Книга: Архитекторы компьютерного мира

Марсиан (Тед) Хофф Архитектор первого микропроцессора

Марсиан (Тед) Хофф

Архитектор первого микропроцессора

Тед Хофф — архитектор первого микропроцессора

В ряду революционных событий компьютерной истории изобретение программного логического блока под названием "микропроцессор" занимает видное место. Причем с того момента темпы микропроцессорной революции не имеют себе равных — они даже превосходят интенсивность развития обычных средств компьютерной техники. Отлитая в кремнии идея управляемого программируемого логического вычислительного блока была представлена общественности 15 ноября 1971 года.

"Новая эра в интегральной электронике" — под таким заголовком была опубликована рекламная статья в Electronic News за 1971 год. В ней фирма Intel представила микропроцессор под номером 4004 и его архитектора Теда Хоффа. Гордон Мур, один из основателей фирмы Intel, вообще назвал этот микропроцессор "одним из самых революционных продуктов в истории человечества". Изобретение было настолько важным, что Хофф был признан одним из величайших ученых XX века.

Микросхема была достаточно простой и дешевой, чтобы соответствовать почти всем "думающим" устройствам. Ее можно было применять в лифтах, в калькуляторах и электрических пишущих машинках с памятью, она могла управлять механизмом часов или штурвалом самолета. Хоффу было забавно узнать о том, как люди вначале использовали микропроцессоры: одним из первых применений было контролирование количества воды, которое выпивали коровы на экспериментальных фермах. Основным достоинством микропроцессора Хоффа стала его многофункциональность.

Тед Хофф родился в Рочестере, Нью-Йорк, 28 октября 1937 года. Он рос за пределами Рочестера, недалеко от деревни Норт-Чили, где поступил в среднюю школу Чечвил-Чили. Начал он свое образование в однокомнатном школьном здании, один учитель обучал семь классов, всего 13 учеников. От своего отца, который работал в компании General Railway Signal, Тед перенял интерес к электричеству. От дяди к нему перешел интерес к химии.

Хофф вспоминает, что в детстве он видел, как его дядя сливал две бесцветных жидкости вместе, и они становились красного цвета. Под впечатлением этого феномена он начал заниматься химией самостоятельно. Он выдержал экзамен по химии в штате Нью-Йорк, не посещая курса химии средней школы, и получил 95 баллов. Однако его дядя дал ему совет: рабочие места в химической области ограничены и ему лучше изучать химическое производство. Хофф отверг эту идею, думая, что в этой области слишком много "водопроводных и типовых чертежей". Дядя дал ему еще один шанс, который имел больший успех: он подписал его на журнал Popular Science. Хофф выписал радиокаталог, и это послужило толчком к занятиям электроникой — предметом, которым он был полностью поглощен во время обучения в школе.

В 1954 году Хофф поступил в политехнический колледж Ренсселэра в г. Троя, штат Нью-Йорк. Благодаря своему отцу, он каждое лето во время каникул работал техником в электронной лаборатории компании General Railway Signal в Рочестере. Здесь он включился в работу над электронной схемой, выдвинув несколько предложений по проекту, которые в результате были использованы — и таким образом его имя появилось в заявке на патент. Другой проект был посвящен схемам защиты освещения железнодорожных путей; за него Хофф также был удостоен чести быть заявителем на патент (получение двух патентов произошло в 1959 году).

В 1958 году Хофф получил степень бакалавра по электротехнике в колледже Ренсселэра. Его научная работа была посвящена транзисторам. Поступив в Стэнфордский университет, он получил степень магистра и доктора по электротехнике и стал обладателем еще двух патентов.

Однокурсники Хоффа по колледжу Ренсселэра вспоминают его как способного, но скромного студента. "Он обладал сверхъестественной способностью решать сложные задачи по электротехнике за короткое время, — вспоминал его товарищ Гарольд Хойт. Однажды Хойт провел весь уик-энд, работая над очень сложной технической задачей, которую нужно было сдать в понедельник к часу дня. "Я забежал к Теду около 11 и спросил, решил ли он. "Нет, — ответил он. — Еще нет". Тем не менее в классе, спустя 2 часа, он закончил ее. Хофф обладал природными способностями, натурой исследователя, пытливым подходом к решению проблем. Однако он не был организатором.

Хофф был немного знаком с компьютерами после окончания колледжа, он прослушал курс лекций по компьютерам и имел представление о машине IBM 650. Однако его интерес к компьютерам проявился в Стэнфорде. Он был увлечен проблемами распознавания образов и обработки изображений. При написании дипломной работы он пользовался компьютером IBM 1620, недавно приобретенным Стэнфордским университетом. Это дало ему первую возможность программировать. Он получил степень магистра в 1959-м, а доктора — в 1962 году. Его докторская диссертация называлась "Изучение феномена в сетях адаптивных нейронов".

Хофф провел в Стэнфордском университете еще 6 лет в качестве исследователя. Наряду с другими занятиями, он работал вместе со своим научным руководителем Бернардом Видроу над элементами электрохимической памяти, что привело к получению нескольких патентов. 1 сентября 1968 года он начал работать инженером по прикладным исследованиям в новой фирме Intel, занимающейся интегральными схемами. Он был двадцатым по счету сотрудником в фирме, принятым на работу Робертом Нойсом для того, чтобы ускорить коммерческое использование полупроводниковой памяти, которую разработала Intel.

История микропроцессора Теда Хоффа в действительности начинается в конце 50-х годов XX века, когда Джек Килби и Роберт Нойс, независимо друг от друга, изобрели первые интегральные схемы. Серийное производство интегральных схем в середине 60-х годов положило начало процессу миниатюризации. Однако крупномасштабная интеграция транзисторов в одном кристалле кремния тогда лишь зарождалась.

Одной из целей компании Intel было создание полупроводниковых микросхем памяти и их промышленное производство. Стоит отметить, что в то время "кремниевая" память была раз в сто дороже, чем созданная по ведущей на тот момент технологии память на магнитных сердечниках. Однако основатели Intel были уверены в том, что такие неоспоримые преимущества полупроводниковой памяти, как малые габариты, более высокая производительность и пониженное энергопотребление, убедят сотрудников отрасли хотя бы опробовать новую технологию.

Сконцентрировавшись на разработке первых коммерческих прибыльных продуктов, Intel едва не проглядела первые ростки микропроцессорной революции. Впрочем, и начиналась-то она более чем скромно. К работе над микропроцессором Тед Хофф приступил в 1969 году, когда Intel получила от японской фирмы Busicom заказ на разработку набора микросхем для семейства программируемых калькуляторов. Первоначальная конструкция калькуляторов Busicom предполагала использование не менее 12 микросхем.

В то время все логические микросхемы (выполняющие вычисления, в отличие от микросхем памяти, хранящих команды и данные) разрабатывались специально под продукт заказчика. Такой подход, по определению, ставил барьер на пути широкого распространения любой логической микросхемы.

Сотрудникам Intel Теду Хоффу, Федерико Феджину и Стэну Мэйзору удалось спроектировать единую универсальную микросхему — центральный процессор ЭВМ общего назначения. Процессор взял на себя выполнение разнообразных функций, для реализации которых ранее приходилось применять множество различных компонентов.

Концепцию процессора общего назначения предложил Хофф; он же разработал архитектуру универсальной микросхемы, которая пользовалась командами, записанными в ее полупроводниковой памяти. Это центральное процессорное устройство, входившее в качестве основного в набор из четырех микросхем, не только соответствовало техническому заданию Busicom, но и без каких-либо дополнительных переделок могло быть использовано в широком ассортименте других приборов.

Федерико Феджин

Мэйзор разработал систему команд процессора, а Феджин спроектировал саму микросхему. В ноябре 1971 года Intel официально объявила о создании центрального процессора — микросхемы 4004. Правами на него владела компания Busicom. Хофф, Мэйзор и Феджин понимали, что процессор имеет практически неограниченное применение. По их настоянию компания Intel выкупила у Busicom права на микросхему. Она заплатила 60 тысяч долларов, полученные на проведение работ, а кроме того, предложила готовую продукцию по более низкой цене. Попавшие к тому времени в трудное финансовое положение японцы согласились. Сделка не привлекла к себе особого внимания ни в Intel, ни в отрасли в целом. Тем не менее именно она проложила Intel путь к выработке концепции универсальных вычислительных средств на основе микропроцессора. Busicom давно уже не существует, однако, в отличие от других неудачников, память о ней осталась.

Микропроцессор Intel 4004

Основатели Intel — Гордон Мур и Боб Нойс — поддерживали работу над микропроцессором, но ряд других сотрудников компании опасались, что это может отвлечь Intel от достижения главной цели — разработки микросхем памяти. Для скептиков удалось найти убедительный аргумент: из четырех микросхем, входивших в набор микрокомпьютера (термин "микропроцессор" появился позже), две микросхемы отводились под память. Вспоминает бывший директор Intel по маркетингу: "Поначалу мы относились к этому чипу лишь как к средству увеличения продаж микросхем памяти и решили вложить в него деньги, исходя именно из этой предпосылки".

Официально микропроцессор 4004 появился на рынке в конце 1971 года. Микросхема стоимостью 200 долларов выполняла 60 тысяч операций в секунду, содержала 2300 транзисторов и была размером меньше ногтя большого пальца руки. Она обладала вычислительными возможностями первого электронного компьютера — ENIAC. Для сравнения: ENIAC, появившийся в 1946 году, имел тогда 18 тысяч ламп и занимал помещение объемом почти 1000 кубических метров.

Необходимо также заметить, что еще одно изобретение Intel ускорило развитие микропроцессора 4004 Хоффа и улучшило его продвижение на рынке.

Это была стираемая программируемая постоянная память EPROM, изобретенная Фромэном, специалистом Intel. До этого память компьютера была постоянной, ее можно было изменить только с большим трудом. Теперь, благодаря EPROM, стало возможным стереть из памяти одну функцию и провести повторное программирование. До изобретения EPROM единственными видами памяти были энергозависимые постоянная память, постоянная память, определяемая при изготовлении, и постоянная память одноразового программирования. Теперь можно с помощью EPROM повторно программировать запоминающие устройства и не выбраковывать неправильно запрограммированные участки.

В 1974 году фирма Intel осознала, что для микропроцессора Хоффа существуют беспредельные возможности применения. Выпущенный фирмой микропроцессор Intel 8080, значительно более мощный, чем его предшественники, выполнял до 290 тысяч операций в секунду. Он стал промышленным стандартом, а фирма Intel быстро завоевала 8-битный рынок.

В 1974 году Хофф начал активно работать над телекоммуникационной продукцией Intel. Он помог создать конфигурацию "аналогового" микропроцессора — "EPROM цифровой сигнальный процессор с аналоговыми входными и выходными интерфейсами". В 1978 Хофф был выдвинут в члены Ученого совета Intel. В конце 1982 года ученый привел в изумление электронную промышленность, объявив, что после 14 лет он намерен покинуть Intel. Он чувствовал, что ему нужна перемена. Тед Хофф становится вице- президентом корпорации, возглавив исследования и развитие в калифорнийской фирме Atari, с мандатом на создание новой продукции. Хоффа привлекла Atari, т. к. она поставляла домашние компьютеры, которые интересовали его больше всего. Но спустя 18 месяцев, в июле 1984 года, компания была продана, и Хофф стал вести индивидуальные консультации и исследования. Он начал работать в своем гараже, превращенном в лабораторию, где, по его словам, он может создать почти все, что хочет. Когда его спрашивали, в каком направлении он проводит исследования, он отвечал неопределенно: "Я изучаю некоторые аспекты интерфейса и пути более полного использования компьютера". Хофф предсказал времена, когда компьютеры будут управлять большей частью нудной работы в повседневной жизни.

В 1983 году Тед Хофф стал третьим обладателем медали Дэвиса "За выдающиеся технические достижения" политехнического колледжа Ренсселэра в знак признания его изобретения микропроцессора.

В 1996 году отмечался 25-летний юбилей изобретения микропроцессора. По этому поводу фирма Intel заявила, что отныне в одном ряду с именами Томаса Эдисона, братьев Райт и Александра Белла будут стоять имена трех бывших сотрудников корпорации Intel — инженеров, которые без малого 25 лет назад создали первый в мире микропроцессор: это доктор Тед Хофф, доктор Федерико Феджин и Стэн Мэйзор. Их имена внесены в список лауреатов Национального зала славы изобретателей США, о чем было объявлено 28 июня 1996 года на пресс-конференции в Стэнфордском университете.

Оглавление книги