تاریخچه ریز پردازنده‌ و کامپیوتر شخصی (قسمت اول)

تحریریه سخت افزار مگ برای پرداختن به این داستان هیجان انگیز در چند هفته آینده به طور جامع به تاریخچه ریزپردازنده و کامپیوتر شخصی خواهد پرداخت. داستان پر فراز و نشیب تاریخچه ریز پردازنده‌ و کامپیوتر شخصی که از اختراع ترانزیستور تا تراشه‌های امروزی مورد استفاده در دستگاه‌های ما را شامل می‌شود.

تجارت تریلیون دلاری کامپیوترهای شخصی مدیون عده‌ای از علاقه مندان، کارآفرینان و رویدادهای عجیب و غریب در گذشته است. قبل از کامپیوترهای شخصی، مدل کسب و کار اصلی این حوزه مربوط به مینی کامپیوترهایی می‌شد که یک شرکت تمام کارهای آن را انجام می‌داد. از ساخت سخت افزار گرفته تا نصب، نگهداری، نوشتن نرم افزار و آموزش اپراتور‌ها، همه و همه در یک مجموعه انجام می‌شد و البته هزینه‌ آن نسبتا گزاف بود. کسب و کار‌های کوچک یا علاقه مندان به این حوزه هرگز به این سیستم‌ها دسترسی نداشتند.

در این فضا بود که تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی با احساس نیاز کسب و کار‌های کوچک و علاقه مندان آن شروع شد. اختراع مدارهای مجتمع ریزپردازنده، DRAM و EPROM باعث ایجاد استفاده گسترده از زبان‌های سطح بالا BASIC شد و همین موضوع منجر به معرفی رابط کاربری گرافیکی و محاسبات به توده مردم می‌شود. استاندارد سازی و کالایی شدن سخت افزار در نهایت باعث می‌شود که کامپیوتر برای افراد مختلف نسبتاً فرد مقرون به صرفه باشد.

فصل اول تاریخچه ریز پردازنده‌ و کامپیوتر شخصی (1947 – 1974): بنیادها

نکته: این فصل به تولید 4004 اینتل، اولین ریز پردازنده تجاری ختم می‌شود.

کامپیوترهای شخصی اولیه نیاز به علاقه مندانی (متخصصانی) داشت که هم در مونتاژ اجزای الکتریکی (عمدتا توانایی لحیم کاری) و هم در کدنویسی دستگاه مهارت داشته باشند. زیرا نرم افزار در آن زمان امری سفارشی بود که کاملاً در دسترس نبود.

رهبران بازارهای تجاری به دلیل محدودیت عملکرد و نرم افزار ورودی-خروجی، کمبود استاندارد، نیاز به مهارت زیاد کاربر و چند برنامه پیش بینی شده، کامپیوتر‌های شخصی را جدی نمی‌گرفتند. این موضوع به حدی بود که مهندسان اینتل به محض عملیاتی شدن پردازنده 8080 و اثبات سودآوری آن در طیف وسیعی از محصولات (فراتر از انتظار آن‌ها)، برای ادامه راه مجبور شدند تا با تاجران بزرگ لابی کنند. استیو وزنیاک (موسس اپل و شریک استیو جابز) از کارفرمای خود، هیولت پاکارد (موسس شرکت معظم HP) التماس می‌کرد تا همین کار را انجام دهد.

آزمایشگاه بل – مهد صنعت نیمه هادی

با اینکه علاقه مندان، پدیده کامپیوترهای شخصی را آغاز کردند، اما وضعیت فعلی این صنعت مدیون تلاش افرادی مانند مایکل فارادی، جولیس لیلینفلد، بوریس داویدوف، راسل اول، کارل لارک-هوروویتز تا ویلیام شاکلی، والتر براتین، جان باردین، رابرت گیبنی و جرالد پیرسون است که در دسامبر 1947 اولین آزمایشگاه ترانزیستور را در آزمایشگاه‌های بل راه اندازی کردند.

آزمایشگاه‌های بل (Bell Labs) یک آزمایشگاه علمی باسابقه در آمریکا است که الکساندر گراهام بل در سال ۱۸۸۰ آن را بنیان نهاده؛ این آزمایشگاه یکی از بخش‌های تحقیق و توسعه مؤسسه آلکاتل لوسنت بود که نوکیا در سال ۲۰۱۵ این شرکت را به همراه این آزمایشگاه خرید.

آزمایشگاه‌های بل به عنوان ستون اصلی در پیشرفت ترانزیستور ایفای نقش می‌کرد اما در سال 1952 مجوزهای گسترده‌ای را به شرکت‌های دیگر اعطا کردند تا از تحریم‌های ضد اعتماد وزارت دادگستری ایالات متحده جلوگیری کنند. بنابراین بل و شرکت تولید کننده آن (وسترن الکتریک) به چهل شرکت دیگر از جمله جنرال الکتریک، RCA و تگزاس اینسترومنتس در تجارت محصولات نیمه هادی پیوستند.

مهندسان آزمایشگاه بل هم خود به فکر راه اندازی شرکتی پیشرو در حوزه نیمه هادی پرداختند که در ادامه به آن میپردازیم.

 شاکلی آزمایشگاه‌های بل را ترک می‌کند و شرکت نیمه هادی شوکلی را در سال 1956 تاسیس می‌کند.

شاکلی یک مهندس عالی بود، اما با ضعف در مدیریت کارمندانش، کار خود را در کوتاه مدت تمام کرد. او در طی یک سال از جمع آوری تیم تحقیقاتی خود، نتوانست مهندسین اصلی شرکت بل که شامل رابرت نویس و گوردون مور (دو بنیانگذار آینده اینتل)، ژان هورنی (مخترع روند ساخت مسطح ترانزیستورها) می‌شدند را جذب شرکت خود کند. جی لاست یکی دیگر از مهندسان بل اعضای شرکت Fairchild Semiconductor را راه اندازی کرد. (شرکتی را که به عنوان الگوی استارتاپی دره سیلیکون تبدیل شد)

شرکت فیرچایلد – فرازی درخشان و فرودی زودهنگام

مدیریت شرکت Fairchild به دلیل تمرکز بر سود حاصل از قراردادهای ترانزیستور در محصولات بزرگ (مانند مواردی که در سیستم‌های پروازی ساخت IBM در بمب افکن استراتژیک XB-70 Valkyrie آمریکا، کامپیوتر پرواز Autonetics، سیستم Minuteman ICBM، ابر کامپیوتر CDC 6600 و کامپیوتر راهنمای Apollo ناسا) به سود قابل توجهی دست پیدا می‌کند.

اگرچه با ظهور شرکت‌های Texas Instruments ، National Semiconductor و موتورولا ، قراردادهای این شرکت کاهش یافت. در اواخر سال 1967، شرکت Fairchild Semiconductor با کاهش بودجه و خروج کارکنان اصلی خود به انتهای مسیر رسید.

چارلز اسپورک و همچنین گوردون مور و رابرت نویس حلقه اصلی کسانی هستند که می خواهند آن شرکت را ترک کنند. در حالی که بیش از پنجاه شرکت جدید به دنبال جذب نیروی کار شرکت Fairchild بودند، اما هیچ یک به اندازه شرکت جدید Intel در این مدت کوتاه به موفقیت نرسیدند. تنها یک تماس تلفنی از سوی نویس با آرتور راک، سرمایه گذار خطرپذیر، منجر به جمع آوری سرمایه اولیه 2.3 میلیون دلاری تنها در یک بعد از ظهر شد.

ظهور اینتل

شرکت اینتل را گوردون مور (ارائه‌کننده قانون مور و مهندس شیمی فیزیک) و رابرت نویس (فیزیکدان و مخترع مدارهای مجتمع) به همراه آرتور راک و مکس پاوسکی در مانتین ویو تأسیس نمودند. مور و نویس هر دو در شرکت فیرچایلد که سازندهٔ نیمه رساناها بود کار می‌کردند. سپس در سال‌های بعد اندرو گروو نیز به آن‌ها ملحق شد. در ابتدا نام شرکت مور_نویس گذاشته شد که سپس نام آن را از ابتدای مجتمع الکترونیک (Integrated Electronics or “Intel” for short) گرفته و به اینتل تغییر دادند.

موجودیت اینتل تا حد زیادی به دلیل اعتبار رابرت نویس و گوردون مور بود. نویس عمدتاً به خاطر همکاری مشترک مدار تلفیقی همراه با جک کیلبی از Texas Instrument شناخته می‌شود، اگرچه او تقریباً از کارهای قبلی انجام شده توسط تیم جیمز نال و جی لاتروپ در آزمایشگاه Fuze Diamond Ordnance Fuze (DOFL) ارتش آمریکا دانش و اعتبار زیادی قرض گرفت (اولین ترانزیستور ساخته شده با استفاده از فوتولیتوگرافی و اتصالات آلومینیومی تبخیری را در سال 1957-59 تولید کرد و همچنین ریاست پروژه تیم مدار مجتمع جی لاست (از جمله جیمز نال تازه خریداری شده) در Fairchild را بر عهده داشت.)

مور و نویس از شرکت Fairchild فن آوری جدید خود یعنی تراز سیلیکونی دروازه MOS (نیمه هادی اکسید فلز) را برای ساخت مدار مجتمع که توسط Federico Faggin (یک وام دار از یک سرمایه گذاری مشترک بین شرکت های SGS ایتالیایی و Fairchild ساخته شده بود) قرض می‌گیرند. فاگین با تکیه بر کار تیم آزمایشگاه‌های بل جان ساراس، پس از اقامت دائم ایالات متحده تخصص خود را به اینتل ‌برد.

شرکت Fairchild با این فرار مغزها احساس آسیب دیدگی کرد، بسیاری از موفقیت‌های کارمندان آن به دست دیگر شرکت‌ها رسید. این فرار مغزها آنطور که به نظر می‌رسد کاملاً یک طرفه نبوده، زیرا اولین ریزپردازنده Fairchild  (به نام F8) به احتمال زیاد ریشه در پروژه پردازنده C3PF محقق نشده شرکت Olimpia Werke دارد. پس نمی‌تواند کسی را بابت این موضوع ملامت کند.

در عصری که حق ثبت اختراعات هنوز اهمیت استراتژیک امروزی خود را به دست نیاورده بود، زمان عرضه در بازار از اهمیت فوق العاده‌ای برخوردار بود و شرکت فیرچایلد در درک اهمیت تحولات اطراف خود بسیار کند بود. بخش تحقیق و توسعه، محصول محور نبوده و منابع قابل توجهی را به پروژه‌های تحقیقاتی اختصاص داد.

شرکت Texas Instruments، دومین تولید کننده مدار مجتمع، به سرعت موقعیت Fairchild را به عنوان رهبر بازار از بین برد. Fairchild هنوز در صنعت از جایگاه برجسته‌ای برخوردار بود، اما از نظر داخلی و ساختار مدیریتی دچار هرج و مرج بود. تضمین کیفیت تولید (QA) با استانداردهای صنعت مطابقت نداشت و بازده آن 20٪ معمول بود.

در حالی که با رفتن شرکت “Fairchild” به محیط‌های با ثبات‌تر، گردش کارمندان مهندسی در قسمت‌های مختلف افزایش یافت. جری سندرز در Fairchild از بازاریابی هوافضا و دفاعی به مدیر کل بازاریابی منتقل شد و به طور یک جانبه تصمیم گرفت هر هفته یک محصول جدید ( طرح “پنجاه و دو” ) را به بازار عرضه کند. زمان تسریع در بازار باعث از بین رفتن بسیاری از این محصولات با بازدهی در حدود 1٪ شد. تخمین زده شده بود که 90 درصد از محصولات که دیرتر عرضه می‌شدند، دارای نقص در مشخصات طراحی یا هر دو بودند. ستاره Fairchild در شرف خسوف بود.

اگر قد و قامت گوردون مور و رابرت نویس اینتل را به عنوان یک شرکت با تجربه و مهندسی به دنیا عرضه می‌کرد، سومین مردی که به این تیم پیوست، چهره عمومی شرکت و نیروی محرکه آن بود. اندرو گروو، متولد András Gróf مجارستان در سال 1936، علی رغم داشتن سابقه در تولید، مدیر عملیاتی اینتل شد. این انتخاب از نظر ظاهری گیج کننده به نظر می‌رسید. حتی امکان دوستی وی با گوردون مور را فراهم می‌کرد . زیرا گروو دانشمند تحقیق و توسعه با سابقه شیمی در Fairchild و مدرس دانشگاه برکلی بود و تجربه‌ای در مدیریت شرکت نداشت.

مرد چهارم در شرکت استراتژی اولیه بازاریابی خود را در شرکت بنیان نهاد. باب گراهام از نظر فنی سومین کارمند اینتل بود، اما لازم بود سه ماه قبل خروج به کارفرمای خود اعلام کند. تأخیر در انتقال به اینتل به اندی گروو این امکان را می‌دهد که نقش مدیریتی بسیار بیشتری نسبت به آنچه در ابتدا تصور شده بود، بدست آورد.

گراهام که یک فروشنده عالی بود، یکی از دو نامزد برجسته تیم مدیریت اینتل بود. دیگری جری سندرز، یکی از دوستان شخصی رابرت نویس بود. سندرز یکی از معدود مدیران Fairchild بود که پس از انتصاب سی لستر هوگان به عنوان مدیرعامل این شرکت شغل خود را حفظ کرد.

اعتماد به نفس اولیه سندرز به باقی ماندن در مقام بازاریابی برجسته Fairchild به سرعت ناپدید شد زیرا هوگان تحت تأثیر جنجال سندرز و عدم تمایل تیمش به پذیرش قراردادهای کوچک (1 میلیون دلار یا کمتر) قرار گرفت. هوگان با تبلیغات پی در پی جوزف ون پوپلن و داگلاس جی اوکانر، در عرض چند هفته به طور موثر دو بار نسبت به سندرز تنزل مقام گرفت. تنزل مقامات به خواسته هوگان رسید. جری سندرز استعفا داد و بیشتر سمت‌های اصلی Fairchild توسط مدیران سابق موتورولا هوگان اشغال شد.

در طی چند هفته چهار کارمند سابق Fairchild از بخش آنالوگ، علاقه مند به راه اندازی کسب و کار خود به جری سندرز بودند. همانطور که در ابتدا تصور می‌شد، شرکت فیرچایلد توسط این چهار نفر، مدارهای آنالوگ را تولید می‌کند و از آنجا که فروپاشی Fairchild باعث ایجاد تعداد زیادی از شرکت‌های نوپا می‌شود، این شرکت‌ها به دنبال جذب این افراد در تولید مدار دیجیتال بودند. سندرز به اطمینان رسید که شرکت جدید همچنان مدارهای دیجیتالی را دنبال خواهد کرد. این تیم شامل هشت عضو می‌شد. سندرز، اد ترنی (یکی از بهترین فروشندگان Fairchild)، جان کری، طراح تراشه سون سیمونسن و همچنین چهار عضو اصلی بخش آنالوگ، جک گیفورد ، فرانک بوت ، جیم گیلز و لری استنگر.

ورود شرکت AMD به بازار کامپیوترهای شخصی

ای‌ام‌دی (AMD) (Advanced Micro Devices) یک شرکت آمریکایی سازنده انواع پردازنده است که در سال 1969 توسط جری سندرز تأسیس شد. ای‌ام‌دی رقیب اصلی شرکت اینتل محسوب می‌شود.

شرکت Advanced Micro Devices، یا همان AMD خودمان، شروع سختی داشت. اینتل بر اساس شرکتی که توسط مهندسان تشکیل شده بود، در کمتر از یک روز بودجه خود را تأمین کرده بود، اما سرمایه گذاران وقتی با یک پیشنهاد تجاری نیمه هادی به سرپرستی مدیران بازاریابی روبرو می شدند، تصمیم خود را عوض کردند. اولین توقف در تأمین سرمایه اولیه 1.75 میلیون دلاری AMD، آرتور راک بود که هم برای Fairchild Semiconductor و هم برای اینتل بودجه تأمین کرده بود. راک و بقیه سرمایه‌گذاران، از سرمایه گذاری خودداری کردند.

سرانجام تام اسکورنیا، نماینده حقوقی AMD در دام رابرت نویس افتاد. بنابراین بنیانگذار اینتل به یکی از سرمایه گذاران بنیانگذار AMD تبدیل خواهد شد. نام نویس در فهرست سرمایه گذاران درجه‌ای از مشروعیت را به چشم انداز تجارت افزود که AMD تاکنون از نظر سرمایه گذاران احتمالی فاقد آن بود. در نتیجه بودجه بیشتری به دنبال داشت و هدف تجدید نظر شده 1.55 میلیون دلاری آن درست قبل از پایان کار در 20 ژوئن 1969 به این شرکت رسید.

شکل گیری اینتل تا حدودی ساده‌تر بود و به این شرکت اجازه می‌داد پس از تأمین اعتبار و محل کار مستقیماً وارد کار شود. اولین محصول تجاری آن نیز یکی از پنج صنعت برجسته در کمتر از سه سال گذشته بود که می‌توانست انقلابی در صنعت نیمه هادی و چهره عمومی کامپیوتر ایجاد کند.

هانی ول، یکی از فروشندگان کامپیوتر که در سایه گسترده IBM تجارت می‌کرد، برای درخواست تراشه RAM استاتیک 64 بیتی به شرکت‌های تراشه سازی زیادی مراجعه کرد.

اینتل قبلاً دو گروه برای تولید تراشه تشکیل داده بود. یک تیم ترانزیستور MOS به رهبری لس واداس و یک تیم ترانزیستور دو قطبی به رهبری دیک بون. تیم دو قطبی برای اولین بار به هدف رسید و اولین تراشه 64 بیتی SRAM جهان در آوریل 1969 توسط طراح ارشد آن، H.T. به Honeywell تحویل داده شد. توانایی تولید یک طرح اولیه موفق برای قرارداد یک میلیون دلاری به شهرت اولیه اینتل افزود.

نکته: در همین سال‌ها بود که کامپیوتر تازه به بازار ایران وارد شد!

با توجه به رسوم نامگذاری‌های آن موقع، تراشه SRAM با شماره قطعه 3101 به بازار عرضه شد. اینتل به همراه تقریباً تمام تراشه سازان آن زمان نه تنها محصولات خود را به مصرف کنندگان، بلکه به مهندسان شرکت‌ها نیز عرضه نمی‌کردند. به نظر می‌رسد که تعداد قطعات (به ویژه اگر دارای فاکتور‌هایی مانند تعداد ترانزیستور باشند) بیشتر مورد توجه مشتریان احتمالی آن‌ها قرار می‌گیرد. به همین ترتیب، دادن یک اسم واقعی به محصول می‌تواند نشان دهنده این باشد که این نام نقایص مهندسی یا کمبود مواد را پنهان کرده است. اینتل فقط وقتی از نامگذاری عددی دور شد که به طرز دردناکی مشخص شد که حق نسخه برداری از اعداد را ندارد.

در حالی که تیم دوقطبی اولین محصول رقابتی را برای اینتل فراهم کرد، تیم MOS مقصر اصلی را در خرابی تراشه‌های خود شناسایی کرد و به تولید رسید. فرآیند MOS سیلیکون گیت در طول تولید تراشه به چرخه‌های گرمایشی و سرمایشی زیادی نیاز داشت. این چرخه‌ها باعث تغییر در انبساط و سرعت انقباض بین سیلیکون و اکسید فلز می‌شود، که با ایجاد ترک‌هایی در مدارهای تراشه آن‌ها را می‌شکند. راه حل گوردون مور این بود که “اکسید فلز” را با ناخالصی‌ها “دامپینگ” کند تا نقطه ذوب آن پایین بیاید و باعث شود اکسید با گرم شدن حلقوی جریان یابد. تراشه حاصله که در ژوئیه 1969 از تیم MOS به بازار عرضه شد (و کار دیگری که در Fairchild روی تراشه 3708 انجام شد) به اولین تراشه حافظه MOS تجاری ، 256-bit 1101 تبدیل شد.

هانیول به سرعت برای جانشینی 3101 اقدام کرد که 1102 لقب گرفت، اما در اوایل توسعه خود یک پروژه موازی، با نام 1103، به رهبری واداس با باب ابوت، جان رید و جوئل کارپ (که همچنین نظارت بر پیشرفت 1102 را نشان می‌داد) پتانسیل قابل توجهی را نشان داد. هر دو مبتنی بر یک سلول حافظه سه ترانزیستوری بودند که توسط ویلیام رگیتز از هانیول ارائه شده بود و نوید چگالی سلول بسیار بالاتر و هزینه ساخت کمتر را می‌داد. نکته منفی این بود که حافظه، اطلاعات را در حالتی که برق متصل نباشد نگه نمی‌دارد و باید به مدارها ولتاژ (هر دو میلی ثانیه) اعمال شود (تجدید شود).

در آن زمان، حافظه دسترسی تصادفی کامپیوتر یکی از پایه‌های تراشه‌های حافظه مغناطیسی هسته‌ای بود. این فناوری با ورود تراشه 1103 DRAM (حافظه دسترسی تصادفی پویا) اینتل در اکتبر 1970 منسوخ شد و تا زمان حل اشکالات تولید در اوایل سال آینده، اینتل در یک بازار بدون رقیب و سریع رشد می‌کرد. این شرکت از این هدف تا زمانی که سازندگان حافظه ژاپنی به دلیل تزریق عظیم سرمایه به ظرفیت تولید (که باعث کاهش شدید حافظه در ابتدای دهه 1980 شدند) از آن سود می‌برد.

اینتل یک کمپین بازاریابی در سراسر کشور را آغاز کرد و از کاربران حافظه مغناطیسی دعوت کرد تا تلفن اینتل را جمع آوری کرده و با تغییر دادن به DRAM، هزینه‌های حافظه سیستم را کاهش دهند. این اتفاق در دوره‌ای اتفاق افتاد که هیچ شرکتی به مشتریان در مورد عرضه منبع دوم تراشه‌ها چیزی نمی‌گفت چون آن را متغایر با سوددهی محصول بعدی شرکت می‌دانستند.

اندی گروو به شدت مخالف تهیه منبع دوم بود، اما وضعیت اینتل به عنوان یک شرکت جوان که مجبور بود به تقاضای صنعت بپردازد، چنین بود. اینتل یک شرکت کانادایی، شرکت Microsystems International Limited را (به عنوان منبع دوم تأمین تراشه، به جای یک شرکت بزرگ‌تر و باتجربه‌تر که می‌تواند با محصول خاص خود اینتل را تسخیر کند) انتخاب کرد. وقتی MIL تلاش می‌کند با افزایش اندازه ویفر (از دو اینچ به سه) و کوچک کردن تراشه، سود خود را افزایش دهد، اینتل حدود 1 میلیون دلار سود را به دست می‌آورد. چون مشتریان MIL به دلیل خراب شدن تراشه‌های شرکت کانادایی در خط مونتاژ، به اینتل روی آوردند.

تجربه اولیه اینتل نه نمایانگر کل صنعت است و نه مسائل بعدی مربوط به تأمین منابع دوم را شامل می‌شود. برای مثال رشد AMD با تبدیل شدن به منبع دوم برای تراشه‌های سری 9300 Fairchild TTL (منطق ترانزیستور-ترانزیستور) و ایمن سازی، طراحی و تحویل یک تراشه سفارشی برای بخش نظامی وستینگهاوس که Texas Instruments (پیمانکار اولیه) در تولید به موقع مشکل داشت، کمک کرد.

خرابی‌های اولیه ساخت اینتل با استفاده از فرآیند گیت سیلیکون هم منجر به تراشه سوم سودآور و همچنین بازدهی کل صنعت شد. اینتل یکی دیگر از فارغ التحصیلان سابق فیرچایلد، فیزیکدان جوان داو فرومن را به تحقیق در مورد مراحل کار اختصاص داد. آنچه که فرهمان فرض کرد این بود که دروازه برخی از ترانزیستورها که جدا شده‌اند، در بالا شناور شده و در داخل اکسید جدا شده‌اند و آنها را از الکترودهای خود جدا می‌کند.

EPROM – حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی و قابل پاک شدن

فرومن به گوردون مور نشان داد که این دروازه‌های شناور به دلیل عایق اطراف می‌توانند بار الکتریکی داشته باشند و بنابراین می‌توانند برنامه ریزی شوند. علاوه بر این، بار الکتریکی دروازه شناور می‌تواند با اشعه ماورای بنفش یونیزه کننده که ممکن است برنامه را پاک کند، پراکنده شود.

حافظه معمولی نیاز به قرار دادن مدارهای برنامه نویسی شده در طول پروسه تولید تراشه با فیوزهای موجود برای تغییرات برنامه نویسی دارد. این روش در مقیاس کوچک پرهزینه است و برای سازگاری با اهداف مشخص به تراشه‌های مختلفی نیاز دارد و هنگام طراحی مجدد یا اصلاح مدارها نیز به تغییر تراشه نیاز دارد.

EPROM (حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی و قابل پاک شدن) انقلابی در این فناوری ایجاد کرد و برنامه نویسی حافظه را بسیار راحت‌تر و چندین برابر سریع‌تر کرد، زیرا مشتری مجبور نبود صبر کند تا تراشه‌های خاص برنامه آن‌ها ساخته شود.

نکته منفی این فناوری این بود که برای پاک شدن تراشه توسط اشعه ماورا بنفش، یک پنجره کوارتز نسبتاً گران قیمت مستقیماً در بالای تراشه ROM در بسته بندی تراشه گنجانده شده بود تا امکان دسترسی به نور را فراهم کند. بعداً با معرفی EPROM های یکبار قابل برنامه ریزی (OTP) که با پنجره کوارتز (و عملکرد پاک کردن) و ROM های قابل برنامه ریزی (EEPROM) به صورت الکتریکی پاک می‌شدند، هزینه‌های بالای آن کاهش یافت.

همانند 3101، بازده اولیه بسیار ضعیف بود. در بیشتر قسمت‌ها کمتر از 1٪. 1702 EPROM نیاز به ولتاژ دقیق برای نوشتن حافظه داشت. جو فریدریش (که اخیراً از Philco دور شده بود و کار خود را در Fairchild انجام داده بود) قبل از نوشتن داده‌ها، با عبور ولتاژ منفی زیاد از تراشه‌ها این کار را انجام داد. فردریش این فرآیند را “walking out” نامگذاری کرد و باعث افزایش بازده از یک تراشه در هر دو ویفر به شصت تراشه در هر ویفر شد.

از آنجایی که walking out از نظر فیزیکی تراشه را تغییر نداد، سایر تولیدکنندگان IC های طراحی شده توسط اینتل بلافاصله دلیل جهش در بازده اینتل را کشف نکردند. این افزایش بازده مستقیماً بر ثروت اینتل تأثیر گذاشت زیرا درآمد بین سال‌های 1971 و 1973 600٪ افزایش یافت. بازدهی فوق العاده در مقایسه با شرکت‌های منبع دوم یک مزیت قابل توجه برای اینتل نسبت به قطعات مشابهی است که توسط AMD ، National Semiconductor ، Sigtronics و MIL فروخته می‌شود .

تراشه 4004 اینتل – اولین ریزپردازنده تجاری

ROM و DRAM دو مولفه اساسی یک سیستم بودند که می‌توانستند به نقطه عطفی در توسعه محاسبات شخصی تبدیل شوند. در سال 1969، شرکت کامپیوتری Nippon (NCM) با خواستار یک سیستم دوازده تراشه برای یک ماشین حساب دسکتاپ جدید بود و به همین خاطر به اینتل سفارش داد. اینتل در مرحله تولید تراشه‌های SRAM ، DRAM و EPROM خود و مشتاق دستیابی به قراردادهای تجاری اولیه بیشتر بود.

پیشنهاد اصلی NCM سیستمی را مشخص می‌کرد که به هشت تراشه مخصوص ماشین حساب احتیاج دارد اما تد هوف در اینتل ایده وام گرفتن از مینی کامپیوترهای بزرگ روز را مورد بررسی قرار داد. ایده این بود که به جای تراشه‌های جداگانه که وظایف مشخصی را مدیریت می‌کنند، تراشه‌ای را ایجاد کند که بتواند دستورات ترکیبی را برطرف کرده و کارهای فرعی را (مانند عملکرد رایانه‌های بزرگتر) از دستورات اصلی جدا کند. در واقع تراشه‌ای پیشرفته برای استفاده عمومی تولید کند. ایده هاف تعداد تراشه‌های مورد نیاز را فقط به چهار مورد (ثبت شیفت ورودی-خروجی ، تراشه ROM ، تراشه RAM و تراشه پردازنده جدید) تقلیل داد.

NCM و Intel در 6 فوریه 1970 قرارداد سیستم جدید را امضا کردند و اینتل 60،000 دلار در برابر حداقل سفارش 60،000 کیت (با حداقل 8 تراشه در هر کیت) در مدت سه سال پیش پرداخت دریافت کرد. کار به ثمر رساندن پردازنده و سه تراشه پشتیبانی آن به یکی دیگر از کارمندان ناراضی Fairchild سپرده می‌شود.

فدریکو فاگین از عدم توانایی Fairchild در تبدیل موفقیت‌های تحقیق و توسعه خود به محصولات جدید ناامید شده بود و البته علاقه اصلی او در معماری تراشه بود. او با لس واداس در اینتل تماس گرفت و او را به عنوان رئیس یک پروژه طراحی معرفی کرد. فاگین قرار بود در اولین روز کار خود و زمانی که مهندس استن مازور برای او توضیحاتی ارائه داد، بفهمد که پروژه 4 تراشه MCS-4 چه چیزی را شامل می‌شود. روز بعد فاگین با ماساتوشی شیما، نماینده NCM ملاقات کرد. او انتظار داشت که طرح منطقی از یک پردازنده را ببیند نه اینکه مطالبی عجیب و غریب را از مردی که کمتر از یک روز در پروژه بوده است بشنود.

تیم فاگین، که اکنون شیما را برای طراحی در خود پذیرفته بود، به سرعت در حال توسعه این چهار تراشه بودند. طراحی ساده ترین آن‌ها، 4001 در یک هفته به پایان رسید و طرح آن یک ماه قبل تاریخ زمان‌ بندی شده برای تکمیل آماده شد. تا ماه مه 4002 و 4003 طراحی شده و کار بر روی ریزپردازنده 4004 آغاز شد. اولین پیش تولید در ماه دسامبر از خط مونتاژ خارج شد اما به دلیل حذف لایه تماس حیاتی مدفون از ساخت آنها غیرفعال شدند. تجدید نظر دوم این اشتباه را اصلاح کرد و سه هفته بعد هر چهار تراشه برای مرحله آزمایش آماده شدند.

4004 اگر به عنوان بخشی سفارشی برای NCM باقی مانده بود،  قطعا به پاورقی در تاریخ نیمه هادی تبدیل می‌شد، اما پایین آمدن قیمت لوازم الکترونیکی مصرفی، به ویژه در بازار رقابتی ماشین حساب رومیزی، باعث شد که NCM به اینتل نزدیک شود و تقاضای کاهش قیمت واحد را از قرارداد توافق شده باب نویس با آگاهی از اینکه 4004 می‌تواند کاربردهای بیشتری داشته باشد، (پیشنهاد کاهش قیمت و بازپرداخت پیش پرداخت 60،000 دلاری NCM را در ازای اینکه اینتل می‌تواند 4004 را به مشتریان دیگر در بازارهای دیگر به غیر از ماشین حساب ارائه دهد) داد. بنابراین 4004 اولین ریزپردازنده تجاری شد.

دو طرح دیگر از همین تراشه برای سیستم‌های اختصاصی و نظامی تولید شدند. MP944 Garrett AiResearch یکی از اجزای رایانه جنگنده بی‌نظیر Grumman F-14 Tomcat بود که وظیفه بهینه سازی بال‌های متغیر جنگنده و پره‌های موتور را بر عهده داشت استفاده می‌شد، در حالی که TMS 0100 و 1000 Texas Instruments به عنوان یک قسمت از ماشین حساب‌های دستی مانند Bowmar 901B به کار می‌رفتند.

در حالی که 4004 و MP944 به تعدادی تراشه پشتیبانی (ROM ، RAM و I / O) نیاز داشتند ، تراشه Texas Instruments این توابع را به یک CPU ترکیب کرد و اولین میکروکنترلر جهان یا “پردازنده روی تراشه” در آن زمان به بازار عرضه شد.

Texas Instruments و Intel در سال 1971 (و دوباره در 1976) با مجوز متقابل، پردازش، ریزپردازنده و میکروکنترلر با هم مراودات داشتند آن هم در دوره ای که صدور مجوزهای متقابل، همکاری‌های مشترک و حق ثبت اختراع را به عنوان یک سلاح تجاری استفاده می‌شد.

تکمیل سیستم NCM (Busicom) MCS-4 باعث آزادسازی منابع برای ادامه پروژه جاه طلبانه‌تری شد که ریشه آن قبل از طرح 4004 بود. در اواخر سال 1969، با دریافت پول نقد از IPO، Computer Terminal Corporation (CTC ، بعدا Datapoint) با اینتل و Texas Instruments تماس گرفت و نیاز خود به یک کنترلر ترمینال 8 بیتی را اعلام کرد.

Texas Instruments تقریباً زود افت کرد و توسعه پروژه 1201 اینتل که در مارس 1970 آغاز شده بود، در ژوئیه متوقف شد. زیرا هال فیینی رئیس پروژه در یک پروژه تراشه RAM استاتیک نیز همکاری می‌کرد. CTC سرانجام با نزدیک شدن به مهلت تعیین شده، مجموعه‌ای گسسته و ساده‌تر از تراشه‌های TTL را انتخاب می‌کند. پروژه 1201 (تا زمانی که علاقه Seiko برای استفاده در یک ماشین حساب دسک تاپ منجر به  Faggin 4004 را در ژانویه 1971 شود) کمرنگ شد.

امروزه تقریباً توسعه ریزپردازنده با دومین حافظه عجیب به نظر می‌رسد، اما در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 محاسبات و فرکانس های رایانه ستون اصلی بود. سالانه کمتر از 20،000 فریم اصلی در جهان فروخته می‌شد و IBM بر این بازار نسبتاً کوچک تسلط داشت (تا حدی که پروژه‌های UNIVAC ، GE ، NCR ، CDC ، RCA ، Burroughs و Honeywell معروف به “هفت کوتوله” و “سفید برفی” IBM را پوشش داد). در همین حال، شرکت تجهیزات دیجیتال (DEC) به طور موثر مالک بازار مینی کامپیوتر بود. مدیریت اینتل و سایر شرکت‌های ریزپردازنده نمی‌توانند تراشه‌های خود را در غرفه اصلی و مینی کامپیوتر ببینند در حالی که تراشه‌های حافظه جدید می‌توانند به این بخشها به مقدار زیادی سرویس دهند.

1201 در آوریل 1972 وارد بازار شد و نام آن به 8008 تغییر یافت تا نشان دهد که از 4004 پیروی می‌کند. این تراشه از موفقیت خوبی برخوردار بود اما با مدار 18 پین که ورودی و خروجی آن و گزینه‌های BUS اکسترنال را محدود می‌کرد، باعث شد که این تراشه نسبتاً کند و برای برنامه نویسی آن از اولین زبان مونتاژ و کد ماشین استفاده شود.

تلاش اینتل برای غلبه بر بازار باعث شد 4004 و 8008 در اولین سیستم‌های توسعه شرکت با نام‌های Intellec 4 و Intellec 8 گنجانده شود. این سیستم دوم به طور برجسته‌ای در توسعه اولین سیستم عامل ریزپردازنده، یک استفاده درست از سوال “چه می شود اگر” بود و نقطه عطفی در تاریخچه اینتل است. بازخورد کاربران، مشتریان بالقوه و پیچیدگی فزاینده پردازنده‌های مبتنی بر ماشین حساب منجر به تبدیل 8008 به 8080 شد که سرانجام توسعه کامپویتر‌های شخصی را آغاز کرد.

این مقاله اولین قسمت از مجموعه پنج تایی تاریخچه ریز پردازنده‌ و کامپیوتر شخصی است. اگر از این مقاله لذت بردید، ما را در قسمت‌های بعدی دنبال کنید.