В это трудно поверить, но процессор Intel 8008, первый из рода, предшественник гигантского семейства процессоров х86, появился на свет ровно 45 лет назад — 1 апреля 1972 года. История его рождения, как известно, была довольно запутанной и, наверняка, в то время мало кто видел в нем будущую легенду. Ну а сейчас крутизну и величие 8008, думаю, мало кто будет оспаривать — это была действительно веха в чипостроении. Давайте с помощью энтузиаста-олдфага Кена Ширриффа (Ken Shirriff) и его микроскопа заглянем внутрь этого чипа и посмотрим, как он устроен.
Перед вами кристалл процессора 8008 во всей красе. Квадраты по бокам — площадки, к которым припаивались массивные ножки. На чипе вы видите надписи «8008» справа и " Intel 1971" снизу. Инициалы HF сверху справа принадлежат Холу Фини (Hal Feeney), создавшему логическую и физическую схему процессора. Вместе с Фини над созданием 8008 работали Тед Хофф, Стен Мэйзор и Федерико Фаггин.
Рассмотрим теперь составные функциональные части нашего чипа. Слева мы видим арифметико-логическое устройство (Arithmetic/Logic Unit, ALU) выполняющее вычисления над имеющимися данными. ALU имеет два временных регистра для хранения входных данных. Как мы видим, они велики по размерам, но не из-за сложности устройства, а из-за величины транзисторов, в них применияемых.
Ниже расположены элементы предварительного просмотра в схеме ускоренного переноса (Carry). При сложении и вычитании этот компонент вычислял все 8 величин переноса параллельно для увеличения производительности. Поскольку перенос младших разрядов зависит только от младших разрядов, тогда как для старших он зависит от различных битов, этот блок схемы имеет треугольную форму.
Треугольная форма ALU необычна. Обычно оно имеет форму прямоугольника (поразрядная структура). В 8008, однако, 8 блоков (по одному для бита) расположены беспорядочно, чтобы соответствовать треугольнику генератора переноса.
В центре чипа располагается регистр команд и схема декодирования команды, определяющая значение каждой 8-битной инструкции. Декодирование осуществляется с помощью программируемой логической матрицы (Programmable Logic Array, PLA), которая при нахождении определенных битовых последовательностей генерирует соответствующие сигналы управления для всего чипа. Справа сверху мы видим 7 регистров хранения, под ними — стек адресов, состоящий из восьми 14-битных слов адреса. В отличие от большинства процессоров, стек вызовов в 8008 хранится непосредственно в чипе, а не в памяти.
Из каких слоев состоит наш кристалл? Для ответа на этот вопрос сделаем увеличение еще более сильным. Теперь мы видим 3 слоя: самый верхний — металлический электропроводящий. Под ним слой поликристаллического кремния, под микроскопом он имеет оранжевый цвет. Еще глубже — кремнивая подложка серого цвета с присадочными частицами, образующими полупроводник. Подложку трудно разглядеть, но можно заметить черные линии между чистым кремнием и кремнием с присадками.
Посмотрим теперь, как располагались на чипе шины питания (синие и красные линии) и шина данных (радужная линия). Шина данных соединяет ALU справа с регистром команд, регистром хранения и стеком адресов справа. Распределение питания оказалось также непростой задачей. В первых микропроцессорах был всего один металлический слой, и его нужно было скомпоновать так, чтобы не было закорачивающих пересечений.
А так выглядит набор регистров процессора 8008. Он состоит из массива 8х7 ячеек DRAM, каждая из которых использует 3 транзистора для хранения одного бита. Каждый ряд представляет из себя один из семи 8-битных регистров (A, B, C, D, E, H, L). Слева вы видите горизонтальные линии выбора чтения и записи, сверху вертикальные линии чтения и записи битов и линии питания. Использование DRAM в регистрах вместо статических триггеров также является необычным. Вероятно это связано с тем, что Intel, изначально занимавшийся памятью, имел больший опыт работы с DRAM.
Возможно, что-то в устройстве Intel 8008 вам покажется примитивным, а то и вовсе сомнительным. Как и все приборы на свете, процессор не был лишен недостатков, некоторые из которых были видны уже тогда. Скажем, по необъяснимым технически причинам 8008 имел всего 18 ножек, и передача полного набора бит данных и адреса занимала целых 3 такта ввода-вывода. Проблема была очевидна, и следующий процессор, i8080, имел уже 40 ножек. Но, с другой стороны, не забывайте: прошло уже 45 лет. Это и с человеческой точки зрения много, а уж по меркам процессоров — просто дистанция галактического размера. С этих позиций и давайте смотреть на данное примечательное изделие.
Комментарии (34)
Vremenami
25.05.2017 10:03+18Говорят, если взять старую статью и поменять некоторые слова местами — получится новая статья!
https://geektimes.ru/post/284054/
Треугольная форма ALU необычна. Обычно оно имеет форму прямоугольника (поразрядная структура)
Треугольный дизайн ALU тоже выглядит необычно. В большинстве процессоров цепи компонуются по прямоугольным блокам для каждого бита.
saul
25.05.2017 10:11Это два независимых перевода с двух разных ресурсов. А статья одна, да. Зато у меня дата круглее :)
pewpew
25.05.2017 10:25+7Давайте с помощью энтузиаста-олдфага Кена Ширриффа (Ken Shirriff) и его микроскопа заглянем внутрь этого чипа и посмотрим, как он устроен.
Блог корпоративный, а ссылаемся на энтузиаста. Стыдно. Вот если бы откопать исходники схем процессора…saul
25.05.2017 10:30+3Если бы мы стали корпоративно писать в корпоративном блоге, он бы стал безмерно унылым и пустынным. Поэтому пост для блога может написать кто угодно, мы будем только рады.
xakep2011
25.05.2017 14:24+3Основная претензия в том, что блог принадлежит той же компании, которая создала этот процессор. Она конечно же обладает гораздо большим количеством и качеством информации по теме, может даже любительскими мемуарами непосредственных участников – сотрудников Интела. Но скорей всего такой эксклюзивный материал просто никому не нужен (не выгоден).
icCE
25.05.2017 16:05+1>Но скорей всего такой эксклюзивный материал просто никому не нужен (не выгоден).
Скорее всего оно в виде бумаг пылится и на него положен болт. Их еще просто среди тонны всего найти надо.
leocat33
26.05.2017 05:36-4Пишу (кто угодно):
Intel must die!
GoldJee
26.05.2017 20:59+1Почему? Хорошие процессоры ведь делают.
leocat33
27.05.2017 03:32Если честно, то говно еще то…
В начале 70-х данную архитектуру DEC-овцы «выкинули на помойку», посчитав не перспективной. (PDP-8)
Но именно сейчас, используя чипы Intel, и печатаю… «Хорошее» всегда всплывает…DrPass
27.05.2017 15:10В начале 70-х данную архитектуру DEC-овцы «выкинули на помойку», посчитав не перспективной. (PDP-8)
Как-то вы слишком громко «резанули». Во-первых, PDP-8 — машинка из предыдущего десятилетия, на дискретных элементах, к тому же архитектурно и близко не похожая ни на ранние, ни на поздние процессоры Intel.
Во-вторых, в 1970-е архитектурная модель восьмибитных процессоров Интел была как раз простой, понятной и удобной. Корявости стали появляться в 16-битных процессорах, с их неуютным сегментированным адресным пространством. Но рынок показал, что эта корявость, обеспечившая простоту портирования софта на x86 с 8080, стала куда более важным преимуществом, чем красивая программная модель без обратной совместимости. А возможность делать восьмибитный «обвес» для i8088 вообще оказалась киллер-фичей.leocat33
27.05.2017 15:24-1Да! народный продукт!!!
Вот что маркетинг животворящий делает!
https://www.youtube.com/watch?v=d2mde-q5vcg смотреть 5:50
ilansk
25.05.2017 10:56Восстанавливаю
здоровье, сглаз,схемотехнику процессоров по фотографии.icCE
26.05.2017 02:46+1и в verilog :)
Я бы отдал например 80286, что бы этим кто-то занялся бы.
А еще есть проблема с SID чипами. Днем с огнем не найти, а выходят они они с периодичностью в кривых руках. Хотя и снимки есть уже, но не нашелся еще тот человек герой.
GWhiskas
25.05.2017 15:27+3В целом на GT и Habr в последнее время вижу статьи корпоративных блогов, далеко не самого высокого качества. В основном «обзоры», скорее не обзоры а реклама китайских устройств со своим логотипом, заказ которых на том же али будет в разы дешевле. И все реже встречаются работы энтузиастов.
Я не удивлюсь, если этот комментарий унесет НЛО.
Zibx
25.05.2017 19:06А кто знает — истёк ли уже патент на 8008? Хочу сделать полную механическую работающую модель.
BarsMonster
25.05.2017 20:57+2Патент едва-ли вас может остановить даже Kaby Lake сделать.
Проблемы возникнут только если начнете продавать )
Так что в бой!
ns3230
25.05.2017 22:03Представил себе полную механическую работающую модель каблука — и вздрогнул) Как эти два мульярда транзисторов смоделировать?
А вот что касается:
Проблемы возникнут только если начнете продавать )
тут я не уверен. Вон Apple же вроде видео чела, который макбук чинил, забанили под предлогом того, что он какие то секретные особенности конструкции показывает и засудить грозились. Так что может быть, какие-то законы даже сами попытки воспроизведения продукта запрещают. Хотя, если делать для себя и не светиться особо — то скорее всего сработает "эффект Неуловимого Джо" (которого никто не ловит, потому что он никому не нужен).
IvanTamerlan
26.05.2017 10:03-1Если бы после истечения патента проц становился вообще OpenSource… Мечты, мечты…
Dimulya
26.05.2017 10:03На релюшках хочешь сделать? Или прям таки механику?
Zibx
26.05.2017 12:42Механику. Чувствую что тактовая частота будет сильно ниже чем у оригинала, но очень уж манит форм-фактор средневековой шарманки и аналоговые вычисления.
Dimulya
30.05.2017 08:58Тут где то камрад собирал на релюхах, и то сильно долго получается. Он конечно фанатично к делу подходит, но на механике процесс проектирования и сборки наверняка займёт не один год.
Nidaylokn
26.05.2017 10:03+2появился на свет ровно 45 лет назад — 1 апреля 1972 года
Но сегодня 25 мая
DrPass
По вполне объяснимым — корпусов большего размера на момент выпуска процессора просто не существовало. Поэтому шину были вынуждены сделать мультиплексируемой.
UPD. Обратил внимание, что я это рассказываю в блоге Интел.
black_semargl
ЕМНИП важным фактором было то, что распайка перемычек между чипом и как-их-там осуществлялась вручную.