AccueilActualités informatiqueLe microprocesseur a 50 ans : tout a commencé avec l'Intel 4004

Le microprocesseur a 50 ans : tout a commencé avec l’Intel 4004

2300 transistors, une fréquence d’horloge de 108 kilohertz et une arithmétique de 4 bits : le modeste Intel 4004 est considéré comme le premier microprocesseur au monde sur un seul morceau de silicium. Intel l’avait développé pour le compte de la société japonaise Busicom, qui utilisait le 4004 dans la calculatrice de bureau 141-PF depuis 1972.

En 1971, il n’était pas prévisible que les successeurs du processeur de la calculatrice de bureau 4004 – c’est-à-dire les 8008, 8080 et 8086, mais aussi le Zilog Z80, par exemple – deviendraient les moteurs les plus importants de la révolution numérique. La Silicon Valley, où étaient déjà implantés à l’époque Intel, AMD, Fairchild et HP, était encore loin d’atteindre son importance ultérieure.

Sommaire

Le 4004 faisait partie d’un jeu de puces appelé MCS-4, qui comprenait également la puce ROM 4001 de 2048 bits, la puce RAM 4002 et la puce E/S 4003. Les principaux développeurs d’Intel étaient Federico Faggin, Ted Hoff, Stan Mazor et Masatoshi Shima, qui est passé de Busicom à Intel en 1969.

À l’époque, Intel n’était pas le seul à travailler sur le concept de « microprocesseur sur une seule puce », mais aussi Texas Instruments (TI) et certaines entreprises de défense. Cependant, l’Intel 4004 était prêt à l’été 1971, a fait l’objet d’une publicité en novembre 1971 – comme mentionné ci-dessus – et a également été utilisé dans le Busicom 141-PF.

Intel a annoncé le 4004 dans une publicité parue dans le magazine Electronic News.

(Image : Intel)

Les microprocesseurs existaient avant l’Intel 4004 et le TI TMX 1795, mais ils n’étaient pas réunis sur une seule puce. Mais il existait déjà des circuits intégrés logiques comme la célèbre série 74xx, que TI produisait depuis les années 1960. Ces puces à « logique transistor-transistor » (TTL), qui fournissaient des fonctions numériques de base simples telles que les portes NAND, pouvaient être interconnectées pour former des unités arithmétiques. Cependant, un grand nombre d’entre elles étaient nécessaires et les cartes informatiques équipées de dizaines de puces TTL étaient également appelées « tombes TTL ».

En comparaison, les microprocesseurs monopuces étaient non seulement plus compacts, mais aussi beaucoup moins gourmands en énergie. Grâce à l’évolution rapide des puces et de la technologie de fabrication, les microprocesseurs sont rapidement devenus plus rapides ou moins chers et plus économiques avec une gamme de fonctions similaire. Dès le début de 1972, le microprocesseur 8 bits Intel 8008, beaucoup plus puissant, avec 3500 transistors et 800 kHz, est apparu.

Cependant, le développement du microprocesseur à partir de ses premiers balbutiements a été tout sauf simple. Les Intel 4004 et 8008 n’étaient pas assez flexibles pour être utilisés pendant une longue période. Federico Faggin et Masatoshi Shima travaillent donc d’arrache-pied jusqu’en 1974 pour développer le 8080 à 6000 transistors.

Intel 4004 dans un boîtier DIL à 16 broches.

(Image : Intel)

La crise pétrolière a entraîné une récession en 1974, à laquelle Intel a également réagi par une restructuration. Ceux-ci ne convenaient pas à Faggin. Il part et fonde en 1974, avec Ralph Ungermann, la société Zilog à Cupertino, non loin du siège d’Intel à Santa Clara. Masatoshi Shima a suivi plus tard. En 1976, Zilog a lancé le Z80, qui a été largement utilisé, du Sinclair ZX80 aux calculatrices à capacité graphique comme la TI-81.

Motorola avait introduit le processeur 8 bits 6800 en 1974, qui était basé sur l’architecture du PDP11 de Digital Equipment Corporation (DEC). La gamme s’est poursuivie en 1976 avec les 6809 et 6801. Le Motorola 6801 avec 35 000 transistors et le 6809 avec 40 000 transistors ont joué dans les ligues supérieures. Le 6809 possédait un multiplicateur matériel et certaines parties de son architecture de jeu d’instructions (ISA) étaient de 16 bits.

Entre-temps, cependant, un autre « rejeton du 6800 » était apparu, le 6502 de MOS Technology, de conception similaire. Le développeur de Motorola, Chuck Peddle, y avait emménagé. Le 6502 a connu une énorme popularité, d’abord dans l’Atari 800, l’Apple I, II, le Commodore PET et le VIC-20, puis plus tard en 1982 sous la forme du 6510 dans le C64 « breadbox ».

En 1979, cependant, le Motorola 68000, successeur du 6800, a pris une importance particulière : son matériel de calcul (ALU) n’était que de 16 bits, mais l’ISA et tous les registres étaient déjà de 32 bits, ce qui était très tendance. Cela signifie que l’espace d’adressage linéaire représentait à l’époque un gigantesque 4 Go, dont un énorme 16 Mo était encore physiquement utilisable au début. L’architecte en chef Skip Stritter avait déjà travaillé sur le microprocesseur des mainframes 370 d’IBM, de sorte que de nombreuses idées de l’architecture 370 ont probablement été intégrées au 68000.

Intel a quelque peu amélioré le 8080 avec le 8085 en 1977 en réponse au Z80. Mais à cette époque, un processeur 16 bits commençait à se faire attendre, car la concurrence en avait déjà un prêt ou en préparation. Intel avait donc besoin d’un 8085 bon marché qui puisse être mis à niveau vers 16 bits aussi rapidement que possible – et ce palliatif est devenu le processeur 8086.

Intel 8086 de 1978 : 29 000 transistors avec des structures de 3 micromètres, fréquence d’horloge de 5 MHz.

(Image : Intel)

Le 8086, introduit le 4 juin 1978, a beaucoup hérité du 8085 et a continué à tenir dans un boîtier DIL 40 broches peu coûteux. Toutefois, pour s’en sortir avec peu de connexions externes, il a fallu recourir à quelques astuces et contorsions, dont certaines font encore le désespoir des programmeurs des années plus tard. Afin d’économiser des broches, non seulement les signaux d’adresse et de données ont été connectés aux mêmes connecteurs les uns après les autres par multiplexage.

Le 8086 était donc déjà plus une conception de fortune de 16 bits, mais dans l’ancêtre de tous les PC x86 modernes, le PC IBM, une version encore plus réduite du 8086 était utilisée en 1981 : le 8088 développé par Intel Israël à Haïfa. Son « avantage » le plus important était le bus de données externe réduit de 16 à 8 bits. Bien que cela réduise les performances, le matériel PC nécessaire en plus du microprocesseur a pu être considérablement simplifié et construit à moindre coût. Comme on le sait, le PC d’IBM n’était pas destiné à être particulièrement rapide, mais, du moins selon les normes d’IBM, particulièrement bon marché. Cette situation a énormément évolué au cours des 40 années qui se sont écoulées depuis, mais il s’agit là d’une nouvelle histoire, celle du PC x86.

Plus d’informations sur l’histoire des microprocesseurs :

  • Andreas Stiller, Les 25 premières années de l’histoire des microprocesseurs, c’t-RETRO 2020

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