Федерико Фаджин се присъедини към Intel, за да превърне визията на Тед Хоф в силиконова реалност. За по-малко от година той и екипът му създадоха 4004 микропроцесора, който беше въведен през ноември 1971 г. Първият основен проблем за Фадзин беше разработването на методология за използване на нова технология за силициеви врати. Това позволи да се създадат сложни схеми по различен начин. Тъй като нищо подобно не е правено от никой, трябваше да започне всичко от нулата. И Федерико Фагин успя - самостоятелно разработи чипа само за 9 месеца от 1970 г. Това е фантастично краткосрочен план в сравнение с Intel процесорите от следващите поколения. Например, за да създадете 32-битов чип, са необходими 100 човеко-години.

Конструктивно изпълнение

Силиконовата врата, създадена от Федерико Фажин, направи първия микропроцесор реалност през 1971 г. Това беше необичайно, тъй като интеграцията на такава сложност никога не е била постигната преди. Фадзин успя да развие процесора Intel 4004 само благодарение на иновациите си в технологията MOS за производство на интегрални схеми. Първоначалното изтегляне и скрит контакт станаха идеите, които формираха основата на първата приложна методология за проектиране, позволиха да се запази архитектурата на Хофа и да се осъществи през 1970 година. , Следователно, изобретението не е да се разработи прост модел на процесор,Липсата на който по това време е, но в разработването и прилагането на технология, която за първи път е позволено да се поставят в един чип всички функционални блокове от процесора.


Ted Hoff се надява, че му предложи архитектура и набор инструкции могат да бъдат поставени в един чип. Но той не може да се оцени осъществимостта на проекта или да го приложи, тъй като МОТ не е разработчик. Той е изобретен от Федерико Fadzhyn дизайн и оформление на 2300 транзистори случаен логика за измерване на чип просто 3х4 мм, евтин, с 5х скорост и два пъти плътността на повече елементи, отколкото този, който е съществувал към момента, когато технологията MOS. Методология Fadzhyna беше пробив и се използва във всички от началото на микропроцесори. Италиански инженер донесе на проекта до успешен край и играе роля в насърчаването на нови процесори от Intel, ръководството на компанията показва, че чипа може да се използва не само в калкулатори.

Спецификации

Спецификации CPU Intel 4004 са както следва:

чип площ: 12 mm 2.

Максималният тактова честота: 740 KHz.

време на цикъла: 108 MS (8 цикъла /отбор цикъл).

Командата - команда 1 или 2 цикъла (108 или 216 мсек), 46300-92600 команди в секунда.

Добавяне на две 8 двуцифрени числа (32 бита всяка) е 850 микросекунди, т.е., 79 цикъла команди за 10 цикъла на десетичната цифра.

отделно съхранение на програми и данни. За разлика от дизайни, базирани на архитектурата Харвард, с помощта на някои гуми в 4004 е единмултиплексирана 4-битова шина за предаване на 12-битови адреси, 8-битови команди и 4-битови информационни думи.

Директното адресиране е 51220 бита (640 байта) RAM, организирани под формата на 1280 4-битови "знака", от които 1024 представляват данни и 256-състояние.

Директно адресиране 32768 битов ROM (4096 байта).

Набор от 46 екипа (41 от които са 8 бита широки и 5-16 бита високи).

16 регистри за 4 бита.

Вътрешна купчина подпрограми в дълбочина на ниво 3.

Поръчка Busicom

Компютър със запазена програма, използван като калкулатор през 1950-те и 1960-те години, беше едно от най-добрите постижения на следвоенната ера и беше познато на всички инженери, работа в производството на полупроводници. През 1969 г. японският производител на калкулатори Busicom се обърна към Intel, за да превърне в силиций своя логически дизайн за серия от калкулатори. Техният подход беше да повторят прилагането на първия в света настолен програмируем калкулатор, програмата на Olivetti 101, на Световния търговски панаир в Ню Йорк през 1965 г. и започнаха да се продават през същата година. Програма 101 имаше CPU (централен процесор) и ROM (устройство за непрекъснато съхранение) с последователно четене и запис, които бяха изпълнени от дискретни компоненти. Busicom предлага подобна архитектура, която включва реализацията на процесор на три MOS чипа ROM и регистър за още две, с два други I /O чипа.

Архитектура MCS-4

Ръководителят на отдела за приложни изследвания, Ted Hoff, призна, че сложността на дизайна на Busicom се състои в използването на серийна памет,и след като Intel разработи първата си динамична оперативна памет (оперативна памет), той видя, че дизайнът може да бъде значително опростен чрез използване на традиционна и по-гъвкава компютърна архитектура, базирана на RAM. Използвайки стената на Мейсън и взаимодействайки с инженерите на Busicom, включително Masatoshi Sima, Hoff формулира архитектурата MCS-4, като намали дизайна от 7 на 4 чипа. Хоф смяташе, че процесорът може да бъде реализиран в един 4-битов микропроцесор, но нито той, нито Mazore бяха разработчици на ILO, а Intel нямаше възможност да създава сложни IP адреси с произволна логическа структура. Ето защо предложението на Хоф не беше в продължение на около 6 месеца, докато Федерико Фаджин, който беше председател на този проект, не беше назначен през април 1970 година.

Иновативни технологии

Федерико Фадзин премина към Intel от Fairchild Semiconductor, където през 1968 г. разработва MOS технологията със силиконови врати и създава първата в света търговска 3708. Интегрирана схема 3708. Тя е приета от компанията Intel, а по-късно и световната индустрия за полупроводници, и в продължение на 40 години е основната структура, която се използва в почти всички чипове. Гордън Мур, съосновател на Intel, призна, че основната част от нейния ранен успех е именно тази стъпка. Технологията MOS със силициеви порта осигурява конкурентните характеристики на Intel 4004: чипът е около 5 пъти по-бърз, има 100 пъти по-малък скок на изтичане и съдържа 2 пъти повече логически транзистори от всякакъв тип, отколкото чипа.с еднакъв размер, изработени с алуминиеви капаци и разпръснати с еднаква мощност. Това позволи да се създадат първите търговски успешни динамични RAM, CCD сензор (устройства със зарядно устройство), енергонезависими устройства за съхранение и микропроцесори. За първи път в историята процесорът съдържаше всички компоненти на компютъра с общо предназначение.

Създаването на нов дизайн и маркиране

Ted Hoff не е бил дизайнер на MOSFET. Неговата роля беше да създаде архитектурата и да подкрепи още повече продуктите. След определяне на набор от команди, проектът беше прехвърлен на екипа на разработчиците на МОТ, воден от Федерико Фажин. Работата беше извършена много бързо и в продължение на 9 месеца бяха създадени 3 основни чипа. Последният от тях през януари 1971 г. е микропроцесорът Intel 4004. Според Стената на Мазур, заслугата на Фадзин е, че той извършва инженерния дизайн, докато Хофа е създавал оригиналната концепция и архитектура. Самият Масор беше някакъв посредник, който помагаше, както можеше, и правеше каквото можеше. Федерико Фажин разработи методология за проектиране на силиконови MDN структури, използвани в произволни логически схеми. Това беше необходимо, защото новата технология изискваше различен дизайн и особено оформление. Според Фагин, той решава, че вместо да проектира логика поотделно, а след това и схема, трябва да се направи заедно на един лист. В този случай е необходимо да се вземе предвид мястото, доколкото е възможно, на проводници и транзистори, разположени възможно най-близо доокончателно оформление. Очевидно е, че за тази цел е необходимо предварително да се извърши общо планиране на чиповете, за да се знае разположението на различни блокове. Именно тогава той изясни методологията за създаване на такива видове схеми. Дизайнът на новия процесор Intel и управлението на проекта MCS-4 от началото на разработването до производството може да се управлява само от онзи, който е успял да внедри нововъведения в технологичните процеси, оформлението на чиповете, проектирането на вериги, логическия дизайн и компютърната архитектура. Fadgin придобива такива умения и знания чрез своето образование и професионален опит, преди да се присъедини към Intel. След като завършва Техническия университет във Виченца (Италия), участва в разработването и създаването на малък транзисторен експериментален компютър с магнитни ядра на паметта в компанията Olivetti в Borglombardo (Италия) на възраст 19 години. След това завършва с отличие Университета в Падуа и започва работа по технологията на ILO, създавайки 2 търговски чипа, когато работи в SGS-Fairchild (сега ST Micro). През 1968 г. той е изпратен в Fairchild Semiconductor R & D в Пало Алто (Калифорния), където създава технология на ILO за силициев шлюз и други.

Истински иновации

Концепцията на първия преработвател, който стана основният принос на Хоф към проекта 4004, също се състоя в други компании. В същото заключение дойдоха няколко групи, независимо един от друг. Ето защо, основното нещо в изобретението на микропроцесора е създаването на икономически осъществим продукт. Само един човек в света знаеше как да направи следващата стъпка и да превърне архитектурата в работен дизайн. БешеФедерико Фажин Без него първият микропроцесор никога не би бил построен. Дори и в Fairchild, той изобретил технологията, която положи основите на бъдещите устройства. След като започна да работи в Intel, той коригира липсващите Hoff грешки, а след това направи първия Intel 4004 чип, след това ръководи развитието на 8008 и беше главен архитект на 8080. По това време инженерите знаеха как да създават малки компютри, да правят логическия дизайн на процесора и създаване на програми. Идеята за микропроцесор, т.е. поставянето на един кристал на универсален компютър, също се разгоря във въздуха. Някои архитектури вече са реализирани на няколко MOS-чипа. Но никой не знаеше как да инсталира 2300 произволни логически транзистори - минималното количество, необходимо за един прост процесор - достатъчно малък чип, така че производството да е евтино, скоростта беше висока и мощността да се разсейва достатъчно, за да бъде поставена в съществуващи случаи. Така истинското нововъведение в микропроцесора беше в неговото оформление на един силиконов чип, тъй като всичко останало беше направено преди това. И Фадхина успя без значителна помощ от Тед Хоф и Стената на Мейсън. Единственият човек, който му помогна, е инженерът на Бусико Масатоши Сима. Той дойде в Intel, за да провери напредъка на поръчката след няколко дни след назначаването на Fadhine. Той осъзна, че през последните 6 месеца не е постигнат напредък. Като се има предвид забавянето на проекта и отсъствието на инженер на Intel, който е способен да помага на Симе, е било позволенопрестой за 6 месеца, за да се ускори работата. Въпреки това, той знаеше малко за интегралните схеми и въпреки че беше много полезен, всички творчески решения бяха взети от Фадзин. Шефът на последния, Лесли Вадеш, беше толкова загрижен за дизайна на 1103 (първата 1024-битна динамична оперативна памет, считана за бъдещето на Intel), която не можеше да осигури технически контрол над проекта MCS-4. След успеха си с 4004 г. Фадзин ръководи въвеждането на 8008 и също така създава и определя архитектурата на най-успешните от първите процесори - 4040 и 8080.

Съмненията на разработчиците

Според Мейсън Уол той и Тед Хоф смятат, че Intel 4004 е твърде агресивен. Те не бяха сигурни какво да правят, така че започнаха с друг чип, наречен 4005. Това беше съвместен проект с MIL, който беше партньор на Intel в Канада. Те определиха много по-проста архитектура от 4004. Канадската компания трябваше да разработи чип, а Intel да предостави памет. Оказа се, че тя не може да направи 4005. Хоф и Мазоре през 1994 г. не бяха убедени в осъществимостта на 4004. Ето защо, няколко месеца след като Фадзин се присъедини към Intel, те създадоха по-опростена архитектура 4005 и я предадоха на канадската компания MIL за развитие. Но инженерите на MIL не можаха да направят микропроцесора. Стана ясно, че дори създаването на прост чип е далеч от рутинната работа. В допълнение, Hoff и Masor се съмняваха, че 4004 може да бъде полезен за приложения, различни от калкулатори, касови апарати и т.н. Те смятат, че само 1201 и по-късно и 8008 ще имат доста гъвкава архитектура, която да се използва в различни приложения.След завършването на проекта 4004, Fadgin показа, че микропроцесорът може да се използва в различни системи за управление и призова ръководството да внесе Intel 4004 на пазара.

Откази от 8008

Друг пример за това, каква методология е необходима, е архитектурата Intel 8008, която първоначално беше разработена от Computer Terminal Corporation (CTC). Работата върху чип, първоначално наречен 1201, започна преди Fadgin да се присъедини към Intel, но проектът, възложен на разработчика на произволна логика, който премина от General Instrument, не отиде далеч, защото по това време нямаше методология или библиотеки схеми. Работите на 8008 бяха преустановени и възобновени едва година на Intel 4004.

Микропроцесорен TI

Друг пример е първият едночипов CPU, който стана вторият източник за 8008 CTC, поръчан от Texas Instruments. Обявен в пресата в средата на 1971 г., само няколко месеца след успешното създаване на 4004, този процесор никога не е работил и никога не е продаван. Тя е създадена с помощта на MOS технология с фирма за метални щори, която имаше дългогодишен опит в разработването на IP с сложна произволна логика. В сравнение с процесора Intel-8008, размерът на чипа TI беше два пъти по-голям, осигурявайки същата функционалност. Скоростта и разсейването на мощността никога не са били публикувани.

Пример след

След като проектът 4004 приключи, други инженери, както вътре, така и извън него, бяха в състояние да проучат техниките, използвани от Фагин, чрез изследване на дизайна вмикроскоп. Същият стил се използва във всички други ранни микропроцесори Intel и Zilog.

В заключение

4004 стана първият в историята на процесора, произведен на силиконова технология за заключване. По онова време той беше напреднал интегриран чип. Създаването му изисква не само изключителните творчески способности и умения на дизайнера, но и задълбочените познания за новата технология, която може да има само нейния разработчик. Освен това, за успешното завършване на проекта, който трябва да приключи в рамките на 10 месеца поради предишни неизпълнени задължения към клиента, са необходими голяма смелост, мотивация, управленски умения и последователна, интензивна работа.