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.