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4004
Intel 4004D
Registrierungsbreite	4 Bit
Hersteller	Intel
Gestartet in	1971
Fertig in	1978
Taktfrequenz	740 kHz
Rahmen	10 µm
Befehlssatz	4-Bit BCD-orientiert
Level 1 Zwischenspeicher	Nein
Versorgungsspannung	15 Volt
Anzahl der Pins	16
Einzelheiten
Anzahl Transistoren	2300
Nummer registriert	16
Breite Datenbus	4 Bit
Adressraum	1 KB
Anzahl der Anweisungen	46
Benutzt Mikrocode	Ja
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Das 4004 ist die erste Mikroprozessor, das heißt die erste Prozessor die komplett auf einem Chip aufgebaut ist. Intel startete dies in 1971.

Vor dem 4004 bestanden CPUs aus verschiedenen SSI- oder MSI-Chips. Der 4004 war Teil der MCS-4-Familie von LSI-Chips, die verwendet werden konnten, um Computer mit unterschiedlicher Speicherkapazität zu bauen.

Geschichte

Marcian ("Ted") Hoff von Intel brachte das Architekturkonzept ein 1969 Auf. Die Entwicklung des 4004 begann jedoch erst im April 1970, dann Federico Faggin wurde von Intel gekauft von Fairchild Semiconductors das Projekt zu leiten und den ersten Mikroprozessor zu entwerfen. Bei Fairchild hatte Faggin 1968 die ursprüngliche Silicon Gate Technology (SGT) entwickelt.

Architektur von i4004.

Sobald er zu Intel kam, arbeitete er an einer neuen Designmethodik mit Zufallslogik aus, mit der Silicon Gate-Technologie; er wandte diese Technologie auf das Design des 4004 sowie auf alle frühen Mikroprozessoren von Intel (8008, 4040, 8080) an. Außerdem war er der Schöpfer von Flip Flops mit regelbarem Netzteil, neuem Flip-Flop-Design in neuer Statik MOOS-Schieberegister. Der 4004 wurde ein exklusives Projekt für die japanisch Rechnerfirma Busicom. Faggin war bestrebt, das Projekt auf den Markt zu bringen und wandte sich an die höchsten Unternehmensgremien. Er hat gefragt Bob Noyce für, der damals Vorsitzender von Intel war, die Ausschließlichkeitsrechte im Hinblick auf eine Preissenkung neu zu verhandeln. Noyce hat erfolgreich mit Busicom verhandelt; Ende 1971 wurde der 4004 erstmals auf den Markt gebracht.

Faggin gründete das Unternehmen Ende 1974 Zilog das sich als erstes ausschließlich auf Mikroprozessoren konzentrierte. Damals betrachtete Intel Mikroprozessoren noch als Werkzeug, um mehr Speicher zu verkaufen. Masatoshi Shima van Busicom half Faggin bei der Entwicklung des 4004 und entwarf die Rechnersoftware von Busicom. 1975 trat er bei Zilog ein und entwickelte zusammen mit Faggin die Z80.

Eigenschaften

Der 4004 ist ein 4-Bit-Prozessor. Es kann nur Operationen mit 4 Bits gleichzeitig ausführen. Operationen mit Zahlen ab 16 (2⁴) oder größer muss er in mehreren Schritten erledigen. Die Dezimalrechnung (BCD) verrät, wofür sie ursprünglich entwickelt wurde: für einen Bürorechner.

Der 4004 verfügt über ein 16-poliges DIL-Gehäuse (Dual in Line). Im Vergleich: die Intel Core i7 ab 2016 2011 hat Pads für LGA (Land Grid Array).

Der 4004 hat 2300 Transistoren. So viele waren damals noch nie auf einem Chip untergebracht. Der 4004 hat eine Befehlssatz von 46 (später 50) Anweisungen, 41 von 8 Bit und 5 von 16 Bit, und es hat ein Maximum Taktfrequenz ab 740 kHz. Der 4004 hat eine Versorgungsspannung von 5 12 Volt erforderlich. Dies ist auf die Anwendung der Silicon-Gate-Technologie bei fehlerhaften p-Typ-MOSFETs mit Pull-up-Widerständen zurückzuführen.

Der Prozessor kann die Situation im Prozessor pro Taktzyklus ändern. Es ist nicht der Fall, dass ein Befehl in einem Zyklus ausgeführt werden kann; fast alle Befehle benötigen mehrere Zyklen.

Für eine 8-Bit-Anweisung funktioniert es so:

• 3 Zyklen zum Laden der Adresse des nächsten Befehls
• 2, um den Prozessor auf die Anweisung vorzubereiten
• 3 Zyklen zur Ausführung der Anweisung

Also schon 8 Zyklen für einen Auftrag. Und für einen 16-Bit-Befehl das Doppelte, also 16 Zyklen.

Dadurch kann der 4004 46.250 8-Bit-Befehle pro Sekunde ausführen.Um zwei Zahlen zu addieren, benötigt der 4004 sechs Befehle. Bis 46250/6=7708 Zahlen zwischen 0 und 255 (2⁸), um sich zu addieren, dauert es eine Sekunde. Der 4004 galt damals als superschnell.

Technische Spezifikationen

• Maximale Taktrate 740 kHz
• Befehlszykluszeit 10,8 µs, 8 Taktzyklen / Befehlszyklus
• Befehlsausführungszeit 1 oder 2 Zyklen, 46300 bis 92600 Befehle pro Sekunde
• Getrennte Programm- und Datenspeicherung
• Anleitungsset mit 46 Anleitungen
• 16 Register zu je 4 Bit