Historia a fondo de los procesadores de: 1968-1972, la polémica sobre el primer microprocesador

​El ingeniero Federico Faggin junto a una imagen del primer microprocesador comercial vendido por separado, el Intel 4004 fabricado en 1971.
 
Aunque la historia de los “chips” propiamente dicha comienza en los años 60 (podríamos citar 1958 como fecha “oficial” de su nacimiento) los procesadores propiamente dichos no nacerán hasta la década de los 70.

En un principio los diseñadores e ingenieros no tenían claro qué tecnología iban a usar, ni comprendían muy bien los principios fundamentales que regirían su desarrollo, parte de este fue secreto y a día de hoy, en el fondo, seamos claros, no conocemos con precisión algunos de los eventos con los que comenzó esta historia, si bien podemos considerar al ingeniero Federico Faggin, su trabajo en Italia y posteriormente en Estados Unidos en Fairchild Semiconductors como responsable de las bases del desarrollo en la siguiente década poco más podemos afirmar con rotundidad.

Se han desclasificado algunos documentos y podemos dar por hecho que el MP944 puede ser considerado el primer microprocesador de la historia aunque ni esto está claro, aunque desde luego a nivel comercial podemos considerar a Intel como el creador del primer microprocesador en 1971 con el 4004 pero con permiso del Four-Phase Systems AL1.
​
Vamos a conocer pues toda su historia, evolución o fracasos, que también existieron y muchos, pues a lo largo del tiempo se han experimentado bastantes arquitecturas, tecnologías o acercamientos a la “lógica computacional”.

En la imagen vemos al caza  F-14 Tomcat, para el cual se diseño la primera computadora central de datos aéreos que llevaría un microprocesador, el MP944 considerado el primer microprocesador de la historia.
 
1970 Tecnología militar: Nombre en clave F-14 CADC

Una vez más como tantas otras, el campo de la investigación de esta tecnología comenzó a desarrollarse tempranamente por su interés militar, nuestra historia comenzó en el año 1968, cuando un equipo dirigido por Steve Geller y Ray Holt afrontaron el reto de crear un sistema integrado de control de vuelo para el caza Tomcat F-14 de la Armada de los EE. UU.

El equipo pertenecía a la empresa Garret AiResearch, una empresa fundada en 1936 que hasta ese momento había desarrollado numerosos ingenios aeronáuticos como enfriadores de aceite para los bombarderos B-17 de, Boeing o diferentes sistemas de presión de cabina, entre otros, para a partir de la década de los 50 interesarse por el campo de la electrónica en la aviación.

Comenzaron diseñando una computadora de ángulo de ataque para eliminar el error de disparo y con el paso del tiempo continuaron trabajando para la industria aeroespacial durante la carrera tecnológica auspiciada por la guerra fría.

A finales de los años 60 como hemos comentado se enfrentaron con nuevos problemas y retos al tener que diseñar un sistema integrado de control de vuelo para el caza Tomcat F-14  que les llevaron a respaldarse con lo que ahora llamaríamos una startup: American Microsystems, especializada en semiconductores.

Para conseguir los objetivos de este caza, el sistema debía calcular la altitud, la velocidad vertical, la velocidad del aire y muchas entradas de información procedentes de los sensores que llevaba el aparato, así que para ello diseñaron el circuito integrado del MP944, lo que hoy llamamos un microprocesador.

Ted Hoff mostrando el procesador fabricado en 1972: Intel 8080, pese a la limitación del microprocesador, tras solo cinco años las bases ya estarían sentadas para el futuro de los microprocesadores y determinaría la ingeniería informática
 
Para que nos hagamos una idea de cómo funciona en paralelo la tecnología militar, cuando todavía no se habían inventado microprocesadores de 4 u 8 bits, este primer microprocesador uso una longitud de palabra de 20 bits a unas velocidades de ciclo de reloj de 375 KHz.

El dispositivo propiamente dicho contenía seis chips utilizados para construir el microprocesador del CADC (computadora central de datos aéreos), todos basados en una arquitectura de dos puntos fijos de 20 bits.

Estos elementos que componían el CDAC eran la Unidad de multiplicación en paralelo (PMU), la Unidad de divisor paralelo (PDU), el Almacenamiento de acceso aleatorio (RAS), la Memoria de solo lectura (ROM), la Función lógica especial (SLF) y la Unidad lógica de dirección (SLU).

Así pues, de los  diferentes componentes descritos anteriormente, el sistema de microprocesador completo utilizó 1 PMU, 1 PDU, 1 SLF, 3 RAS, 3 SLU y 19 ROMs.
​
Aunque el MP944 fue por fin terminado en el año 1970, paso un año hasta que Holt escribiera un artículo en la revista Computer Design, pero desgraciadamente la Marina clasificó el proyecto como secreto y no se supo de toda esta tecnología de manera oficial  hasta el año 1998.

El presidente Barack Obama con  Marcian E. Hoff Jr., Federico Faggin y Stanley Mazor (izda. a dcha.), los creadores del primer microprocesador comercial de la historia el Intel 4004, durante la ceremonia de entrega de la Medalla Nacional de Tecnología e Innovación, en 2010.
 
Historia comercial

Como ya hemos dicho, los primeros microprocesadores fueron construidos en la década de los años 70. En esta primera época los diseñadores usaron ya predominantemente la arquitectura y lógica NMOS (Negative-channel Metal-Oxide Semiconductor) es decir, un tipo de semiconductor que se carga negativamente de modo que los transistores se enciendan o apaguen con el movimiento de los electrones. (Su opuesto serían los PMOS (Positive-channel MOS) que funcionan moviendo las valencias de electrones. Así los circuitos basados en el NMOS son más veloces que el PMOS, aunque también es más costoso de fabricar, (como consecuencia  actualmente es el tipo de tecnología que más se usa en la fabricación de circuitos integrados).
​
Por otro lado  experimentaron con varias longitudes de palabra. Al principio, los procesadores de 4 bits eran comunes (por ejemplo, el primigenio Intel 4004). Más adelante según avanzó la década, los procesadores de 8 bits como el MOS 6502 reemplazaron a los chips de 4 bits, hasta aparecer los procesadores de 16 bits al final de la década, aunque se intentaron algunas longitudes de palabra inusuales, incluyendo 12bits y 20bits, como el ya mencionado MP944.

El Intel 4004 el primer microprocesador de 4 bits lanzada por Intel Corporation en 1971
 
Intel 4004 (1971)

El microprocesador 4004 podemos decir que es la primera unidad de procesamiento central (CPU) de 4 bits lanzada por Intel Corporation en 1971 así como el primer microprocesador disponible comercialmente que pudiese adquirirse “por separado”… nada más, pero no podemos darle en absoluto el Nº1 de la lista, sencillamente la respuesta tiene matices como ya iremos explicando.

El diseño de este chip comenzó en abril de 1970, cuando Federico Faggin ingeniero eléctrico y físico italiano, nacionalizado estadounidense, se unió a Intel, para conseguir completar los objetivos respecto a un contrato con una empresa japonesa para la construcción de una calculadora.
​
Liderando un equipo de investigación y diseño a sus órdenes, consiguió sus objetivos en marzo de 1971, cuando vendieron las primeras remesas a la empresa japonesa Busicom Corp. para la cual el microprocesador fue diseñado originalmente.

Calculadora Busicom 141-PF con procesador 4004, la primera entrega para su calculadora de prototipo de ingeniería fue marzo de 1971, seguido de su calculadora prototipo 141-PF comercialmente disponible en el mercado en julio de 1971.
 
Faggin por aquel entonces ya era un célebre y reputado ingeniero y físico, venía de los Laboratorios de Investigación y Desarrollo en Fairchild Semiconductors, Palo Alto, California, donde había trabajado varios años, en su haber por ejemplo cuando llegó a Intel ya tenía el diseño del primer circuito integrado comercial en el mundo, usando la tecnología de puerta de silicio: el multiplexor analógico de 8 bits con lógica decodificadora Fairchild 3708.

Allí había sido uno de los responsables del desarrollo de la tecnología MOS con puerta de silicio (padre pues, de las tecnologías LSI y VLSI) así como la fabricación de estos circuitos. Desarrolló los procesos de canal-P y canal-N, trabajó con procesos avanzados CMOS y BiCMOS. La tecnología de puerta de silicio, permitía por primera vez fabricar a larga escala circuitos integrados de alta velocidad, bajo coste y fiables. Hera pues el candidato ideal para liderar el desarrollo de este proyecto.

Con su liderazgo a mediados de noviembre del mismo año, el 4004 se comercializaba ya para todo el mercado con ligeros cambios, siendo así la primera CPU monolítica disponible comercialmente y completamente integrada en un único y pequeño chip.

Como ya hemos comentado, para alcanzar estos objetivos de integración se recurrió a una nueva tecnología de puertas basadas en silicio en el diseño de circuitos integrados, que originalmente había desarrollado Faggin, junto con Tom Klein en la empresa Fairchild Semiconductor a lo largo del año 1968, y que permitió multiplicar al doble el número transistores lógicos y un aumento de la velocidad por un factor de cinco  frente a la tecnología de puerta de aluminio MOS comúnmente empleada en aquel tiempo.

Además en aquella época Faggin, junto a su equipo también contribuyó al desarrollo de los microprocesadores y la electrónica digital con nuevas planteamientos y diseños, como la “carga de arranque con compuerta de silicio” o el "contacto oculto", que mejoraban la velocidad y la densidad del circuito en comparación con las anteriores compuertas de aluminio.

Junto con el 4004, Intel lanzó una pequeña familia de chips donde cada modelo ofrecía alguna característica especial. Se nombraron como 4001, 4002, 4003, 4008, 4009, 4269 y 4289 y ofrecían, por ejemplo, módulos ROM de 256 bytes, RAM de 40 bytes y circuitos específicos para entrada y salida (teclado, pantallas, etc.).
​
El Intel 4004 contenía unos 2.300 transistores, (pensemos en la cifra, comparada con las actuales, en torno a los 1.000 millones de transistores) y una velocidad de 500KHz pero para aquella época representaba un sustancial avance en muchos aspectos, no solo por ser el primero en integrar una unidad de proceso completa en un único chip si no por las mejoras en velocidad, potencia, simplificación y coste en el diseño computacional.

Microprocesador Four-Phase Systems AL1 – Computer History Museum

Primeros diseños en paralelo
​
Los primeros años como ya hemos dicho resultan en realidad un tanto confusos, sin saber con certeza quien tomaba las ideas de quien y en qué grado, se produjo un extraño avance en paralelo, donde muchos planteamientos coincidían.

Así pues, otros tres diseños de microprocesador se desarrollaron curiosamente casi al mismo tiempo, por un lado los desarrollos de la compañía Four-Phase Systems AL1 en el año 1969, el citado  MP944, completado en 1970 o el chip de Texas Instruments TMS-1000 , anunciado el 17 de septiembre de 1971.

El Four-Phase Systems AL1 era una CPU de 8 bits que contenía ocho registros y una ALU (unidad aritmética lógica ). Fue diseñado por un equipo dirigido por Lee Boysel en 1969 pero no se vendía como un circuito separado, si no como un sistema completo compuesto por tres AL1 formando una CPU de 24 bits.

Más tarde se declaró oficialmente que era un microprocesador tras un pleito donde Texas Instruments demandó a Intel, tratando de invalidar la patente de Intel alegando que el 4004 fue el primer chip microprocesador.

A causa de esto se construyó un sistema de demostración que era una computadora con un solo procesador AL1, a la que para poder funcionar se añadió RAM, ROM y un dispositivo de entrada y salida de datos.
​
Así que a día de hoy, incluso para la propia Intel, el microprocesador 4004 es reconocido como el primero vendido como un componente electrónico separado y NO como el primer microprocesador.
Además técnicamente hablando el AL1 superaría en prestaciones al 4004 por ser de 8 bits, pero al no continuar su desarrollo es una afirmación confusa, pero que ahí dejamos para la reflexión.

El microprocesador TMS1000 lanzado en 1974, considerado la primera computadora en un solo chip, contenía no solo la CPU, sino también la ROM, RAM y E / S (entrada / salida)
 
Integración vs Unidad Central

Tanto el sistema AL1 como el MP944 usaban varios chips para la implementación de las funciones  de la unidad central, pero por otro lado, el chip TMS0100 de Texas Instruments se presentaba como una "calculadora en un solo chip" , que  contenía una CPU muy primitiva, aunque si miramos atendiendo al concepto de “integración” podríamos darlo como ganador.

Dicho procesador es el precursor del TMS1000, introducido en 1974, que se considera la primera computadora en un chip que contiene no solo la CPU, sino también funciones de ROM, RAM y E / S (entrada / salida).

Obviamente cada uno de los procesadores descritos fue diseñado para funciones diferentes y por otro lado Intel presentaba la familia MCS-4 que consistía en 4 chips desarrollados por Intel, de los cuales el 4004 era el microprocesador del sistema, el conjunto era mucho más versátil y potente que el único chip TMS1000, lo que le permitía poder diseñar toda una variedad de computadoras para diversas aplicaciones según se configurarán los diferentes componentes.
​
Así que en definitiva no podemos dar un ganador absoluto, sencillamente la versatilidad de Intel era claramente superior y eso le permitió una comercialización más favorable a medida fue desarrollando futuros microprocesadores y semiconductores de todo tipo, pues la inversión realizada podía ser más fácilmente amortizada.

MCS-4 consistía en 4 chips (4+1), de los cuales el 4004 era el microprocesador del sistema, el conjunto era mucho más versátil y potente que el único chip TMS1000
 
1972

Fairchild  PPS-25 PPS 4 - Rockwell PPS 4  - Intel 8008

Un futuro ya escrito

En 1972 tan solo un año después del lanzamiento del primer microprocesador comercial aparecen los primeros diseños dispuesto a plantar cara a Intel, por un lado los microprocesador PPS-25 diseñado por Fairchild Semiconductor con una velocidad inicial de reloj de 400KHz y una longitud de palabra de 4 bits con transistores de tipo pMOS.

Por otro lado Rockwell International un importante conglomerado estadounidense en auge durante la segunda mitad del siglo XX, involucrado en la aviación, industria espacial o la electrónica orientada a la defensa o la electrónica comercial, presentaba el microprocesador PPS-4 que también estaba diseñado con tecnología pMOS y presentaba una velocidad de 200KHz.
​
Sin embargo Intel se adelantó a sus rivales de nuevo presentando el 8008 ya con una longitud de palabra de 8 bits y una velocidad inicial de reloj de 500KHz que superaba con creces a todos los rivales, pese a ciertas limitaciones concretas.

El Intel 8008 en 1972 ya con una longitud de palabra de 8 bits y una velocidad inicial de reloj de 500KHz superaba a todos sus rivales
 
El Intel 8008 fue lanzado inicialmente al mercado en abril de 1972, era de nuevo un encargo de la empresa Computer Terminal Corporation para instalarlo en su terminal programable Datapoint 2200, pero la suerte hizo que Intel terminara el proyecto tarde ya que el microprocesador no alcanzaba las expectativas de la empresa, así que finalmente no fue usado en esta terminal, acordando ambas empresas que el procesador pudiera ser vendido a otros clientes.

El diseño de este procesador es muy relevante para la futura historia de la informática porque su conjunto de instrucciones y de todos los procesadores posteriores de la empresa Intel estaban fuertemente basados en las especificaciones primigenias del diseño para la terminal  Datapoint 2200.
​
Este diseño empleaba direcciones de 14 bits, ​pudiendo direccionar hasta 16 KB de memoria en total.  Ahora bien, la arquitectura del chip estaba limitada por las 18 patillas externas de su encapsulado DIP, tenía un bus compartido de datos y direcciones de 8 bits, podía acceder a 8 puertos de entrada y 24 de salida. Pero en consecuencia necesitaba una gran cantidad de circuitería externa para poder emplearse.

Realmente era  un poco más lento que los microprocesadores Intel 4004 o el futuro Intel 4040 (1974) de 4 bits respecto a la cantidad de millones de instrucciones por segundo que era capaz de ejecutar.
Ahora bien, el hecho de que el 8008 procesara 8 bits de datos al tiempo y de que pudiera acceder a mucha más memoria hacían que fuera en la práctica unas tres o cuatro veces más rápido que sus predecesores de 4 bits, por tanto era un diseño aceptable para utilizarlo como el controlador de un terminal, pero no para tareas más avanzadas así que solo unos pocos ordenadores muy básicos se basaron en él.
​
Pese a la limitación del microprocesador 8008 en 1972, tras solo cinco años las bases ya estaban más que sentadas para el futuro de los microprocesadores y la colaboración de Faggin con Intel y Fairchild en este tiempo iba a determinar todo el futuro de la ingeniería informática y el diseño de semiconductores, pues lo más determinante de estos años fue la capacidad de Intel para poder diversificar el uso de cada nuevo procesador y conjunto de integrados que diseñaba.

Datapoint 2200, el Intel 8008 fue un encargo de la empresa Computer Terminal Corporation para su terminal programable pero la suerte hizo que Intel terminara el proyecto tarde ya que el microprocesador no alcanzaba las expectativas de la empresa, así que finalmente no fue usado en esta terminal.
 
Buen ejemplo de ello fue que National Semiconductor pronto se apuntó a los planteamientos de Intel y su 4004 fabricando muy tempranamente su propio modelo bautizado INS4004 anunciado en 15 de noviembre de 1971.

Versión del procesador Intel 4004 de National Semiconductor su propio modelo fue bautizado INS4004
 
Así pues, empaquetado en un bloque de cerámica con dos líneas de 16 pines, el 4004 fue sin duda el primer procesador de computadora disponible comercialmente gracias al genio de Federico Faggin y Ted Hoff junto a Masatoshi Shima de Busicom,  lideraron el proyecto, creando la futura metodología y arquitectura de chips basados en silicio que dominarían el mercado en los siguientes años y otorgarían a Intel el papel dominante de la “función” frente a sus competidores durante más de una década, aunque la carrera no había hecho más que comenzar y pronto muchas otras empresas ofrecerían nuevas y cada vez más potentes opciones que produjeron el rápido aumento de la potencia y reducción de costes que llega al día de hoy y que esperamos contaros año por año en los siguientes artículos sobre la apasionante historia de los microprocesadores.

Te puede interesar:

Autor: Miguel A. C.

Temas relacionados: Tecnología,  Arqueología informática, Curiosidades de la tecnología, Historia de la tecnología, Informática, Mundo Retro, Retro Informática, Miguel A. C.
​
Reconocimientos y más información sobre la obra gráfica
ADVERTENCIA: En este foro, no se admitirán por ninguna razón el lenguaje soez y las descalificaciones de ningún tipo. Se valorará ante todo la buena educación y el rigor sobre el tema a tratar, así que nos enorgullece reconocer que rechazaremos cualquier comentario fuera de lugar.