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古老CPU启示录

2021-11-20  h0ping

可以说没有这颗芯片的成功,Intel不会发展那么顺利,其中尤其需要指出这款芯片的设计师-费德里科·法金(《IC人物志-费德里科·法金(Federico Faggin)》),一个伟大的设计师“拯救”了Intel。今天我就来看下这款对Intel来说意义重大的CPU-i8008。

第一个 8 位微处理器 Intel 8008 (i8008) 在Intel 4004发布 5 个月后发布,这个编号(8008)正好是4004的两倍,这应该是英特尔刻意为之,因为8008芯片的规格和性能差不多也是4004的两倍。

Intel 8008为世界上「第一款」八位元处理器。由Intel从1972年中到1983年推出,共有两种速度,0.5 Mhz以及0.8 Mhz,虽然比4004的工作时脉慢,不过因为是八位元处理器(比起4004的四位元),整体效能要比4004好上许多。8008可以支援到16KB的内存。C8008是比较珍贵的紫色陶瓷镀金接脚版本,D8008则是后期出的量产版。

8008是1972 年 4 月生产发布,由设计师泰德·霍夫、斯坦·马佐、哈尔·菲尼、费德里科·法金设计。8008 最初的代号为 1201。Intel 8008 是一种微处理器,设计用作 Control Terminal Corporation (CTC) 的终端控制器。8008 是 CTC 的 CPU 设计的单芯片版本,作为 TTL 逻辑芯片实现。8008 的工作在 4004 之前就开始了,如果情况不同,8008 可能是第一个微处理器而不是 4004。8008 在架构上与 4004 非常不同。

8008 是英特尔非常重要的过渡 CPU。8008 上的成功促成了强大的 8080(包括 8008 指令集)的创建。8008 系列也称为MCS -8。

8008 有两种速度等级 - 500 KHz 和 800 KHz。由于 CPU 执行每条指令需要 5 到 8 个周期,因此指令执行的有效速率为:

  • Intel 8008 每秒 45,000 至 100,000 条指令

  • Intel 8088-1 每秒 72,000 至 160,000 条指令


这些数字假设 CPU 使用快速内存并且不需要等待状态来访问内存。虽然8008微处理器每秒的有效指令速度有时低于4004 CPU的有效速度,但由于部分指令的有效速度更快,8位架构和更高效的指令集,i8008的整体性能更高。8008 与 4004 相比还有其他优势:

  • 处理器支持 16 KB 内存(ROM 和 RAM 组合)。

  • 内部 CPU 堆栈的大小为 7 级,而 i4004 为 3 级堆栈。

  • Intel 8008 可以处理中断。


Intel 8008 的缺点之一是没有直接内存寻址。要访问内存中的数据,内存地址必须存储在 H 和 L 寄存器中,只有这样处理器才能间接访问内存。这个限制在Intel 8080 中被移除了 。

英特尔 8008 微处理器用于 Mark-8 计算机,这被认为是第一台个人计算机。

历史

8008 是计算机终端公司(后来更名为 Datapoint 公司)要求英特尔(和德州仪器)构建的芯片架构。

TMX 1795,3078个晶体管

8008,3098个晶体管

当时,CTC 是英特尔最大的客户,将他们的 1103移位寄存器 RAM 用于 Datapoint 3300-一种玻璃电传打字机。由于 3300 必须在工厂针对所需的通信协议(IBM、DEC、Univac 等控制代码)进行硬件定制,因此 CTC 打算在软件中处理这些不同的协议。他们的芯片处理器的架构设计,例如:A、B、C、D、E、H、L 寄存器是 Victor Poor 和 Harry Pyle 在感恩节周末在 Vic 位于马里兰州弗雷德里克斯堡的家中开发的。

英特尔和 TI 表示他们将在一年内制造该芯片,成本约为 100,000 美元,但未能如愿。CTC(Datapoint)要求他们退款,并允许他们尽其所能。一年后,英特尔继续生产了他们命名为 8008 的产品。TI 放弃了该项目。

CTC 改用 Gary Asbell 的 MSI 设计,该版本作为 Datapoint 2200 发布,比 8008 投入生产的时间早一年。这个最初的 Datapoint 2200(有一个版本 II)与 8008 完全二进制兼容。2200 对 CTC 来说非常成功,他们更名为 Datapoint。

1971 年在 Federico Faggin(4004的设计者)的帮助下进行了重新设计,修改后的芯片再次交付给 CTC。到那时,CTC 已完全转向Datapoint 2200 II。1201 不再适合他们的产品。CTC 决定放弃 1201 的想法,将设计的知识产权留给英特尔。英特尔将 1201 更名为 1201 8008,最终取得了巨大的成功。

顺便说一句:根据 Harry Pyle 的说法,英特尔对架构设计有两个投入,都要求节省晶体管。首先,字节顺序从大端转换为小端,其次,像分支一样,使子程序调用和返回指令有条件。(例如:如果设置了进位标志,它是一个单字节指令,有条件地返回。)

主要指标[td]
Type
Data Word
Address Space
Clock
Instructions
Assists
Reg’s  GP
Reg’s Math
Reg’s Index
IO Ports
Stack
Interrupts
Memory
PMOS CPU
8-bit
16KB
800kHz
48
NA
0
1
6 8-bit
NA
7×14
Vectored, 8 Level
NA
封装

C8008, Gray CerDIP, 18-pin,丝印C8008

C8008-1,Gray CerDIP, 18-pin,丝印C8008-1

D8008,Gray Ceramic, 18-pin DIP,丝印D8008

D8008-1,Gray Ceramic, 18-pin DIP,丝印D8008-1

Microsystems International MF8008R

0.5 MHz,18-pin ceramic DIP,Gray ceramic/gold top/gold pins

Microsystems International MF8008-1R

0.8 MHz,18-pin ceramic DIP

Siemens SAB8008-1C

0.8 MHz,18-pin ceramic DIP,Purple ceramic/gold top/gold pins

Die Shot
  • 10微米工艺
  • 3,500 个晶体管
  • 15 mm2 芯片尺寸
参考链接及图片来源

1、

2、

3、https://chipscapes.com/products/ ... icroprocessor-c8008


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