Si el desarrollo del transistor bipolar por los Laboratorios Bell en diciembre de 1947 supuso un antes y un después en la historia de la tecnología, convirtiendo a este dispositivo en la piedra angular de una infinidad de dispositivos electrónicos, hay otro componente, que hoy cumple cuarenta años, que también supuso una revolución porque fue capaz de integrar en un único chip funcionalidades complejas que debían realizarse mediante cientos de dispositivos discretos; hoy 15 de noviembre de 2011 rendimos nuestro particular homenaje al Intel 4004, el primer microprocesador en lanzarse al mercado tal día como hoy pero hace justo 40 años.
Desde que en 1947 se lanzase el transistor, o incluso antes con los tubos de vacío, las computadoras se construían mediante lógica discreta, es decir, se construían biestables y puertas lógicas mediante dispositivos discretos (transistores, resistencias, etc). En los años 60, la mejora de los procesos de fabricación (por su abaratamiento) propició el desarrollo de los circuitos integrados, es decir, incluir en un único chip conjuntos de circuitos que realizasen funciones concretas (puertas lógicas, biestables, etc), propiciando el desarrollo de sistemas mucho más complejos mediante la integración en una misma placa de este tipo de chips de baja o media escala de integración.
La mejora de los procesos de fabricación a finales de los años 60 y principios de los 70 desembocó en el desarrollo de chips que contenían muchos más transistores, abriendo la puerta a lo que se conoce como LSI (Large Scale of Integration) y al desarrollo de los primeros chips de memoria, aunque eran dispositivos algo caros y no muy extendidos en uso. Si tenemos en cuenta que para fabricar una CPU era necesario usar una cantidad de circuitos integrados bastante grande, la complejidad del desarrollo del hardware era evidente, aumentando la probabilidad de fallo y, sobre todo, el tamaño y el consumo de los sistemas (sirva como ejemplo las calculadoras de principios de los años 70 que estaban formadas por unos 100 circuitos integrados).
Con este caldo de cultivo, Intel, que en esa época se dedicaba a fabricar chips de memoria, decidió apostar por el desarrollo de un circuito integrado que aunase todas las funciones de una CPU bajo un único encapsulado. Fue Marcian “Ted” Hoff el que realizó el diseño teórico de la arquitectura a seguir en el año 1969, un diseño que serviría de base para encarar el proyecto en 1970 bajo el liderazgo de Federico Faggin, que provenía de Fairchild Semiconductor que fue contratado por Intel para dirigir el proyecto y desarrollar el microprocesador desde 1970 a 1971.
La experiencia de Faggin y todo lo que había aprendido en Fairchild Semiconductor fue fundamental para el desarrollo del proyecto y, nada más aterrizar, diseñó una metodología de trabajo, Random Logic Design, que consistía en trasladar las especificaciones funcionales a esquemas basados en puertas lógicas y que se seguiría usando en Intel para diseñar otros procesadores como el 8008 y el 8080.
En 1971, el Intel 4004 estaba listo con objeto de ser el “cerebro” de una calculadora de la marca Busicom (cuyo personal asistió a Faggin durante el desarrollo del Intel 4004 escribiendo el software de la calculadora). Este procesador contenía 2.300 transistores en una arquitectura de 4 bits, era capaz de realizar unas 60.000 operaciones por segundo, trabajando a una frecuencia de reloj de 700 KHz y todo ello en un encapsulado de 16 pines ofreciendo un juego de 46 instrucciones a los desarrolladores. La arquitectura del Intel 4004 estaba basada en la Arquitectura Harvard, es decir, la memoria de programas estaba separada de la de datos, si bien para reducir el número de pines, los buses de ambas memorias estaban multiplexados.
Además de desarrollar el microprocesador, los ingenieros de Intel desarrollaron también una familia de periféricos con los que poder ampliar las funcionalidades del procesador e integrarlos en aplicaciones más complejas. Con tal fin, se comercializaron circuitos como el 4001 (memoria ROM), el 4002 (memoria RAM) o el 4003 (un registro de desplazamiento), entre otros. Cada calculadora de Busicom necesitaba un procesador Intel 4004, dos integrados 4002, cuatro 4001 y tres 4003, un diseño que se realizó en menos de un año en lanzar al mercado.
Tras superar satisfactoriamente la prueba de Busicom y estar el cliente contento, Faggin le pidió a sus jefes que se usase el Intel 4004 en otras aplicaciones pero esto no era posible por el contrato de exclusividad que había firmado Intel con Busicom. Faggin le demostró al presidente de Intel, Robert Noyce, la viabilidad de usar este dispositivo en otras aplicaciones y que valía la pena negociar con Busicom. Afortunadamente ambas empresas llegaron a un acuerdo, Intel le devolvió a Busicom los 60.000 dólares que le había cobrado por el desarrollo del proyecto y así el chip podría venderse como un procesador de propósito general, algo que beneficiaría a Busicom porque, al aumentar la tirada de fabricación, cada unidad le costaría menos.
Así fue como el 15 de noviembre de 1971 el Intel 4004 llegó al mercado y, además de formar parte de algunas calculadoras, formó parte de muchos sistemas de control, incluyendo los de algunos sistemas de semáforos. Hoy en día, este procesador formado por 2.300 transistores (y pensemos que los Intel i5 de hoy en día llevan 560 millones) es toda una pieza de colección por la que se llegan a pagar unos 300 dólares en algunas subastas.
El Intel 4004 marcó todo un punto de inflexión y abrió la puerta al desarrollo de microprocesadores más potentes que, hoy en día, forman parte de muchísimas aplicaciones cotidianas. Para los que tengan curiosidad por ver los esquemas originales del que fue el primer procesador comercial de la historia, Intel tiene publicados en su web los esquemas originales, el manual de usuario y el datasheet original, un material que vale la pena revisar para comprender la complejidad del proyecto que se llevó a cabo hace 40 años.
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