Masatoshi Shima

Masatoshi Shima

Masatoshi Shima był inżynierem odpowiedzialnym za projekt kalkulatora firmy Busicom. Przyjechał on z Japonii kilka dni później od objęcia przez Faggina stanowiska kierownika projektu w firmie Intel, aby dokonać wizytacji postępów prac nad projektem logicznym zestawu zamówionych układów scalonych. Bardzo się zdenerwował i zezłościł, gdy spostrzegł, iż propozycja Hoffa nie posunęła się naprzód od czasu jego ostatniej wizyty sześć miesięcy wcześniej wbrew obietnicom Intela. Pozostał jednak i pomógł Fagginowi w szczegółowym projekcie, aby w części nadrobić opóźnienia w harmonogramie prac, na który zgodzono się przed sześcioma miesiącami. Oprócz Shimy do zespołu projektującego Rodzinę 4000 należał jeszcze jeden technik elektroniki oraz trzech rysowników schematów, z których tylko jeden miał pojęcie o rozmieszczaniu elementów elektronicznych wykorzystujących bramkę krzemową.

Firma Busicom

Kalkulatory produkowane przez Busicom

Firma Busicom była japońskim wytwórcą kalkulatorów. Firma ta współzawodniczyła z innymi firmami na rodzącym się rynku elektronicznych kalkulatorów. Dostępność technologii układów MOS o wysokiej skali integracji właśnie dokonała fundamentalnej zmiany w przemyśle kalkulatorów z modeli elektromechanicznych na elektroniczne. W 1969 roku firma Busicom opracowała modułowy projekt rodziny zaawansowanych kalkulatorów opartej na specjalizowanym komputerze z makroinstrukcjami, który działał na pamięci zbudowanej z rejestrów przesuwnych. Szukając przewagi nad konkurencją oraz usłyszawszy, iż Intel posiada najszybszą i o najwyższej dostępnej gęstości technologię układów scalonych, Busicom zwróciła się do firmy Intel z propozycją realizacji ich projektu logicznego w formie tuzina układów scalonych. Ted Hoff, dyrektor Departamentu Zastosowań w firmie Intel, dokonał oceny tej propozycji i doszedł do wniosku, iż projekt Busicom mógłby zostać jednocześnie uproszczony i ulepszony przez zastąpienie specjalizowanego komputera opartego na pamięci ROM i rejestrach przesuwnych architekturą opartą na układach ogólnego przeznaczenia oraz pamięci ROM i RAM. Pracując wspólnie z inżynierami z Busicom oraz później z Stanem Mazorem, Hoff określił podstawową architekturę tego komputera zainspirowany architekturą innych jednostek centralnych owego okresu i był w stanie przekonać zarówno kierownictwo Intela jaki i Busicom, iż jego podejście jest dużo lepsze od poprzedniego.

Rodzina układów MCS-4
Intel 4001 Pamięć ROM	Intel 4002 Pamięć RAM	Intel 4003 Rejestr S/P	Intel 4004 CPU

Propozycja Hoffa obejmowała cztery różne układy scalone: 2048 bitową pamięć ROM z 4 bitowym, programowalnym portem wejścia wyjścia (4001), pamięć danych RAM o organizacji 4 rejestry x 20 komórek x 4 bity z 4 bitowym portem wyjścia (4002), dodatkowy układ rozszerzający możliwości wejścia wyjścia składający się ze statycznego rejestru przesuwnego z wejściem szeregowym i wyjściem szeregowo/równoległym (4003) oraz układ 4 bitowej jednostki centralnej (4004). Firma Busicom podpisała z Intelem wyłączny kontrakt na zaprojektowanie tych układów w październiku 1969. Firma Intel zgodziła się na natychmiastowe rozpoczęcie projektów i wyprodukowanie w rok później działających próbek. Jednakże propozycja ta leżała w uśpieniu przez sześć miesięcy aż Faggin, zatrudniony do kierowania tym projektem, przyłączył się do Intela w kwietniu 1970 i rozpoczął intensywnie prace, aby zniwelować poślizg w harmonogramie.

 

Inne Zastosowania 4004

Ted Hoff

Stan Mazor

Hoff i Mazor sądzili, iż rodzina 4000 opierając się na pamięci ROM i stosując śmieszne adresowanie pamięci danych nadawała się jedynie do kalkulatorów i im podobnych zastosowań. Faggin, który chciał zobaczyć układy serii 4000 oferowane na ogólno dostępnym rynku, udowodnił możliwość innych zastosowań przez wykorzystanie układu 4004 jako kontrolera dla testera produkcyjnego. Używając tej pracy jako dowodu do przekonania kierownictwa firmy Intel prowadził ożywioną kampanię wewnątrz firmy, a następnie zasugerował Bobowi Noyce (współzałożycielowi i współwłaścicielowi Intela w owym czasie), iż należy renegocjować kontrakt z Busicom, aby uzyskać zniesienie wyłączności w zamian z obniżkę ceny dostarczanych tam układów. Z uwagi na kłopoty finansowe firmy Busicom strategia ta odniosła powodzenie i rodzina układów 4000 została wprowadzona na ogólny rynek w listopadzie 1971 roku pod nazwą handlową MCS-4 (Micro Computer System 4-bit).

Prototyp Kalkulatora

Faggin z oryginalnym prototypem biurkowego kalkulatora drukującego

Oto oryginalny prototyp biurkowego kalkulatora drukującego firmy Busicom, w którym po raz pierwszy na świecie zastosowano mikroprocesor. Komputer obsługujący ten kalkulator wykorzystywał pięć układów 4001, dwa 4002, trzy 4003 oraz jednostkę centralną 4004. Kalkulator ten został podarowany Fagginowi, jako kierownikowi projektu 4004, przez prezydenta firmy Busicom w uznaniu jego zasług. W roku 1996 Faggin przekazał go do Computer History Museum w Krzemowej Dolinie.

Patenty

Patent Nr 3,821,715

Patent ten obejmuje organizację magistrali zewnętrznej oraz schemat adresowania pamięci zestawu układów MCS-4. Nie obejmuje on wewnętrznej architektury układu mikroprocesora 4004. Również nie obejmuje innowacyjnego projektu zestawu układów MCS-4 a w szczególności układu mikroprocesora. Kolejność nazwisk (Hoff-Mazor-Faggin) tego raczej ograniczonego patentu nie wpływa na wielkość wkładu wniesionego w stworzenie pierwszego na świecie mikroprocesora przez każdą z wymienionych osób, jak się powszechnie zakłada, lecz odzwierciedla wkład do praw patentowych. Patent ten zdobył swoją wartość po fakcie, głównie z tego powodu, iż układ 4004 został faktycznie zbudowany niezależnie i z ominięciem zastrzeżonych praw patentowych przedstawionych w tym dokumencie. Zobacz również na patent Gilberta Hyatta.

Patent Nr 3,753,011

Ten patent obejmuje specjalny rodzaj obwodu wynaleziony przez Faggina i wykorzystany w 4004, który umożliwiał resetowanie CPU przy pierwszym włączeniu zasilania. Obwód ten eliminował potrzebę dodatkowej nóżki (4004 posiadał jedynie 16 nóżek) oraz stosowania zewnętrznego obwodu do resetowania układu. Ten sam obwód był również używany w pozostałych układach rodziny 4000.

 

Firma Zilog

Mikroprocesor Z80

W październiku 1974 roku Faggin opuścił firmę Intel, aby założyć swoje pierwsze przedsiębiorstwo, Zilog, Inc. Przyłączył się do niego Ralph Ungerman, który zgłosił się do Faggina w firmie Intel.  Faggin wymyślił i zaprojektował mikroprocesor Z80 oraz elementy peryferyjne rodziny Z80. W kwietniu 1975 do firmy Zilog przyłączył się Masatoshi Shima, aby opracować szczegółowy projekt mikroprocesora Z80. Układ ten wprowadzono na rynek w maju 1976 roku gdzie odniósł olbrzymi sukces zastępując w wielu projektach starszą generację układów 8080. Faggin pozostawał Przewodniczącym i współwłaścicielem firmy Zilog od czasu jej założenia do grudnia 1980 roku. Wiele powodów złożyło się na jego decyzję opuszczenia firmy Intel. Najistotniejszym z nich było odkrycie, iż Intel bez jego wiedzy opatentował pomysł zagrzebanego złącza w imieniu Leslie Vadasza, jego byłego szefa w firmie Fairchild oraz później w Intelu.

Faggin Wydziedziczony

Federico Faggin

W celu ochrony swoich interesów firma, która odniosła olbrzymie zyski z dwóch głównych wynalazków Faggina dla świata technologii oraz z jego całkowitego poświęcenia wykonywanej pracy, starała się zniszczyć całkowicie jego dziedzictwo. Intel próbował wymazać jego imię z historii mikroprocesora (jak również z historii bramki krzemowej) przypisując jego zasługi Tedowi Hoffowi, nie wymieniając jego nazwiska w artykułach prasowych, zachęcając inżynierów o mniejszym udziale w wynalezieniu mikroprocesora do zagrabienia dla siebie jego zasług i bojkotując jakiekolwiek uznanie dla niego. Dopiero po wielu interwencjach Faggina i jego żony firma Intel w ograniczonym stopniu potwierdziła wkład Faggina. W swoim nowym muzeum zaprezentowała ona Teda Hoffa jako "wynalazcę" mikroprocesora, po uznaniu faktu na wystawie w swoim pierwszym muzeum, iż był on współwynalazcą mikroprocesora 4004.

 

Rodzina 4000

Rodzina układów MCS-4
Intel 4001 Pamięć ROM	Intel 4002 Pamięć RAM	Intel 4003 Rejestr S/P	Intel 4004 CPU

W skład rodziny 4000 wchodziło cztery różne układy scalone: 2048 bitowa pamięć ROM z 4 bitowym, programowalnym portem wejścia wyjścia (4001), pamięć danych RAM o organizacji 4 rejestry x 20 komórek x 4 bity z 4 bitowym portem wyjścia (4002), dodatkowy układ rozszerzający możliwości wejścia wyjścia składający się ze statycznego rejestru przesuwnego z wejściem szeregowym i wyjściem szeregowo/równoległym (4003) oraz układ 4 bitowej jednostki centralnej (4004). Wszystkie te układy występowały w obudowie 16 nóżkowej DIP. Te ograniczenia zostały wymuszone przez kierownictwo firmy Intel, które w owym czasie uważało obudowy z większą niż 16 liczbą nóżek za nieekonomiczne, pomimo faktu, iż inne firmy półprzewodnikowe szeroko stosowały obudowy 40 nóżkowe.  Ten niefortunny wybór w znacznym stopniu ograniczył wydajność tego systemu. Adresy i dane musiały być multipleksowane na wyprowadzeniach układów scalonych (obejmował to patent nr 3,821,715) powodując główne ograniczenia w wykonywaniu cyklu instrukcji. Cykl instrukcji wynoszący 10,8 mikrosekundy mógł być z łatwością sprowadzony do wartości 4 mikrosekund przy wyborze bardziej odpowiedniej obudowy.

Rodzina układów 4000 została ukończona w marcu 1971 roku, przekazana do produkcji do czerwca 1971 i wprowadzona na powszechny rynek w listopadzie 1971 pod nazwą handlową MCS-4.

Mikroprocesory 8008/8080

Intel 8008

Firma Computer Terminal Corporation (później znana pod nazwą Datapoint) odwiedziła Intel pod koniec 1969 roku w celu podpisania kontraktu na zaprojektowanie i budowę układu pamięci bipolarnej dla swojej małej jednostki CPU, która miała być zbudowana przy wykorzystaniu elementów cyfrowych TTL (co praktykowano zwykle w owym czasie). Architektura tego 8 bitowego mikroprocesora została zaprojektowana przez CTC i, jak wszystkie proste jednostki centralne, bardzo przypominała architekturę układu 4004. Hoff i Mazor opierając się na prostocie tej architektury zaproponowali zawarcie tej jednostki centralnej w pojedynczym układzie scalonym.

Na początku 1970 firma Intel podpisała z CTC kontrakt na zaprojektowanie tego układu i Hal Feeney został przydzielony do tej pracy. Feeney z pomocą Hoffa i Mazora rozpoczęli projektowanie 8008 na kilka miesięcy przed 4004. Z uwagi na swój wczesny start układ 8008 mógł stać się pierwszym na świecie mikroprocesorem. Jednakże po kilku miesiącach wolnych postępów projekt został wstrzymany. Wznowiono go po zakończeniu przez Faggina prac nad 4004 i przejęciu przez niego kierownictwa tego projektu. Pracując teraz pod nadzorem Faggina Feeney wykonał szczegółowy projekt według tej samej metodologii, dzięki której Faggin zaprojektował układ 4004, co dało w efekcie produkt końcowy - mikroprocesor 8 bitowy 8008.

Intel 8080

Faggin wymyślił mikroprocesor 8080 w lecie 1971 roku. Zdefiniował on również jego architekturę, zestaw instrukcji oraz podstawowy projekt. Po dziewięciu frustrujących miesiącach agitowania na korytarzach Fagginowi w końcu udało się przekonać kierownictwo firmy Intel do podjęcia tego projektu. Opóźnienie to nieomal kosztowało Intela utratę przodownictwa na rynku mikroprocesorów na rzecz układu Motorola 6800. Układ 8080 został zaprojektowany przez Masatoshi Shimę w latach 1972-74 w okresie około 15 miesięcy pod kierownictwem Faggina. Wkład Stana Mazora ograniczał się do dodania kilku instrukcji do zbioru poleceń mikroprocesora.

 

Patent Gilberta Hyatta

 W 1990 roku Urząd Patentowy przyznał patent na mikrokontroler dla Gilberta Hyatta, który opracował podstawy architektury jednoukładowego mikroprocesora przed pracami Hoffa, Mazora i Faggina. Patent ten opisywał architekturę i projekt logiczny mikrokontrolera z tezą, iż architektura ta może być zawarta w pojedynczym układzie scalonym. Patent ten został później unieważniony w procesie sądowym wytyczonym przez firmę Texas Instruments z uwagi na to, iż opisywane przezeń urządzenie nigdy nie zostało zbudowane i nie mogło być zbudowane przy pomocy technologii dostępnej w czasie dokonania tego wynalazku.

Dokument ten rozpowszechniany jest zgodnie z zasadami licencji
GNU Free Documentation License.

Źródło: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/intel4004/index.html