庆祝英特尔4004微处理器今天49岁生日

我们的使命是让世界各地的学生、业余爱好者和好奇的公众都能接触到计算机科学和数字电子产品。我们的第一个互动展览是2005年由英特尔博物馆委托举办的。

你想怎么庆祝4004&50周年？把你的想法发送到点击放大：4004面具：英特尔提供，可视化：蒂姆·麦克纳尼，原理图捕获：弗雷德·休蒂希(EE Extradiaire)……他的教育(和开源)Arduino兼容的套装，让你可以在笔记本电脑上轻松地玩真正的复古微处理器。(编者注：英特尔提供的面具，可视化：Tim McNerney，Schematic Capture：Fred Huettig(EE Extradiaire))……他的教育(开源)系列与Arduino兼容，让你可以在笔记本电脑上轻松操作真正的复古微处理器。他最近发布了他迄今为止最雄心勃勃的盾牌--你猜到了--ZIF预装的4004反盾牌，配有电压电平移位器，这样-15伏的PMOS 4004就可以与5伏的CMOS Arduino通信。我特别喜欢Erturk'；的Busicom计算器的技术总结，其中包括对新树精机滚筒打印机工作原理的很好的解释。

请查看Chen Steenvoorden在WebAssembly中实现的最新Busicom 141-PF打印计算器模拟器。最好的注意：141-PF是一台古董加法机，因此只有在按下像加号这样的操作按钮之后，您才能看到您在纸上输入的数字。例如：要将18和42相加，请键入1 8+4 2+=(第2+非常重要！)，然后才能看到您在纸上输入的数字。例如：要将18和42相加，请键入1 8+4 2+=(第2+非常重要！)。

想见见我们启发的一群老式半导体工程师吗？参观视觉6502项目和邪恶疯狂科学家实验室。

想知道更多关于芯片角落里签名的信息吗？读一读费德里科·法金(Federico Faggin)的观点，他是这款4004；的硅片设计师。

2004年，我对一种新的SSI(小规模集成)逻辑门的封装方式--DSBGA(芯片大小球栅阵列)产生了浓厚的兴趣。多年来，我一直在等待看到没有包装的薯片，这是我见过的最接近的东西。一个DSBGA&34；封装只不过是一个裸露的芯片，焊盘上焊接了一个焊球网格，这样它就可以像任何其他表面贴装设备一样倒置并焊接到印刷电路板上。但我发现更令人振奋的是，现在有了一个完整的逻辑系列，每个封装只有一个门。现在，印刷电路可以像原理图一样布置出来，或者……。就像一个标准单元的超大规模集成电路芯片！而最终的结果，不是微观的，任何人都很容易看到并更好地欣赏。

知道机器人拾取和放置机器现在是组装电子产品的标准方式，并使整个想法变得实用，我开始思考。我能从这种复古的每芯片一门技术中建立起什么呢？某种微处理器看起来像是天然的。但现代微处理器有数百万个晶体管，所以我知道我必须把这个项目保持在非常低的水平，比如将数据路径限制在4位。这意味着我必须自己设计，否则……。回到历史，建造一个商用微处理器的复制品。此外，复制商业微处理器，而不是重新发明我自己的微处理器，可以让我使用现有的软件和现有的手册、数据表、时代的智慧等等。

第一个浮现在脑海中的微处理器是英特尔4004。它远没有8080及其8位子代那么出名，但我已故的继父乔·罗布(Joe Robb)在20世纪70年代初为英特尔工作，我仍然记得他带回家一些MCS-4数据表的情景。MCS-4(微电脑组4)是英特尔在1971年11月商业推出4004芯片家族时给它起的名字。

所以问题已经解决了，但是如何得到原理图呢？乔(我这样称呼他)还带回了英特尔的其他好东西，其中包括一个单独封装的C3102寄存器堆芯片--无疑是一个工程样片。几十年后，也就是2000年，我对我手中的这件历史遗物非常好奇，于是我给英特尔档案馆写了一封信，令我吃惊的是，几周后，我收到了一个很大的信封，里面有一份数据表和其他有关英特尔早期的历史信息。

在这次研究狂欢中，我还了解到英特尔档案馆和英特尔博物馆之间存在某种联系。这帮助我把想法变成了计划：我写信给英特尔博物馆馆长特蕾西·马祖尔(Tracey Mazur)和英特尔公司档案保管员雷切尔·斯图尔特(Rachel Stewart)，提出一个建议：如果你允许我访问4004内部工程文件，我将为你建造一个巨大的、功能正常的4004复制品，适合在博物馆展出。

大约在同一时间，我开始寻找可以在巨型4004复制品上运行的复古软件。我写信给费德里科·法金(Federico Faggin)和马西安·霍夫(Marcian&34；Ted；Hoff)，他们是4004的四位共同发明者中的两位(我一直无法联系到其他发明者，即商业通信公司(Busicom)的岛正志(Masatoshi Shima)或英特尔(Intel)的斯坦·马佐(Stan Mazor))。Faggin和Hoff都回复了，Faggin提供了一般性的建议，Hoff提供了基于4004的视频游戏设计的软件，英特尔向潜在客户推销了这款软件。

当时，我对获得原理图或用来制作最初4004晶圆的掩模艺术品并不乐观，因此我开始设计B计划。在看过采访后，我甚至开始怀疑是否有什么原理图可以找到，因为采访表明，4004还没有画出完整的逻辑图。在与费德里科·法金(Federico Faggin)和麻省理工学院(MIT)的汤姆·奈特(Tom Knight)商量后，我在心理上做好了准备，准备用老式的方法对4004；004；进行逆向工程。我用显微镜拍摄金属层，然后蚀刻掉顶层，露出多晶硅层，然后拍摄下来，然后用放大的显微照片仔细地转录每一个晶体管和导线。

几周后，我从特蕾西·马祖尔那里得到消息，英特尔的法律部门将允许我们查阅4004份工程文件，瑞秋·斯图尔特提供了关于她的研究的令人鼓舞的消息。

2005年7月下旬，我飞往加利福尼亚州，与费德里科·法金(Federico Faggin)和瑞秋·斯图尔特(Rachel Stewart)在英特尔档案馆会面。这次访问非常短暂，几乎取得了圆满成功。法金拿起Vullum(一种半透明塑料布)上的三张大型工程图纸，一个接一个地展开，在30秒内宣布：是的。这就是所有的了。瑞秋和我赞许地看着对方，法金补充道，看到这里了吗？图纸的绘制方式与芯片布局一样。

就在我去硅谷之前，费德里科提醒我，他把Busicom 141-PF计算器的工程原型捐赠给了加州山景城的计算机历史博物馆(Computer History Museum)。除了已知现存的生产141-PFS的不到12个这样的事实外，这个特殊的遗迹的意义在于它有嵌入的ROM。如果我们能为与4004系列兼容的不同寻常的4001只读写存储器构建一个定制模式的只读存储器，这可能会让我们恢复原来的计算器软件。费德里科在他的房子里翻了个底朝天，借给我一些测试光盘，我可以用它们来开发我的ROM阅读器。

一回到家，我就把原理图寄给了布莱恩和巴里·西尔弗曼，他们立即开始试图弄清楚4004的详细工作原理。为了帮助他们寻求理解，他们使用Dia(类似于Microsoft Visio的开源图表编辑器)输入了原理图，编写了一些脚本将Dia原理图翻译成可模拟的网表，并为自己建造了一个零传播延迟的晶体管级模拟器。最终的结果是4004运行一个非常短的测试程序并以4-10赫兹的时钟速度运行的精美动画模拟

与此同时，我继续开发ROM阅读器，定期向Brian和Barry发送我的结果，看看我提取的二进制数据是否产生了有效的4004代码。在与4001只只读存储器使用的异常电压水平作了一番斗争之后，我们成功地从法金在地下室发现的只读存储器中提取了Busicom软件的一大部分。坏消息是，四分之三的计算器只读存储器中有很大一串零。我们将不得不寻找另一个来源。

2005年感恩节期间，弗雷德·赫蒂格计划去加州看望他的哥哥。我和达格·斯派塞安排弗雷德参观计算机历史博物馆，提取他们的Busicom 141-PF计算器的数字内容。弗雷德带来了我的4001只读光盘阅读器，赛勒姆·伊斯梅尔小心翼翼地取出了光盘，其中包括罕见的包含平方根函数的第五只光盘，这让我们非常高兴。然后，他把每一个4001放入只读存储器，让弗雷德上传到他的笔记本电脑上。弗雷德还把线束追踪到了计算器键盘上。任务完成了，只有一次轻微伤亡，其中一张光盘上的针脚断了。

弗雷德回到波士顿后，我立即将光盘内容寄给了布莱恩和巴里，他们使用了弗雷德的接线图，以及我从德国芯片收藏家克里斯蒂安·巴索(Christian Bassow)那里收到的印刷电路板照片。在一个月内，他们已经制作了4004的指令级模拟器以及模拟Busicom硬件，到2006年1月，他们已经完成了Busicom 141-PF打印计算器的完全工作模拟。

与此同时，Fred正在使用一个商业CAD包进行自己的原理图捕获工作，并正在顺利地自动推导出4004的功能Verilog模型，以验证原理图的正确性。到2006年春天，弗雷德的模拟器正确地执行了Faggin允许我保留的原始4004诊断ROM中的最大份额。

这大约是英特尔博物馆的项目资金获得批准的时候，实物展览的设计工作也开始认真进行。英特尔请来了他们的营销机构来设计展会的整体外观。经过短短几个月的幕后设计工作和每周的电话会议，才华横溢的设计团队将我粗略的草图变成了一个堪称博物馆的吸引人的展品。我与一位文案和英特尔博物馆密切合作，精心设计了展览的文字，解释了历史背景、4004的功能和计算器软件。

博物馆展览的主要目的之一是让博物馆参观者欣赏引擎盖下的机械，以及4004和Busicom计算器的内部工作原理。为此，我指定了一个大型动画流程图，显示当您按下键盘上的按钮时微处理器通过计算器软件的路径。为了显示正在进行的计算，另一个显示屏显示了计算器的内部寄存器。

设计完成后，英特尔聘请了一家展品制造公司来详细设计和建造展品的非技术部分。我们一起制作了一个逼真的芯片封装模型，以及连接芯片和外部世界的连接线。

在展览建设的同时，我开始在幕后与Tracey交谈，看看我们是否可以让英特尔将4004原理图、掩模作品和MCS-4用户手册发布到公共领域。毕竟，如果历史技术的唯一价值是历史价值，那么把历史技术锁在保险库里有什么意义呢？在撰写本文时，英特尔已同意许可这些文档用于非商业用途。

暂时不提供：Lajos Kintli的英特尔4004网表/布局分析器和带有完整MCS-4模板和原理图的动画逻辑模拟器(Zip，v2.0：2018年11月15日更新)。

YouTube链接：Marcian&34；Ted Hoff、Federico Faggin和Tim McNerney的35周年演讲的完整视频，以及Q&；A环节如果您想了解我们的产品或服务的信息，您有兴趣做志愿者，或者您有一个有趣的建议，请联系我，Tim McNerney。

是!。我们正在寻找电气工程师、计算机科学家和超大规模集成电路设计师来帮助我们分析Intel 4004硬件的内部工作原理，从晶体管级到Busicom 141-PF计算器软件到指令级，以及K-12教师、教授、作家、平面设计师、信息设计师和网络技术专家，帮助我们向学生、普通人和未来的历史学家记录、说明和解释这一历史悠久的微处理器系统的优雅之美。

英特尔博物馆已经允许我们向其他博物馆和机构提供我们的展览技术，包括使用分立晶体管建造的全功能130x比例的4004复制品、博物馆耐用的键盘和滑动开关，以及视频显示电子产品。

在接下来的几个月里，我们计划提供限量版Busicom 141-PF复制品，适合在你的家里或办公室展示，并使用老式4004系列芯片制造。这些英特尔芯片价格昂贵，供不应求，但如果有足够多的人对使用现代芯片、但仍运行原始Busicom软件的更实惠的复制品感兴趣，我们将很乐意满足您的要求。

他们是弗雷德·休蒂格、布莱恩·西尔弗曼、巴里·西尔弗曼和我。赛勒姆·伊斯梅尔对费德里科·法金捐赠给计算机历史博物馆的考古文物进行了精细的手术。

是。英特尔4004被广泛认为是世界上第一个微处理器。由于担心虚假诉讼，英特尔没有做出这样大胆的声明，但毫无疑问，4004是第一个进入商业市场的客户可编程微处理器。在1971年11月15日推出之前，你根本买不到类似的东西……[阅读更多信息]。

4004是从1971年到1986年制造的，你知道为什么它使用了这么长时间吗？

简短的回答是：因为它便宜、美观、可扩展，而且不需要胶水逻辑。[阅读更多]。

我在eBay上看到了4004及相关芯片(4001、4002、4003、4008、4009、4040、4201、4289)出售。搜索P4004(P=塑料包装)、D4004(D=棕色陶瓷)和C4004(C=白色陶瓷)。白色陶瓷包装的售价为数百美元，但其他包装的价格更实惠。早期的灰白色陶瓷包装极为罕见。

所有这些芯片都是静电敏感的。只有你(和卖家)小心处理芯片，就像升级你的电脑内存一样，你才能避免它被电击(这会使它无法工作或断断续续)。如果你的芯片是防静电泡沫(通常是黑色)，并包裹在铝箔或防静电塑料(通常是粉色)，那么它可能仍然有效，即使在35年后。现在，要确定它是否有效，唯一的办法就是建立一个使用你的4004的电子项目。

克里斯蒂安·巴索(Christian Bassow)，一台Busicom 141-PF的所有者，他好心地给我寄来了印刷电路板的照片。

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