Intel的第一款CPU长啥样？-电子发烧友网

今天，当我们坐在电脑前沉浸在游戏中，和远在他乡的女友、朋友、家人聊天和语音，在互联网上冲浪、查找资料，通过网络购买自己喜欢的图书和零食，这一切目前都觉得如此地惬意和自得。但是今天的一切，也许大部分都想不到，为了这一些是多少人前赴后继，付出了可歌可泣的贡献才得到地。

最近，HW HarmonyOS又冲上热搜，大家都希望中国又一款自主可控的国产系统，实现操作系统的“弯道超车”，回顾中国历史上的操作系统有很多不堪回首的事件，但是曾经发生的事情和有过的经历，却可以让我们更加珍惜这来之不易的幸福。而了解成功人/事的历史，更可让我们受益菲浅。现在就让我带大家去回顾一下，这有趣而又激励人心的辉煌历史。

古老CPU启示录-Intel4004

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如今8位单片机的用途越来越少了，32位单片机越来越常见，但是你见过4-bit的CPU吗？

1969年，日本计算机公司与英特尔合作，为其新的Busicom 141-PF *打印计算器设计12种定制芯片。英特尔工程师提出了一个只有四个芯片的家族，其中一个可以编程用于多种产品，从而激发了工程学的壮举，极大地改变了电子学的发展方向。当时Intel给出的解决方案是一套四块芯片组成的微型计算机，称为MCS-4。

它包括一个中央处理单元（CPU）芯片-4004，以及一个用于定制应用程序的支持的只读存储器（ROM）芯片，一个用于处理数据的随机存取存储器（RAM）芯片以及一个移位存储-输入/输出（I / O）端口的寄存器芯片。从上面看出和目前商用计算机组成基本没什么变化，可是那时候是1971年，感叹其伟大！

英特尔生产了三种主要的源代码变体：C4004，D4004和P4004。在英特尔C4004是待制造的第一芯片; 它具有白色陶瓷包装本身上可见的灰色痕迹。C4004的生产一直持续到1976年中，开始生产Intel D4004。D4004具有塑料黑色陶瓷包装。在英特尔P4004是塑料包装的版本。

自1975年中以来，美国国家半导体公司和日立公司已经开发了一些辅助资源。美国国家半导体生产了两个版本：INS4004J和INS4004D。所述INS4004J是16针黑，陶瓷DIP，而INS4004D版本是16引脚侧面钎焊，陶瓷DIP。另一个来源是HD35404所作日立。第三个来源是国际微系统公司（Microsystems International），该公司实际上是从1970年中期开始制造该芯片的增强版本的（也于1971年推出）。几种“变形体”的区别：

Manufacturer	Model	Package
Intel	C4004	16-pin Ceramic DIP
Intel	D4004	16-pin Ceramic DIP
Intel	P4004	16-pin Plastic DIP
National Semiconductor	INS4004D	16-pin Ceramic DIP
National Semiconductor	INS4004J	16-pin side-brazed Ceramic DIP
Hitachi	HD35404	16-pin DIP
Microsystems International	MF7114	?

4004具有16个引脚，用于I / O，存储控制器，时钟相位，电源和复位。

引脚和说明
别针＃	引脚名称	目的	解释
1个	D0	双向数据总线引脚	与ROM和RAM的地址和数据通信发生在D0-D3上。
2个	D1
3	D2
4	D3
5	VSS	主要供应
6	时钟阶段1	时钟输入
7	时钟阶段2
8	同步	ROM和RAM同步	通过发信号通知时钟在上升沿来同步ROM和RAM。
9	重启	重置标志	逻辑1清除所有处理器状态寄存器，并强制程序计数器跳到地址0x0。RESET信号必须至少打开64个时钟周期才能生效。
10	测试	测试逻辑状态	信号可以通过JCN指令进行测试。
11	光盘	CM-ROM输出	ROM选择信号，用于从内存中检索数据。
12	VDD	VSS-15±5％
13	CM-RAM3	CM-ROM输出	系统中4002 RAM芯片的存储体选择信号。
14	CM-RAM2
15	CM-RAM1
16	CM-RAM0

内部结构

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寄存器组

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	名称	大小（bits）
–	Accumulator	4
–	Carry/Link	1
索引寄存器	Index Registers ( IR )	（4+4）*8
程序寄存器	Program Counter ( PC )	12
程序寄存器	Program Counter ( PC )	12
堆栈指针	Stack Pointer ( Stack )	12*3
临时寄存器	TEMP.REG	4
–	INSTRUCTION REGISTER	8

指令集

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（带 * 号的是双字指令，需要两个指令周期（1指令周期 = 8时钟周期））

	基础指令
HEX	助记符	指令字1	指令字2	功能
00	NOP	0000 0000	–	无
1	*JCN	0001 CCCC	AAAA AAAA	当条件C成立，跳转到当前ROM页的A地址
2	*FIM	0010 RRR0	DDDD DDDD	取当前页D地址处的数据，送至IR的R号寄存器对内
3	FIN	0011 RRR0	–	取IR中第0寄存器对数据作为ROM页内地址，将数据送至IR寄存器的R号寄存器对内
3	JIN	0011 RRR1	–	将IR中R号寄存器对内数据作为间接跳转地址进行跳转
4	*JUN	0100 AAAA	AAAA AAAA	无条件跳转至地址A
5	*JMS	0101 AAAA	AAAA AAAA	无条件跳转至地址A，将原地址保存在堆栈SP中
6	INC	0110 RRRR	–	RRRR寄存器+1
7	*ISZ	0111 RRRR	AAAA AAAA	RRRR寄存器+1，如果结果不为0，跳转至页内地址A
8	ADD	1000 RRRR	–	AC=AC+RRRR+C
9	SUB	1001 RRRR	–	AC=AC-RRRR-C
A	LD	1010 RRRR	–	AC=RRRR
B	XCH	1011 RRRR	–	AC与RRRR交换
C	BBL	1100 DDDD	–	借助堆栈地址返回,AC=DDDD
D	LDM	1101 DDDD	–	AC=DDDD
F0	CLB	1111 0000	–	AC=0，C=0
F1	CLC	1111 0001	–	C=0
F2	IAC	1111 0010	–	AC=AC+1
F3	CMC	1111 0011	–	C=~C
F4	CMA	1111 0100	–	AC=~AC
F5	RAL	1111 0101	–	{C,AC}向左循环平移一位
F6	RAR	1111 0110	–	{C,AC}向右循环平移一位
F7	TCC	1111 0111	–	AC=C， C=0
F8	DAC	1111 1000	–	AC=AC-1
F9	TCS	1111 1001	–	当C=0，AC=1001当C=1，AC=1010
FA	STC	1111 1010	–	C=1
FB	DAA	1111 1011	–	对AC执行BCD修正
FC	KBP	1111 1100	–	对AC进行独热码到二进制转换若输入非法值，AC=1111
FD	DCL	1111 1101	–	使用AC的低3位进行转换页AC=000时选择CM0其他情况以三位分别控制
	I/O与RAM指令
2	SRC	0010 RRR1	–	分别在指令周期的X2与X3处将R寄存器保存的页内地址送至ROM和RAM
E0	WRM	1110 0000	–	将AC写入选中的RAM主字符( 4位 )中
E1	WMP	1110 0001	–	将AC写入选中的RAM端口中( 注：MCS-4中，RAM/ROM亦用作IO端口 )
E2	WRR	1110 0010	–	将AC写入选中的ROM端口中
E3	WPM	1110 0011	–	将AC写入选中的可读写程序存储器中( 搭配4008/4009/4289使用 )
E4	WR0	1110 0100	–	将AC写入选中的RAM的0号状态字符中
E5	WR1	1110 0101	–	将AC写入选中的RAM的1号状态字符中
E6	WR2	1110 0110	–	将AC写入选中的RAM的2号状态字符中
E7	WR3	1110 0111	–	将AC写入选中的RAM的3号状态字符中
E8	SBM	1110 1000	–	{C,AC}=AC-C-选中的RAM主字符
E9	RDM	1110 1001	–	将选中的RAM主字符写入AC
EA	RDR	1110 1010	–	将选中的ROM输入端口数据写入AC
EB	ADM	1110 1011	–	{C,AC}=AC+C+选中的RAM主字符
EC	RD0	1110 1100	–	将选中的RAM的0号状态字符写入AC
ED	RD1	1110 1101	–	将选中的RAM的1号状态字符写入AC
EE	RD2	1110 1110	–	将选中的RAM的2号状态字符写入AC
EF	RD3	1110 1111	–	将选中的RAM的3号状态字符写入AC