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sábado, 15 de noviembre de 2025

Intel 4004. Primer microprocesador en un chip. 15 de noviembre de 1971

Microprocesador Intel 4004. Encapsulado cerámica CERDIP-16. todotecnologia-eso

Hola. En esta entrada vamos a conocer el primer microprocesador fabricado en un chip: el Intel 4004. La compañía Intel lanzó la familia de chips 4000, luego conocida como MCS-4 (Micro Computer System 4-bit) el 15 de noviembre de 1971. El 4004 disponía de un bus de 4 bits y fue el primer microprocesador producido en masa y comercializado abiertamente, aunque inicialmente se diseñó para ser utilizado en una calculadora.

Un poco de historia

En 1969 la empresa japonesa Busicom contrata a la empresa estadounidense Intel (fundada en 1968) la fabricación de un conjunto de chips para una calculadora de mesa de bajo costo. Generalmente las calculadoras se realizaban con un diseño cerrado (lógica cableada), sin embargo la propuesta de Busicom era la realización de una serie de chips que se pudieran reutilizar en otros dispositivos simplemente cambiando el software (lógica programada).

Durante el otoño de 1969 Marcian Edward Ted Hoff, jefe de departamento de investigación de Intel, ayudado por Stanley Mazor, desarrollaron del diseño lógico de dicho conjunto de chips (microprocesador, memoria RAM, memoria ROM y un registro de desplazamiento). En abril de 1970 se incorporó el joven italiano Federico Faggin que había trabajado anteriormente en Fairchild Semiconductor.

Federico Faggin

Federico Faggin es un ingeniero, físico y empresario. Nació en Vicenza en 1941. Trabajando en Fairchild había desarrollado una tecnología pionera llamada Silicon Gate Technology (SGT) y además había diseñado el primer circuito integrado MOS usando la tecnología SGT (el Fairchild 3708), en 1968, demostrando la viabilidad de la nueva tecnología.

Faggin creó una nueva metodología de "random logic design" con silicon gate, que no existía previamente, y que la utilizó para alinear las máscaras utilizadas en la fabricación de los chips.

El retraso en la entrega del pedido a Busicom hace que la compañía japonesa proponga al ingeniero japonés Masatoshi Shima a Intel para supervisar el proyecto en 1970. Con Faggin y Shima a cargo se progresa en el proyecto y en marzo de 1971 se fabricaron las primeras calculadoras.

Masatoshi Shima

Faggin le demostró a Robert Noyce (entonces presidente de Intel) la viabilidad de estos integrados para uso general además de para calculadoras.. Intel por fin, vio el potencial de sus diseños y compró los derechos de uso de la familia 4000 a Busicom por 60.000$, con la excepción de su uso en calculadoras. Para Intel fue posiblemente la mejor compra de su historia.

Familia de chips 4000

Encapsulado DIP (Dual In-line Package) 16 p

La familia 4000 estaba compuesta por cuatro dispositivos de 16 pines: el 4001 era una ROM de dos kilobits (256 bytes) con salida de cuatro bits de datos; el 4002 era una RAM de 320 bits (40 B) con el puerto 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 el microprocesador de 4 bits.

Nueva empresa: Zilog

Federico Faggin abandona Intel y crea la empresa Zilog de microprocesadores en 1974. Masatoshi Shima se incorporó a Zilog en 1975. Zilog produce el microprocesador Z80 en marzo de 1976. Tiene un bus de datos de 8 bits y un conjunto de instrucciones compatible con el Intel 8080. El Z80 ha servido para el aprendizaje en numerosas universidades e institutos. Le tengo especial cariño porque me sirvió para el estudio de la programación con lenguaje ensamblador. El Z80 es uno de los microprocesadores más exitosos de la historia y a día de hoy todavía se fabrica.

Microprocesador 4004:

Esquema de registros del Intel 4004. Fuente: Wikipedia

El 4004 es un microprocesador de 4 bits de bus de datos, direcciona 32768 bits de ROM y 5120 bits de RAM. Además se pueden direccionar 16 puertos de entrada (de 4 bits) y 16 puertos de salida (de 4 bits). Contiene alrededor de 2300 transistores MOS de canal P de 10 micras. El ciclo de instrucción es de 10,8 microsegundos.

Aunque el bus de datos del Intel 4004 tenía solo 4 bits de ancho, operaba internamente con un ancho de instrucción de 8 bits. Contaba con 16 registros de 4 bits, cada uno de los cuales podía combinarse en registros de 8 bits. Incluso podía procesar subrutinas, lo que requería cuatro direcciones en la pila. En total, el chip constaba de tan solo 2300 transistores y su frecuencia de reloj era de 740 kHz (máxima).

Descripción de los pines:

Pines del Intel 4004. DIP-16 pines . Fuente: Wikipedia

Arquitectura:

Esquema lógico del microprocesador Intel 4004. Fuente: Wikipedia. Clic para ampliar

Die del 4004:

Die del 4004. En un extremo aparecen las iniciales F.F. en honor a su diseñador. Fuente: Tuva Design

Datasheet y folleto de publicidad:

Primera página del Datasheet del Intel 4004. Clic para ampliar

Clic para ampliar

La calculadora Busicom 141-PF / NCR 18-36

Calculadora Busicom 141-PF. Fuente

Placa base: La calculadora utilizaba tres chips 4001, dos 4002, dos 4003 y un 4004. Los chips 4001, 4002 y 4003 servían de soporte al microprocesador.