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.
