Сегодня исполняется сорок лет со дня первого публичного упоминания о продукте, который повлиял на жизнь буквально каждого из нас. И это тот самый редкий случай, когда превосходные степени можно использовать без риска перехвалить: если бы не случилось Его, эволюция техники — и не только вычислительной! — пошла бы другим путём. 15 ноября 1971 года мир узнал о микропроцессоре Intel 4004. Первом микропроцессоре.

Сегодня объяснять, зачем нужны микропроцессоры и из чего они состоят, кажется странным. Но в конце 60-х странным это никому не казалось. Микроэлектроника тогда уже цвела буйным цветом, полупроводники и интегральные схемы были изобретены и массово производились, вычислительная техника вела счёт третьему поколению устройств и могла похвастаться таким титаном как IBM System/360 (на разработку которого было потрачено вдвое больше средств, чем на создание атомной бомбы). Однако несмотря на все успехи, в электронике всё ещё господствовал классический подход: словно в старом советском анекдоте про сверхбольшую микросхему с двадцатью ножками и двумя ручками (для переноски, понятно), большие электронные схемы 60-х собирались из множества микросхем и вспомогательных элементов на платах площадью в десятки квадратных сантиметров.

Такая компоновка (её называли гибридной) была не только дорогой и трудоёмкой, но ещё и громоздкой. Так что когда речь шла не о вопросах национальной обороны, а о какой-нибудь мелкой задаче, вроде создания микрокалькулятора, инженеры с нуля проектировали свой специализированный чипсет — набор из нескольких микросхем, заточенный под конкрентное применение.

Сейчас трудно достать даже фотографии компьютерных процессоров сорокалетней давности. Но общее представление можно составить по этому снимку, запечатлевшему одну из плат System/360. Типичный процессор содержал десятки подобных плат, подключенных встык к общей шине.
Сейчас трудно достать даже фотографии компьютерных процессоров сорокалетней давности. Но общее представление можно составить по этому снимку, запечатлевшему одну из плат System/360. Типичный процессор содержал десятки подобных плат, подключенных встык к общей шине.

Именно так и поступили специалисты японской фирмы Busicom в 1969 году, задумав построить мощный калькулятор с встроенным принтером. Их конструкция состояла из дюжины микросхем, воплощение которых в металле и кремнии было решено поручить всего только год назад образованному американскому стартапу Intel.

Intel, где на тот момент трудились полторы сотни человек, специализировалась на производстве чипов памяти. Память была основным бизнесом молодой компании и, как гласит легенда, шли бы дела чуть лучше, Гордон Мур и Роберт Нойс (основатели) вообще не стали бы возиться с калькуляторной ерундой. Но дела у Intel шли неважно и приходилось брать случайные контракты, чтобы свести концы с концами.

Трезво оценив схему, предложенную Busicom, группа инженеров Intel во главе с Тэдом Хоффом решила её упростить. Все ключевые узлы (арифметику, логику и пр.) следовало разместить на одной подложке, в одной микросхеме, оставив снаружи только вспомогательные элементы (модуль связи с клавиатурой и т.п.). Так были сформулированы общие положения новой архитектуры. Однако кто-то должен был разработать на их основе собственно электронную схему, а свободных рук не хватало, начальство особого значения проекту не придало, и в результате он полгода пролежал «в столе». Только когда сроки стали поджимать, Intel наняла Федерико Фаггина (бывшего сотрудника Fairchild Semicondictor, уже прославившегося изобретением ключевой технологии для построения микросхем), чтобы довести работу до конца.

Люди Фаггина с задачей справились и в январе 1971 у Intel на руках уже были действующие образцы чипа MCS-4. По нынешним меркам это была чрезвычайно примитивная конструкция из двух с лишним тысяч транзисторов, способная исполнять неполных пять десятков команд со скоростью меньше ста тысяч операций в секунду. Но своё дело она делала и, переименовав чип в «4004», компания с лёгким сердцем уступила эксклюзивные права на него японцам.

Так выглядел кристалл первого микропроцессора. Обратите внимание на буквы F.F. в правом нижнем углу: Федерико Фаггин так гордился проектом, что оставил на нём свои инициалы. Позже, покинув Intel, Фаггин основал Zilog, родину знаменитого Z80.
Так выглядел кристалл первого микропроцессора. Обратите внимание на буквы F.F. в правом нижнем углу: Федерико Фаггин так гордился проектом, что оставил на нём свои инициалы. Позже, покинув Intel, Фаггин основал Zilog, родину знаменитого Z80.

Случившееся после этого в разных интерпретациях звучит по-разному, но, похоже, дело было так. Фаггин первым понял, что вдобавок к известным преимуществам микросхем — скорости, надёжности, низкой себестоимости, меньшему энергопотреблению по сравнению с гибридными схемами — размещение на одном кристалле всех ключевых процессорных узлов открывает перед вычислительной техникой невиданные перспективы.

Микропроцессор, в отличие от просто процессора, достаточно мал и дёшев, чтобы его можно было вывести на широкий рынок и заставить управлять станками, приборами, бытовой электроникой. Поскольку руководство Intel по-прежнему не понимало ценности проекта, Фаггин проиллюстрировал её, построив на основе 4004 систему тестирования самого себя. Сопротивление было сломлено и с Busicom договорились о возвращении прав на микропроцессор в обмен на уступки по цене. Что было дальше, вы знаете.

Справедливости ради стоит отметить, что создание 4004 послужило лишь стартовым сигналом для микропроцессорной революции. Год спустя, в 8-разрядном чипе 8008, созданном по заказу и спецификациям Computer Terminals Corp., Intel реализовала существенно отличавшуюся систему команд и архитектурные принципы — и вот они уже проложили дорогу для 8080 (клоны которого управляли бесчисленным множеством 8-битных компьютеров в 80-90 гг.) и, в конечном счёте, архитектуре x86. Но одной из первых оценив потенциал микропроцессора, Intel так никогда уже и не ослабила хватку: культовые Mark-8, Altair 8800 и конечно IBM PC 5150, первенец ныне здравствующего семейства, были построены на чипах Intel.

Сегодня в мире ежегодно производится больше десяти миллиардов микропроцессоров. Последние модели самой Intel, из линейки Core i7 Extreme Edition, работают на тактовых частотах превышающих 5 ГГц и содержат почти миллиард транзисторов.

Будущее микропроцессорной индустрии производители связывают с многоядерной архитектурой, надеясь в течение следующих десяти лет в разы увеличить количество ядер (уже достигшее 16 штук в AMD Opteron 6200), параллельно на порядки снизив энергопотребление. Но — присмотритесь! В структурной схеме любого самого навороченного современного микропроцессора угадывается всё тот же старина 4004.