Intel的第一款CPU長(zhǎng)啥樣？
今天，當(dāng)我們坐在電腦前沉浸在游戲中，和遠(yuǎn)在他鄉(xiāng)的女友、朋友、家人聊天和語(yǔ)音，在互聯(lián)網(wǎng)上沖浪、查找資料，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買自己喜歡的圖書和零食，這一切目前都覺得如此地愜意和自得。但是今天的一切，也許大部分都想不到，為了這一些是多少人前赴后繼，付出了可歌可泣的貢獻(xiàn)才得到地。
最近，HW HarmonyOS又沖上熱搜，大家都希望中國(guó)又一款自主可控的國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的“彎道超車”，回顧中國(guó)歷史上的操作系統(tǒng)有很多不堪回首的事件，但是曾經(jīng)發(fā)生的事情和有過(guò)的經(jīng)歷，卻可以讓我們更加珍惜這來(lái)之不易的幸福。而了解成功人/事的歷史，更可讓我們受益菲淺。 現(xiàn)在就讓我?guī)Т蠹胰セ仡櫼幌拢@有趣而又激勵(lì)人心的輝煌歷史。
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如今8位單片機(jī)的用途越來(lái)越少了，32位單片機(jī)越來(lái)越常見，但是你見過(guò)4-bit的CPU嗎？
1969年，日本計(jì)算機(jī)公司與英特爾合作，為其新的Busicom 141-PF *打印計(jì)算器設(shè)計(jì)12種定制芯片。英特爾工程師提出了一個(gè)只有四個(gè)芯片的家族，其中一個(gè)可以編程用于多種產(chǎn)品，從而激發(fā)了工程學(xué)的壯舉，極大地改變了電子學(xué)的發(fā)展方向。 當(dāng)時(shí)Intel給出的解決方案是一套四塊芯片組成的微型計(jì)算機(jī)，稱為MCS-4。
它包括一個(gè)中央處理單元（CPU）芯片-4004，以及一個(gè)用于定制應(yīng)用程序的支持的只讀存儲(chǔ)器（ROM）芯片，一個(gè)用于處理數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）芯片以及一個(gè)移位存儲(chǔ)-輸入/輸出（I / O）端口的寄存器芯片。從上面看出和目前商用計(jì)算機(jī)組成基本沒什么變化，可是那時(shí)候是1971年，感嘆其偉大！
英特爾生產(chǎn)了三種主要的源代碼變體：C4004，D4004和P4004。在英特爾C4004是待制造的第一芯片; 它具有白色陶瓷包裝本身上可見的灰色痕跡。C4004的生產(chǎn)一直持續(xù)到1976年中，開始生產(chǎn)Intel D4004。D4004具有塑料黑色陶瓷包裝。在英特爾P4004是塑料包裝的版本。
自1975年中以來(lái)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司和日立公司已經(jīng)開發(fā)了一些輔助資源。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體生產(chǎn)了兩個(gè)版本：INS4004J和INS4004D。所述INS4004J是16針黑，陶瓷DIP，而INS4004D版本是16引腳側(cè)面釬焊，陶瓷DIP。另一個(gè)來(lái)源是HD35404所作日立。第三個(gè)來(lái)源是國(guó)際微系統(tǒng)公司（Microsystems International），該公司實(shí)際上是從1970年中期開始制造該芯片的增強(qiáng)版本的（也于1971年推出）。 幾種“變形體”的區(qū)別：
| Manufacturer | Model | Package |
| Intel | C4004 | 16-pin Ceramic DIP |
| Intel | D4004 | 16-pin Ceramic DIP |
| Intel | P4004 | 16-pin Plastic DIP |
| National Semiconductor | INS4004D | 16-pin Ceramic DIP |
| National Semiconductor | INS4004J | 16-pin side-brazed Ceramic DIP |
| Hitachi | HD35404 | 16-pin DIP |
| Microsystems International | MF7114 | ? |
4004具有16個(gè)引腳，用于I / O，存儲(chǔ)控制器，時(shí)鐘相位，電源和復(fù)位。
| 引腳和說(shuō)明 | |||
| 別針 ＃ | 引腳名稱 | 目的 | 解釋 |
| 1個(gè) | D0 | 雙向數(shù)據(jù)總線引腳 | 與ROM和RAM的地址和數(shù)據(jù)通信發(fā)生在D0-D3上。 |
| 2個(gè) | D1 | ||
| 3 | D2 | ||
| 4 | D3 | ||
| 5 | VSS | 主要供應(yīng) | |
| 6 | 時(shí)鐘階段1 | 時(shí)鐘輸入 | |
| 7 | 時(shí)鐘階段2 | ||
| 8 | 同步 | ROM和RAM同步 | 通過(guò)發(fā)信號(hào)通知時(shí)鐘在上升沿來(lái)同步ROM和RAM。 |
| 9 | 重啟 | 重置標(biāo)志 | 邏輯1清除所有處理器狀態(tài)寄存器，并強(qiáng)制程序計(jì)數(shù)器跳到地址0x0。RESET信號(hào)必須至少打開64個(gè)時(shí)鐘周期才能生效。 |
| 10 | 測(cè)試 | 測(cè)試邏輯狀態(tài) | 信號(hào)可以通過(guò)JCN指令進(jìn)行測(cè)試。 |
| 11 | 光盤 | CM-ROM輸出 | ROM選擇信號(hào)，用于從內(nèi)存中檢索數(shù)據(jù)。 |
| 12 | VDD | VSS-15±5％ | |
| 13 | CM-RAM3 | CM-ROM輸出 | 系統(tǒng)中4002 RAM芯片的存儲(chǔ)體選擇信號(hào)。 |
| 14 | CM-RAM2 | ||
| 15 | CM-RAM1 | ||
| 16 | CM-RAM0 |
內(nèi)部結(jié)構(gòu)
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寄存器組
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| 名稱 | 大小（bits） | |
| – | Accumulator | 4 |
| – | Carry/Link | 1 |
| 索引寄存器 | Index Registers ( IR ) | （4+4）*8 |
| 程序寄存器 | Program Counter ( PC ) | 12 |
| 程序寄存器 | Program Counter ( PC ) | 12 |
| 堆棧指針 | Stack Pointer ( Stack ) | 12*3 |
| 臨時(shí)寄存器 | TEMP.REG | 4 |
| – | INSTRUCTION REGISTER | 8 |
指令集
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（帶 * 號(hào)的是雙字指令，需要兩個(gè)指令周期（1指令周期 = 8時(shí)鐘周期））
| 基礎(chǔ)指令 | ||||
| HEX | 助記符 | 指令字1 | 指令字2 | 功能 |
| 00 | NOP | 0000 0000 | – | 無(wú) |
| 1 | *JCN | 0001 CCCC | AAAA AAAA | 當(dāng)條件C成立，跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前ROM頁(yè)的A地址 |
| 2 | *FIM | 0010 RRR0 | DDDD DDDD | 取當(dāng)前頁(yè)D地址處的數(shù)據(jù)，送至IR的R號(hào)寄存器對(duì)內(nèi) |
| 3 | FIN | 0011 RRR0 | – | 取IR中第0寄存器對(duì)數(shù)據(jù)作為ROM頁(yè)內(nèi)地址，將數(shù)據(jù)送至IR寄存器的R號(hào)寄存器對(duì)內(nèi) |
| 3 | JIN | 0011 RRR1 | – | 將IR中R號(hào)寄存器對(duì)內(nèi)數(shù)據(jù)作為間接跳轉(zhuǎn)地址進(jìn)行跳轉(zhuǎn) |
| 4 | *JUN | 0100 AAAA | AAAA AAAA | 無(wú)條件跳轉(zhuǎn)至地址A |
| 5 | *JMS | 0101 AAAA | AAAA AAAA | 無(wú)條件跳轉(zhuǎn)至地址A，將原地址保存在堆棧SP中 |
| 6 | INC | 0110 RRRR | – | RRRR寄存器+1 |
| 7 | *ISZ | 0111 RRRR | AAAA AAAA | RRRR寄存器+1，如果結(jié)果不為0，跳轉(zhuǎn)至頁(yè)內(nèi)地址A |
| 8 | ADD | 1000 RRRR | – | AC=AC+RRRR+C |
| 9 | SUB | 1001 RRRR | – | AC=AC-RRRR-C |
| A | LD | 1010 RRRR | – | AC=RRRR |
| B | XCH | 1011 RRRR | – | AC與RRRR交換 |
| C | BBL | 1100 DDDD | – | 借助堆棧地址返回,AC=DDDD |
| D | LDM | 1101 DDDD | – | AC=DDDD |
| F0 | CLB | 1111 0000 | – | AC=0，C=0 |
| F1 | CLC | 1111 0001 | – | C=0 |
| F2 | IAC | 1111 0010 | – | AC=AC+1 |
| F3 | CMC | 1111 0011 | – | C=~C |
| F4 | CMA | 1111 0100 | – | AC=~AC |
| F5 | RAL | 1111 0101 | – | {C,AC}向左循環(huán)平移一位 |
| F6 | RAR | 1111 0110 | – | {C,AC}向右循環(huán)平移一位 |
| F7 | TCC | 1111 0111 | – | AC=C， C=0 |
| F8 | DAC | 1111 1000 | – | AC=AC-1 |
| F9 | TCS | 1111 1001 | – | 當(dāng)C=0，AC=1001當(dāng)C=1，AC=1010 |
| FA | STC | 1111 1010 | – | C=1 |
| FB | DAA | 1111 1011 | – | 對(duì)AC執(zhí)行BCD修正 |
| FC | KBP | 1111 1100 | – | 對(duì)AC進(jìn)行獨(dú)熱碼到二進(jìn)制轉(zhuǎn)換若輸入非法值，AC=1111 |
| FD | DCL | 1111 1101 | – | 使用AC的低3位進(jìn)行轉(zhuǎn)換頁(yè)AC=000時(shí)選擇CM0其他情況以三位分別控制 |
| I/O與RAM指令 | ||||
| 2 | SRC | 0010 RRR1 | – | 分別在指令周期的X2與X3處將R寄存器保存的頁(yè)內(nèi)地址送至ROM和RAM |
| E0 | WRM | 1110 0000 | – | 將AC寫入選中的RAM主字符( 4位 )中 |
| E1 | WMP | 1110 0001 | – | 將AC寫入選中的RAM端口中( 注：MCS-4中，RAM/ROM亦用作IO端口 ) |
| E2 | WRR | 1110 0010 | – | 將AC寫入選中的ROM端口中 |
| E3 | WPM | 1110 0011 | – | 將AC寫入選中的可讀寫程序存儲(chǔ)器中( 搭配4008/4009/4289使用 ) |
| E4 | WR0 | 1110 0100 | – | 將AC寫入選中的RAM的0號(hào)狀態(tài)字符中 |
| E5 | WR1 | 1110 0101 | – | 將AC寫入選中的RAM的1號(hào)狀態(tài)字符中 |
| E6 | WR2 | 1110 0110 | – | 將AC寫入選中的RAM的2號(hào)狀態(tài)字符中 |
| E7 | WR3 | 1110 0111 | – | 將AC寫入選中的RAM的3號(hào)狀態(tài)字符中 |
| E8 | SBM | 1110 1000 | – | {C,AC}=AC-C-選中的RAM主字符 |
| E9 | RDM | 1110 1001 | – | 將選中的RAM主字符寫入AC |
| EA | RDR | 1110 1010 | – | 將選中的ROM輸入端口數(shù)據(jù)寫入AC |
| EB | ADM | 1110 1011 | – | {C,AC}=AC+C+選中的RAM主字符 |
| EC | RD0 | 1110 1100 | – | 將選中的RAM的0號(hào)狀態(tài)字符寫入AC |
| ED | RD1 | 1110 1101 | – | 將選中的RAM的1號(hào)狀態(tài)字符寫入AC |
| EE | RD2 | 1110 1110 | – | 將選中的RAM的2號(hào)狀態(tài)字符寫入AC |
| EF | RD3 | 1110 1111 | – | 將選中的RAM的3號(hào)狀態(tài)字符寫入AC |
以上就是Intel公司首款商用處理器，Intel原本只是造存儲(chǔ)器的一家小公司，因?yàn)槿毡綛usicom公司（造計(jì)算器）的小看，從此Intel慢慢轉(zhuǎn)型進(jìn)入微處理器的市場(chǎng)，一發(fā)不可收拾成。4004是Intel歷史性的標(biāo)志。
MCS-4就是4004處理器+4001ROM+4002RAM+4003SR的組合，微型計(jì)算機(jī)就是多塊芯片的集合，中央處理器用來(lái)負(fù)責(zé)控制和管理，下一講我們將講解MCS-4微型計(jì)算機(jī)，看看這一牛逼的微型計(jì)算機(jī)。
總結(jié)
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總結(jié)一下，Intel 4004有什么先進(jìn)性值得學(xué)習(xí)？
1、英特爾4004成為市場(chǎng)上第一個(gè)通用可編程處理器—工程師可以購(gòu)買并使用軟件進(jìn)行定制以在各種電子設(shè)備中執(zhí)行不同功能的“基石”； 2、體積小巧，盡管在1971年，這款革命性的微處理器只有一個(gè)指甲大小，具有與1946年制造的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)相同的計(jì)算能力，該電子計(jì)算機(jī)占據(jù)了整個(gè)房間。
3、與當(dāng)今產(chǎn)品通常使用的12英寸晶圓相比，第一個(gè)Intel4004微處理器是在2英寸晶圓上生產(chǎn)的。英特爾4004微處理器的獨(dú)特之處在于，它是有史以來(lái)投入商業(yè)生產(chǎn)的最小的微處理器設(shè)計(jì)之一。
4、1971年，英特爾4004處理器裝有2,300個(gè)晶體管。到2010年，具有32納米處理管芯和第二代高k金屬柵極硅技術(shù)的英特爾酷睿處理器可容納5.6億個(gè)晶體管。
5、英特爾4004微處理器電路的線寬為10微米或10,000納米。如今，英特爾微處理器的電路功能范圍在45至10納米之間。相比之下，人的平均頭發(fā)寬度為100,000納米。
位數(shù)/頻率：4bit/6萬(wàn)次
頻率/前端總線：108KHZ/0.74MHz （4bit）
封裝/針腳數(shù)量：陶瓷DIP,塑封DIP / 16針
核心技術(shù)/晶體管數(shù)量：10微米 / 225
參考鏈接：https://www.4004.com/busicom-replica.html
http://www.intel4004.com/
http://e4004.szyc.org/
https://en.wikichip.org/wiki/intel/mcs-4
編輯：jq
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原文標(biāo)題：Intel的第一款CPU長(zhǎng)啥樣？Intel 4-Bit的CPU簡(jiǎn)介
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