Találtam egy nagyon alapos és olvasmányos összefoglalót a mikroprocesszorok történetével kapcsolatban ezen az oldalon: http://www.s100computers.com/History.htm

Arra gondoltam, hogy magyarra fordítva talán többen is elolvasnák, így elhatároztam, hogy fejezetenként közreadom. A nyers fordítás a Google fordítóval készült. A szöveget igyekeztem javítani, magyarosítani, de így sem sikerült irodalmi magasságokba emelkednem. Remélem a lényeg ennek ellenére átjön. :-)

Ez a sorozat harmadik része.

Az Intel 4004

1969 nyarán megkereste az Intel-t a Busicom nevű japán cég, azzal a megbízással, hogy chip készletet gyártasson az új elektronikus számológép családjuk számára. A Busicom által hozott terv számos egyedi chip-ből állt, amelyek mindegyike körülbelül 5000 tranzisztort tartalmazott. Egy Ted Hoff nevű mérnököt bíztak meg az Intelnél, hogy segítse a Busicom mérnökeinek csapatát a projekt végrehajtásában. Hoff megvizsgálta a Busicom terveit, és arra a következtetésre jutott, hogy az integrált áramkörök túlságosan bonyolultak ahhoz, hogy költséghatékonyan lehessen gyártani őket. Szerencséjükre Hoff korábban a Digital Equipment Corporation PDP-8 miniszámítógépével dolgozott, amely egy egyszerű utasításkészletet használt. Úgy vélte, hogy a számológép felépítése egyszerűbb lenne, ha egy kis általános célú processzort használnának a bonyolult felépítésű egyedi chip-ek helyett. Ez a koncepció, amely a számítások elvégzéséhez elektronika helyett szoftvert használ, sokkal hatékonyabb és rugalmasabb lenne. Nem kerülte el az Intel figyelmét, hogy ez nagymértékben megnöveli a számológép memóriaigényét, de abban az időben az Intel erős volt a félvezető memória gyártásban, így ez nem jelentett problémát. Hoff arra is rájött, hogy ezt a processzort sok más alkalmazásra is fel lehetne használni. Felvetette az ötletet az Intel vezetőinek, akik zöld utat adtak a projektnek. A Busicom mérnökei még akkor is tovább folytatták az eredeti tervek megvalósítását, amikor Hoff és csoportja (különösen Federico Faggin) megkezdte az új általános célú processzor tervezését.

Habár a Busicom mérnökei leegyszerűsítették a saját terveiket, mindegyik egyedi chip még mindig több mint 2000 tranzisztorból állt. 12 ilyen chipre volt szükség egy működő számológép elkészítéséhez. Hoff csapata úgy gondolta, hogy csak 1900 tranzisztorra lesz szükség a processzor megvalósításához. Végül Hoff általános célú processzor megoldását választották a Busicom chip tervei helyett, és az Intel szerződést kapott a Busicom-tól a mikroprocesszor gyártására, amely később 4004 néven vált híressé és ismertté.

A 4004 chip előállítása sokkal nehezebbnek bizonyult, mint amire korábban számítani lehetett. Azokban az időkben minden litográfiai réteg tervét kézzel készítettek. Federico Faggin érdeme volt, hogy sikerült a chipgyártást beindítani. Abban az időben az Intel-nek csak 150 alkalmazottja volt, a legtöbb operátorként dolgozott a félvezető szeletek gyártásában és a chip-összeszerelő soroknál. A teljes kutatás-fejlesztési szervezet körülbelül 20 fő volt!

Faggin két olyan integrált-áramkör gyártási technológiát hozott magával a Fairchild-tól, amelyek kulcsfontosságúak voltak a 4004 gyártásában. Abban az időben azon kevesek egyike volt, akik járatosak voltak a MOS integrált áramkörök tervezésében, és döntő ismeretekkel rendelkezett a fentebb említett, akkor újdonságnak számító logikai-kapu gyártástechnológiákban. Faggin-nak mindössze kilenc hónap alatt sikerült a 4004 chip megvalósítását a koncepciótól a kész szilícium áramkörig elvinnie.

Az Intel eleinte kizárólag a Busicom-nak adta el a 4004-et, de 1971 nyarára rájöttek, hogy valami különleges van a kezükben. Megegyeztek a Busicom-mal a forgalmazási jogokról, hogy eladhassák a chipkészletet más készülék gyártóknak is. 1971 novemberében az Intel 4-bites processzorként hirdette a 4004-et, amely másodpercenként 60000 műveletet hajtott végre. 1972 februárjáig az Intel 85 ezer dollár értékben értékesített chipkészleteket. A vállalat vezetése kezdett rájönni, hogy valami új dolog kezd a fókuszba kerülni.

A chip mai szemmel nézve nagyon primitív volt. 740 kHz frekvenciájú órajellel működött, ami később maximum 1 MHz lehetett. Körülbelül 92000 utasítást tudott végrehajtani másodpercenként, és külön program- és adattárolási területe volt a RAM-ban. Egyetlen multiplexelt 4 bites buszt használt az átvitelhez: 12 bites címeket, 8 bites utasításokat és 4 bites adatokat kezelt. Összesen 46 utasítása volt (ebből 41 db 8 bit széles és 5 db 16 bit széles). A regiszterkészlet 16 db, egyenként 4 bites regisztert tartalmazott.

Az Intel 8008

Ugyanabban az időszakban amikor a 4004 fejlesztése folyt, a Computer Terminal Corporation nevű vállalat pályázatot írt ki az Intel és a Texas Instruments számra az új, tervezés alatt álló Datapoint 2200 intelligens CRT termináljukban használni kívánt chipkészlet gyártására. Mivel a korábbi Datapoint 3300 CRT termináljuk túlmelegedési problémákkal küzdött a túl sok, túl kis helyre zsúfolt hagyományos digitális IC miatt, a CTC is abban gondolkodott, hogy kevesebb, de nagyobb integrálsági fokú integrált áramkört alkalmazzon az új termináljukban.

Mindkét vállalat egy 8 bites, általános célú processzort javasolt. Azért 8 bitest, mert a BCD-vel (bináris kódolt decimális) dolgozó számológépek 4 bitjével ellentétben az ASCII karakterek 8 bitet igényelnek. Érdekes csavar a történetben, hogy végül a CTC egyik cég processzorát sem használta fel, mert az Intel nem tudta határidőre elkészíteni a  chipjét, a TI megoldásában pedig sok hiba volt. A CTC végül szabványos logikai IC-kkel építette meg a terminálját. Szerencsére a TI és az Intel ettől függetlenül tovább folytatta a 8 bites mikroprocesszoros projektjeit. A TI kezdetben inkább a tudás, a tapasztalatok, a know-how megszerzésére összpontosított, de az Intel gyorsan tudott robbantani a 4 bites 4004 továbbfejlesztésével a ma már híres, általános célú 8008 CPU-val.

Az 1972 áprilisában bemutatott 8008 volt az első 8 bites mikroprocesszor a piacon. Kb. 20 db support chipre volt szüksége, 45 utasítással rendelkezett, és ezekből másodpercenként 300000-et tudott végrehajtani. Az akkoriban tetemesnek mondható, 16 kilobájtnyi memóriát tudott kezelni. Akkoriban ez meglehetősen soknak számított. Sok szempontból a 8008 a 4004 jelentős továbbfejlesztésének tekinthető.

A chip 10 mikronos PMOS technológiával készült. A 8008 kezdeti verziói 500 KHz-es órajel frekvenciával működtek, ezt később a 8008-1-ben megnövelték 800 KHz-es maximális értékig. Az utasítások végrehajtása 5-11 ciklust igényelt, ahol minden ciklus 2 órajel hosszúságú volt. A 8008 3500 db tranzisztor tartalmazott. A chip egyetlen 8 bites buszt használt, de jelentős mennyiségű külső támogatási logikát igényelt. 8 bemeneti és 24 kimeneti portot tudott kezelni.

Az Intel elsődleges célja a 4004-es és a 8008-as modellel az volt, hogy nagyszámú diszkrét IC-t cseréljen le egy szoftverrel vezérelt CPU-ra. Abban az időben kevesen gondolták, hogy ezek a chipek alkalmasak általános célú feladatok végrehajtására is. Eleinte csupán a számítógép működési elveinek demonstrálására használták őket. 1973-ban a Scelbi Computer Consulting Inc. bejelentette az első általános célú, 8008-as alapú mikroszámítógépét, a SCELBI-8H-t. A céget 1973-ban alapította Nat Wadsworth és Bob Findley. A SCELBI-8H 1K RAM-ot tartalmazott, és teljesen összeszerelve vagy készlet formájában is elérhető volt, de soha nem vált igazán sikeressé. A SCELBI rájött, hogy több pénzt tudnak keresni a mikroprocesszorra írt szoftverekkel, mint a hardver eladással, ezért átálltak a szoftverek, nagyon jól dokumentált forráskódjának könyv formában történő kiadására. Volt még néhány kísérlet a mikroprocesszorra épülő számítógépekkel, különösen az RGS Systems RGS-008 és a Jonathan Titus által kiadott Mark-8 érdemel említést, de ezek sem tudtak piaci sikert elérni.

Habár sikeres számítógépek nem épültek velük, a 4004 és a 8008 megtalálta a helyét különböző dedikált vezérlő alkalmazásokban. Egy gyakran emlegetett példa a közlekedési lámpák irányítása.

Az Intel 8080

1974 áprilisában az Intel bejelentette a 8080-at, amely jelentős előrelépés volt a 8008-ashoz képest, és csak hat kiszolgáló chipre volt szüksége. 75 utasítással rendelkezett, és tízszeresére nőtt a számítási teljesítménye a 8008-ashoz képest. Óriásinak számító, 64 kilobájtnyi memóriát tudott megcímezni. A 8080-as tervei Faggin javaslatai alapján készültek, de a tervezőcsapatot Masatoshi Shima vezette, egy fiatal mérnök, akit az Intel elcsábította a Busicom-tól. A 4004 és 8008 korlátaiból tanulva a tervezők olyan fejlesztéseket hajtottak végre, hogy az új chip valóban egy jól használható, altalános célú CPU legyen. A 8080 az első olyan mikroprocesszor, amelynek nem az volt a célja, hogy diszkrét logikai IC-ket váltsanak ki vele. Sokkal inkább hasonlított egy számítógépre, mint bármi, ami előtte volt, és hardveres szempontból is sokkal könnyebb volt használni.

Bár a korábbi 8008-as kibővített és továbbfejlesztett változata volt, binárisan nem vele kompatibilis. A kezdeti órajel frekvencia határ 2 MHz volt. Az általános utasítások végrehajtása 4, 5, 7, 10 vagy 11 ciklust igényelt. Ez azt jelentette, hogy másodpercenként néhány százezer utasítást tudott végrehajtani. NMOS félvezető technológiával valósították meg, és sajnálatos módon további +12 voltos és −5 voltos tápfeszültségre is szüksége volt.

1975 januárjában, a Popular Electronics magazinban elstartolt egy cikksorozat, ami egy 8080-as mikroprocesszort használó házi számítógép megépítéséről szólt. Ez nagyon sok amatőr számítógép barkácsolót bevonzott és elindított egy egész kis iparágat, amely később jelentős történések melegágyává vált.