Kalkulačka, která potřebovala příliš mnoho součástek
Koncem šedesátých let se počítače už dávno nepodobaly jen obřím skříním s elektronkami. Tranzistory a integrované obvody je postupně zmenšovaly, avšak logika potřebná k provádění výpočtů stále obvykle zabírala více součástek. Když japonská společnost Nippon Calculating Machine Corporation, známá svými kalkulačkami Busicom, v roce 1969 oslovila mladou americkou firmu Intel, nehledala nový způsob fungování celého světa. Potřebovala čipy pro nový stolní počítací stroj s tiskem.
Japonský návrh počítal se soustavou specializovaných integrovaných obvodů, které by společně obsluhovaly funkce kalkulačky. Takové řešení fungovalo, ale znamenalo komplikovaný vývoj a omezenou možnost použít stejné čipy jinde. Intel přitom vznikl teprve v roce 1968 a soustředil se především na paměťové obvody. Zakázka pro Busicom byla obchodní příležitostí, nikoli předem naplánovanou cestou k prvenství v mikroprocesorech.
Inženýr Marcian „Ted“ Hoff si všiml zásadní slabiny: proč pro jednotlivé úlohy vytvářet tolik zvláštních obvodů, když by jejich práci mohl řídit malý programovatelný procesor? Spolu se Stanleym Mazorem pomohl navrhnout architekturu čtyřčipové rodiny, která spojovala výpočetní jednotku s pamětí a dalšími potřebnými funkcemi. Právě toto rozhodnutí proměnilo původně obyčejnou dodávku komponentů v jeden z nejslavnějších příběhů elektroniky.
Čtyři lidé, čtyři různé příspěvky
Příběh Intel 4004 se někdy vypráví jako dílo jednoho geniálního vynálezce. Ve skutečnosti by bez spolupráce mezi americkou a japonskou stranou nevznikl. Hoff sehrál zásadní roli při návrhu základní koncepce, Mazor při jejím rozpracování a tvorbě specifikací. Masatoshi Shima, inženýr společnosti Busicom, přispěl k logickému návrhu a prověřování funkcí, které skutečná kalkulačka potřebovala.
Rozhodující převod této architektury do fyzického křemíkového čipu vedl Federico Faggin. Do Intelu přišel v roce 1970 a využil znalostí technologie křemíkových hradel, díky níž bylo možné složité obvody vměstnat do malého prostoru a vyrábět je použitelným způsobem. Úspěch proto nestál pouze na myšlence, ale i na velmi konkrétním a náročném inženýrství. Navrhnout elegantní blokové schéma bylo jedna věc; postavit čip, který spolehlivě pracuje a dá se vyrábět, věc druhá.
Hotový Intel 4004 obsahoval přibližně 2 300 tranzistorů. Pracoval se čtyřbitovými daty a jeho taktovací frekvence dosahovala až 740 kilohertzů. Dnešní čtenář si pod těmito čísly sotva představí něco úžasného. V roce 1971 však šlo o možnost dát programovatelnou výpočetní jednotku na jediný integrovaný obvod v malém pouzdře se šestnácti vývody. To byla změna, kterou nebylo možné vyčíst pouze z počtu tranzistorů.
Nápad byl převratnější než samotná rychlost
Intel 4004 nebyl hotový počítač a nepracoval sám. Potřeboval další obvody, paměť i způsob komunikace s okolním zařízením. Na kalkulačce Busicom 141-PF také nebylo pro uživatele nic magického: tiskla výpočty, jak měla. Podstatné bylo, že její úlohy už nevyžadovaly pevně navrženou sestavu čipů pro každý jednotlivý typ operace. Část chování určovaly instrukce, které procesor vykonával.
Programovatelnost znamenala obchodní i technickou svobodu. Stejný základní procesor se mohl uplatnit v různých přístrojích, pokud se kolem něj vytvořilo vhodné zapojení a program. Výrobce už nemusel při každé změně funkce navrhovat od začátku celý specializovaný výpočetní obvod. Tato vlastnost se později ukázala mnohem důležitější než konkrétní výkon první generace.
Dnes se snadno řekne, že mikroprocesor stál u zrodu osobních počítačů, ale mezi Intelem 4004 a počítačem na domácím stole vedla dlouhá cesta. Následovaly výkonnější osmibitové procesory, nové paměti, operační systémy, levnější součástky a celé odvětví programování. Čip z roku 1971 sám všechny tyto věci nevynalezl. Pomohl však prokázat, že univerzální výpočetní jádro může být běžně prodávanou součástkou.
Jak si Intel vykoupil vlastní budoucnost
V původní dohodě s Busicom hrála důležitou roli práva na využití technologie. Japonský výrobce chtěl čipy pro své kalkulačky; Intel postupně viděl příležitost prodávat programovatelný procesor také jiným zákazníkům. V květnu 1971 proto získal zpět širší obchodní práva mimo oblast kalkulaček, výměnou za finanční ústupek vůči Busicomu. Zpětně se toto rozhodnutí jeví skoro neuvěřitelně výhodně, tehdy ale nikdo neměl zaručeno, že vznikne obrovský nový trh.
Dne 15. listopadu 1971 oznámil Intel procesor v inzerátu v odborném tisku. Nebyla to veřejná demonstrace chytrého telefonu ani začátek osobních počítačů ze dne na den. Byla to nabídka inženýrům, aby začali přemýšlet jinak: místo složité jednoúčelové elektroniky si mohli koupit malou programovatelnou výpočetní jednotku a sami určit, jak bude přístroj fungovat.
Busicom se v následujících letech potýkal s ekonomickými problémy a roku 1974 zkrachoval. Intel naopak s mikroprocesory pokračoval. Jeho model 8008 a zejména pozdější 8080 ukázaly možnosti rychlejších a univerzálnějších počítačových systémů. Další výrobci přišli s vlastními řešeními a soutěž posunula obor daleko za hranice původní japonské kalkulačky.
Čip, jehož odkaz není v číslech
Intel 4004 nebyl první integrovaný obvod a není přesné tvrdit, že před ním nikdo nezkoušel podobné koncepce procesorů. V historii existovaly i jiné paralelní vývojové směry a systémy používající více čipů. Jeho mimořádné místo spočívá v tom, že se stal prvním komerčně dostupným mikroprocesorem na jediném čipu, který významně pomohl prosadit tento přístup na trhu.
Když dnes rozsvítíme digitální spotřebič, používáme navigaci nebo otevřeme notebook, nepracuje v nich procesor Intel 4004. Žije v nich ale princip, který tento čip předvedl v prakticky prodejné podobě: složitou činnost přístroje může řídit malý univerzální mozek, jehož schopnosti do značné míry určuje program. A to je možná největší překvapení celého příběhu. Technologie, která proměnila elektroniku, se zrodila z úkolu vyrobit levněji a chytřeji kalkulačku.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], Computer History Museum – Microprocessor Integrates CPU Function onto a Single Chip [2], Computer History Museum – Intel's Microprocessor [3], Intel – Announcing a New Era of Integrated Electronics [4]. img ai generated
