Der Mikroprozessor wird 50 Jahre alt: Mit dem Intel 4004 fing es an

Am 15. November 1971 kündigte Intel den ersten Mikroprozessor auf einem einzigen Chip an. Die Nachfolger des 4004 trieben die digitale Revolution an.

Lesezeit: 6 Min.
In Pocket speichern
vorlesen Druckansicht Kommentare lesen 81 Beiträge

Die-Shots der ersten Intel-Mikroprozessoren

(Bild: Intel)

Von
  • Christof Windeck

2300 Transistoren, 108 Kilohertz Taktfrequenz und 4-Bit-Rechenwerk: Der bescheiden ausgestattete Intel 4004 gilt als weltweit erster Mikroprozessor auf einem einzigen Stück Silizium. Intel hatte ihn im Auftrag der japanischen Firma Busicom entwickelt, die den 4004 ab 1972 im Tischrechner 141-PF einsetzte.

1971 war nicht absehbar, dass die Nachfolger des Tischrechner-Prozessors 4004 – also 8008, 8080 und 8086, aber etwa auch Zilog Z80 – zu den wichtigsten Motoren der digitalen Revolution werden würden. Auch das Silicon Valley, wo seinerzeit schon Intel, AMD, Fairchild und HP ansässig waren, hatte noch lange nicht seine spätere Bedeutung.

Der 4004 gehörte zu einem Chipsatz namens MCS-4, der zusätzlich aus dem 2048-Bit-ROM-Baustein 4001 bestand, dem RAM-Chip 4002 und dem I/O-Baustein 4003. Die wesentlichen Entwickler bei Intel waren Federico Faggin, Ted Hoff, Stan Mazor sowie der 1969 von Busicom zu Intel gewechselte Masatoshi Shima.

Am Konzept "Mikroprozessor auf einem einzigen Chip" arbeitete seinerzeit aber nicht bloß Intel, sondern etwa auch Texas Instruments (TI) und einige Rüstungsfirmen. Der Intel 4004 war jedoch im Sommer 1971 fertig, wurde - wie eingangs erwähnt - im November 1971 beworben und kam eben auch im Busicom 141-PF zum Einsatz.

Intel kündigte den 4004 in einer Anzeige in der Zeitschrift Electronic News an.

(Bild: Intel)

Mikroprozessoren gab es schon vor dem Intel 4004 und dem TI TMX 1795, bloß nicht auf einem einzigen Chip vereint. Doch es gab bereits Logik-ICs wie die bekannte Baureihe 74xx, die TI schon seit den 1960er-Jahren produzierte. Solche Chips mit "Transistor-Transistor-Logik" (TTL), die einfache digitale Grundfunktionen wie NAND-Gatter bereitstellten, ließen sich zu Rechenwerken zusammenschalten. Man brauchte aber viele davon und die mit Dutzenden TTL-Chips bestückten Rechnerplatinen wurden auch TTL-Gräber genannt.

Im Vergleich dazu waren die Single-Chip-Mikroprozessoren nicht nur kompakter, sondern schluckten auch viel weniger Strom. Durch die rasante Fortentwicklung der Chips und der Fertigungstechnik wurden Mikroprozessoren rasch schneller oder bei ähnlichem Funktionsumfang billiger und sparsamer. Schon Anfang 1972 erschien der deutlich stärkere 8-Bit-Mikroprozessor Intel 8008 mit 3500 Transistoren und 800 kHz.

Die Fortentwicklung des Mikroprozessors aus den ersten Anfängen verlief aber alles andere als geradlinig. Denn Intel 4004 und 8008 waren längst nicht flexibel genug nutzbar. Federico Faggin und Masatoshi Shima entwickelten daher mit Hochdruck bis 1974 den 8080 mit 6000 Transistoren.

Intel 4004 im DIL-Gehäuse mit 16 Pins.

(Bild: Intel)

Infolge der Ölkrise kam es 1974 zu einer Rezession, auf die auch Intel mit Umstrukturierungen reagierte. Die passten Faggin nicht. Er schied aus und gründete 1974 gemeinsam mit Ralph Ungermann die Firma Zilog in Cupertino, nicht weit vom Intel-Hauptquartier in Santa Clara. Später folgte Masatoshi Shima. Bis 1976 brachte Zilog den Z80 auf den Markt, der vom Sinclair ZX80 bis hin zu grafikfähigen Taschenrechnern wie dem TI-81 weite Verbreitung fand.

Motorola hatte 1974 den 8-Bit-Prozessor 6800 vorgestellt, der sich an der Architektur der PDP11 der Digital Equipment Corporation (DEC) orientierte. Die Linie wurde 1976 mit dem 6809 und 6801 fortgesetzt. Motorola 6801 mit 35.000 Transistoren und der 6809 mit 40.000 Transistoren spielten in höhren Ligen. Der 6809 hatte einen Hardware-Multiplizierer und Teile seiner Befehlssatzarchitektur (ISA) waren 16-bittig.

Derweil war aber ein anderer "6800-Abkömmling" entstanden, der ähnlich konzipierte 6502 von MOS Technology. Dorthin war der Motorola-Entwickler Chuck Peddle abgewandert. Der 6502 war enorm beliebt, zunächst im Atari 800, Apple I, II, Commodore PET und VC-20, dann später im Jahre 1982 in Gestalt des 6510 im "Brotkasten" C64.

Doch besondere Bedeutung erlangte 1979 der 6800-Nachfolger Motorola 68000. Seine Rechenhardware (ALU) war zwar nur 16-bittig, aber die ISA sowie alle Register hatten schon richtungsweisende 32 Bits. Damit lag der lineare Adressraum bei damals gigantischen 4 GByte, von denen zunächst immer noch riesige 16 MByte physisch nutzbar waren. Chefarchitekt Skip Stritter hatte zuvor am Mikroprozessor für IBM-370-Großrechner gearbeitet, sodass wohl etliche Ideen der /370-Architektur in den 68000 eingeflossen sind.

Intel besserte 1977 als Antwort auf den Z80 den 8080 etwas mit dem 8085 nach. Aber zu der Zeit war ein 16-Bit-Prozessor schon allmählich überfällig, so wie ihn die Konkurrenz bereits fertig oder in Arbeit hatte. Intel brauchte also möglichst schnell einen preiswerten, aber auf 16 Bit aufgebohrten 8085 – und dieser Notnagel wurde der 8086-Prozessor.

Intel 8086 von 1978: 29.000 Transistoren mit 3-Mikrometer-Strukturen, 5 MHz Taktfrequenz

(Bild: Intel)

Der am 4. Juni 1978 vorgestellte 8086 erbte vieles vom 8085 und passte auch weiterhin in ein preiswertes 40-Pin-DIL-Gehäuse. Um mit wenigen externen Anschlüssen auszukommen, waren aber einige Tricks und Verrenkungen nötig, von denen manche noch Jahre später Programmierer zu Verzweiflung brachten. Um Pins zu sparen, wurden nicht nur Adress- und Datensignale per Multiplexing nacheinander auf dieselben Anschlüsse geschaltet.

Der 8086 war also schon eher eine 16-Bit-Behelfskonstruktion, doch im Urahn aller modernen x86-PCs, dem IBM-PC, kam 1981 eine noch weiter beschnittene 8086-Version zum Einsatz: Der von Intel Israel in Haifa entwickelte 8088. Sein wichtigster "Vorteil" war der von 16 auf 8 Bit reduzierte externe Datenbus. Damit sank zwar die Performance, doch die zusätzlich zu Mikroprozessor nötige PC-Hardware ließ sich deutlich vereinfachen und billiger aufbauen. Bekanntlich sollte der IBM-PC ja auch nicht etwa besonders schnell werden, sondern zumindest für IBM-Verhältnisse besonders billig sein. Das hat sich in den seither verflossenen 40 Jahren gewaltig geändert – aber das ist dann schon eine neue Geschichte, die des x86-PC.

Mehr zur Geschichte der Mikroprozessoren:

Mehr von c't Magazin Mehr von c't Magazin

(ciw)