インテル4004の概要と歴史 | 詳細な解説付きビデオ

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インテル4004の概要と歴史 | 詳細な解説付きビデオ

インテル4004の概要

🔹 インテル4004は、1971年にインテル社によってリリースされた4ビットの中央処理ユニット（CPU）です。インテルの初の商用マイクロプロセッサであり、インテルCPUの長いラインの最初のものです。 🔹 チップデザインは、Federico Fagginがインテルに参加した1970年4月に始まり、彼のリーダーシップのもとで1971年1月に完成しました。最初の商業的に利用可能な4004の販売は、最初にそのために設計および製造されたバシコム社によって1971年3月に行われました。 🔹 インテル4004は、1つの小さなチップに完全に統合された業界初の商用化可能なモノリシックプロセッサでした。これは、当時新たに開発されたシリコンゲート技術によって可能にされたものであり、他のMOSアルミニウムゲート技術と比べてランダムロジックトランジスタの数を2倍にし、速度を5倍にすることができました。

コンテンポラリーなCPUチップ

🔹 同じ時期に3つの他のCPUチップデザインが生産されました。まず、1969年に完成したFour-Phase Systems AL1、次に、1970年に完成し、F-14トムキャット戦闘機で使用されたMP944、そして1971年9月17日に発表されたテキサスインスツルメンツのTMS-1000チップです。 🔹 AL1とMP944はCPU機能の実装のために複数のチップを使用しています。TMS0100チップは、元々「チップ上の電卓」としてプレゼンテーションされ、オリジナルのデザイン名はTMS1802NCでした。このチップには非常に原始的なCPUが搭載されており、さまざまなシンプルな4機能計算機を実装することができます。 🔹 インテルが開発した4チップのMCS-4チップセットの1つであるインテル4004を含む4004マイクロプロセッサ、4001 ROM、4002 RAM、4003 Shift Registerは、さまざまなアプリケーションに使用される小型コンピュータを作成することができました。

歴史と生産

🔹 4004の最初の公開言及は、「電子ニュース」の1971年11月15日の広告でした。最初の納品は1971年3月、エンジニアリングプロトタイプの電卓に対してバシコムへ行われ、市場で商業的に入手可能な141-PFプロトタイプの電卓は1971年7月に販売されました。 🔹 16ピンのセラミックデュアルインラインパッケージに封入された4004は、以前に半導体メモリチップを製造していたチップメーカーであるインテルによって設計および製造された、商業的に利用可能なコンピュータプロセッサでした。チップの主なデザイナーは、Federico Fagginであり、アーキテクチャの定義がバシコムと決定された後、彼がプロジェクトのリーダーとなりました。彼はデザイン手法とシリコンベースのチップ設計を作成しました。インテルとバシコムの協力で、バシコムはそのための設計をインテルに依頼しました。 🔹 バシコムは、プリンターを統合したバシコム141-PF電卓で使用するための独自の特別なLSIチップセットを設計しました。彼らの設計は、1965年にオリベッティが導入した世界初の卓上プログラム可能電卓であるオリベッティプログラマ101のアーキテクチャを基にしていました。バシコムは生産のためにインテルにその設計を開発するように依頼しました。 🔹 インテルは、バシコムの設計が複雑すぎると判断しました。シリアルメモリはより多くのコンポーネントを必要とし、16ピンのインテルの標準とは異なる40ピンのパッケージングを使用します。インテルは、標準の16ピンDIPパッケージングで製造できる新しい設計を開発することを提案しました。この新しい設計が4004チップであり、ROM、DRAM、およびシリアルからパラレルのシフトレジスタチップとの4つのチップセットの1つです。4004はシリコンゲート技術を使用してFederico Fagginによって設計され、約2,300個のトランジスタで構築されました。4004チップの次の年には、史上初の8ビットマイクロプロセッサである3,500個のトランジスタの8008（および改訂された4004の4040）もリリースされました。メモリに簡単にアクセスするために、1974年にFagginが提案し、計画および指導した40ピンの8080の開発まで、アドレスとデータバスは分離されませんでした。

名前とバリエーション

🔹 フェデリコ・ファッジンは、MCS-4ファミリーのエンジニアリングブレストメディングが行われた日本で、インテルのロバート・ノイスとの最初の会議の前に出席した奈良女子大学の名前のない女性にROM（4001）、RAM（4002）、シフトレジスタ（4003）、およびCPU（4004）の4つの部分に電卓を分割する基本的なアイデアを帰属しています。4004は、バス幅が4ビットであるため、計算機の統合のための部品ファミリーの一部であることを示すため、他のインテルのナンバリングスキームに従った場合、そのアイデアは失われていたでしょう。

技術仕様

🔹 最大クロックレートは740 kHzです。4004は、最初のリリース時の最大クロック評価値でした。 🔹 最小のサイクル時間は10.8μsで、1つの命令サイクルは10.8マイクロ秒です。4004は約92,000命令を1秒間実行できます。2つの8桁の数値（各桁が4ビットのBCD）を追加するのに約850μsかかります。指定された時間で倍のCPUクロック速度は1MHzでした。

補助チップ

🔹 サポートチップには以下が含まれます:

4001: 256バイトのROM（256 8ビットのプログラム命令）と、組み込みの4ビットI/Oポートがあります。
4002: 40バイトのRAM（80個の4ビットデータワード）と、組み込みの4ビットの出力ポートがあります。
4003: キーボードのスキャンやプリンターの制御などに使用される10ビットの並列出力シフトレジスタ。
4008: 標準メモリチップへのアクセス用の8ビットアドレスラッチと、組み込みの4ビットチップセレクトおよびI/Oポート。
4009: 標準メモリとI/OチップへのプログラムとI/Oアクセスを変換するチップ。
4269: キーボード/ディスプレイインタフェース。
4289: メモリインタフェース（4008および4009の機能の組み合わせ）

パッケージング

🔹 インテル MCS-4ラインのチップの多数のバージョンが製造されました。初期のバージョンはC (C4004のように)とマーキングされ、ゼブラパターン（白と灰色の）がセラミックの背面に使用されました。次世代のチップはプレーンな白いセラミック (C) であり、それからダークグレーのセラミック (D) になりました。最近のMCS-4ファミリーのバージョンは、プラスチック（P）でも製造されました。

使用例

🔹 最初にマイクロプロセッサを搭載した商用製品は、バシコムの電卓141-PFでした。4004はまた、Bally社のプロトタイプによって製作された最初のマイクロプロセッサ制御ピンボールゲームで使用されました。

遺産と価値

🔹 インテル4004のデザインには、Federico Fagginのイニシャルが刻印されています。彼は彼のシリコンゲートデザインが「マイクロプロセッサの本質」を具現化していると考えていました。 🔹 2006年11月15日、4004の35周年を祝って、インテルはそのチップの回路図、マスクワーク、およびユーザーマニュアルを公開しました。 🔹 2006年には、インテルミュージアムで展示されるために、離散トランジスタを使用して130倍のスケールで完全な機能を備えたインテル4004のレプリカが作成されました。 🔹 2010年10月15日、Faggin、Hoff、およびMazorは、オバマ大統領からインテル4004の先駆的な仕事に対して国家技術・イノベーションメダルを授与されました。

ノート

この記事は、インテル4004の概要、コンテンポラリーなCPUチップ、歴史と生産、名前とバリエーション、技術仕様、補助チップ、パッケージング、使用例、遺産と価値、およびノートについて説明しました。インテル4004は、マイクロプロセッサの重要な開発であり、現代のデジタルテクノロジーにおいて重要な役割を果たしています。