El Intel 4004, el primer microprocesador de la historia.

INTEL 4004. PRIMERA VERSINEl Intel 4004 (i4004), una CPU de 4bits, fue el primermicroprocesadorcreado en un simple chip.Esteprocesadorfue originalmente diseado por parte deIntelpara la compaa japonesaBusicompara ser usado en su lnea de calculadoras. Pero pronto la industria se dio cuenta del increble descubrimiento que accidentalmente aconteci:Por primera vez un chip electrnico poda ser programado mediante software para drsele un uso general, en vez de tener un nica funcin.HISTORIABusicom(empresa Japonesa), en 1970, encarg a una joven empresa Americana que por aquel entonces empezaba (Intel) el diseo de un conjunto de circuitos integrados para una de sus modernas calculadoras: La Busicom 141-PF.

LA UNICOM 141P ERA LA VERSIN OEM DE LA CALCULADORA BUSICOM 141PF.Esta calculadora estaba fabricada mediante varias docenas de circuitos digitales TTL comunes. Este diseo era muy complejo y caro de fabricar.Intelse puso a trabajar en la tarea de disear los circuitos necesarios para abaratar y simplificar el diseo de la calculadora deBusicom.Entre los circuitos que dise, uno de ellos era algo que jams se habra hecho con anterioridad: Un chip verdaderamente programable.EL DESCUBRIMIENTOEsta idea permiti ahorrar cientos de circuitos integrados y componentes en los dispositivos electrnicos, ya que, en esa poca se necesitaba desarrollar un circuito especfico para cada aplicacin y cada tarea. Con unmicroprocesadorse poda utilizar el mismo circuito para diferentes aplicaciones.Lo nico que se tiene que hacer es cambiar el programa que manejar estemicroprocesador.Las ventajas son evidentes. Estos circuitos integrados se pueden fabricar en cantidades enormes, logrando que sus costos sean muy bajos.

PLACA ELECTRNICA CON EL INTEL 4004Esta disposicin de un circuito integrado de bajo costo al alcance de muchos, hizo que los ingenieros y tcnicos cambiaran su proceso de diseo, en el cual ya tenan un elemento estandarizado: el hardware (elmicroprocesador). Ahora los esfuerzos de diseo deban concentrar en el diseo del programa que controlara el microprocesador (el software).La idea fue tan revolucionaria en su poca (casi una hereja) que la propiaBusicomno mostr mucho inters en el invento y dejo queIntello comercializara por su cuenta. El resto es historiaEspecificaciones tcnicas* Microprocesador de 4 bits* Contiene 2.300 transistores* EncapsuladoCERDIPde 16 pines* Mxima velocidad del reloj 740 KHz

ESQUEMA DE PINES DEL MICROPROCESADOR INTEL 4004

INTERIOR DEL MICROPROCESADOR INTEL 4004Evolucin de los microprocesadores Intel (Solo familias principales. Por ejemplo: El Celeron o el Pentium G no estn icluidos).- See more at: http://www.hermanotemblon.com/el-intel-4004-el-primer-microprocesador-de-la-historia/#sthash.euN1mi6q.dpuf

El microprocesador 4004Por Dario Alejandro AlpernHistoria del 4004En 1969, Silicon Valley, en el estado de California (EEUU) era el centro de la industria de los semiconductores. Por ello, gente de la empresa Busicom, una joven empresa japonesa, fue a la compaa Intel (fundada el ao anterior) para que hicieran un conjunto de doce chips para el corazn de su nueva calculadora de mesa de bajo costo.Al principio se pens que no se poda hacer, ya que Intel no estaba preparada para realizar circuitos "a medida". Pero Marcian EdwardTedHoff, Jr., jefe del departamento de investigacin de aplicaciones, pens que habra una mejor forma de realizar el trabajo.Durante el otoo (del hemisferio norte) de 1969 Hoff, ayudado por Stanley Mazor, definieron una arquitectura consistente en una CPU de 4 bits, una memoria ROM (de slo lectura) para almacenar las instrucciones de los programas, una RAM (memoria de lectura y escritura) para almacenar los datos y algunos puertos de entrada/salida para la conexin con el teclado, la impresora, las llaves y las luces. Adems definieron y verificaron el conjunto de instrucciones con la ayuda de ingenieros de Busicom (particularmente Masatoshi Shima).En abril de 1970 Federico Faggin se sum al staff de Intel. El trabajo de l era terminar el conjunto de chips de la calculadora. Se supona que Hoff y Mazor haban completado el diseo lgico de los chips y solamente quedaran definir los ltimos detalles para poder comenzar la produccin. Esto no fue lo que Faggin encontr cuando comenz a trabajar en Intel ni lo que Shima encontr cuando lleg desde Japn.Shima esperaba revisar la lgica de diseo, confirmando que Busicom podra realizar su calculadora y regresar a Japn. Se puso furioso cuando vio que estaba todo igual que cuando haba ido seis meses antes, con lo que dijo (en lo poco que saba de ingls) "Vengo ac a revisar. No hay nada para revisar. Esto es slo idea". No se cumplieron los plazos establecidos en el contrato entre Intel y Busicom.De esta manera, Faggin tuvo que trabajar largos meses, de 12 a 16 horas por da.Finalmente pudo realizar los cuatro chips arriba mencionados. El los llam"familia 4000". Estaba compuesto por cuatro dispositivos de 16 pines: el 4001 era una ROM de dos kilobits con salida de cuatro bits de datos; el 4002 era una RAM de 320 bits con el port de entrada/salida (bus de datos) de cuatro bits; el 4003 era un registro de desplazamiento de 10 bits con entrada serie y salida paralelo; y el 4004 era la CPU de 4 bits.El 4001 fue el primer chip diseado y terminado. La primera fabricacin ocurri en octubre de 1970 y el circuito trabaj perfectamente. En noviembre salieron el 4002 con un pequeo error y el 4003 que funcion correctamente. Finalmente el 4004 vino unos pocos das antes del final de 1970. Fue una lstima porque en la fabricacin se haban olvidado de poner una de las mscaras. Tres semanas despus vinieron los nuevos 4004, con lo que Faggin pudo realizar las verificaciones. Slo encontr unos pequeos errores. En febrero de 1971 el 4004 funcionaba correctamente. En el mismo mes recibi de Busicom las instrucciones que deban ir en la ROM.A mediados de marzo de 1971, envi los chips a Busicom, donde verificaron que la calculadora funcionaba perfectamente. Cada calculadora necesitaba un 4004, dos 4002, cuatro 4001 y tres 4003. Tom un poco menos de un ao desde la idea al producto funcionando correctamente.Luego de que el primer microprocesador fuera una realidad, Faggin le pidi a la gerencia de Intel que utilizara este conjunto de chips para otras aplicaciones. Esto no fue aprobado, pensando que lafamilia 4000slo servira para calculadoras. Adems, como fue producido mediante un contrato exclusivo, slo lo podran poner en el mercado teniendo a Busicom como intermediario.Despus de hacer otros dispositivos utilizando lafamilia 4000, Faggin le demostr a Robert Noyce (entonces presidente de Intel) la viabilidad de estos integrados para uso general. Finalmente ambas empresas llegaron a un arreglo: Intel le devolvi los 60000 dlares que haba costado el proyecto, slo podra vender los integrados para aplicaciones que no fueran calculadoras y Busicom los obtendra ms baratos (ya que se produciran en mayor cantidad).El 15 de noviembre de 1971, lafamilia 4000, luego conocida comoMCS-4(Micro Computer System 4-bit) fue finalmente introducida en el mercado.Descripcin del 4004Es un microprocesador de 4 bits de bus de datos, direcciona 32768 bits de ROM y 5120 bits de RAM. Adems se pueden direccionar 16 ports de entrada (de 4 bits) y 16 ports de salida (de 4 bits). Contiene alrededor de 2300 transistores MOS de canal P de 10 micrones. El ciclo de instruccin es de 10,8 microsegundos.Terminales del 4004Este microprocesador estaba encapsulado en el formatoDIP(Dual Inline Package) de 16 patas (ocho de cada lado). La distancia entre las patas es de 0,1 pulgadas (2,54 milmetros), mientras que la distancia entre patas enfrentadas es de 0,3 pulgadas (7,68 milmetros).Ntese en el grfico de la derecha el semicrculo que identifica la posicin de la pata 1. Esto sirve para no insertar el chip al revs en el circuito impreso.Las funciones de las 16 patas con las que se conecta el 4004 con el exterior son las siguientes:PataNombreDescripcin

1D0Todas las direcciones y datos de RAM y ROM pasan por estas lneas

2D1

3D2

4D3

5VSSReferencia de tierra. Es la tensin ms positiva.

6Clock phase 1Son las dos fases de entrada de reloj (clock)

7Clock phase 2

8Sync outputSeal de sincronismo generada por el procesador. Indica el comienzo de un ciclo de instruccin.

9ResetUn "1" lgico aplicado en esta pata borra todos los flags y registros de estado y fuerza el contador de programa (PC) a cero. Para que acte correctamente, esta lnea deber activarse por 64 ciclos de reloj (8 ciclos de mquina).

10TestLa instruccinJCNverifica el estado de esta lnea.

11CM-ROM (Control Memory Outputs)Esta seal est activa cuando el procesador necesita datos de la ROM

12VDDAlimentacin del microprocesador. La tensin debe ser de -15V +/- 5%

13CM-RAM3stas son las seales de seleccin de banco para indicar a cul RAM 4002 desea acceder el microprocesador

14CM-RAM2

15CM-RAM1

16CM-RAM0

Instrucciones del 4004Hay instrucciones de uno o dos bytes. Los primeros tardan 8 perodos de reloj (un ciclo de instruccin). Los segundos tardan 16 perodos de reloj (dos ciclos de instruccin).MnemnicoDescripcinOPROPA

D3D2D1D0D3D2D1D0

NOPNo hace nada00000000

JCNSalta a la direccin especificada por A2A2A2A2A1A1A1A1dentro de la misma ROM que contiene esta instruccinJCN, si se cumple la condicin C1C2C3C4, en caso contrario contina ejecutando la prxima instruccin.C1=1: Invertir la condicin de salto.C2=1: Saltar si el acumulador es cero.C3=1: Saltar si el acarreo vale uno.C4=1: Saltar si la pataTESTest a cero.0001C1C2C3C4

A2A2A2A2A1A1A1A1

FIMCargar el dato D2, D1(ocho bits) en el par de registros RRR0010RRR0

D2D2D2D2D1D1D1D1

SRCEnviar la direccin (contenido del par de registros RRR) a la ROM y a la RAM en los tiempos X2y X3del ciclo de instruccin0010RRR1

FINCargar en el par de registros RRR el dato de ROM apuntado por el par de registros cero0011RRR0

JINSalto indirecto segn el par de registros RRR0011RRR1

JUNSalto incondicional a la direccin de ROM A3, A2, A10100A3A3A3A3

A2A2A2A2A1A1A1A1

JMSSalvar el viejo valor del contador de programa y saltar a la direccin de ROM A3, A2, A10101A3A3A3A3

A2A2A2A2A1A1A1A1

INCIncrementar el contenido del registro RRRR0110RRRR

ISZIncrementar el registro RRRR. Si el resultado no es cero, saltar a la direccin A2A2A2A2A1A1A1A1dentro de la misma ROM que contiene esta instruccinISZ0111RRRR

A2A2A2A2A1A1A1A1

ADDSumar el registro RRRR al acumulador con acarreo1000RRRR

SUBRestar el registro RRRR del acumulador con prstamo1001RRRR

LDCargar el acumulador con el contenido del registro RRRR1010RRRR

XCHIntercambiar los contenidos del acumulador y el registro RRRR1011RRRR

BBLRetornar de subrutina y cargar el dato D D D D en el acumulador1100DDDD

LDMCargar el dato D D D D en el acumulador1101DDDD

Las siguientes instrucciones operan sobre las direcciones de RAM y ROM especificadas en la ltima instruccinSRC:Cada chip de RAM tiene cuatro registros, cada uno con veinte caracteres de 4 bits subdivididos en 16 caracteres de memoria principal y 4 de estado. El nmero de chip, registro de RAM y carcter de memoria principal se selecciona mediante la instruccinSRC, mientras que los caracteres de estado (dentro de un registro) se seleccionan mediante el cdigo de instruccin (OPA)MnemnicoDescripcinOPROPA

WRMEscribir el acumulador en RAM11100000

WMPEscribir el acumulador en port de salida de RAM11100001

WRREscribir el acumulador en port de salida de ROM11100010

WPMEscribir el acumulador en el medio byte especificado de RAM (se usa en los microprocesadores 4008 y 4009 solamente)11100011

WR0Escribir el acumulador en el carcter de estado de RAM 0, 1, 2, 311100100

WR111100101

WR211100110

WR311100111

SBMRestar el contenido de la posicin previamente especificada de RAM del acumulador con prstamo11101000

RDMCargar en el acumulador el contenido de la posicin de RAM11101001

RDRCargar en el acumulador el contenido del port de entrada de ROM11101010

ADMSumar el contenido de la posicin previamente especificada de RAM al acumulador con acarreo11101011

RD0Almacenar en el acumulador el carcter de estado de RAM 0, 1, 2, 311101100

RD111101101

RD211101110

RD311101111

La siguiente tabla muestra el grupo de instrucciones del acumulador.MnemnicoDescripcinOPROPA

CLBLimpiar el acumulador y el acarreo11110000

CLCLimpiar el indicador de acarreo11110001

IACIncrementar el acumulador11110010

CLCComplementar el acarreo11110011

CMAComplementar el acumulador11110100

RALRotar acumulador y acarreo hacia la izquierda11110101

RARRotar acumulador y acarreo hacia la derecha11110110

TCCSumar acarreo al acumulador y limpiar el acarreo11110111

DACDecrementar el acumulador11111000

TCSRestar acarreo del acumulador y limpiar el acarreo11111001

STCPoner el acarreo a uno11111010

DAAAjuste decimal del acumulador11111011

KBPConvierte un cdigo 1 de 4 a binario en el acumulador11111100

DCLDesignar lnea de comando11111101

Intel 4004Intel 4004Microprocesador

Microprocesador Intel 4004

ProduccinFinales de 19711981

Fabricante(s)Intel

Frecuencia de relojdeCPU740kHz

Conjunto de instruccionesprex86

Package(s)16 pin DIP

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ElIntel 4004(i4004), unCPUde 4bits, fue el primermicroprocesadoren un simplechip, as como el primero disponible comercialmente. Aproximadamente al mismo tiempo, algunos otros diseos de CPU en circuito integrado, tales como el militarF14 CADCde 1970, fueron implementados comochipsets, es decir constelaciones de mltiples chips.ndice[ocultar] 1Historia y descripcin 2Especificaciones tcnicas 3Microarquitectura y patillaje 4Chips de soporte (chipset) 5Publicaciones originales 6Aplicaciones 7Artculo de coleccin 8Vase tambin 9Referencias 10Enlaces externosHistoria y descripcin[editar]El 4004 fue lanzado en un paquete de 16 pinesCERDIPel15 de noviembrede1971. El 4004 fue el primer procesador de computadora diseado y fabricado por el fabricante de chipsIntel, quien previamente hacasemiconductoresde chips de memoria.1Marcian "Ted" Hoffformul la propuesta arquitectnica en 1969. Sin embargo, la implementacin del microprocesador slo comenz en 1970 cuandoFederico Fagginfue empleado por Intel, procedente deFairchild Semiconductor, para dirigir el proyecto y para disear el 4004 (1970-1971).2En Fairchild, Faggin haba desarrollado la tecnologa pionera llamada Silicon Gate Technology (SGT) y haba tambin diseado el primer circuito integrado MOS usando la tecnologa SGT (el Fairchild 3708), en 1968, demostrando la viabilidad de la nueva tecnologa. Tan pronto como empez a trabajar para Intel, Faggin cre una nueva metodologa de "random logic design" con silicon gate, que no exista previamente, y que la utiliz para encajar el microprocesador en un nico chip. Su metodologa fue usada en todos los primeros diseos de microprocesadores de Intel (8008, 4040, 8080).Masatoshi ShimadeBusicomasisti a Faggin durante el desarrollo de la familia 4004 y ms tarde escribi el software para la calculadora Busicom. Shima se uni a la compaaZiLOG, la primera compaa dedicada exclusivamente a microprocesadores, fundada por Federico Faggin a finales del 1974, y desarroll el diseo del Z80 con Faggin.Originalmente diseado para la compaajaponesaBusicom para ser usado en su lnea decalculadoras, el 4004 tambin fue proporcionado con una familia de chips de soporte especialmente diseados para l.1Por ejemplo, cada "ROMde programa" internamente guardaba para su propio uso los 12 bit de direccin de programa del 4004, lo que permita, si las 16 ROM fueron instaladas, acceso de 4KBde memoria desde elbus de direccionesde 4 bits. El circuito 4004 fue construido con 2.300transistores, y fue seguido el ao siguiente por el primer microprocesador de 8bits, el8008, que contena 3.300 transistores, y el4040, que era una versin revisada del 4004.Como su cuarta entrada en el mercado de microprocesadores, Intel lanz el CPU que comenz la revolucin delmicrocomputador, el8080, usado en elAltair 8800.Especificaciones tcnicas[editar] Microprocesador de 4 bits Contiene 2.300transistores EncapsuladoCERDIPde 16 pines Mximavelocidad del reloj740KHz UsaArquitectura Harvard, es decir, almacenamiento separado de programas y datos. Contrario a la mayora de los diseos con arquitectura de Harvard, que utilizan buses separados, el 4004, con su necesidad de mantener baja la cuenta de pines, usaba un bus de 4 bitsmultiplexadopara transferir: 12 bits de direcciones (direccionando hasta 4 KB) Instrucciones de 8 bits de ancho, que no deben ser colocadas en la misma memoria de datos de 4 bits de ancho. Elconjunto de instruccionesest formado por 46 instrucciones (de las cuales 41 son de 8 bits de ancho y 5 de 16 bits de ancho) 16registrosde 4 bits cada uno Stackinterno de llamadas asubrutinasde tres niveles de profundidad Chipset(circuitos auxiliares) para crearsistemasbasados en el 4004Microarquitectura y patillaje[editar]Haga clic en las imgenes para ver una versin de tamao completo.Intel 4004 diagrama arquitectnico de bloque.Intel 4004 DIP chippinout

Chips de soporte (chipset)[editar] 4001: ROM de 256bytes(256 instrucciones de programa de 8bits), y un puerto incorporado deI/Ode 4 bits* 4002: RAM de 40bytes(80 palabras de datos de 4 bits), y un puerto de salida incorporado de 4 bits. La porcin de RAM del chip est organizada en cuatro "registros" de veinte palabras de 4 bits: 16 palabras de datos (usadas para losdgitos significativosen el diseo original de la calculadora) 4 palabras de estado (usadas para los dgitos deexponenteen el diseo original de la calculadora) 4003:shift register(registro de desplazamiento) de salida paralela de 10 bits para explorar teclados, pantallas, impresoras, etc. 4008:latchde 8 bits de direccin para acceso a chips de memoria estndar, y un chip incorporado de 4 bits de seleccin y puerto de I/O* 4009: programa y convertidor de acceso I/O a memoria estndar y a chips de I/O*(*) Nota: una chip de 4001 ROM + I/O no se puede utilizar en un sistema junto con un par 4008/4009.Publicaciones originales[editar] F. Faggin and M.E. Hoff: "Standard parts and custom design merge in four-chip processor kit". Electronics/April 24, 1972, pp. 112-116 F. Faggin, M.Shima, M.E. Hoff, Jr., H. Feeney, S. Mazor: "The MCS-4 An LSI micro computer system". IEEE '72 Region Six Conference Diseo del 4004 con firmaEl Intel 4004 es firmado con las iniciales F.F. de su diseador Federico Faggin. La firma del CPU fue un gesto espontneo de orgullo por sus logros y fue tambin una idea original imitada, despus de l, por muchos diseadores de Intel. US Patent 3,753,001 August 14, 1973. Faggin, Federico: Power supply settable bi-stable circuit. US Patent 3,821,715 June 28, 1974. Hoff, Marcian; Mazor, Stanley; Faggin, Federico: Memory system for multi-chip digital computer.Aplicaciones[editar]El diseo del i4004 era muy eficaz para ser empleado en calculadoras y dispositivos de control. Existen incluso unos pocos viejos sistemas de control desemforosen uso construidos con el i4004.Artculo de coleccin[editar]El Intel 4004, naturalmente, es uno los chips coleccionables/antiguos ms codiciados del mundo. De valor ms alto estn los 4004 de color oro y blanco, con los llamados 'trazos grises' visibles en su porcin blanca (el tipo original del paquete). En el2004, cada uno de esos chips alcanzaron alrededor de US$400 eneBay. Los levemente menos valiosos chips de color blanco y oro sin rastros grises alcanzan tpicamente $200 a $300. Esos chips sin un 'cdigo de fecha' debajo son versiones anteriores, y por lo tanto valen un poco ms. Otros chips valiosos incluyen elIntel 4040.