završetka i odigrao je ulogu u unapređivanju novog Intelovog procesora, pokazujući vodstvu tvrtke da se čip može koristiti ne samo u kalkulatorima.

Specifikacije

Specifikacije za procesor Intel 4004 su sljedeće:

Površina kristala: 12 mm 2.

Maksimalna frekvencija takta: 740 kHz.

Vrijeme ciklusa: 108 μs (8 ciklusa /ciklus tima).

Vrijeme naredbe je 1 ili 2 ciklusa naredbe (108 ili 216 μs), 46300-92600 naredbi u sekundi.

Dodatak dvaju 8-znamenkastih brojeva (svaka 32 bita) traje 850 μs, odnosno 79 ciklusa naredbi, oko 10 ciklusa po decimalnom broju.

Odvojeno pohranjivanje programa i podataka. Za razliku od dizajna temeljenih na Harvardu koji koriste zasebne gume, 4004 ima jedanmultipleksirana 4-bitna sabirnica za prijenos 12-bitnih adresa, 8-bitnih naredbi i 4-bitnih podatkovnih riječi.

Direktno adresiranje je 51220 bita (640 bajtova) RAM-a, organizirano u obliku 1280 4-bitnih "znakova", od kojih 1024 predstavljaju podatke i 256-stanje.

Izravno adresiranje 32768 bita ROM-a (4096 bajtova).

Skup od 46 timova (41 od njih su široki 8 bita i visokih 5-16 bita).

16 registara za 4 bita.

Unutarnja hrpa potprograma u dubini na razini 3.

Naredba Busicom

Računalo sa spremljenim programom korišteno kao kalkulator 1950-ih i 1960-ih bilo je jedno od najboljih dostignuća poslijeratnog razdoblja i bilo je poznato svim inženjerima koji su rad u industriji poluvodiča. Godine 1969. japanski proizvođač kalkulatora Busicom obratio se Intelu kako bi preveo u silicij svoj logički dizajn za niz kalkulatora. Njihov je pristup bio ponoviti implementaciju prvog svjetskog desktop programibilnog kalkulatora, Olivettijeve Programme 101, na Svjetskom sajmu u New Yorku 1965. godine i prodan u istoj godini. Programma 101 je imala CPU (središnja procesorska jedinica) i ROM (uređaj za kontinuirano pohranjivanje) sa sekvencijalnim čitanjem i pisanjem koji su izvršeni iz diskretnih komponenti. Busicom je ponudio sličnu arhitekturu koja je uključivala implementaciju procesora na tri MOS čipa ROM i registar za još dva, s još dva I /O čipa.

Arhitektura MCS-4

Voditelj odjela primijenjenih istraživanja, Ted Hoff, priznao je da je složenost dizajna Busicom sastojala od upotrebe serijske memorije,budući da je Intel razvio svoj prvi dinamički RAM (operativna memorija), vidio je da se dizajn može uvelike pojednostaviti korištenjem tradicionalne i svestrane arhitekture računala koja se temelji na RAM-u. Koristeći Masonov zid i interakciju s inženjerima tvrtke Busicom, uključujući Masatoshi Sima, Hoff je formulirao MCS-4 arhitekturu reducirajući dizajn sa 7 na 4 čipa. Hoff je smatrao da se CPU može implementirati u jedan 4-bitni mikroprocesor, ali ni on ni Mazore nisu ILO developeri, a Intel nije imao sposobnost stvaranja složenih IP-ova s ​​proizvoljnom logičkom strukturom. Stoga je Hoffov prijedlog bio besposlen oko 6 mjeseci, dok Federico Fadgin, koji je vodio ovaj projekt, nije bio zaposlen u travnju 1970. godine.

Inovativna tehnologija

Federico Fadzin prebacio se na Intel iz tvrtke Fairchild Semiconductor, gdje je 1968. razvio MOS tehnologiju s silicijskim vratima i stvorio prvi svjetski komercijalni 3708. Integrirani sklop 3708. Intel i kasnije svjetska industrija poluvodiča, a već 40 godina osnovna struktura koja se koristila u gotovo svim čipovima. Gordon Moore, suosnivač tvrtke Intel, priznao je da je upravo taj korak njezin glavni uspjeh. MOS tehnologija sa silikonskim vratima osigurala je konkurentska obilježja Intel 4004: čip je bio oko 5 puta brži, imao je 100 puta manje skoka curenja i sadržavao 2 puta više logičkih tranzistora bilo kojeg tipa od čipaiste veličine, izrađene od aluminijskih roleta i raspršene jednake snage. To je omogućilo stvaranje prvih komercijalno uspješnih dinamičkih RAM-ova, CCD senzora (uređaji spojeni na naplatu), uređaja za pohranjivanje i mikroprocesora. Prvi put u povijesti, procesor je sadržavao sve komponente računala opće namjene.

Stvaranje novog dizajna i obilježavanja

Ted Hoff nije bio dizajner MOSFET-a. Njegova je uloga bila stvoriti arhitekturu i dalje podržavati proizvode. Nakon utvrđivanja skupa naredbi, projekt je prenesen timu developera ILO-a, koji je predvodio Federico Fajin. Rad je obavljen vrlo brzo, a tijekom 9 mjeseci stvorena su 3 glavna žetona. Posljednji od njih u siječnju 1971. bio je mikroprocesor Intel 4004. Prema Zidu Mazur-a, Fadzinova zasluga bila je da je izveo inženjerski dizajn, dok je Hoffa bio u stvaranju izvornog koncepta i arhitekture. Sam Masor bio je svojevrsni posrednik koji je pomagao kako je mogao i činio što je mogao. Federico Fajin razvio je metodologiju za projektiranje MDN struktura s silicijskim vratima koje se koriste u proizvoljnim logičkim krugovima. To je bilo nužno jer je nova tehnologija zahtijevala drugačiji dizajn, a posebno raspored. Prema Faginu, on je odlučio da se umjesto da se logika dizajnira odvojeno, a zatim shema, to treba učiniti zajedno na jednom listu. U tom slučaju, potrebno je uzeti u obzir mjesto, koliko je to moguće, vodiča i tranzistora koji se nalaze što bližekonačni izgled. Očigledno je da je u tu svrhu bilo nužno unaprijed provesti opće planiranje čipova kako bi se znalo postavljanje različitih blokova. Tada je pojasnio metodologiju za stvaranje takvih vrsta shema. Dizajn novog Intelovog procesora i MCS-4 projektnog menadžmenta od početka razvoja do proizvodnje mogao je upravljati samo onaj koji je uspio implementirati inovacije u procesnoj tehnologiji, rasporedu čipova, dizajnu sklopova, logičkom dizajnu i arhitekturi računala. Takve vještine i znanje Fadgin je stekao kroz svoje obrazovanje i radno iskustvo prije nego se pridružio Intelu. Nakon što je diplomirao na Tehničkom sveučilištu u Vicenzi (Italija), sudjelovao je u razvoju i stvaranju malog tranzistorskog eksperimentalnog računala s magnetskim memorijskim jezgrama u tvrtki Olivetti u Borglombardo (Italija) u dobi od 19 godina. Zatim je diplomirao na Sveučilištu u Padovi i počeo raditi na ILO tehnologiji, stvarajući 2 komercijalna čipa kada je radio u SGS-Fairchildu (sada ST Micro). Godine 1968. poslan je u Fairchild Semiconductor R & D u Palo Altu (Kalifornija), gdje je stvorio silicijsku gateway ILO tehnologiju i druge.

Stvarne inovacije

Konceptualizacija prvog procesora, koji je postao glavni doprinos Hoffa projektu 4004, također se odvijala u drugim tvrtkama. U istom zaključku došlo je nekoliko skupina neovisno jedna od druge. Stoga je glavna stvar u izumu mikroprocesora bilo stvaranje ekonomski izvedivog proizvoda. Samo jedna osoba na svijetu znala je kako napraviti sljedeći korak i prevesti arhitekturu u radni dizajn. Bilo jeFederico Fajin Bez toga, prvi mikroprocesor nikada ne bi bio izgrađen. Čak je iu Fairchildu izumio tehnologiju koja je postavila temelje za buduće uređaje. Nakon što je počeo raditi na Intelu, ispravio je nedostajuće Hoffove pogreške, a zatim napravio prvi Intel 4004 čip, a zatim vodio razvoj 8008 i bio glavni arhitekt 8080. U to vrijeme, inženjeri su znali kako stvoriti mala računala, napraviti logičan dizajn CPU i stvaranje programa. Ideja o mikroprocesoru, tj. Postavljanju na jedan kristal univerzalnog računala, također je rasplamsala u zraku. Neke arhitekture su već implementirane na nekoliko MOS-čipova. Međutim, nitko nije znao kako instalirati 2300 proizvoljnih logičkih tranzistora - minimalni iznos potreban za jednostavan procesor - dovoljno mali čip kako bi proizvodnja bila jeftina, brzina je bila visoka i snaga se dovoljno raspršila da se postavi u postojeće slučajeve. Dakle, prava inovacija u mikroprocesoru bila je u njegovom izgledu na jednom silicijskom čipu, budući da je sve ostalo prije bilo učinjeno. A Fadhina je uspio bez značajne pomoći Teda Hoffa i Zida Zidara. Jedina osoba koja mu je pomogla je inženjer Busicom Masatoshi Sima. Došao je u Intel kako bi provjerio napredak narudžbe za nekoliko dana nakon što je Fadhine unajmljen. Shvatio je da u proteklih 6 mjeseci nije postignut nikakav napredak. S obzirom na kašnjenje u projektu i odsustvo bilo kojeg Intelova inženjera koji bi mogao pomoći Simeu, bilo je dopuštenoostati 6 mjeseci kako bi ubrzao rad. Međutim, malo je znao o integriranim sklopovima, i iako je bio od velike pomoći, sve kreativne odluke donosio je Fadzin. Šef potonjeg, Leslie Wadesh, bio je toliko zabrinut zbog dizajna 1103 (prvi 1024-bitni dinamički RAM, koji se smatra Intelovom budućnošću) koji nije mogao pružiti tehničku kontrolu nad projektom MCS-4. Nakon što je uspio sa 4004., Fadzin je predvodio uvođenje 8008. godine i osmislio i odredio arhitekturu najuspješnijih od svih prvih procesora - 4040 i 8080.

Sumnje programera

Prema Masonovom zidu, on i Ted Hoff vjerovali su da je Intel 4004 previše agresivan. Nisu bili sigurni što učiniti, pa su počeli s još jednim čipom 4005. To je bio zajednički projekt s MIL-om, koji je bio Intelov partner u Kanadi. Definirali su mnogo jednostavniju arhitekturu od 4004. Kanadska tvrtka morala je razviti čip, dok je Intel trebao pružiti memoriju. Pokazalo se da ne može napraviti 4005. Hoff i Mazore 1994. nisu bili uvjereni u izvedivost 4004. Zato su nekoliko mjeseci nakon što se Fadzin pridružio Intelu, stvorili jednostavnu arhitekturu 4005 i dali je kanadskoj tvrtki MIL za razvoj. Ali inženjeri MIL-a nisu mogli napraviti mikroprocesor. Postalo je jasno da je čak i stvaranje jednostavnog čipa daleko od rutinskog rada. Osim toga, Hoff i Masor sumnjali su da bi 4004 mogao biti koristan za aplikacije koje nisu kalkulatori, blagajne itd. Oni su mislili da će samo 1201 i kasnije i 8008 imati prilično svestranu arhitekturu koja će se koristiti u različitim aplikacijama.Nakon završetka projekta 4004, Fadgin je pokazao da se mikroprocesor može koristiti u različitim kontrolnim sustavima i pozvao je vodstvo da dovede Intel 4004 na tržište.

Neuspjeh od 8008

Drugi primjer kako je Fajinova metodologija bila potrebna je arhitektura Intel 8008 koju je izvorno razvila tvrtka Computer Terminal Corporation (CTC). Rad na čipu pod nazivom 1201 počeo je prije nego što se Fadgin pridružio Intelu, ali projekt dodijeljen proizvoñaču proizvoljne logike koji se prebacio s Općeg instrumenta nije otišao daleko, jer u to vrijeme nije bilo metodologije ili knjižnica sheme. Radovi na 8008 su obustavljeni i nastavljeni su tek u godini Intel 4004.

Mikroprocesor TI

Drugi primjer je prvi CPU s jednim čipom, koji je postao drugi izvor za 8008 CTC koji je naručio Texas Instruments. Najavljen u tisku sredinom 1971., samo nekoliko mjeseci nakon uspješne izrade 4004, ovaj procesor nikada nije nikad radio i nikad nije prodan. Stvoren je pomoću MOS tehnologije s tvrtkom metalnog zatvarača, koja je imala dugogodišnje iskustvo u razvoju IP-a sa složenom arbitrarnom logikom. U usporedbi s procesorom Intel-8008, veličina TI čipa bila je dvostruko veća, pružajući istu funkcionalnost. Brzina i rasipanje snage nikada nisu objavljene.

Primjer koji slijedi

Nakon dovršetka projekta 4004, drugi inženjeri, kako unutar tako i izvan tvrtke Intel, mogli su istražiti tehnike koje je koristio Fagin istraživanjem dizajnamikroskop. Isti stil korišten je u svim ranim mikroprocesorima Intel i Zilog.

Zaključno,

4004 je postao prvi u povijesti procesora napravljenog na tehnologiji silicijskog zaključavanja. U to je vrijeme bio napredni integrirani čip. Njegovo stvaranje zahtijevalo je ne samo izvanredne kreativne sposobnosti i vještine dizajnera, već i duboko poznavanje nove tehnologije, koja je mogla imati samo svog razvojnog inženjera. Osim toga, za uspješan završetak projekta, koji bi trebao biti završen u roku od 10 mjeseci zbog prethodnih neispunjenih obveza prema klijentu, bila je potrebna velika hrabrost, motivacija, vještine upravljanja i dosljedan, intenzivan rad.