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

• Wikipedia. Intel 4004
• Alpetron. PDF
•  Vintage Calculators Web Museum
• Tuva Design. 4004 
• Canal YT Veritasium en español 
• Historia de la informática. Todotecnologia-eso

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Historia de la Inteligencia Artificial (IA). Genially

 
Hola. En esta entrada puedes ver unas presentaciones realizadas con Genially con los hitos más destacados de la evolución de la Inteligencia Artificial.

 

ANEXO: IA y computadores analógicos:

 Blog: todotecnologia-eso.blogspot.com

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.

Detalles de la Pascalina. Fuente

 

 

 Más información:

• Calculadoras por dentro. YouTube. Canal Lemnismath.
• Pascalina. Wikipedia
• Historia de la informática. Todotecnología-eso
   

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Historia de la informática y la electrónica. El relé y los tubos de vacío.

Hola, buenos días. En esta entrada os dejo unos vídeos que muestran los inicios de la informática. Espero que os resulten interesantes. Un saludo.

 

    

Triodo y Pentodo (Válvula termoiónica). Fuente: Wikipedia

Relé electromagnético

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75 años de la invención del transistor semiconductor

J. Bardeen, W. Shockley y W. Brattain. 1948. Fuente Wikipedia

 Este año (2022) se cumple el 75 aniversario de la invención del transistor semiconductor (o de estado sólido) creado en diciembre de 1947. Varios historiadores de la tecnología consideran al transistor como "el mayor invento del siglo XX"

La patente le fue concedida a John Bardeen y a Walter Brattain por el transistor de punta de contacto. La patente del transistor bipolar de unión,  aparecido en 1948, le fue concedida a William Shockley.

https://www.youtube.com/watch?v=f3IUVvJ2XgI&t=1981s

La denominación "transistor" fue sugerida por John R. Pierce, quién dijo: "…y entonces, en aquella época, el transistor fue imaginado para ser el dual del tubo de vacío, así si un tubo de vacío tenía transconductancia, éste debe tener transresistencia, y así llegué a sugerir "transistor".

En reconocimiento por este logro, Shockley, Bardeen y Brattain fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Física de 1956 por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor.

Fuente principal: Wikipedia

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La memoria del ordenador (II). Módulos RAM

En esta segunda parte dedicada a la memoria del ordenador vamos a repasar los encapsulados más habituales de memoria RAM (Random Access Memory - Memoria de acceso aleatorio). En este tipo de memorias el tiempo de acceso a cualquier pieza de información es independiente de la ubicación física de los datos. El tiempo de acceso es constante.

Módulos de memoria DDR4 y DDR5

Los tipos principales son:

MEMORIA RAM ESTÁTICA:

* SRAM (Static Random Access Memory). Volátil pero no necesita refresco. Aplicación habitual: memoria caché. Se componen de un biestable flip-flop conectado a la circuitería interna por dos transistores de acceso. Cuando no se accede a la celda, los dos transistores permanecen cerrados, manteniendo el dato capturado en el flip-flop de una forma estable, permitiendo así el almacenamiento de datos y por lo tanto, a diferencia de las memorias RAM dinámicas, no existe la necesidad de actualizar periódicamente el contenido de la memoria.

MEMORIA RAM DINÁMICA:

* DRAM (Dynamic Random Access Memory):
     - PM (Page Mode)
     - FPM (Fast Page Mode)
     - EDO (Extended Data Output)
     - BEDO (Burst Extended Data Output)
 
* RDRAM: Memoria Rambus DRAM:
     - RDRAM 184p
     - RDRAM 232p

* SDRAM (Synchronous Dynamic Random-Access Memory):
   - SDR (Single Data Rate)
   - DDR (Double Data Rate):

• DDR (DDR1)
• DDR2
• DDR3
• DDR4
• DDR5 (2021)

Módulos SIMM y SIPP. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Módulos SIMM-72p y DIMM-168p. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Módulos RIMM. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

 

Instalación de módulos RIMM. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Módulos de memoria SDRAM- DDR. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Instalación de módulos DIMM. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Memoria para portátiles (laptops-notebook). Parte I. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Memoria para portátiles (laptops - notebook). Parte II: SO-DIMM DDR. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com

Más información:

* La memoria del ordenador (I). Tipos de memoria.
* La memoria del ordenador (III). Memoria ROM.
* Museo de las memorias DRAM. 
* Crucial. Velocidad y compatibilidad de memoria RAM

•  Última actualización: 29/09/24

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Vídeo sobre la historia de la informática

Talla en hueso de reno. Wikipedia. Ryan Somma.

En este interesante vídeo creado con motivo del 30 aniversario (1982 - 2012) de la Escuela de Ingeniería Informática de la Universidad de Oviedo podemos ver la evolución de la informática desde una talla de hueso de reno utilizada posiblemente para contar (edad de piedra) hasta nuestros días.

Video de Youtube. Historia de la informática. UniOvi. (23:31)

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Más información:

• Breve historia de la informática.

¿Pagarías 713.000 € por este ordenador?

Apple 1 subastado por Bonhams (22/10/2014).
Fuente imagen: Bonhams

El pasado miércoles 22 de octubre se subastó un ordenador Apple 1 por 905.000 $ (unos 713.000 €) en una subasta organizada por la casa Bonhams.
Se trata de una de las primeras máquinas fabricadas por Apple en 1976. En realidad Apple solo fabricaba la placa base y los usuarios tenían que montar el resto de componentes (teclado, monitor y fuente de alimentación).
Según indica el comunicado de prensa de la casa de subastas el equipo fue adquirido por el Henry Ford museum de Michigan.

Apple 1 dentro de una caja de madera artesanal.
Fuente imagen: Wikipedia.

El equipo estaba compuesto por la placa base,  un teclado, un monitor Sanyo, una fuente de alimentación dentro de una caja de madera, unidad de cinta y los manuales originales.

La placa base Apple 1 fue ensamblada a mano en el verano de 1976 por Steve Wozniak en el garage o la habitación de la hermana de Steve Jobs.
La placa esta controlada por un microprocesador Motorola 6502, contaba con una memoria RAM de 8 kB y se vendía para un montaje en kit por 666,66$. Quedan unas 50 de las 150 que se fabricaron.

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