اینتل 4004 – پنجاهمین سالگرد ریزپردازنده ها. Datous نگاهی به تراشه معروف اینتل 4004 بیندازید

اینتل یک شرکت چند ملیتی آمریکایی است که دفتر مرکزی آن در سانتا کلارا، کالیفرنیا قرار دارد و از نظر درآمد، بزرگترین سازنده تراشه در جهان است. در رتبه‌بندی 500 فورچون در سال 2021، اینتل به عنوان چهلمین شرکت بزرگ ایالات متحده از نظر کل درآمد رتبه‌بندی شده است و نسبت به سال قبل جهش پنج پله‌ای داشته است. اما داستان ورود اینتل به ریزپردازنده از کجا شروع شد و چگونه در این صنعت به موفقیت رسید؟

اولین ریزپردازنده تجاری تک تراشه

در سال 1969، شرکت ژاپنی Busicom اینتل را برای تولید تراشه برای ماشین حساب های خود انتخاب کرد. اینتل با طراحی تراشه MSC-4 که ​​شامل چهار مدار مجتمع (IC) بود، در این مسیر موفق بود و می توانست پیچیدگی طراحی داخلی ماشین حساب را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. سپس اینتل محصول جدید توسعه یافته خود را با نام “Intel 4004” به عنوان اولین ریزپردازنده تجاری تک تراشه به جهان معرفی کرد. ریزپردازنده مورد بحث قابلیت پشتیبانی از سه تراشه 4001 و 4002 و همچنین 4003 را داشت که از تراشه 4002 به عنوان رم 40 بایتی استفاده می شد.

تد هاف توسط فدریکو فاگین، طراح ارشد اینتل که تراشه ماشین حساب Busicom را با همکاری شرکت ژاپنی Masatoshi Shima طراحی کرد، همراهی می کرد. هاف توانست در سال 1969 معماری مورد نیاز را به دست آورد، اما در نهایت هیچ نقشی در توسعه اولین ریزپردازنده اینتل نداشت. فاگین یکی از با تجربه ترین افراد تیم طراحی بود که توانست سیستم منطق متغیر جدیدی را طراحی کند. روش او ساخت بسیاری از ریزپردازنده های تک تراشه را ممکن کرد و تأثیرات آن را می توان در محصولات اولیه اینتل و ریزپردازنده هشت بیتی Z80 Zilog مشاهده کرد. او Zilog را در سال 1974 تاسیس کرد و اولین شرکتی بود که به طور انحصاری بر روی ریزپردازنده ها تمرکز کرد. مدت کوتاهی بعد، شیما به او پیوست و به او در توسعه معماری Z80 کمک کرد.

ریزپردازنده 4004 اینتل برای اولین بار در اواسط سال 1971 به عنوان قلب تپنده ماشین حساب Busicom 141-PF وارد بازار شد. علاقه مندان می توانند به این صفحه مراجعه کرده و کار با شبیه ساز ماشین حساب مذکور را تجربه کنند. پس از بررسی قرارداد بین اینتل و ژاپنی ها و پرداخت 60 هزار دلار به سازنده ماشین حساب، امکان فروش تراشه MCS-4 به شرکت های دیگر فراهم شد. اندکی پس از آن، اینتل با سفارش تبلیغی در اخبار الکترونیک در ۱۵ نوامبر ۱۹۷۱، محصول بهبود یافته خود را به دیگران معرفی کرد.

تبلیغات تراشه 4004 اینتل نوید عصر جدیدی را برای الکترونیک با عبارت کامپیوتر قابل برنامه ریزی میکرو بر روی تراشه می داد. قبل از این محصول، واحد پردازش مرکزی کامپیوتر (CPU) معمولاً از چندین برد مدار مجتمع تشکیل می شد که قطعات الکترونیکی به طور جداگانه روی آنها نصب می شدند. به لطف نوآوری اینتل، همه مدارها در یک تراشه سیلیکونی که کوچکتر از یک میخ بود، ادغام شدند. جهش اساسی به سمت کوچک شدن قطعات با تراشه 4004 منجر به ظهور رایانه های کوچکتر شد که در دهه های بعد به رایانه های خانگی تبدیل شدند.

آیا اینتل 4004 اولین ریزپردازنده بود؟

بحث‌های زیادی پیرامون اولین ریزپردازنده ساخته دست بشر وجود دارد. به همین دلیل، رسانه ها هنگام اشاره به اینتل 4004 از اصطلاحاتی مانند “تک تراشه” یا “تجاری” برای معرفی آن به عنوان اولین استفاده می کنند. در زمان معرفی این تراشه توسط اینتل، جنگنده های اف-14 تامکت نیروی دریایی ایالات متحده از ریزپردازنده های حاوی تراشه های متعدد استفاده می کردند. سایر رقبا از جمله Texas Instruments (TI) نیز در حال توسعه ریزپردازنده های تک تراشه خود بودند.

با این حال، تراشه 4004 توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. زیرا او بنیانگذار تجارت پردرآمد ریزپردازنده برای اینتل بود که سال ها دوام آورد و توانست آینده کامپیوترهای شخصی را رقم بزند.

مقایسه Intel 4004 با Core i9-12900K. انجام با

تراشه 4004 اینتل از فرکانس کاری 740 کیلوهرتز استفاده می کند و دارای 2250 ترانزیستور با فرآیند ساخت 10 میکرومتر است. از آن زمان، ریزپردازنده ها دستخوش تغییرات گسترده و چشمگیری شده اند. برای درک این موضوع می توانید مشخصات Intel 4004 را با پردازنده به روز شده Core i9-12900K مقایسه کنید که در جدول زیر توضیح داده شده است.

مدل پردازنده	اینتل 4004	اینتل Core i9-12900K
اعلام کرد	15 نوامبر 1971	27 اکتبر 2021
قیمت تا 2021	401.41 دلار	589 دلار
قیمت از سال 1971	60 دلار	87.82 دلار
حداکثر فرکانس عملیاتی	740 کیلوهرتز	5.2 گیگاهرتز
اندازه کلمه	4 بیت	64 بیت
تعداد هسته ها	1	من
تعداد ستاره ها	1	من
محدودیت های حافظه	4 کیلو بایت	128 گیگابایت
مصرف برق	1 وات	125 تا 241 وات
فرایند تولید	10 میکرومتر	7 نانومتر
او برنده شد	مربع 12 میلی متر	مربع 215 میلی متر
تعداد ترانزیستور	من	21.7 میلیارد

در تمام ارقام جدول بالا، جهش خیره کننده تعداد ترانزیستورها از 2250 به 21.7 میلیارد غیرقابل تصور است. البته تعداد ترانزیستورهای به کار رفته در Core i9-12900K بسته به میزان سطح و فرآیند تولید تخمین زده می شود و ممکن است مقدار واقعی با رقم اعلام شده کمی متفاوت باشد. فرآیندهای ساخت پیشرفته تر، مانند 7 نانومتر، به طور چشمگیری چگالی ترانزیستورها را در هر میلی متر مربع افزایش داده است و جهش نجومی در تعداد کل ترانزیستورها رخ داده است.

همچنین نباید فراموش کنیم که تراشه های امروزی اینتل نه تنها شامل یک واحد پردازش مرکزی، بلکه تعدادی اجزای دیگر از جمله یک کنترلر حافظه پرسرعت و یک واحد پردازش گرافیکی یکپارچه (GPU) هستند.

برنامه های کاربردی ریزپردازنده اینتل 4004

به دلیل محدودیت های عملکرد و ظهور اولیه رقبای قدرتمندتر مانند Intel 8008، ریزپردازنده 4004 نتوانست در بسیاری از محصولات ظاهر شود. با این حال، برخی از دستگاه های مجهز به تراشه فهرست شده در زیر به ترتیب زمانی فهرست شده اند.

• 141 PF Desktop Calculator by Busicom (1971)
• سیستم توسعه Intel Sim 4 (1972)
• سیستم توسعه Intelec 4 (1973)
• شبیه ساز بازی بالی گالی (1974)
• نمونه اولیه Bally Flickr (1974)
• Wang 1222 Word Processor (1975)
• ماشین رای کامپیوتری CompuVote (1976)

اینتل قدیمی 4004

تنها پنج ماه پس از معرفی ریزپردازنده 4004 در اخبار الکترونیک، اینتل تراشه 8008 را به عنوان اولین ریزپردازنده 8 بیتی معرفی کرد. این محصول امکان ساخت نسل جدیدی از تجهیزات کامپیوتری خانگی مانند Mark-8 را فراهم کرد که توسط علاقه مندان در خانه حمل می شد.

پس از تراشه 8008، اینتل محصولات دیگری مانند 8080 هشت بیتی و 8086 شانزده بیتی را معرفی کرد که هر کدام در رایانه های خانگی معمولی استفاده می شدند. اینتل 4004 به دلیل رشد سریع ریزپردازنده ها خیلی زود کنار گذاشته شد، اما نفوذ آن تا به امروز باقی مانده است. در طول 50 سال گذشته، ریزپردازنده ها توانسته اند تقریباً بر تمام جنبه های صنعت تأثیر بگذارند و اقتصاد جهانی را متحول کنند. شاید بتوان اهمیت روزی ایجاد یک ریزپردازنده را با تأثیر کشف آتش در توسعه تمدن بشری مقایسه کرد.

کاهش اندازه فناوری مانع از نوآوری ریزپردازنده ها نشد. امروزه، شرکت‌ها قابلیت‌ها و عملکردهای مختلفی را که زمانی توسط چندین تراشه انجام می‌شد، در یک تراشه به نام «سیستم روی تراشه» (SoC) ترکیب می‌کنند که یکی از معروف‌ترین نمونه‌های اخیر سری M1 اپل است.