Фотография кристалла микропроцессора Intel 8008 под микроскопом (см. фотографию большего разрешения 3565?2549)

Энтузиаст микропроцессоров и зарядных устройств Кен Ширрифф (Ken Shirriff) хорошо известен в сообществе электролюбителей. Он раньше публиковал обстоятельные хорошо иллюстрированные репортажи с разбором крохотного зарядного устройства для iPhone, десятка других зарядных устройств, среди которых великолепное изделие Apple даже не самое лучшее. В 2013 году он провёл реверс-инжиниринг ALU в процессоре Z80 по его фотографиям (это процессор из Osborne 1, TRS-80 и Sinclair ZX Spectrum).

Сейчас Шеррифф обратил внимание на исторический процессор Intel 8008 — первый 8-битный центральный процессор, выпущенный фирмой Intel 1 апреля 1972 года, то есть почти 45 лет назад, по цене $120. Микросхема Intel 8008 позиционировалась для продвинутых калькуляторов, но в итоге нашла своё место в первых персональных компьютерах.

Как говорит Википедия, в первое время Intel опасалась, что процессор не заинтересует клиентов, но эти опасения оказались безосновательными. Процессор ждал большой успех. После него фирма выпустила Intel 8080, а затем исключительно успешное семейство Intel x86.


Микросхема Intel 8008

На базе Intel 8008 клиенты начали собирать не только калькуляторы, но и миникомпьютеры. На этом процессоре работали одни из первых коммерческих персональных компьютеров, в том числе американский SCELBI, французский Micral N и канадский MCM/70. Возможно, первым настоящим микрокомпьютером с дисковой операционной системой и встроенным в PROM языком программирования IBM Basic Assembly Language (BAL) на базе Intel 8008 стал Sac State 8008, спроектированный в 1972-1973 годы. Собранный, вероятно, в единственном экземпляре, этот мини-компьютер оснащался цветным дисплеем, жёстким диском, клавиатурой, модемом, считывателем ленты и принтером, а разработчики оказали неоценимую помощь Intel в составлении набора инструкций для будущего Intel 8080. Уже в 1973 году Sac State 8008 превосходил по функциональности Altair 8800 от 1975 года, который дал вдохновение и идею для бизнеса Стиву Джобсу, Стиву Возняку и многим другим энтузиастам по всему миру.


Художественный 3D-рендер Sac State 8008

Судя по историческим свидетельствам, именно Sac State 8008 можно назвать первым в мире настоящим персональным компьютером.

Кен Ширрифф опубликовал подробный анализ с большим количеством фотографий, как выглядел легендарный процессор 8008. Энтузиаст самостоятельно вскрыл корпус и сделал фотографии кристалла под микроскопом, на которых можно разглядеть даже контакты и транзисторы на кристалле. Ниже один из участков микросхемы увеличен.



По периметру микросхемы видно 18 контактных площадок, которые соединяются тонкими проводками с внешними контактными штырями (ножками микросхемы). Фотосъёмка всего кристалла заняла 48 кадров. Кен Ширрифф использовал металлографический микроскоп с яркой подсветкой.

Затем специалист склеил 48 кадров с помощью программного обеспечения Hugin. Чтобы получить красивое фото высокого разрешения, он ещё подкрутил контраст. Для сравнения, вот как выглядит оригинальная фотография, которая примерно соответствует тому, что вы реально видите в оптический микроскоп.


Фотография кристалла микропроцессора Intel 8008 под микроскопом (см. фотографию большего разрешения 4730?3382)

Из документации процессора можно узнать, где именно на кристалле располагаются конкретные функциональные области. Все они подписаны на следующем изображении. Слева располагается арифметико-логическое устройство (ALU), в котором происходили вычисления.



ALU использовал два временных регистра для хранения входящих данных. Эти регистры занимали значительную площадь на кристалле. Не потому что они сложные, а потому что нужны большие транзисторы для передачи сигнала через цепь ALU.

Треугольный дизайн ALU тоже выглядит необычно. В большинстве процессоров цепи компонуются по прямоугольным блокам для каждого бита. Однако в 8008 восемь блоков (по одному для каждого бита) распределены по треугольной площади беспорядочным образом, чтобы уместиться в площадь, которую для них оставил треугольный генератор ускоренного переноса (carry generator).

Физическая структура чипа неплохо совпадает с блок-схемой из руководства пользователя Intel 8008. Блоки на чипе находятся почти в тех же местах, что и на схеме.



Инженер обращает внимание, что у специалистов нет объяснения, почему Intel использовала явно недостаточное количество 18 ножек для такой микросхемы (14 разрядов адреса и 8 разрядов данных), ведь из-за такой нестандартной архитектуры шины приходилось использовать много дополнительной электроники с этим процессором. Он говорит, что 16 контактов были буквально «религией в Intel», но конструкторам за счёт хитрых манипуляций с архитектурой шины удалось уменьшить количество ножек только до 18-ти.
Поделиться с друзьями
-->

Комментарии (20)


  1. proton17
    25.12.2016 22:43
    +6

    Любителям посмотреть на внутренности микросхем однозначно надо заглянуть сюда http://zeptobars.com/en/


    1. proton17
      25.12.2016 22:45
      +3

      п.с.: завершенный проект по реверс-инженирингу КР580ВМ80А / i8080: https://habrahabr.ru/post/249613/
      доступны verilog и схемы


      1. beeruser
        26.12.2016 01:07
        +2

        Это другой процессор всё же. i8008.


      1. Alyoshka1976
        26.12.2016 10:28

        К исходному i8080 всё-таки ближе 580-й с индексом «ИК» (особенно впечатляет там зоопарк напряжений питания). «ВМ», если память не подводит, требует только +5В.


        1. AlexGforever
          26.12.2016 12:10

          только +5 это у 580ВМ1, а 580ВМ80 от 580ИК80 и i8080 существенных отличий не имел


        1. jar_ohty
          26.12.2016 12:15
          +2

          Нет, ИК80 и ВМ80А — это один и тот же процессор, разве что может ревизии кристалла разные. Только 5В — это уже ВМ1, который представляет собой весьма творчески переработанный 8080.


          1. Alyoshka1976
            26.12.2016 12:58

            Спасибо за поправку. Память таки подвела.


  1. DrPass
    25.12.2016 22:52
    +1

    Инженер обращает внимание, что у специалистов нет объяснения, почему Intel использовала явно недостаточное количество 18 ножек для такой микросхемы

    Насколько я помню, они сами в каком-то обзоре отвечали на этот вопрос, зачем там был такой корпус и как следствие, была мультиплексируемая шина и прочие сложности — просто потому, что не было в 1971-м году, когда они его разрабатывали, производственных линий для упаковки в корпуса большего размера.


    1. dragonnur
      26.12.2016 10:06
      +1

      Тогда ещё и цена корпусировки росла как бы не кубически от количества ног, до 90 % цены шло на корпусировку по данным середины 80х годов (из журнала Радио и Электронной промышленности)


    1. AlexGforever
      26.12.2016 12:46

      Интересен пассаж насчет нестандартной архитектуры шины — ведь на тот момент ставшие стандартными варианты шин еще просто не изобрели :) В компьютерах и микросхемах тех лет иногда попадаются совершенно непривычные варианты типа последовательной системной шины.


  1. jar_ohty
    26.12.2016 01:57
    +6

    Микроскоп называется металлографический, а не металлургический.
    А насчет первого персонального компьютера у меня все же сомнения. Ибо Wang 2200 начал продаваться в мае 1973 года. А был еще Datapoint 2200 — в котором процессор 8008 был реализован "россыпью".


    1. mark_ablov
      26.12.2016 08:26
      +4

      > Datapoint 2200
      Не так. Первая ревизия этого PC имела стандартную процессорную плату, работающую с определенным ISA.
      Для второй ревизии, CTC хотела использовать один чип, вместо платы, и договорилась с TI и Intel. Собственно, они и разработали TMC 1795 и Intel 8008, c ISA, который перекрывал ISA Datapoint 2200. У того же i8008, к примеру, добавились операции декремента/инкремента, которых в изначальном ISA не было. Но обратная совместимость была ключевой целью. Но в итоге CTC опять использовали плату с логикой как процессор, проигнорировав разработки Intel и TI.TCM1795 после этого умер, но i8008 пошел в народ как general purpose processor.

      Это, кстати, в оригинальной статье тоже раскрывается. Я отложил её на перевод, но Ализар его выложил уже, пусть и в 25% от первоисточника :)


  1. andrey_aksamentov
    26.12.2016 04:22

    Когда то, через несколько 1000 лет, потомки найдут эти схемы и поместят их в музей, как первобытные рисунки примитивных предков…


    1. TxN
      26.12.2016 06:04
      +4

      Ну, например, плодами творчества античных творцов до сих пор восхищаются, и не называют их «примитивными первобытными художествами». А в эпоху возрождения так и вовсе, черпали идеи из культуры двухтысячелетней давности.
      Этот процессор был спроектирован по сути вручную. А это будет заслуживать уважения в любые времена.


      1. andrey_aksamentov
        26.12.2016 06:49
        -1

        С тех времен скорость технологического развития возросла во много раз. Прорывы уже исчисляются не веками а десятилетиями. Ну и по аналогии с каменным веком, прошлый век будут называть электронным. Не исключено что мы живем уже в квантовом веке.


  1. FoxInSox
    26.12.2016 10:06
    +5

    На ковер похоже.
    Я бы себе пожалуй даже повесил на стену такой.


  1. icCE
    26.12.2016 10:18
    +1

    Ждем теперь на verilog?


  1. ifaustrue
    26.12.2016 13:17

    А перезалейте основное фото на хабрастораж плиз, кто успел открыть.
    На данный момент на гугле уже исчерпаны количества просмотров =(


    1. alizar
      26.12.2016 13:45

      На habrastorage ограничение по макс.разрешению.
      https://yadi.sk/i/Ri31TUuM353fLc


      1. ifaustrue
        26.12.2016 13:46

        вот прямо сейчас открылось (видимо вы перезалили)