Intel 4004
Intel 4004（インテル 4004、MCS-4）は、米国インテル社によって開発されたシングルチップのマイクロプロセッサであり、軍事用を除く一般品としては世界で最初の製品のひとつである。
1971年発表、4ビットマイクロプロセッサに分類される。クロック周波数は、500kHzから741kHz[1]である。論理設計はクロック同期設計で、pMOSプロセスで3mm×4mmのチップ（ダイ）の上に2,300個のトランジスタを集積、10μm (0.01mm) ピッチのプロセス・ルールで製造された。当時のICとして標準的な16ピンDIPのパッケージに詰め込むため、物理的に4ビット幅のバスを、アドレスとデータで時分割で使用している。
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[編集] 歴史
1969年、ビジコンはプログラム制御[3]の電卓を計画し、インテルにそのためのチップセットの開発を提案していた。ビジコンの当初案では、マクロ命令による制御で、10個前後[4]のチップが必要というものだった。これは電卓としては汎用（プログラム次第でいろいろな電卓ができる）だが、電卓用という意味では専用のチップ、というものであった。
これに対し、インテルの技術者テッド・ホフは、ワード長が4ビットであることを除けば、汎用のコンピュータそのものという構成を提案した。複数桁の演算処理は、1桁（4ビット）の演算の反復で置き換えればよく、また、外部機器の制御も、ソフトウェアによる制御に置き換えればよい、というのである。1969年8月末のことであるが、この構成におけるCPUこそが4004であり、マイクロプロセッサの原点となったわけである。
このアイディアにもとづき、嶋正利とフェデリコ・ファジンが中心となって、嶋が論理設計しファジンが物理設計（回路設計とマスクレイアウト）を行い、4004は完成した。
当初の契約では、このチップはビジコンに対する専売となっていたが、チップの汎用性に気付いたインテルが他への販売を希望し、一方でビジコン側は資金の要求があった事から、契約金の一部をビジコンに払い戻すことでインテルはチップの販売権を得て、1971年11月15日に4004として出荷が開始された。
[編集] 文献
- 嶋正利『マイクロコンピュータの誕生 ──わが青春の4004』
[編集] 特徴
- 最高動作周波数 741KHz。ただし、命令アドレス出力に3クロック、命令読み出しに2クロック、命令実行に3クロックの計8クロックを要する。
- プログラムのメモリ空間とデータのメモリ空間の分離（ハーバード・アーキテクチャ）。ノイマンボトルネックを解消し性能を向上するために採用されたハーバード・アーキテクチャではバスを分離するが、4004の場合は性能が目的ではない。ピン数の節約のため、以下の信号は単一の4ビット物理バスを共用（多重化）している。
- 12ビットのアドレス
- 8ビットの命令
- 4ビットのデータ
- 命令セットには46種の命令がある（うち41種は8ビット長、5種は16ビット長）。
- 16個の4ビット長レジスタ
- スタックはハードウェアスタックで、プログラムカウンタに直結されておりサブルーチン呼び出し専用。深さは3段。
[編集] ファミリーとしてのMCS-4
当初の周辺チップとしては、容量2048bitのマスクROM Intel 4001、容量320bitのRAM Intel 4002、10bitシフトレジスタ兼10bit出力ポートのIntel 4003があった。
初期ファミリ内でのチップの組み合わせで、ROM 32768bit(2048bit×16)、RAM 1280bit(320bit×4)の構成が可能。
ビジコンの目的であった電卓における構成は、だいたい以下のようなものとなる。
- 4001に関数などのプログラムが格納されている
- 4003でキー入力をシフトしながら4004へ渡す
- 4004で入力された数値を4002に書き込む
- 4001にあるプログラムを使って4004で1桁ずつ演算を行い結果を4002に書き込む
- 4003でシフトしながら表示板に出力する
[編集] 脚注
- ^ Datasheet Intel 4004 (PDF)より:クロック周期最小1.35μsec（約741kHz）/最大2.0μsec（500kHz）。『マイクロコンピュータの誕生』によれば、先に周波数を750kHzと決め、そこからその周期内で動作するよう機能を決めている
- ^ ビジコン社製電卓とインテルi4004 国立科学博物館
- ^ 『電子立国』第5回ではこれを「ストアードプログラム」と説明しているが、普通のコンピュータのような汎用という訳ではない。また嶋は著書で「ランダム論理」（ワイヤード論理制御）の逆として「プログラム論理」という語を使っている。
- ^ 嶋の著書『マイクロコンピュータの誕生』によれば、何回か提案しており数は上下する。インテルは12種類としている。嶋は最終的にはプリンタ付きで8個、表示のみで6個まで削減できたと書いている。
[編集] 関連項目
[編集] 外部リンク
- インテル博物館
- 嶋正利氏の4004開発回顧録
- 4004 Dr嶋 ブログ（リンク切れ）
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