Цветове фламинго розово. Защо фламингото е розово? Колко дълго живее фламингото?

Да се ​​върнем към историята на процесорите.

През 60-те години никой не е предполагал, че скоро ще започне информационната революция. Освен това дори самите компютърни ентусиасти, уверени, че компютрите са бъдещето, имаха доста неясна представа за това най-цветно бъдеще. Много открития, които на практика преобърнаха света и разбирането на обществото за съвременния световен ред, се появиха сякаш от само себе си, по магия, без предварително планиране. Характерна в това отношение е историята на разработката на първия в света микропроцесор.

След напускането на Fairchild Semiconductor, Робърт Нойс и авторът на прословутия закон, Гордън Мур, решават да основат своя собствена компания (за повече информация относно Fairchild Semiconductor вижте статията „The Blonde Child” в Upgrade #39 (129) за 2003 г.) . Нойс седна на пишещата машина и напечата бизнес план за бъдещия кит на ИТ индустрията, който беше предопределен да промени света. Тук пълен тексттози бизнес план.

„Компанията ще се занимава с изследване, разработка, производство и продажби на интегрирани електронни структуриза задоволяване на нуждите на индустрията електронни системио Те ще включват полупроводникови устройства с тънка и дебела обвивка и други компоненти твърдо, използвани в хибридни и монолитни интегрирани структури.

Ще бъдат установени различни процеси на лабораторно и производствено ниво. Те включват: растеж на кристали, рязане, прилепване, полиране, дифузия в твърдо състояние, фотолитографско маскиране и ецване, вакуумно отлагане, покритие, сглобяване, опаковане, тестване. Както и разработването и производството на специални технологии и тестване на оборудването, необходимо за извършване на тези процеси.

Продуктите могат да включват диоди, транзистори, устройства с полеви ефекти, фоточувствителни елементи, устройства, излъчващи радиация, интегрални схеми и подсистеми, обикновено характеризирани с израза „интеграция с мащабируема латентност“. Очаква се основните потребители на тези продукти да бъдат производители на усъвършенствани електронни системи за комуникации, радар, контрол и обработка на данни. Повечето от тези клиенти се очаква да се намират извън Калифорния."

Ясно е, че Нойс и Мур са били оптимисти, ако са предположили, че поне някой, въз основа на този текст, ще може да разбере какво всъщност ще направи компанията. От текста на бизнес плана обаче става ясно, че не е предвидено да се занимава с производство на микропроцесори. Въпреки това, никой друг по това време не е мислил за микропроцесори. И самата дума тогава не съществуваше, защото централният процесор на всеки компютър от този период беше доста сложна единица със значителни размери, състояща се от няколко възела.

По време на изготвянето на този проект, разбира се, никой не можеше да предвиди какъв доход ще донесе. Както и да е, в търсене на заем Нойс и Мур се обръщат към Артър Рок, финансист, който преди това е помогнал за създаването на Fairchild Semiconductor. И два дни по-късно, като в приказка, партньорите получиха два и половина милиона долара. Дори по днешните стандарти това са много пари, но през 60-те години на миналия век бяха буквално състояние. Ако не беше високата репутация на Нойс и Мур, едва ли щяха да получат необходимата сума толкова лесно. Но хубавото на САЩ е, че винаги има рискови капиталисти, готови да инвестират долар или два обещаващ бизнессвързани с новите технологии. Всъщност силата на тази държава се крепи на това. В съвременна Русия, за която по някаква причина се смята, че следва пътя на Съединените щати, такива капиталисти са всеки ден...

Така че сделката, може да се каже, беше в чантата. Идва негов ред приятен момент- избор за бъдещия флагман на IT индустрията. Първото име, за което се сещам, е името, съставено от имената на бащите-основатели на компанията – Мур Нойс. Другарите обаче им се присмяха. По мнението на „експертите“ такова име би било произнесено от всички като „повече шум“, което за компания, чиито продукти трябва да се използват в радиоиндустрията, не може да бъде по-лошо. Те съставиха списък, който включваше думи като COMPTEK, CALCOMP, ESTEK, DISTEK и т.н. В резултат Мур и Нойс избраха име, което е съкратено от „интегрирана електроника“ - Intel.

Те бяха разочаровани - някой вече беше регистрирал това име по-рано за верига мотели. Но с два и половина милиона долара не е трудно да си купите обратно заглавието, което харесвате. Това направиха съдружниците.

В края на 60-те години повечето компютри бяха оборудвани с памет върху магнитни ядра и компании като Intel смятаха широкото въвеждане на „силиконова памет“ за своя мисия. Следователно първият продукт, който компанията пусна в производство, беше „чипът 3101“ - 64-битова биполярна статична памет с произволен достъп, базирана на бариерен диод на Шотки (вижте страничната лента „Уолтер Шотки“).

Уолтър Шотки

Двоичните диоди на Шотки са кръстени на немския физик Валтер Шотки (1886-1976), роден в Швейцария. Шотки работи дълго време и плодотворно в областта на електропроводимостта. През 1914 г. той открива феномена на увеличаване на тока на насищане под въздействието на външно ускоряващо електрическо поле („ефектът на Шотки“) и развива теорията за този ефект. През 1915 г. той изобретява вакуумната тръба с екранна решетка. През 1918 г. Шотки предлага принципа на суперхетеродинното усилване. През 1939 г. той изследва свойствата на потенциалната бариера, която се появява на границата полупроводник-метал. В резултат на тези изследвания Шотки развива теорията на полупроводниковите диоди с такава бариера, които се наричат ​​диоди на Шотки. Валтер Шотки има голям принос в изучаването на процесите, протичащи в електрическите лампи и полупроводниците. Изследванията на Уолтър Шотки са свързани с физиката на твърдото тяло, термодинамиката, статистиката, електрониката и физиката на полупроводниците.

През първата година след създаването си (1969 г.) Intel донесе на своите собственици не по-малко от $2672 печалба. Преди пълно изплащанеОставаше много малко кредит.

4 вместо 12

Днес Intel (както и AMD) произвежда чипове въз основа на пазарните продажби, но в ранните си години компанията често правеше чипове по поръчка. През април 1969 г. с Intel се свързват представители на японската компания Busicom, която произвежда калкулатори. Японците чуха, че Intel има най-модерната технология за производство на чипове. Busicom искаше да поръча 12 чипа за новия си настолен калкулатор за различни цели. Проблемът обаче беше, че ресурсите на Intel в този момент не позволяваха изпълнението на такава поръчка. Методологията за разработване на микросхеми днес не се различава много от това, което беше в края на 60-те години на 20-ти век, въпреки че инструментите се различават доста забележимо.

В онези отдавна, много отдавна, много трудоемки операции като проектиране и тестване се извършваха ръчно. Дизайнерите рисуваха чертежи на милиметрова хартия, а чертожниците ги прехвърляха на специална восъчна хартия (восъчна хартия). Прототипът на маската е направен чрез ръчно начертаване на линии върху огромни листове миларов филм. Все още не е имало компютърни системи за изчисляване на веригата и нейните компоненти. Правилността се проверяваше чрез „обхождане“ на всички линии със зелен или жълт флумастер. Самата маска е направена чрез прехвърляне на рисунката от лавсаново фолио върху така наречения рубилит - огромни двуслойни листове с рубинен цвят. Гравирането върху рубилит се извършвало и на ръка. След това в продължение на няколко дни трябваше да проверяваме точността на гравирането. В случай, че се е налагало премахване или добавяне на транзистори, това отново е ставало ръчно, със скалпел. Едва след внимателна проверка рубилитовият лист беше предаден на производителя на маската. Най-малката грешка на всеки етап - и всичко трябваше да започне отначало. Например, първото тестово копие на „продукт 3101“ се оказа 63-битово.

Накратко, Intel физически не може да се справи с 12 нови чипа. Но Мур и Нойс бяха не само прекрасни инженери, но и предприемачи и затова наистина не искаха да загубят печеливша поръчка. И тогава на един от служителите на Intel, Тед Хоф, му хрумва, че тъй като компанията не е имала способността да проектира 12 чипа, трябва да направи само един универсален чип, който да ги замени всички във функционалността си. С други думи, Тед Хоф формулира идеята за микропроцесор - първият в света. През юли 1969 г. е създаден екип за разработка и работата започва. Трансфер на Fairchild Stan Mazor също се присъедини към групата през септември. Контрольорът на клиента включи в групата японеца Масатоши Шима. За да се осигури напълно работата на калкулатора, беше необходимо да се произведат не една, а четири микросхеми. Така вместо 12 чипа трябваше да бъдат разработени само четири, но единият от тях беше универсален. Никой досега не е произвеждал микросхеми с такава сложност.

Итало-японската общност

През април 1970 г. нов служител се присъединява към екипа за изпълнение на поръчки на Busicom. Той дойде от ковачницата на таланти за Intel - Fairchild Semiconductor. Името на новия служител беше Федерико Фагин. Той беше на 28 години, но създаваше компютри почти десет години. На деветнадесет години Фейгин участва в изграждането на миникомпютър за италианската компания Olivetti. След това се озовава в италианското представителство на Fairchild, където участва в разработването на няколко микросхеми. През 1968 г. Фейгин напуска Италия и се премества в Съединените щати, в лабораторията Fairchild Semiconductor в Пало Алто.
Стан Мейзор показа на новия член на екипа общите спецификации на чипсета, който се проектира, и каза, че представител на клиента ще пристигне на следващия ден.

Федерико Фагин

На сутринта Мейзор и Фейгин отидоха на летището в Сан Франциско, за да се срещнат с Масатоши Шима. Японецът беше нетърпелив да види какво точно са направили хората от Intel през няколкомесечното му отсъствие. Пристигайки в офиса, Мазор остави италианеца и японца сами и той мъдро изчезна. Когато Сима погледна документите, които Фейгин му даде, Кондрати почти го сграбчи: четири месеца „хората на Intel“ не бяха направили абсолютно нищо. Сима очакваше, че до този момент чертежът на веригата на чипа ще бъде завършен, но той видя само концепцията във вида, в който беше по време на неговото заминаване през декември 1969 г. Духът на самурая кипна и Масатоши Шима даде воля на възмущението си. Не по-малко темпераментният Фейгин обясни на Сима, че ако не се успокои и не разбере, че са в една лодка, проектът ще бъде напълно провален. Японецът бил впечатлен от аргументите на Фейгин и факта, че той всъщност работи в компанията само от няколко дни и не носи отговорност за нарушаването на графика. Така Федерико Фейгин и Масатоши Шима започват да работят заедно върху проектирането на чип вериги.

По това време обаче ръководството на Intel, което гледаше на тази поръчка на Busicom като на много интересен и донякъде приключенски, но все пак не най-важният експеримент, прехвърли групата Hoff и Mazor към производството на „продукт 1103“ - DRAM капацитет на чипа 1 kbit.

Intel 1103 DRAM чип, c. 1970 г

По това време ръководството на Intel свързва бъдещото благополучие на компанията с производството на чипове с памет. Оказа се, че Федерико Фагин е ръководител на проекта, в който няма никой освен него (Сима, като представител на клиента, участва само от време на време). Фейгин създаде нов, по-реалистичен график на проекта в рамките на една седмица и го показа на Сима. Той отлетя за Япония в централата на Busicom. Японците, след като научиха всички подробности, искаха да откажат сътрудничество с Intel, но въпреки това промениха решението си и изпратиха Масатоши Шима обратно в САЩ, за да помогнат колкото е възможно повече и да ускорят създаването на чипсета.

В крайна сметка групата, в допълнение към Фейгин, беше попълнена с един електроинженер и трима чертожници. Но основната тежест на работата все пак падна върху мениджъра. Първоначално групата на Фейгин се заема с разработването на чипа 4001, ROM чип.
Ситуацията беше много нервна, тъй като никой досега не беше правил продукти с такава сложност. Всичко трябваше да бъде проектирано на ръка от нулата. В допълнение към проектирането на чипа беше необходимо паралелно да се произведе тестово оборудване и да се разработят програми за тестване.

Понякога Фейгин прекарвал 70-80 часа седмично в лабораторията, като дори не се прибирал вкъщи през нощта. Както си спомня по-късно, той имаше голям късмет, че през март 1970 г. се роди дъщеря му и съпругата му замина за Италия за няколко месеца. Иначе нямаше да избегне семеен скандал.

През октомври 1970 г. работата по производството на чипа 4001 е завършена. Чипа работеше безупречно. Това повиши нивото на доверие в Intel от Busicom. През ноември беше готов и чип 4003 - интерфейсен чип с периферия, най-простият от целия комплект. Малко по-късно беше готов 320-битовият модул с динамична памет 4002. И накрая, в края на декември 1970 г., „вафлите“ бяха получени от фабриката за тестване (както американските експерти наричат ​​силиконовите пластини, върху които бяха „отгледани“ микросхеми), но все още не е изрязано). Беше късно вечерта и никой не видя ръцете на Фейгин да треперят, докато зареждаше първите две „вафли“ в сондата (специално устройство за тестване и тестване). Седна пред осцилоскопа, включи копчето за напрежение и... нищо, линията на екрана дори не трепна. Фейгин зареди следващата "вафла" - същият резултат. Беше напълно изгубен.

Не, разбира се, никой не очакваше, че първият прототип на устройство, което никой в ​​света не е правил досега, веднага ще покаже изчислените резултати. Но да няма сигнал на изхода беше просто удар. След двадесетминутно сърцебиене Фейгин решава да изследва плочите под микроскоп. И тогава всичко веднага стана ясно: нарушения в технологичен процес, което доведе до факта, че някои междинни джъмпери липсваха във веригите! Беше много лошо, графикът не беше, но Фейгин знаеше: грешката не беше по негова вина. Следващата партида "вафли" пристигна през януари 1971 г. Фейгин отново се затвори в лабораторията и остана там до четири сутринта. Този път всичко работи безупречно. По време на интензивно тестване през следващите няколко дни бяха открити няколко дребни грешки, но те бързо бяха коригирани. Подобно на художник, подписващ картина, Фейгин щампова чипа 4004 със своите инициали FF.

Микропроцесорът като стока

През март 1971 г. Intel изпрати в Япония комплект калкулатор, който се състоеше от един микропроцесор (4004), два 320-битови модула с динамична памет (4002), три интерфейсни чипа (4003) и четири ROM чипа. През април Busicom съобщи, че калкулаторът работи перфектно. Беше възможно да започне производство. Въпреки това Федерико Фейгин започна страстно да убеждава ръководството на Intel, че е глупаво да се ограничаваме само до калкулатори. Според него микропроцесорът може да се използва в много области на съвременното производство. Той вярваше, че чипсетът 400x има собствена стойност и може да се продава сам. Увереността му се отрази на ръководството. Имаше обаче една уловка – първият микропроцесор в света не беше на Intel, а на японската компания Busicom! Е, какво трябваше да се направи? Оставаше само да отидем в Япония и да започнем преговори за закупуване на правата върху собствената ни разработка. Това направиха хората от Intel. В резултат на това Busicom продаде правата върху микропроцесора 4004 и свързаните с него чипове за шестдесет хиляди долара.

И двете страни останаха доволни. Busicom все още продава калкулатори, а Intel... Първоначално ръководството на Intel гледа на микропроцесорите като на страничен продукт, който допринася само за продажбите на основния продукт - модулите оперативна памет. Intel пуска разработката си на пазара през ноември 1971 г. под името MCS-4 (Micro Computer Set).

Малко по-късно Гордън Мур, поглеждайки назад, ще каже по този въпрос: „Ако автомобилната индустрия се беше развила със скоростта на производството на полупроводници, тогава днес Rolls-Royce щеше да струва три долара, можеше да измине половин милион мили с един галон на бензин и би било по-евтино да се изхвърли." отколкото да се плати за паркиране." Разбира се, в сравнение с настоящите изисквания, MCS-4 далеч не е зашеметяваща производителност. И в началото на 70-те години никой не беше особено развълнуван от появата на тези продукти. Като цяло изчислителната система, базирана на комплекта MCS-4, не беше по-ниска от първите компютри от 50-те години на миналия век, но това бяха различни времена и в компютърните центрове имаше машини, чиято изчислителна мощ беше далеч напред.

Intel стартира специална пропагандна кампания, насочена към инженери и разработчици. В техните реклами Intel твърди, че микропроцесорите, разбира се, не са нещо много сериозно, но могат да се използват в различни специфични области, като автоматизация на производството. Освен за калкулатори, комплектът MCS-4 намира приложение и като контролери за устройства като газови помпи, автоматични кръвни анализатори, устройства за контрол на трафика...
Що се отнася до бащата на първия микропроцесор в света, той беше много разстроен от факта, че Intel не искаше да гледа на новото устройство като на основен продукт. Фейгин направи няколко турнета в Съединените щати и Европа, изпълнявайки в научни центровеи напреднали фабрики, насърчаващи микропроцесори. Понякога той и Intel ставаха обект на смях.

Всъщност цялата тази идея за микропроцесор изглеждаше болезнено несериозна тогава. Фейгин също участва в проекта 8008 - създаването на осем-битов микропроцесор, който в много отношения повтаря архитектурата на 4004. Но постепенно в него нараства чувството на негодувание, че компанията го третира като просто добър инженер, който се е справил със сложна, но не особено важна работа. Но той знаеше, че всъщност е направил световна революция.

През октомври 1974 г. Федерико Фейгин напуска Intel и основава собствена компания Zilog, Inc. През април следващата годинаМасатоши Шима се премести в Зилог от Бусиком. И приятелите започнаха да проектират нов процесор, който трябваше да бъде най-добрият в света. През май 1976 г. микропроцесорът Z80 на Zilog се появява на пазара.

Процесорът Z80 беше много успешен проект и сериозно измести на пазара процесорите Intel 8008 и 8080. В средата на 70-те и началото на 80-те Zilog беше почти същият за Intel, какъвто е днес компания AMD- сериозен конкурент, способен да произвежда по-евтини и ефективни моделисъщата архитектура. Както и да е, повечето наблюдатели са съгласни, че Z80 е най-надеждният и успешен микропроцесор в историята на микропроцесорната технология. Не бива обаче да забравяме, че тази история едва сега започва...

MCS-4 - прототип на бъдещето

Една статия за създаването на първия в света микропроцесор би била непълна, без да се кажат поне няколко думи за техническите характеристики на комплекта MCS-4. Федерико Фейгин настоя за въвеждане на числото 4 в системата за кодиране на Intel. Маркетинговият отдел на Intel хареса тази идея - четирите посочиха както битовия капацитет на процесора, така и общия брой чипове. Комплектът се състоеше от следните четири чипа: 4001 - маскиран ROM чип с капацитет 2048 бита; 4002 - RAM чип с капацитет 320 бита; 4003 - интерфейсен чип, който е 10-битов регистър за смяна; 4004 е четири-битов процесор с набор от 45 инструкции. Всъщност това беше прототип на персоналния компютър на близкото бъдеще. Нека разгледаме по-подробно функционирането на тези микросхеми, тъй като основните принципи на тяхната работа могат да бъдат намерени дори в съвременните микропроцесори.

Паметта с произволен достъп (RAM) на съвременния компютър едновременно съхранява както изпълняваните програми, така и данните, които обработват. В тази връзка процесорът трябва да знае всеки път какво точно избира в момента от паметта – команда или данни. Първият микропроцесор 4004 беше по-прост - инструкциите се съхраняваха само в ROM (чип 4001), а данните в RAM (чип 4002).

Тъй като инструкциите за процесора 4004 бяха осембитови, чипът 4001 беше организиран като масив от 256 осембитови думи (терминът "байт" все още не беше използван). С други думи, максимум 256 инструкции за централен процесор могат да се поберат в един такъв чип. Микропроцесорът 4004 може да работи с максимум четири 4001 чипа, следователно максималният брой инструкции, които могат да бъдат написани, не надвишава 1024. Освен това 4004 „Асемблер“ беше много прост - само 45 инструкции и нямаше толкова сложни инструкции като умножение или деление. Цялата математика се основаваше на командите ADD (добавяне) и SUB (изваждане). Всеки, който е запознат с алгоритъма за двоично деление, лесно ще разбере трудността на програмистите, работещи с процесора 4004.

Адресът и данните се предават по мултиплексирана четирибитова шина. Тъй като чипът 4001 беше EPROM, той можеше да бъде презаписан чрез записване на определени програми. Така MCS-4 беше конфигуриран да изпълнява специфични задачи.
Ролята на RAM беше възложена на чипа 4002. Обменът на данни с 4002 също се извършваше чрез четирибитова шина. В система, базирана на MCS-4, могат да се използват максимум четири 4002 чипа, тоест максималният размер на RAM в такава система е 1 kbyte (4 x 320 бита). Паметта беше организирана в четири регистъра, всеки от които можеше да съдържа двадесет четири-битови знака (4 x 20 x 4). Тъй като максимум 16 знака (24) могат да бъдат кодирани с помощта на четирибитов код, MCS-4 би било трудно да се използва с текстообработваща програма. Ако говорим за калкулатора, тогава бяха кодирани десет знака от 0 до 9, четири аритметични знака, десетична точка и един знак остана като резерв. Получаването на данни от паметта се извършва от процесора съгласно инструкцията SRC.

Процесорът изпрати две четирибитови последователности X2 (D3D2D1D0) и X3 (D3D2D1D0). В последователността X2 битовете D3D2 посочиха номера на банката памет (номер на чипа 4002), а битовете D1D0 посочиха номера на искания регистър в тази банка (модерните процесори, между другото, също показват номера на банката памет, когато работа с памет). Цялата последователност X3 показваше номера на знака в регистъра. Чиповете и регистрите са номерирани: 00 - 1; 01 - 2; 10 - 3; 11 - 4. Например, инструкцията SRC 01010000 казва на процесора, че първият символ трябва да бъде избран във втория чип, втори регистър.

Целият обмен на данни с външни устройства, като клавиатури, дисплеи, принтери, телетайпи, различни видове превключватели, броячи - с една дума, с периферни устройства, се осъществяваше чрез интерфейсния чип 4003. Той комбинира паралелен изходен порт, както и сериен вход/изход порт. По принцип такъв механизъм за обмен на данни с периферни устройства съществуваше до появата на USB портове и т.н.

Основата на комплекта - чипът 4004 - беше истински микропроцесор. Процесорът съдържаше четири-битов суматор, акумулиращ регистър, 16 индексни регистъра (четири-битови, разбира се), 12 програмни и стекови броячи (четири-битови) и осем-битов команден регистър и декодер. Командният регистър беше разделен на два четирибитови регистъра - OPR и OPA.

Работният цикъл се случи по следния начин. Процесорът генерира SYNC сигнал за синхронизация. След това 12 адресни бита бяха изпратени за извличане от ROM (4001), което се проведе в три работни цикъла: A1, A2, A3. В съответствие с получената заявка, осембитова команда беше изпратена обратно към процесора в два цикъла: M1 и M2. Инструкцията беше поставена в OPR и OPA регистрите, интерпретирана и изпълнена в следните три цикъла: X1, X2, X3. Фигурата показва работния цикъл на процесора Intel 4004. Честотата на процесора 4004 от първото издание беше 0,75 MHz, така че всичко това не се случи много бързо по днешните стандарти. Целият цикъл отне около 10,8 секунди. Добавянето на две осемцифрени десетични числа отне 850 секунди. Intel 4004 извършва 60 000 операции в секунда.

Дори от кратък техническо описаниеясно е че беше много слаб процесор. Ето защо не е изненадващо, че малко хора в началото на седемдесетте години на миналия век бяха разтревожени от появата на комплекта MCS-4 на пазара. Продажбите все още не бяха много високи. Но пропагандата на Intel отекна сред млади ентусиасти като Бил Гейтс и неговия приятел Пол Алън, които веднага разбраха, че появата на микропроцесорите отваря вратата към един нов свят лично за тях.

Схема за кодиране на Intel

(Написано в UPgrade и NNM)
Схемата за цифрово кодиране на Intel е изобретена от Анди Гроув и Гордън Мур. В оригиналната си форма той беше много прост, за кодиране бяха използвани само числата 0, 1, 2 и 3. След като Федерико Феджин създаде микропроцесора, той предложи въвеждането на числото 4, за да отрази четирибитовата структура на неговите регистри в код. С появата на осем-битови процесори беше добавено числото 8. В тази система всеки продукт получава код, състоящ се от четири цифри. Първата цифра на кода (най-вляво) показва категорията: 0 - контролни чипове; 1 - PMOS чипове; 2 - NMOS чипове; 3 - биполярни микросхеми; 4 - четирибитови процесори; 5 - CMOS чипове; 7 - памет на магнитни домейни; 8 - осембитови процесори и микроконтролери. Числата 6 и 9 не са използвани.

Втората цифра в кода показва типа: 0 - процесори; 1 - статични и динамични RAM чипове; 2 - контролери; 3 - ROM чипове; 4 - регистри за смяна; 5 - EPLD микросхеми; 6 - PROM чипове; 7 - EPROM чипове; 8 - вериги за синхронизация на тактови генератори; 9 - чипове за телекомуникации (появили се по-късно). Последните две цифри показват серийния номер на този тип продукт. Така първият чип, произведен от Intel, код 3101, означава „първо издание на биполярен статичен или динамичен RAM чип“.

Продължете да четете тази история, като използвате следните връзки:
История на x86 процесорната архитектура. Част 2. Осем бита
История на процесорната архитектура x86 Част 3. Далечен прародител

Въведение

От появата на първите компютри разработчиците на софтуер са мечтали за хардуер, предназначен да реши точно техния проблем. Следователно идеята за създаване на специални интегрални схеми, които могат да бъдат пригодени за ефективно изпълнение на конкретна задача, се появи от доста време. Тук има два пътя на развитие:

• Използването на така наречените специализирани персонализирани интегрални схеми (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). Както подсказва името, тези чипове са направени по поръчка от производители на хардуер, за да изпълняват ефективно някои специфични задачи или набор от задачи. Те нямат гъвкавостта на конвенционалните микросхеми, но решават възложените им задачи многократно по-бързо, понякога с порядъци.
• Създаване на микросхеми с реконфигурируема архитектура. Идеята е такива чипове да пристигнат при разработчика или софтуерния потребител в непрограмирано състояние и той да имплементира архитектурата, която му подхожда най-добре. Нека разгледаме по-отблизо процеса на тяхното формиране.

С времето се появи голям бройразлични микросхеми с реконфигурируема архитектура (фиг. 1).

Доста дълго време на пазара съществуваха само PLD (Programmable Logic Device) устройства. Този клас включва устройства, които изпълняват функциите, необходими за решаване на поставените проблеми под формата на перфектна дизюнктивна нормална форма (перфектна DNF). Първите, които се появяват през 1970 г., са EEPROM чипове, които принадлежат специално към класа PLD устройства. Всяка верига имаше фиксиран набор от логически функции И, свързани с програмируем набор от логически функции ИЛИ. Например, разгледайте PROM с 3 входа (a, b и c) и 3 изхода (w, x и y) (фиг. 2).

С помощта на предварително дефиниран масив И се изпълняват всички възможни връзки върху входни променливи, които след това могат да бъдат произволно комбинирани с помощта на елементи ИЛИ. По този начин на изхода можете да реализирате всяка функция от три променливи под формата на перфектна DNF. Например, ако програмирате тези ИЛИ елементи, които са оградени в червено на Фигура 2, тогава изходите ще произведат функциите w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

Първоначално PROM чиповете са предназначени за съхраняване на програмни инструкции и постоянни стойности, т.е. за изпълнение на функциите на компютърната памет. Разработчиците обаче ги използват и за реализиране на прости логически функции. Всъщност PROM на чипа може да се използва за реализиране на всеки логически блок, при условие че има малък брой входове. Това условие следва от факта, че в EEPROM микросхемите матрицата на елементите И е строго дефинирана - в нея са реализирани всички възможни връзки от входовете, т.е. броят на елементите И е равен на 2 * 2 n, където n е брой входове. Ясно е, че с увеличаването на числото n размерът на масива расте много бързо.

След това през 1975 г. се появяват така наречените програмируеми логически масиви (PLM). Те са продължение на идеята за PROM на микросхеми - PLM също се състоят от масиви AND и OR, но за разлика от PROM и двата масива са програмируеми. Това осигурява по-голяма гъвкавост за такива чипове, но те никога не са били често срещани, тъй като сигналите отнемат много повече време, за да преминат през програмируеми връзки, отколкото през техните предварително дефинирани аналогове.

За да се реши проблемът със скоростта, присъщ на PLM, в края на 70-те години на миналия век се появи допълнителен клас устройства, наречени програмируема масивова логика (PAL). По-нататъшно развитие на идеята за PAL чипове беше появата на GAL (Generic Array Logic) устройства - по-сложни разновидности на PAL, използващи CMOS транзистори. Идеята, използвана тук, е точно обратната на идеята за PROM чипове - програмируем масив от И елементи е свързан към предварително дефиниран масив от ИЛИ елементи (фиг. 3).

Това налага ограничение на функционалността, но такива устройства изискват значително по-малки масиви, отколкото в EPROM чиповете.

Логично продължение на простите PLD е появата на така наречените сложни PLD, състоящи се от няколко блока прости PLD (обикновено PAL устройствата се използват като прости PLD), обединени от програмируема комутационна матрица. В допълнение към самите PLD блокове, беше възможно също да се програмират връзките между тях с помощта на тази превключваща матрица. Първите сложни PLD се появяват в края на 70-те и началото на 80-те години на 20-ти век, но основното развитие в тази област настъпва през 1984 г., когато Altera въвежда сложен PLD, базиран на комбинация от CMOS и EPROM технологии.

Появата на FPGA

В началото на 80-те години на миналия век в цифровата ASIC среда се отвори празнина между основните типове устройства. От една страна, имаше PLD, които могат да бъдат програмирани за всяка конкретна задача и са доста лесни за производство, но не могат да бъдат използвани за изпълнение на сложни функции. От друга страна, има ASIC, които могат да реализират изключително сложни функции, но имат твърдо фиксирана архитектура и отнемат време и са скъпи за производство. Беше необходима междинна връзка и устройствата FPGA (Field Programmable Gate Arrays) станаха такава връзка.

FPGA, подобно на PLD, са програмируеми устройства. Основен фундаментална разлика FPGA от PLD е, че функциите в FPGA се изпълняват не с помощта на DNF, а с помощта на програмируеми справочни таблици (LUT). В тези таблици стойностите на функциите са посочени с помощта на таблица на истината, от която необходимият резултат се избира с помощта на мултиплексор (фиг. 4):

Всяко FPGA устройство се състои от програмируеми логически блокове (Configurable Logic Blocks - CLBs), които са свързани помежду си чрез връзки, които също са програмируеми. Всеки такъв блок е предназначен за програмиране на определена функция или част от нея, но може да се използва и за други цели, например като памет.

В първите FPGA устройства, разработени в средата на 80-те години, логическият блок беше много прост и съдържаше един 3-входов LUT, един тригер и малък брой спомагателни елементи. Съвременните FPGA устройства са много по-сложни: всеки CLB блок се състои от 1-4 „резена“, всеки от които съдържа няколко LUT таблици (обикновено с 6 входа), няколко тригера и голямо числосервизни елементи. Ето пример за модерен "парче":

Заключение

Тъй като PLD устройствата не могат да изпълняват сложни функции, те продължават да се използват за прилагане на прости функции в преносими устройства и комуникации, докато FPGA устройства, вариращи от размер от 1000 порта (първият FPGA, разработен през 1985 г.), в момента надхвърлят границата от 10 милиона порта ( семейство Virtex-6). Те се развиват активно и вече заменят ASIC чиповете, позволявайки реализирането на различни изключително сложни функции, без да се губи възможността за препрограмиране.

Б. В. Малин

Наскоро почина Б. В. Малин, един от първите руски специалисти в областта на микроелектрониката, разработчик и създател на първата серия домашни интегрални схеми.

Малко преди смъртта си, по искане на редакторите и служителите на катедрата по микроелектроника в MEPhI, Борис Владимирович започва работа върху статия за създаването на първата вътрешна интегрална схема.

Изплащайки последния си дълг към необикновен човек, специалист, учител, публикуваме авторската чернова на статия, която, за съжаление, остава недовършена.

А. Осипов, научен редактор

Предпоставки за създаване– наличие на производство на биполярни и униполярни транзистори, теория за изчисляване на такива транзистори от Shockley, Decay и Ross, Tesner. Разработки на водещия институт по транзистори - НИИ-35 (Институт за изследване на пулсар). В местната технология за разработване и производство на транзистори периодът до началото на 60-те години се характеризира с използването на монокристали от германий като изходен материал и производството само на биполярни транзистори. Униполярни транзистори не са произведени. Технологията на интегралните схеми изисква наличието на двата типа транзистори като активни елементи на микроелектронни схеми за различни функционални цели и въвеждането на силициева монокристална технология. През периода 1957–1961г Авторът разработи германиеви униполярни транзистори от серия 339 и въз основа на тези работи беше защитена дисертация.

Концепции за миниатюризацияи развитие на микроелектрониката – микромодулна технология и американски проект"Tinkertoy" на американската армия, усвоена в KB-1. Едновременно с развитието на производството на биполярни транзистори и използването им в отбранителната и космическата техника, главният транзистор NII-35 разработи техниката и технологията на тяхното схемно приложение, предимно като стандартни структурни елементи на веригата по програмата за микромодули - основните разработчици бяха Бърканов (КБ-1) и Невежин (НИИ-35). Той се основава на принципите на миниатюризация на транзистори и радиокомпоненти, както и на принципите на автоматизация на сглобяването от миниатюрни стандартни части на набор от стандартни блокове от различни схеми (подобно на проекта Tinkertoy на американската армия).

Овладяване на критична технология върху силиций– планарна силиконова технология. евродепутат. Стратегически пробив в Съединените щати в областта на създаването на транзистори и интегрални схеми трябва да се счита за разработване и промишлено внедряване на технология върху силиций, особено такава критична технология като планарната. Във вътрешната производствена практика развитието на равнинната технология практически започва едва през 1962 г. от нулевото ниво.

Значителен тласък за развитието на работата беше изобретяването на силициеви интегрални схеми през 1959 г. в САЩ от Джак Килби и производството им от американската компания Texas за използване в системата за насочване на ракети Minuteman. Опитите за създаване на триизмерни интегрални схеми с немски език са извършени от автора в NII-35 през 1959–1962 г. От 1959 г. разработването на вътрешни силициеви интегрални схеми всъщност е непрекъснат процес на конкурентна кореспонденция с Джак Килби.

В сила бяха концепциите за повтаряне и копиране на американския технологичен опит - методите на така нареченото "обратно инженерство" на МЕП. Прототипни образци и производствени образци на силициеви интегрални схеми за възпроизвеждане бяха получени от САЩ, като тяхното копиране беше строго регламентирано със заповеди на Министерството на икономиката и икономиката (министър Шокин). Концепцията за копиране е строго контролирана от министъра в продължение на повече от 19 години, през които авторът е работил в системата на MEP, до 1974 г.

Това се отнася не само за развитието на микроелектрониката, но и за създаването на компютърно оборудване, базирано на нея, например при възпроизвеждането на компютри от серията IBM-360 - (домашна серия "РЕД 1-2"). Най-голяма технологична помощ оказа процесът на копиране на реално работещи американски образци на силициеви интегрални схеми. Копирането е извършено след понижаване на налягането и отстраняване на капака от пробата, копиране на плоския (равнинен) модел на транзистори и резистори във веригата, както и след изследване на структурата на всички функционални области под микроскоп. Резултатите от копирането са представени под формата на работни чертежи и технологична документация.

Създаване на първата вътрешна силициева интегрална схемасе концентрира върху разработването и производството с военно приемане на серията TC-100 от интегрални силициеви схеми (37 елемента - еквивалент на сложността на схемата на тригер, аналог на американските интегрални схеми от серия SN-51 от Texas Instruments) . Работата е извършена от НИИ-35 (директор Трутко) и завод Фрязино (директор Колмогоров) по отбранителна поръчка за използване в автономен висотомер на система за насочване на балистични ракети.

Разработката включваше шест стандартни интегрирани силициеви планарни схеми от серията TS-100 и, с организирането на пилотно производство, отне три години в NII-35 (от 1962 до 1965 г.). Отне още две години, за да се разработи фабрично производство с военно приемане във Фрязино (1967 г.). Анализът на прилагането на равнинния технологичен цикъл (над 300 технологични операции) в местната практика показа, че това критична технологияТрябваше да го овладея от нулата и практически самостоятелно, без външна помощ, включително технологично оборудване. За решаването на този проблем работи екип от 250 души от научно-технологичния отдел на НИИ-35 и експериментална работилница, специално създадена към отдела. В същото време отделът служи като база за обучение на специалисти от много предприятия на ЕП, които усвоиха тази технология. Например специалисти от завода за полупроводници на 2-ро главно управление на МОП във Воронеж (директор Колесников, лидер Никишин) са обучени в този отдел.

По време на развитието на равнинната технология основното внимание беше отделено на производственото развитие на индустриални фотолитографски техники с висока оптична разделителна способност, до 1000–2000 линии на милиметър. Тази работа беше извършена в тясно сътрудничество със специалисти по оптика от LITMO (Капустин) и GOI (Ленинград).

Разработките на отдела за автоматизация на планарна техника и проектиране на спец технологично оборудване(водещ дизайнер Захаров). Разработени са автоматизирани блокове за оперативна обработка на силициеви технологични пластини (почистване, нанасяне на фоторезист, конвейерно оксидиране и др.) Въз основа на използването на пневматична автоматизация и пневмоника.

През 1964 г. научно-технологичният отдел на НИИ-35 за разработване на интегрални схеми е посетен от председателя на Военно-промишления комплекс Смирнов. След това посещение отделът получи японско научно оборудване, което беше използвано в напреднали разработки. През пролетта на 1965 г. председателят на Министерския съвет Косигин посети експерименталната работилница на научно-технологичния отдел на НИИ-35 за разработване на силициеви интегрални схеми. През периода на разработка от 1962 до 1967 г. авторът, като ръководител на отдела, трябваше многократно да докладва за напредъка на работата на председателя на Държавния комитет за наука и технологии и заместник. Председател С. М. Руднев, президент на Академията на науките Келдиш, а също така да бъде в постоянна връзка с научния отдел на военно-промишления комплекс и отдела по отбрана на ЦК, по това време отдела за авиационна техника на Министерството на отбраната, която ръководеше организацията на военното приемане.

Създаване на Зеленоград.Зеленоград е център за микроелектроника, състоящ се от 6 предприятия с пилотни заводи, вътрешният аналог на Силиконовата долина в Калифорния. В началото на 1963 г. авторът изнася курс от лекции на сегашния директор на Зеленоград, зам. Министър на евродепутата Ф. В. Лукин, въз основа на които са изготвени технически предложения за развитие на полупроводниковата техника за Зеленоград, по-специално за термични процеси и фотолитография (за директор Савин), за закупуване на вносно технологично оборудване (Назарян и Стружински групи), включително включително, за пилотния завод във Фрязино.

Резултати от развитиетоавторът са записани и потвърдени от редица научни и технологични доклади от НИИ-35, сертификати за авторски права и редица статии, публикувани в сборници " Полупроводникови устройстваи тяхното приложение”, „Микроелектроника” и издадени книги и брошури за периода преди 1974г.

Сега, дори повече или по-малко напреднали Мобилни телефонине може без микропроцесор, да не говорим за таблети, лаптопи и настолни персонални компютри. Какво е микропроцесор и как се развива историята на неговото създаване? Казано на разбираем език, микропроцесорът е по-сложна и многофункционална интегрална схема.

Започва историята на микросхемата (интегрална схема). от 1958г, когато служител на американската компания Texas Instruments, Джак Килби, изобретява определено полупроводниково устройство, съдържащо няколко транзистора в един корпус, свързани с проводници. Първата микросхема - предшественикът на микропроцесора - съдържаше само 6 транзистора и представляваше тънка пластина от германий с нанесени върху нея златни писти Всичко това беше разположено върху стъклена подложка. За сравнение, днес има единици и дори десетки милиони полупроводникови елементи.

До 1970гдоста производители се занимаваха с разработването и създаването на интегрални схеми с различен капацитет и различни функционални области. Но тази година може да се счита за датата на раждане на първия микропроцесор. Именно тази година Intel създаде чип памет с капацитет от само 1 Kbit - нищожен за съвременните процесори, но невероятно голям за онова време. По това време това беше огромно постижение - чипът с памет можеше да съхранява до 128 байта информация - много повече от подобни аналози. Освен това, приблизително по същото време, японският производител на калкулатори Busicom поръча същите Intel 12 микросхеми с различни функционални области. Специалистите на Intel успяха да внедрят всички 12 функционални области в един чип. Освен това създадената микросхема се оказа многофункционална, тъй като позволи програмно да промени функциите си, без да променя физическата структура. Микросхемата изпълнява определени функции в зависимост от командите, изпратени до нейните контролни щифтове.

В рамките на една година през 1971 г Intel пуска първия 4-битов микропроцесор с кодово име 4004. В сравнение с първата микросхема с 6 транзистора, той съдържа цели 2,3 хиляди полупроводникови елемента и извършва 60 хиляди операции в секунда. По това време това беше огромен пробив в областта на микроелектрониката. 4-bit означава, че 4004 може да обработва 4-bit данни наведнъж. След още две години през 1973 гКомпанията произвежда 8-битов процесор 8008, който вече работи с 8-битови данни. Начало от 1976г, компанията започва да разработва 16-битова версия на микропроцесора 8086. Именно той започва да се използва в първите персонални компютри на IBM и всъщност полага един от градивните елементи в

Кога и от кого е създадена първата микросхема? иначе ми казват, че оптичните инструменти не позволявали лазерно "изрязване" в един кристал

В края на 40-те години Centralab разработи основните принципи на миниатюризацията и създаде тръбни дебелослойни хибридни схеми. Веригите бяха направени върху един субстрат и контактните или съпротивителни зони бяха получени чрез просто нанасяне на сребърно или въглеродно мастило върху субстрата. Когато технологията на транзисторите от германиеви сплави започна да се развива, Centralab предложи монтиране на неопаковани устройства в пластмасова или керамична обвивка, като по този начин изолира транзистора от заобикаляща среда. На тази основа вече беше възможно да се създадат транзисторни хибридни схеми, " печатни платки„Но всъщност това беше прототипът на модерно решение на проблема с опаковката и разпределението на интегралната схема.
До средата на 50-те години на миналия век Texas Instruments имаше всички възможности за производство на евтини полупроводникови материали. Но ако транзисторите или диодите са направени от силиций, тогава TI предпочита да прави резистори от титанов нитрид и разпределени капацитети от тефлон. Не е изненадващо, че мнозина тогава вярваха, че с натрупания опит в създаването на хибридни схеми няма проблеми при сглобяването на тези елементи, произведени отделно. И ако е възможно да се произвеждат всички елементи с еднакъв размер и форма и по този начин да се автоматизира процесът на сглобяване, тогава цената на веригата ще бъде значително намалена. Този подход много напомня на процеса на поточна линия за сглобяване на автомобили, предложен от Хенри Форд.
По този начин схемните решения, които доминираха по това време, се основаваха на различни материалии технологии за тяхното производство. Но англичанинът Джеф Дъмър от Royal Radar Establishment през 1951 г. предлага създаването на електроника под формата на единична единица, използваща полупроводникови слоеве от същия материал, работещи като усилвател, резистор, капацитет и свързани чрез контактни подложки, изрязани в всеки слой. Дъмър не посочи как да стане това на практика.
Всъщност отделни резистори и кондензатори могат да бъдат направени от един и същ силиций, но това би било доста скъпо производство. В допълнение, силициевите резистори и кондензатори биха били по-малко надеждни от компонентите, направени по стандартни технологии и от познати материали, като титанов нитрид или тефлон. Но тъй като по принцип все още беше възможно да се произвеждат всички компоненти от един и същ материал, щеше да е необходимо да се помисли за съответната им електрическа връзка в една проба.
На 24 юли 1958 г. Килби формулира концепция в лабораторно списание, наречена Monolithic Idea, която заявява, че<... p-n-="">Заслугата на Килби е в практическото осъществяване на идеята на Дамър.