1969-cu ildə yapon kalkulyator istehsalçısının sifarişi ilə başlayan layihənin bütün kompüter sənayesini dəyişəcəyini o vaxt heç kim gözləmirdi. Intel 4004 — tarixə ilk kommersiya mikroprosessoru kimi düşən, cəmi 4 bitlik, amma ideya baxımından bu günkü STM32, ESP32 və hətta noutbuk prosessorlarının ulu babası olan çipdir.
Busicom sifarişi: mikroprosessor ideyasına aparan yol
Hekayə Busicom şirkətinin yeni nəsil proqramlaşdırıla bilən kalkulyator platası üçün Intel-ə müraciəti ilə başlayır. Busicom əvvəlcə xüsusi məntiq inteqral sxemlərinə əsaslanan, hər model üçün fərqli çip dəsti təklif edirdi. Bu, həm bahalı, həm də çevikliyi zəif olan yanaşma idi.
Gənc mühəndis Ted Hoff Intel-də bu problemi başqa cür həll etməyi təklif etdi: müxtəlif məntiq blokları yerinə "kiçik, ümumi təyinatlı proqramlaşdırıla bilən kompüter" — yəni mikroprosessor istifadə etmək. Beləliklə, kalkulyatorun funksiyalarını firmware ilə dəyişmək mümkün olurdu, hardware isə eyni qalırdı.
Bu fikir sonradan MCS-4 ailəsi adlanan komplektə çevrildi:
- 4004 – mərkəzi prosessor
- 4001 – ROM + I/O
- 4002 – RAM
- 4003 – I/O shift registri
Busicom maliyyə çətinliyi yaşayanda Intel ağıllı addım atdı: arxitekturanın lisenziyasını geri aldı və 4004-ü ümumi bazara çıxardı. Bununla da mikroprosessor erası rəsmi olaraq başladı.
Keramik korpusda qızıl ayaqlı və kristalı görünən orijinal Intel 4004 mikroprosessoru — Şəkil: the Science Museum / Wikimedia Commons, CC BY 4.0
Texniki xüsusiyyətlər: 4 bit, amma tam kompüter
Ölçüsünə baxmayaraq, Intel 4004 öz dövrü üçün tam funksional bir CPU idi:
- Arxitektura: 4 bitlik, akkumulyator əsaslı
- Adreslənə bilən yaddaş: 640 bayt RAM (4002 çipləri ilə), 4 KB ROM (4001 çipləri ilə)
- Saat tezliyi: maksimal təqribən 740 kHz
- İcra sürəti: təqribən 92 000 əməliyyat/saniyə
- Tranzistor sayı: təxminən 2 300 MOS tranzistor
- Texnoloji norma: təqribən 10 µm silikon qapılı PMOS texnologiyası
- Korpus: 16 ayaqlı keramik DIP, qızıl örtüklü ayaqlarla
Bu gün 48 MHz-lik STM32F103 və ya 240 MHz-lik ESP32-yə öyrəşmiş embedded mühəndis üçün bu rəqəmlər gülməli görünə bilər. Amma 1971-ci ilin kontekstində 4004-ün bir çipdə tam CPU olması özü-özlüyündə inqilab idi. O vaxta qədər eyni funksiyanı yerinə yetirmək üçün çoxlu sayda ayrı TTL və ya MOS sxemi tələb olunurdu.
4004-ün komandalar toplusu 46 əsas əmrdən ibarət idi. Yaddaş xəritəsi və I/O idarəetməsi bugünkü mikrokontrollerlərə çox bənzəyirdi: proqram ROM-da, verilənlər RAM-da, periferiyalar isə ayrıca adres məkanında yerləşirdi.
Intel 4004 əsasında hazırlanmış Busicom 141-PF kalkulyatoru — Şəkil: Christian Bassow / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Niyə 4004 ikonaya çevrildi?
Texniki baxımdan 4004 çox məhdud idi. Onu əfsanə edən əsasən üç məqamdır:
- Bir çipdə CPU ideyası – Bütün məntiq funksiyasını tək kristalda birləşdirmək sonrakı 8008, 8080, 8086 və nəhayət, x86 ailəsinə yol açdı.
- Proqramla idarə olunan hardware – Eyni hardware, fərqli firmware ilə müxtəlif məhsullara çevrilə bilirdi. Bu, bu günkü universal MCU platalarının (Arduino Uno, Nucleo, ESP32-DevKit və s.) fəlsəfəsinin başlanğıcıdır.
- Kommersiya modelinin dəyişməsi – Intel 4004-ü yalnız Busicom üçün xüsusi çip kimi saxlamadı, ümumi təyinatlı məhsul kimi bazara çıxardı. Bu, "al-get" tipli mikroprosessor biznesinin əsasını qoydu.
4004 sayəsində dizaynerlər ilk dəfə olaraq kompleks məntiq sxemlərini "proqramla həll etmək" ideyasına öyrəşməyə başladılar. Bu düşüncə tərzi sonradan PLC-lərdən tutmuş ev router-lərinə, hətta ağıllı elektrik sayğaclarına qədər hər yerdə istifadə olundu.
Bu günün embedded dünyasına təsiri
Bu gün Arduino ilə LED yandıran, ESP32 ilə Wi‑Fi gateway quran və ya STM32 ilə motor sürən hər kəs, fərqinə varmadan 4004-ün gətirdiyi modeldən faydalanır:
- MCU = ümumi təyinatlı beyin – hardware-i dəyişmədən, yalnız firmware yazaraq məhsulu fərqləndirmək.
- Çip ailələri konsepsiyası – MCS-4-dəki kimi, bu gün də hər ekosistemdə CPU + flash + RAM + periferiyalar ailə kimi təklif olunur.
- Abstraksiya səviyyəsinin artması – 4004 dövründə assembler yeganə seçim idi. Bu gün isə C, Rust, MicroPython kimi dillərlə çoxqatlı abstraksiyalar üzərindən işləyirik, amma kökündə yenə həmin "proqramla idarə olunan hardware" ideyası dayanır.
Əgər siz öz platanızda 32-bitlik ARM Cortex-M və ya RISC-V nüvəsi ilə işləyirsinizsə, yadınızda saxlayın: bu hekayə bir vaxtlar cəmi 4 bitlik, 740 kHz-lik, 2 300 tranzistorlu Intel 4004 ilə başladı. O, yalnız kalkulyatoru deyil, bütün embedded kainatını proqramlaşdırıla bilən etdi.
