Nel novembre 1971 Intel annunciò un prodotto che poche persone, allora, considerarono rivoluzionario: un chip chiamato 4004, che conteneva l'intera unità centrale di elaborazione di un computer. Era il primo microprocessore commerciale. Quasi tutti i dispositivi digitali che usiamo oggi, dal computer portatile alla lavatrice, discendono da quell'idea.
Una commessa per una calcolatrice
Tutto cominciò nel 1969 con un'azienda giapponese di calcolatrici, la Busicom, che chiese a Intel, allora una giovane società specializzata in memorie, di produrre i chip per una nuova famiglia di calcolatrici da tavolo. Il progetto iniziale di Busicom prevedeva numerosi chip personalizzati, ciascuno dedicato a una funzione specifica.
L'idea di Ted Hoff
Marcian «Ted» Hoff, ingegnere di Intel, ritenne che il progetto fosse troppo complesso e costoso. Propose un'alternativa: invece di tanti chip specializzati, un piccolo processore di uso generale, programmabile, affiancato da memorie. Le funzioni della calcolatrice sarebbero state realizzate dal programma contenuto nella memoria di sola lettura, non dai circuiti. Stanley Mazor collaborò alla definizione dell'architettura e del set di istruzioni.
Era un cambiamento di prospettiva fondamentale. Un chip di questo tipo poteva servire per la calcolatrice, ma anche per qualsiasi altra applicazione: bastava cambiare il programma.
Federico Faggin e la realizzazione
L'architettura era definita, ma qualcuno doveva trasformarla in un chip funzionante. Nel 1970 Intel assunse Federico Faggin, un fisico nato a Vicenza che aveva lavorato in Italia e poi alla Fairchild Semiconductor in California.
Alla Fairchild, Faggin aveva sviluppato la tecnologia silicon gate, nella quale il terminale di controllo dei transistor è realizzato in silicio policristallino anziché in metallo. Questa tecnologia permetteva transistor più piccoli, più veloci e più densi: proprio ciò che serviva per mettere un intero processore su un solo chip.
Faggin guidò la progettazione logica e circuitale del 4004 e della famiglia di chip che lo accompagnava, lavorando a stretto contatto con Masatoshi Shima, ingegnere di Busicom. Sviluppò anche nuove tecniche di progettazione per superare i problemi che emergevano. Sul chip incise le proprie iniziali, «FF».
La famiglia MCS-4
Il 4004 non lavorava da solo. Faceva parte di un insieme di quattro chip:
| Chip | Funzione |
|---|---|
| 4001 | Memoria di sola lettura (ROM) per il programma |
| 4002 | Memoria ad accesso casuale (RAM) per i dati |
| 4003 | Registro a scorrimento per l'ingresso e l'uscita |
| 4004 | Processore centrale a 4 bit |
Le caratteristiche del 4004
Il 4004 era un processore a 4 bit: elaborava i dati in gruppi di quattro cifre binarie, sufficienti per rappresentare una cifra decimale, cosa naturale per una calcolatrice. Conteneva circa 2.300 transistor ed era prodotto con un processo da 10 micrometri. Un processore moderno contiene miliardi di transistor, con dimensioni misurate in nanometri.
Il riacquisto dei diritti
Inizialmente Busicom aveva i diritti esclusivi sul chip. Faggin e altri in Intel capirono che il 4004 poteva avere un mercato molto più ampio. Intel rinegoziò l'accordo con Busicom, che in quel periodo aveva difficoltà economiche, ottenendo il diritto di vendere il chip ad altri clienti per applicazioni diverse dalle calcolatrici, in cambio di condizioni economiche più favorevoli per Busicom.
Nel novembre 1971 Intel annunciò il prodotto con una pubblicità che parlava di una nuova era dell'elettronica integrata.
Dopo il 4004
Il 4004 fu seguito rapidamente da processori più potenti:
- 8008 (1972), il primo microprocessore a 8 bit di Intel.
- 8080 (1974), molto più potente, usato nell'Altair 8800, il computer in kit che diede il via alla rivoluzione del personal computer.
- Da qui discendono l'8086 e l'8088, quest'ultimo scelto nel 1981 per il PC IBM, da cui nasce l'architettura x86 ancora oggi dominante nei computer da tavolo e nei server.
Faggin lasciò Intel nel 1974 e fondò Zilog, che produsse lo Z80, un processore a 8 bit compatibile con l'8080 che ebbe un enorme successo in computer domestici e sistemi industriali.
Perché il microprocessore è stato decisivo
L'importanza del 4004 non sta nelle prestazioni, modeste anche per l'epoca. Sta nel modello che ha introdotto:
- Un componente standard per molti usi. Invece di progettare circuiti diversi per ogni prodotto, si poteva usare lo stesso chip e cambiare il software.
- Costi in discesa. Prodotto in grandi volumi, il microprocessore diventava sempre più economico.
- Il computer ovunque. Con un processore su un chip, si poteva mettere capacità di calcolo in strumenti, automobili, elettrodomestici e giocattoli.
È il passaggio che ha spostato il valore di molti prodotti dall'hardware al software, una tendenza che chi sviluppa sistemi embedded vede ancora oggi ogni giorno.
In sintesi
- L'Intel 4004, annunciato nel novembre 1971, fu il primo microprocessore commerciale, nato da una commessa della giapponese Busicom.
- Ted Hoff propose l'idea di un processore programmabile di uso generale; Stanley Mazor contribuì all'architettura.
- Federico Faggin guidò la progettazione del chip usando la tecnologia silicon gate, collaborando con Masatoshi Shima.
- Il 4004 era a 4 bit con circa 2.300 transistor; da esso discende la linea di processori Intel fino all'architettura x86.
