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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.

Placa base de la calculadora Busicom 141-PF /NCR 18-36. Fuente. Clic para ampliar

Esquema de la calculadora Busicom 141-PF

Esquema lógico de la calculadora Busicom 141-PF

Vídeo de uno de los desarrolladores de la familia 4000: Federico Faggin:

Federico Faggin junto al prototipo de la calculadora. Fuente

ANEXO: Fabricación de chips - Máquina de fotolitografía de ASML:

Fuentes consultadas

todotecnologia-eso.blogspot.com

miércoles, 2 de octubre de 2024

Emisiones de dióxido de carbono por países en 2021/22

Esquema Efecto invernadero. Clic para ampliar. Fuente Wikipedia. G. Invernadero

Hola, buenos días. Las emisiones de carbono suponen un problema a nivel mundial porque están relacionadas con el cambio climático. El CO₂es un gas de efecto invernadero.

La concentración de CO₂ en la atmósfera está aumentando desde finales del siglo XIX y el ritmo de aumento se aceleró a finales del siglo XX, pasando de 0,5 ppm/año en 1960 a 2 ppm/año en año 2000 (valor mínimo de 0,43 en 1992 y máximo de 3 ppm en 1998). Desde 2000, la tasa anual de aumento apenas ha cambiado.

En la siguiente infografía de la web Visual Capitalist podemos ver las emisiones de dióxido de carbono por países en 2021:

Emisiones de dióxido de Carbono 2021. Fuente: Visual Capitalist con datos del Global Carbon Atlas

En cabeza figura China (30,9%), aunque EEUU (15,3%) tiene una tasa mayor de emisiones por habitante. España ocupa el puesto 27 con 246 millones de toneladas de dióxido de carbono emitido a la atmósfera en 2022. La población de España se estima en 47,5 millones de personas en 2022.


Mapa mundial de emisiones de dióxido de carbono. Fuente: Global Carbon Atlas

todotecnologia-eso.blogspot.com

miércoles, 8 de mayo de 2024

Genially sobre la Ley de OHM (2º ESO)

Hola. En este Genially creado por José Manuel Diez Moronta (blog: Techno Know How) podemos repasar la Ley de OHM (2º ESO). La ley de Ohm está considerada como la ley fundamental de la electricidad.

Georg Simon Ohm (1789-1854) fue un físico y matemático alemán. Ha pasado a la historia por ser el primero en publicar y establecer de forma experimental la relación entre las tres magnitudes eléctricas básicas: tensión, intensidad y resistencia. En su honor la unidad de resistencia en el SI lleva su nombre, el ohmio (Ω).

Ley de Ohm para CC: "En los extremos de un conductor la intensidad de la corriente eléctrica (I) que circula por el mismo es directamente proporcional a la tensión (U) aplicada e inversamente proporcional a la resistencia (R)".

Matemáticamente: I = U / R

Fuente: IES Parque de Monfragüe (Plasencia). Techno-Knowhow

viernes, 5 de abril de 2024

La calculadora mecánica de Blaise Pascal. La pascalina

Blaise Pascal (1623-1662), Polímata, matemático y teólogo

Hola. En esta entrada conoceremos un poco mejor la "pascalina" del genio francés B. Pascal. Es importante en la historia de la informática y las matemáticas por ser la primera calculadora mecánica. Básicamente podía sumar y restar.

Blaise Pascal nació en Clermont Ferrand en 1623. Educado por su padre, que ocupaba un importante cargo público, pronto dio muestras de su genio, especialmente en cuestiones matemáticas, y a los 16 años compuso un ensayo sobre las cónicas. También destacó en la hidráulica con su famoso principio, que es la base de las prensas hidráulicas.

Principio de Pascal. 1653

En su honor la unidad de medida de la presión en el SI se llama pascal (Pa)

En 1642, a los 19 años, inventó una máquina aritmética conocida como "pascalina", en cuya realización trabajó muchos años. La pascalina funcionaba mediante engranajes y ruedas. La primera versión presentada al público se produjo en 1645.

Pascal concibió la idea de la pascalina con el fin de facilitar la tarea de su padre, que acababa de ser nombrado superintendente de la Alta Normandía por el cardenal Richelieu, y que debía restaurar el orden de los ingresos fiscales de esta provincia.

La pascalina abultaba algo menos que una caja de zapatos y era baja y alargada. En su interior, se disponían unas ruedas dentadas conectadas entre sí, formando una cadena de transmisión, de modo que, cuando una rueda giraba completamente sobre su eje, hacía avanzar un diente a la siguiente posición (un diente o un número, pues cada diente del engranaje corresponde a un número del 0 al 9).

Interior de la pascalina

Las ruedas representaban el «sistema decimal de numeración». Cada rueda constaba de diez pasos, para lo cual estaba convenientemente marcada con números del 9 al 0. El número total de ruedas era ocho (seis ruedas para representar los números enteros y dos ruedas más, en el extremo derecho, para los decimales). Con esta disposición «se podían obtener números entre 0'01 y 999.999'99».

Exterior de la pascalina de 6 cilindros

Mediante una manivela se hacía girar las ruedas dentadas. Para sumar o restar no había más que accionar la manivela en el sentido apropiado, con lo que las ruedas corrían los pasos necesarios. Cuando una rueda estaba en el 9 y se sumaba 1, ésta avanzaba hasta la posición marcada por un cero. En este punto, un gancho hacía avanzar un paso a la rueda siguiente. De esta manera se realizaba la operación de adición.

No se pueden realizar directamente las sumas y restas. Las restas utilizan el principio del «complemento 9». Se realizan tan fácilmente como las sumas y se hacen en la ventana de complementos. Nada impide realizar multiplicaciones por adiciones sucesivas o divisiones por restas sucesivas. En algunas máquinas, se podían conservar los resultados intermedios. Mediante una manivela se hacía girar las ruedas dentadas. Para sumar o restar no había más que accionar la manivela en el sentido apropiado, con lo que las ruedas corrían los pasos necesarios.

Indudablemente la pascalina supuso un avance en la realización de cálculos simples y complementó al ábaco. Sirvió de inspiración a la calculadora del alemán Gottfried W. Leibniz, la Staffelwalze (Step Reckoner, también conocida como el Stepped Reckoner o máquina de Leibniz) de 1671. Esta última podía sumar, restar, realizar multiplicaciones, divisiones y raíces cuadradas. Posteriormente, el francés Thomas de Colmar inventó su aritmómetro en 1820 basado en la rueda o cilindro de Leibniz, pero le llevó 30 años de desarrollo antes de que se comercializara en 1851. Se fabricó hasta 1915.