Ровно 55 лет назад, 15 ноября 1971 года в журнале Electronic News вышла реклама Intel с заголовком «Announcing a new era of integrated electronics», то есть «Объявляем новую эру интегральной электроники». Речь шла о наборе из четырех микросхем MCS-4. В него входили постоянная память 4001, оперативная память 4002, сдвиговый регистр 4003 и процессор 4004. Ровно через 55 лет этот процессор по-прежнему называют первым коммерческим микропроцессором.
Началось все с заказа от японской компании Busicom. Она делала настольный калькулятор 141-PF с печатающим устройством и хотела получить от Intel набор из 12 специализированных микросхем. Инженер Тед Хофф посмотрел на проект и решил, что он слишком громоздкий. Он предложил заменить россыпь специализированных микросхем одним универсальным процессором, а калькулятором его должна была сделать программа в постоянной памяти (ROM). Архитектуру вместе с Хоффом проработал Стэнли Мазор. Весной 1970 года в Intel пришел Федерико Фаджин и возглавил проектирование кристалла. Масатоси Сима из Busicom написал прошивку калькулятора и помогал Фаджину с логикой. Первый рабочий чип ушел в Японию в марте 1971 года.
По сегодняшним меркам электроники в процессоре 4004 было мало. На кристалле около 12 мм² умещалось 2300 транзисторов, разрядность 4 бита, тактовая частота до 740 кГц. В современных процессорах транзисторов десятки миллиардов. Фаджин даже нашел место, чтобы оставить в углу кристалла свои инициалы F.F., как художник подписывает картину.
У этой истории есть и бизнес-подоплека. По контракту все права на разработку принадлежали Busicom, хотя чип спроектировали в Intel, и Хоффа это расстраивало. К весне 1971 года заказчик испытывал финансовые трудности и просил пересмотреть условия. В мае Роберт Нойс по настоянию разработчиков вернул Busicom 60 тысяч долларов, вложенных в проект, и получил права на чип для всего, кроме калькуляторов. Сама Busicom обанкротилась в 1974 году из-за спада экономики в Японии.
Слово «коммерческий» в маркетинговых характеристиках чипа стоит понимать буквально. Многочиповые процессоры существовали и раньше, но 4004 можно было купить как готовую деталь. Busicom ставила его в счетные машины, кассовые аппараты и банковские терминалы. По данным журнала Elektor, на 4004 построили Flicker, один из первых пинболов с микропроцессорным управлением, а также имитатор боулинга, электрические пишущие машинки и раннюю систему электронного голосования.
В других обзорах упоминаются анализаторы крови, контроллеры светофоров и мониторы автозаправок. Полных данных о тиражах 4004 в действительности нет, а расхожая байка о том, что 4004 летал на зонде Pioneer 10, не подтвердилась. Руководитель программы из Исследовательского центра Эймса, Ларри Лэшер позже объяснил, что команда процессор рассматривала, но для проекта он казался слишком новым, его надежность и долговечность еще не имели нужной статистики.
Прямого советского клона 4004 в доступных источниках вроде как нет, как и сведений о том, когда оригинальный чип впервые попал в страну. Но в Зеленограде в 1973 году Специализированный вычислительный центр Давлета Юдицкого начал собственную программу микропроцессоров. По воспоминаниям участников, решили не копировать зарубежные образцы, а делать универсальный комплект БИС с открытой архитектурой.
Так появилась серия К587 на КМОП-технологии. Ее 4-разрядная секция арифметического устройства К587ИК2 относится к 1974 году, но устроена иначе, чем у 4004, потому что из таких секций собирали процессоры любой разрядности, кратной четырем. На комплекте К587 сделали микроЭВМ «Электроника НЦ-01», которую показали на выставке «Связь-75». Серийная «Электроника НЦ-03Т» выпускалась с 1976 по 1981 год, было изготовлено 960 комплектов для станков с ЧПУ, измерительного оборудования и контроллеров. В 2004 году отмечалось, что серию К587 все еще выпускает завод «Ангстрем».
Копирование Intel пришло в СССР позже и уже по другой серии микросхем. С 1977 года выпускали КР580ВМ80А, клон 8080, и на нем построили «Радио-86РК», «Специалист», «Микрошу» и «Вектор». Четырехразрядные микросхемы в СССР тоже были, например КР1814ВЕ4 повторяла чип TMS1000 компании Texas Instruments, а на КР1814ВЕ7 и ВЕ8 работали электронные игры «Электроника ИМ.28» и ИМ.37.
Остались ли 4004 где-либо в действующих устройствах через 55 лет, сказать трудно. Известно меньше дюжины сохранившихся серийных калькуляторов Busicom 141-PF в музеях, а инженерный прототип хранится в Музее истории компьютеров в Маунтин-Вью (США). Некоторые чипы остались в коллекциях энтузиастов. В ноябре 2025 года Клаус Шеффлер и Лайош Кинтли показали полную копию MCS-4 из дискретных транзисторов, которая работала примерно вдвое быстрее оригинала.
Самый известный пример эмуляции 4004 принадлежит Дмитрию Гринбергу. В 2024 году он запустил на настоящем 4004 операционку Linux. Напрямую это невозможно, ведь у процессора 4 КБ памяти программ, а для Linux нужна 32-битная архитектура с поддержкой компилятора Си. Гринберг написал на ассемблере эмулятор MIPS R3000 и уместил его в доступный объем. Оперативную память на 16 МБ он вынес на внешнюю микросхему и слегка разогнал чип с 740 до 790 кГц. Сначала система загружалась больше девяти суток, после оптимизации эмулятора и ядра время сократилось до 4,76 суток.
Источники в интернете: История 4004 на сайте Intel и страница Intel 4004 в Википедии.
Идея Хоффа по чипу 4004 пережила 55 лет. Концепция «универсальный чип плюс управляющая программа вместо набора специализированных микросхем» до сих пор лежит в основе значительнйо части гражданской электроники.
Оставайтесь с нами в блоге SSP SOFT, история ИТ — одна из наших любимых тем в блоге, будем и дальше делиться интересными событиями из мира ИТ.
