इंटेल 4004: Difference between revisions

'''[[Intel|इंटेल]]''' '''4004''' [[4-बिट कंप्यूटिंग]] [[सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट]] (सीपीयू) है। जिसे इंटेल कॉर्पोरेशन द्वारा 1971 में प्रमाणित किया गया था।और US$60 में बेचा गया। और (2022 में $430 के सामान्य ,2023 में $449.43) रखा गया था,<ref>{{cite web|url=https://arstechnica.com/information-technology/2011/11/the-40th-birthday-ofmaybethe-first-microprocessor/|title=The 40th birthday of—maybe—the first microprocessor, the Intel 4004|date=15 November 2011}}</ref> यह प्रथम व्यावसायिक रूप से निर्मित [[माइक्रोप्रोसेसर]] था,<ref>{{cite web |url=http://www.intel.co.uk/content/www/uk/en/history/museum-story-of-intel-4004.html |title=The Story of the Intel 4004 |website=Intel}}</ref> और [[इंटेल माइक्रोप्रोसेसरों की सूची|इंटेल माइक्रोप्रोसेसरों लिस्ट]] में यह प्रथम माइक्रोप्रोसेसर था ।  

4004 एमओएस सिलिकॉन गेट टेक्नोलॉजी (एसजीटी) की श्रेष्ठता का प्रदर्शन करते हुए बड़े मानदंड पर एकीकरण का प्रथम महत्वपूर्ण उदाहरण था। वर्तमान तकनीक की तुलना में, एसजीटी ही चिप क्षेत्र में ट्रांजिस्टर की संख्या से दोगुनी ऑपरेटिंग गति के साथ एकीकृत होती है। प्रदर्शन में इस स्टेप-फंक्शन वृद्धि ने उपिस्थित मल्टी-चिप सीपीयू की स्थान सिंगल-चिप सीपीयू को संभव बनाया था। अभिनव 4004 चिप डिजाइन सम्मिश्र लॉजिक और मेमोरी सर्किट के लिए एसजीटी का उपयोग करने के विधियों पर मॉडल के रूप में कार्य करता है, इस प्रकार विश्व के सेमीकंडक्टर उद्योग द्वारा एसजीटी को अपनाने में शीघ्रता लाता है। फेयरचाइल्ड में मूल एसजीटी के विकासकर्ता [[फेडेरिको फागिन]] थे जिन्होंने प्रथम वाणिज्यिक एकीकृत सर्किट (आईसी) डिजाइन किया था जिसने नवीन तकनीक का प्रयोग किया था, जो एनालॉग/डिजिटल अनुप्रयोगों (1968 में फेयरचाइल्ड 3708) के लिए अपनी श्रेष्ठता प्रमाणित करता है। इसके पश्चात् उन्होंने पहले सिंगल चिप माइक्रोप्रोसेसर बनाने के लिए आवश्यक अभूतपूर्व एकीकरण प्राप्त करने के लिए इंटेल में एसजीटी का उपयोग किया था।

यह परियोजना 1969 में अपने इतिहास का पता लगाती है, जब बिजनेसकॉम को बिजनेसकॉम कार्पोरेशन. ने [[इलेक्ट्रॉनिक कैलकुलेटर]] के लिए सात चिप्स के वर्ग को डिजाइन करने के लिए इंटेल से संपर्क किया, जिनमें से तीन ने भिन्न-भिन्न गणना मशीनों को बनाने के लिए विशेष रूप से सीपीयू का गठन किया। सीपीयू शिफ्ट-रजिस्टरों पर संग्रहीत डेटा और रोम (रीड ओनली मेमोरी) पर संग्रहीत निर्देशों पर आधारित था। तीन-चिप सीपीयू लॉजिक डिज़ाइन की सम्मिश्रता ने [[मार्सियन हॉफ]] को रैम (रैंडम एक्सेस मेमोरी) पर संग्रहीत डेटा के आधार पर अधिक पारंपरिक सीपीयू आर्किटेक्चर का प्रस्ताव दिया। यह आर्किटेक्चर बहुत सरल और अधिक सामान्य-उद्देश्य वाला था और यह संभावित रूप से चिप में एकीकृत किया जा सकता था, इस प्रकार निवेश कम करने और इसकी गति में सुधार हुआ था। डिजाइन की प्रारंभ अप्रैल 1970 में फेडेरिको फागिन के निर्देशन में [[मासाटोशी द्वीप|मासाटोशी शीमा]] द्वारा की गई थी, जिन्होंने आर्किटेक्चर और पश्चात् में लॉजिक डिजाइन में योगदान दिया। पूरी प्रकार से परिचालित 4004 की पहली डिलीवरी मार्च 1971 में बुसीकॉम को इसके 141-पीएफ प्रिंटिंग कैलकुलेटर इंजीनियरिंग प्रोटोटाइप (अब माउंटेन व्यू, कैलिफोर्निया में [[कंप्यूटर इतिहास संग्रहालय]] में प्रदर्शित) के लिए की गई थी।<ref>{{cite web|url=http://www.intel4004.com/proto_calc.htm|title=The Intel 4004 Microprocessor and the Silicon Gate Technology: The Busicom Engineering Prototype|website=Intel4004.com}}</ref> इसकी सामान्य सेल जुलाई 1971 से प्रारंभ हुई।

[[फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर]] में कार्य करते हुए फागिन द्वारा विकसित किए गए अनेक नवाचारों ने 4004 को चिप पर उत्पादित करने की अनुमति दी थी। मुख्य अवधारणा धातु के अतिरिक्त पॉलीसिलिकॉन से बने [[स्व-संरेखित गेट|सेल्फ-अलिग्नेड गेट]] का उपयोग था, जिसने घटकों को साथ बहुत समीप होने और उच्च गति से कार्य करने की अनुमति दी। 4004 को संभव बनाने के लिए, फागिन ने बूटस्ट्रैप लोड भी विकसित किया था, जिसे सिलिकॉन गेट के साथ अव्यवहार्य माना जाता है, और दबे हुए संपर्क ने सिलिकॉन गेट्स को धातु के उपयोग के बिना सीधे ट्रांजिस्टर के स्रोत और नाली से जोड़ा जा सकता है। इसके साथ में, इन नवाचारों ने सर्किट घनत्व को दोगुना कर दिया, और इस प्रकार निवेश को आधा कर दिया था, जिससे चिप में 2,300 ट्रांजिस्टर सम्मिलित हो गए और एल्यूमीनियम गेट्स के साथ पिछली एमओएस तकनीक का उपयोग करने वाले डिजाइनों की तुलना में पांच गुना तीव्र हो गए।

अप्रैल 1969 में, [[Busicom|बिजनेसकॉम]] ने इलेक्ट्रॉनिक कैलकुलेटर के लिए नया डिज़ाइन तैयार करने के लिए इंटेल से संपर्क किया। उन्होंने अपना डिज़ाइन 1965 के ओलिवेटी प्रोग्राम 101 की आर्किटेक्चर पर आधारित किया था, जो विश्व के पहले टेबलटॉप [[प्रोग्राम करने योग्य कैलकुलेटर]] में से है।<ref>{{cite web |url=https://www.oldcalculatormuseum.com/c-programma101.html |title=Olivetti Programma 101 Electronic Calculator |website=The Old Calculator Web Museum |quote=technically, the machine was a programmable calculator, not a computer.}}</ref><ref>{{Cite web

प्रथम के कैलकुलेटर डिजाइनों के विपरीत, बुसिकॉम ने सामान्य-उद्देश्य प्रोसेसर अवधारणा विकसित की थी, जिसका लक्ष्य इसे कम-अंत वाले डेस्कटॉप प्रिंटिंग कैलकुलेटर में प्रस्तुत करना था, और फिर [[नकदी - रजिस्टर|कैश - रजिस्टर]] और स्वचालित टेलर मशीन जैसी अन्य भूमिकाओं के लिए उसी डिज़ाइन का उपयोग करना था। कंपनी ने पहले ही [[ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क|ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक]] [[छोटे पैमाने पर एकीकरण|लघु मानदंड पर एकीकरण]] लॉजिकआई सीका उपयोग करके कैलकुलेटर का उत्पादन किया था और इंटेल की [[मध्यम स्तर का एकीकरण]] (एमएसआई) तकनीकों का उपयोग करके इंटेल को चिप की संख्या कम करने में रुचि थी।{{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=10}}

इंटेल ने दो कंपनियों के मध्य संपर्क के रूप में कार्य करने के लिए वर्तमान में नियुक्त मार्सियन हॉफ, कर्मचारी संख्या 12 को नियुक्त किया। जून के अंत में, बिजनेसकॉम के तीन इंजीनियरों, मासाटोशी शिमा और उनके सहयोगियों मसुदा और ताकायामा ने डिजाइन प्रस्तुत करने के लिए इंटेल की यात्रा की थी। चूँकि उन्हें केवल इंजीनियरों के साथ संपर्क करने के लिए नियुक्त किया गया था, हॉफ ने अवधारणा का अध्ययन करना प्रारंभ किया। उनके प्रारंभिक प्रस्ताव में सात आईसी, कार्यक्रम नियंत्रण, अंकगणित इकाई (आईएनएस), समय, कार्यक्रम रोम, अस्थायी मेमोरी, प्रिंटर नियंत्रक और इनपुट/आउटपुट नियंत्रण के लिए शिफ्ट रजिस्टर थे।{{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=11}}

बिजनेसकॉम डिज़ाइन में प्रमुख अवधारणा यह थी कि प्रोग्राम नियंत्रण और आईएनएस विशेष रूप से कैलकुलेटर बाज़ार पर लक्षित नहीं थे, यह रोममें प्रोग्राम था जिसने इसे कैलकुलेटर में परिवर्तन कर दिया। मूल विचार यह था कि कंपनी ही चिप्स का उपयोग भिन्न-भिन्न मात्रा में शिफ्ट रजिस्टर रैम और प्रोग्राम रोम के साथ गणना मशीनों की श्रृंखला के उत्पादन के लिए कर सकती है। हॉफ इस बात से चकित थे कि बुसिकॉम के [[निर्देश सेट वास्तुकला|निर्देश सेट आर्किटेक्चर]] का सामान्य-उद्देश्य वाले कंप्यूटरों से कितना मेल खाता है। उन्होंने इस बात पर विचार करना प्रारंभ किया कि क्या वास्तव में सामान्य-उद्देश्य वाले प्रोसेसर को इतना सस्ता बनाया जा सकता है कि उसे कैलकुलेटर में प्रयोग किया जा सकता है।{{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=12}} जब इसके पश्चात् उनसे पूछा गया कि उन्हें पहले माइक्रोप्रोसेसर की आर्किटेक्चर के लिए विचार कहां से मिले, तब हॉफ ने बताया कि ब्रिटिश ट्रैक्टर कंपनी, [[प्लेसी]],<ref>Possibly he had confused the Plessey name with that of [[Massey Ferguson]], makers of agricultural machinery.</ref> [[स्टैनफोर्ड]] को मिनीकंप्यूटर दान किया था, और जब वह वहां थे तब उन्होंने इसके साथ खेला था। तदाशी सासाकी (इंजीनियर) ने कैलकुलेटर को चार भागों में विभाजित करने के विचार का श्रेय नारा महिला कॉलेज की अज्ञात महिला को दिया था, जो इंटेल के साथ अपनी पहली बैठक से पहले जापान में आयोजित विचार-मंथन बैठक में उपस्थित थी।<ref>{{cite web

=== मेजर जॉइन ===

सितंबर 1969 में, [[स्टेनली मेजर]] फेयरचाइल्ड से इंटेल में सम्मिलित हुए। हॉफ और मजोर शीघ्र ही बुसिकॉम चिंताओं के समाधान के साथ सामने आए। उपनेमकाओं की सम्मिश्रता को संबोधित करने के लिए, मूल रूप से बाइट [[macbook|मैकबुक]] और सम्मिश्र डिको विचार सर्किटरी का उपयोग करके बुसिकॉम के डिजाइन का समाधान किया गया, मजोर ने 20-बाइट लंबा [[दुभाषिया (कंप्यूटिंग)|इंटरप्रेटर (कंप्यूटिंग)]] विकसित किया जो समान मैक्रोइन्स्ट्रक्शन को निष्पादित करता था। शिमा ने नया व्यवधान जोड़ने का सुझाव दिया जो पिन द्वारा ट्रिगर किया जाएगा, जिससे कीबोर्ड को बाधित करने की अनुमति मिलेगी। उन्होंने एक्युमुलेटर (कंप्यूटिंग) को रिक्त करने के लिए ब्रांच बैक (सबरूटीन से परिवर्तित) निर्देश को भी संशोधित किया हैं।{{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=14}}

मूल्य लक्ष्यों तक पहुंचने के लिए, यह महत्वपूर्ण था कि चिप जितना संभव हो उतना छोटा हो और कम से कम संख्या में लीड का उपयोग करे। चूंकि डेटा 4-बिट्स का था और [[पता स्थान|एड्रेस स्पेस]] 12-बिट्स (4096 बाइट्स) था, लगभग 24-पिनों से कम किसी भी चीज़ के साथ सीधी पहुंच की व्यवस्था नहीं की जा सकती थी। यह अधिक छोटा नहीं था, इसलिए डिजाइन 16-पिन दोहरे [[दोहरी इन-लाइन पैकेज|डुअल इन-लाइन पैकेज]] डीआईपी) लेआउट का उपयोग करेगा और 4 लाइनों के सेट के [[बहुसंकेतन|मल्टीप्लेक्सिंग]] का उपयोग करेगा। इसका अर्थ यह निर्दिष्ट करना था कि रोम में किस पते को आवश्यक तीन घड़ी चक्रों तक पहुंचना है, और अन्य दो इसे स्मृति से पढ़ने के लिए। 1 मेगाहर्ट्ज पर चलने से यह लगभग 80 माइक्रोसेकंड प्रति अंक पर बीसीडी मानों पर गणित करने की अनुमति देता हैं।{{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=15}}

=== फागिन ज्वाइन ===

1967 में, [[बेल लैब्स]] ने एमओएस ट्रांजिस्टर बनाने के बारे में पेपरप्रयुक्त किया जिसमें धातु के अतिरिक्त सिलिकॉन से बने स्व-संरेखित द्वार थे। चूँकि, यह डिवाइस प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट थे और इनका उपयोग आई सी बनाने के लिए नहीं किया जा सकता था। फागिन और [[टॉम क्लेन]] ने जिज्ञासा को लिया और विश्वसनीय आईसी बनाने के लिए आवश्यक पूरी प्रक्रिया प्रौद्योगिकी विकसित की थी। फागिन ने फेडरिको फागिन या फेयरचाइल्ड 3708 का डिज़ाइन और निर्माण भी किया था,<ref>{{cite web |url=http://www.intel4004.com/images/elect_cov_pg1.jpg |title=A faster generation of MOS devices with low thresholds is riding the crest of the new wave, silicon-gate IC's |last=Faggin |first=Federico |access-date=3 June 2017}}</ref> एसजीटी के साथ बनाया गया प्रथम आईसी, पहली बार 1968 के अंत में बेचा गया, और इलेक्ट्रॉनिक्स के कवर पर चित्रित किया गया (29 सितंबर 1969) है।<ref>{{cite web |url=http://www.intel4004.com/papers.htm |title=''Earliest Published Papers'' |last=Faggin |first=Federico |access-date=3 June 2017}}</ref> {{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=16}} सिलिकॉन गेट तकनीक ने लीकेज करंट को 100 गुना से अधिक कम कर दिया, जिससे डीरैम्स (डायनेमिक रैंडम एक्सेस मेमोरी) जैसे परिष्कृत डायनेमिक सर्किट संभव हो गए थे। इसने फाटकों के लिए उपयोग किए जाने वाले अत्यधिक डोप्ड सिलिकॉन को इंटरकनेक्शन बनाने की अनुमति दी हैं, जिससे माइक्रोप्रोसेसरों जैसे यादृच्छिक-लॉजिक आईसी के सर्किट घनत्व में अधिक सुधार हुआ हैं।

इस तकनीक का अर्थ था कि प्रक्रिया में किसी भी समय इंटरकनेक्शन किए जा सकते हैं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि तारों को उसी उपकरण का उपयोग करके जमा किया गया था जिससे बाकी घटकों को बनाया गया था। इसका अर्थ यह था कि विभिन्न मशीन प्रकारों के मध्य लेआउट में सामान्य अंतर समाप्त हो गया था। पहले इंटरकनेक्ट को आवश्यकता से अधिक बड़ा होना पड़ता था जिससे कि यह सुनिश्चित किया जा सके कि एल्यूमीनियम सिलिकॉन घटकों को छूता है जो मशीनरी में अशुद्धियों के कारण ऑफसेट हो जाएगा। इस उद्देश्य को समाप्त करने के साथ, सर्किट को साथ बहुत समीप रखा जा सकता है, यह घटकों के घनत्व को तुरंत दोगुना कर सकता है, और इस प्रकार उनकी निवेश को उसी राशि से कम कर सकता है। इसके अतिरिक्त, एल्यूमीनियम तारों ने [[संधारित्र|कैपेसिटर]] के रूप में कार्य किया जो सिग्नल की गति को सीमित करता था; इन्हें हटाने से चिप्स तीव्र गति से चलने लगे।<ref>{{cite web | url = http://www.intel4004.com/mrld.htm |title = The New Methodology for Random Logic Design |last = Faggin| first=Federico | access-date=3 June 2017}}</ref><ref>Federico Faggin, T. Klein (1970). "Silicon-Gate Technology". ''Solid State Electronics''. Vol. 13. pp. 1125–1144</ref>

इंटेल में, फागिन ने इस सेल्फ-अलिग्नेड गेट प्रक्रिया का उपयोग करके नए प्रोसेसर का डिज़ाइन प्रारंभ किया हैं। फागिन के इंटेल कंपनी में सम्मिलित होने के कुछ दिनों पश्चात् ही शिमा जापान से आ गईं। उन्हें यह जानकर निराशा हुई कि दिसंबर में उनके जाने के पश्चात् से परियोजना पर कोई कार्य नहीं हुआ है, और अपनी चिंता व्यक्त की कि मूल कार्यक्रम अब असंभव था। फागिन ने हर दिन रात में अच्छी प्रकार से कार्य करने का जवाब दिया, और शिमा सहायता करने के लिए और छह महीने तक रुकी रही। आवश्यक सर्किट घनत्व तक पहुंचने के लिए अतिरिक्त अग्रिमों की आवश्यकता थी। इन अग्रिमों में से दबे हुए संपर्कों का उपयोग था <ref>{{cite web | url = http://www.intel4004.com/buried.htm |title = The Buried Contact|last = Faggin| first=Federico | access-date=3 June 2017}}</ref><ref>"Inductee Detail". National Inventors Hall of Fame. July 25, 2016.</ref> इसने सिलिकॉन कनेक्टिंग तारों को सीधे घटकों से जोड़ने की अनुमति दी थी। और यह पता लगा रहा था कि मास्किंग चरणों में से के हिस्से के रूप में सिलिकॉन गेट के साथ बूटस्ट्रैप लोड कैसे जोड़ा जाए,<ref>{{cite web | url = http://www.intel4004.com/btstrp.htm |title = The Bootstrap Load |last = Faggin| first=Federico | access-date=3 June 2017}}</ref> प्रसंस्करण से चरण को समाप्त करना।{{sfn|Faggin|Hoff|Mazor|Shima|1996|p=16}} फागिन द्वारा इन दो नवाचारों के बिना, हॉफ की आर्किटेक्चर को ही चिप में साकार नहीं किया जा सकता था।