Pensabas que todo empezó con el Intel 4004, pero la historia es más complicada
Los transistores, los amplificadores e interruptores electrónicos que se encuentran en el corazón de todo, desde las radios de bolsillo hasta los superordenadores del tamaño de un almacén, se inventaron en 1947. Los primeros dispositivos eran de un tipo llamado transistores bipolares, que todavía se utilizan. En la década de 1960, los ingenieros ya habían descubierto cómo combinar múltiples transistores bipolares en un único circuito integrado. Pero debido a la compleja estructura de estos transistores, un circuito integrado sólo podía contener un pequeño número de ellos. Así, aunque un miniordenador construido a partir de circuitos integrados bipolares era mucho más pequeño que los ordenadores anteriores, seguía necesitando múltiples placas con cientos de chips.
En 1960, se demostró un nuevo tipo de transistor: el transistor semiconductor de óxido metálico (MOS). Al principio esta tecnología no era tan prometedora. Estos transistores eran más lentos, menos fiables y más caros que sus homólogos bipolares. Pero en 1964, los circuitos integrados basados en transistores MOS presentaban mayores densidades y menores costes de fabricación que los de la competencia bipolar. Los circuitos integrados siguieron aumentando su complejidad, tal y como describe la Ley de Moore, pero ahora la tecnología MOS tomó la delantera.
A finales de la década de 1960, un solo circuito integrado MOS podía contener 100 o más puertas lógicas, cada una de las cuales contenía múltiples transistores, lo que hacía que la tecnología fuera especialmente atractiva para construir ordenadores. Estos chips, con sus numerosos componentes, recibieron el nombre de LSI, de integración a gran escala.
Los ingenieros reconocieron que la creciente densidad de los transistores MOS acabaría permitiendo colocar un procesador de ordenador completo en un solo chip. Pero como los transistores MOS eran más lentos que los bipolares, un ordenador basado en chips MOS sólo tenía sentido cuando se necesitaba un rendimiento relativamente bajo o cuando el aparato tenía que ser pequeño y ligero, como en el caso de los terminales de datos, las calculadoras o la aviónica. Así que esos fueron los tipos de aplicaciones informáticas que marcaron el comienzo de la revolución de los microprocesadores.
La mayoría de los ingenieros de hoy en día tienen la impresión de que el inicio de esa revolución comenzó en 1971 con el 4004 de 4 bits de Intel y que fue seguido inmediata y lógicamente por el chip 8008 de la compañía. En realidad, la historia del nacimiento del microprocesador es mucho más rica y sorprendente. En particular, algunos documentos recientemente descubiertos aclaran cómo un chip olvidado hace tiempo -el TMX 1795 de Texas Instruments- superó al 8008 de Intel para convertirse en el primer microprocesador de 8 bits, sólo para caer en el olvido.
Lo que abrió la puerta a los primeros microprocesadores fue la aplicación de los circuitos integrados MOS a la informática. El primer ordenador fabricado con chips MOS-LSI fue el llamado D200, creado en 1967 por Autonetics, una división de North American Aviation, ubicada en Anaheim, California.
Este compacto ordenador de propósito general de 24 bits fue diseñado para la aviación y la navegación. Su unidad central de procesamiento estaba construida con 24 chips MOS y se beneficiaba de una técnica de diseño denominada lógica de cuatro fases, que utilizaba cuatro señales de reloj separadas, cada una con un patrón de encendido y apagado diferente, o fase, para impulsar los cambios de estado de los transistores, lo que permitía simplificar sustancialmente los circuitos. Con un peso de sólo unos pocos kilogramos, el ordenador se utilizó para el guiado del misil balístico lanzado desde el submarino Poseidón y para la gestión del combustible en el bombardero B-1. Incluso se pensó en utilizarlo en el transbordador espacial.
Al D200 le siguió poco después otro ordenador de aviónica que contenía tres CPU y utilizaba en total 28 chips: el Central Air Data Computer, construido por Garrett AiResearch (ahora parte de Honeywell). El ordenador, un sistema de control de vuelo diseñado para el caza F-14, utilizaba el conjunto de chips MOS-LSI MP944, que Garrett AiResearch desarrolló entre 1968 y 1970. El ordenador de 20 bits procesaba la información de los sensores y generaba salidas para la instrumentación y el control de la aeronave.
La arquitectura del ordenador del F-14 era inusual. Tenía tres unidades funcionales que operaban en paralelo: una para la multiplicación, otra para la división y otra para funciones lógicas especiales (que incluían la fijación de un valor entre los límites superior e inferior). Cada unidad funcional estaba compuesta por varios tipos diferentes de chips MOS, como un chip de memoria de sólo lectura (ROM), que contenía los datos que determinaban el funcionamiento de la unidad; un chip de dirección de datos; varios chips aritméticos; y un chip RAM para el almacenamiento temporal.
Debido a que el ordenador F-14 era clasificado, pocas personas conocieron el conjunto de chips MP944. Pero Autonetics dio amplia publicidad a su D200, que luego inspiró un ordenador aún más compacto basado en MOS: el System IV. Ese ordenador fue obra de Lee Boysel, que dejó Fairchild Semiconductor en 1968 para cofundar Four-Phase Systems, bautizando su nueva empresa con el nombre de la lógica de cuatro fases de Autonetics.
La CPU del System IV de 24 bits se construyó a partir de nada menos que nueve chips MOS: tres chips de unidad aritmética-lógica (ALU) de un diseño apodado AL1 (que realizaba operaciones aritméticas como la suma y la resta, junto con operaciones lógicas como AND, OR y NOT), tres chips ROM y tres chips de lógica aleatoria.
Casi al mismo tiempo, una empresa de Massachusetts llamada Viatron Computer Systems entró en el juego. Apenas un año después de su lanzamiento, en noviembre de 1967, la empresa anunció su System 21, un miniordenador de 16 bits con varios accesorios, todo ello construido con chips MOS personalizados.
Podemos agradecer a alguien de Viatron que acuñara la palabra «microprocesador». La empresa la utilizó por primera vez en un anuncio de octubre de 1968 de un producto que llamó 2101. Pero este microprocesador no era un chip. En el léxico de Viatron, la palabra se refería a una parte de un terminal inteligente, que se completaba con un teclado y unidades de cinta y se conectaba a un miniordenador independiente. El «microprocesador» de Viatron controlaba el terminal y consistía en 18 chips MOS personalizados en tres placas distintas.
En medio de estos tejemanejes a finales de los años 60, el fabricante japonés de calculadoras Business Computer Corp. (más conocido como Busicom) contrató a Intel para obtener chips personalizados para una calculadora de múltiples chips. El producto final se simplificó a una CPU de un solo chip, el ahora famoso Intel 4004, junto con chips complementarios para el almacenamiento y la entrada/salida (E/S). El 4004 de 4 bits (lo que significa que manipulaba palabras de datos de sólo 4 bits de ancho) se considera a menudo como el primer microprocesador.
La calculadora que contenía el 4004 se reunió por primera vez a principios de 1971. Para entonces, tenía mucha competencia. Una empresa de semiconductores llamada Mostek había producido la primera calculadora en un chip, la MK6010. Y Pico Electronics y General Instrument también tenían su calculadora-en-un-chip G250 en funcionamiento. En seis meses, la calculadora-en-un-chip TMS 1802 de Texas Instruments también estaba operativa, siendo el primer chip de la exitosa línea 0100 de TI. Aunque estos circuitos funcionaban bien como calculadoras, no podían hacer nada más, mientras que el 4004 funcionaba ejecutando instrucciones almacenadas en una ROM externa. Por lo tanto, podía servir en un ordenador de propósito general.
Esta era una época de rápido movimiento para el negocio de las calculadoras electrónicas, y después de tener dificultades financieras, Busicom renunció a sus derechos exclusivos sobre el chip 4004. En noviembre de 1971, Intel comenzó a comercializarlo, junto con los chips de apoyo asociados, como un producto independiente destinado a aplicaciones informáticas generales. Sin embargo, en pocos meses, el 4004 fue eclipsado por microprocesadores más potentes, por lo que encontró pocas aplicaciones comerciales. Entre ellas, un par de máquinas de pinball, un procesador de textos y un sistema de recuento de votos.
En este sentido, fue una calculadora electrónica la que engendró el primer microprocesador, el 4004 de 4 bits de Intel. Pero los microprocesadores de 8 bits que le sucedieron rápidamente tuvieron una génesis muy diferente. La historia comienza en 1969 con el desarrollo del «terminal programable» Datapoint 2200, por una empresa llamada Computer Terminal Corp. (CTC), con sede en San Antonio, Texas.
El Datapoint 2200 era realmente un ordenador de propósito general, no sólo un terminal. Su procesador de 8 bits se construyó inicialmente con unos 100 chips bipolares. Sus diseñadores buscaban la forma de que el procesador consumiera menos energía y generara menos calor. Así que a principios de 1970, CTC consiguió que Intel construyera un único chip MOS para sustituir la placa del procesador Datapoint, aunque no está claro si la idea de utilizar un único chip partió de Intel o de CTC.
En junio de 1970, Intel había desarrollado una especificación funcional para un chip basado en la arquitectura del Datapoint 2200 y luego dejó el proyecto en suspenso durante seis meses. Este es el diseño que se convertiría en el Intel 8008. Así que, tanto si se considera que el 4004, inspirado en una calculadora, como el 8008, inspirado en un terminal, es el primer microprocesador de propósito general de un solo chip realmente útil, habría que atribuir su creación a Intel, ¿verdad? En realidad, no.
En 1970, cuando Intel comenzó a trabajar en el 8008, era una empresa nueva con unos 100 empleados. Tras conocer el proyecto de procesador de Intel, Texas Instruments, o TI -una empresa gigantesca, con 45.000 empleados- preguntó a CTC si también podía construir un procesador para el Datapoint 2200. CTC dio a los ingenieros de TI las especificaciones del ordenador y les dijo que siguieran adelante. Cuando volvieron con un diseño de tres chips, CTC preguntó con insistencia si TI podía construirlo en un solo chip, como estaba haciendo Intel. TI comenzó a trabajar en una CPU de un solo chip para CTC alrededor de abril de 1970. Ese diseño, completado al año siguiente, se llamó primero TMX 1795 (X de «experimental»), nombre que se transformó en TMC 1795 cuando llegó el momento de que el chip dejara de ser un prototipo.
En junio de 1971, TI lanzó una campaña en los medios de comunicación para el TMC 1795 en la que se describía cómo este «procesador central en un chip» convertiría al nuevo Datapoint 2200 en «un potente ordenador con características que el original no podía ofrecer». Sin embargo, eso no ocurrió: Tras probar el TMC 1795, CTC lo rechazó y optó por seguir construyendo su procesador con una placa de chips bipolares. El chip de Intel no estaría listo hasta finales de ese año.
Muchos historiadores de la tecnología creen que el TMC 1795 murió en ese momento. Sin embargo, documentos recientemente publicados por el difunto Gary Boone, principal desarrollador del chip, muestran que tras el rechazo del CTC, TI trató de vender el chip (que tras algunas mejoras menores pasó a llamarse TMC 1795A) a varias empresas. Ford Motor Co. mostró interés en utilizar el chip como controlador de motores en 1971, lo que hizo que Boone escribiera: «Creo que hemos entrado en el mercado de masas que nuestra ‘CPU en un chip’ necesita desesperadamente». Por desgracia, estos esfuerzos fracasaron y TI dejó de comercializar el TMC 1795, centrándose en cambio en sus chips de calculadora, más rentables. No obstante, si se quiere atribuir el mérito del primer microprocesador de 8 bits, hay que conceder ese honor a TI, sin importar que perdiera la oportunidad.
Para cuando Intel tuvo el 8008 funcionando, a finales de 1971, CTC había perdido el interés en las CPU de un solo chip y renunció a sus derechos exclusivos sobre el diseño. Intel pasó a comercializar el 8008, anunciándolo en abril de 1972 y produciendo finalmente cientos de miles de ellos. Dos años más tarde, el 8008 dio lugar al microprocesador 8080 de Intel, que influyó enormemente en el 8086, que a su vez abrió las puertas a la actual línea de chips x86 de Intel. Así que si usted está sentado en un PC con un procesador x86 ahora mismo, está utilizando un ordenador basado en un diseño que se remonta al terminal programable 2200 de Datapoint de 1969.
Como deja claro esta historia, la evolución del microprocesador siguió cualquier cosa menos una línea recta. Gran parte fue fruto de la casualidad y el resultado de varias decisiones empresariales que podrían haber sido fácilmente de otro modo. Considere cómo la arquitectura del procesador de 8 bits que CTC diseñó para el Datapoint 2200 se implementó de cuatro formas distintas. CTC lo hizo dos veces utilizando una placa repleta de chips bipolares, primero en una disposición que comunicaba los datos en serie y después utilizando un diseño en paralelo que era mucho más rápido. Tanto TI como Intel cumplieron los requisitos del CTC con chips individuales que tenían conjuntos de instrucciones casi idénticos, pero el empaquetado, las señales de control, la sincronización de las instrucciones y los circuitos internos de los dos chips eran totalmente diferentes.
Intel utilizó una tecnología más avanzada que la de TI, sobre todo puertas autoalineadas hechas de polisilicio, lo que hizo que los transistores fueran más rápidos y mejorara el rendimiento. Este enfoque también permitía empaquetar los transistores con mayor densidad. Como resultado, el 4004 y el 8008, incluso combinados, eran más pequeños que el TMC 1795. De hecho, los ingenieros de Intel consideraban que el chip de TI era demasiado grande para ser práctico, pero en realidad no era así: El exitoso chip de calculadora TMS 0100 de TI, introducido poco después, era incluso mayor que el TMC 1795.
Dado todo esto, ¿a quién debemos atribuir la invención del microprocesador? Una de las respuestas es que el microprocesador no fue realmente un invento, sino algo que todo el mundo sabía que iba a suceder. Sólo era cuestión de esperar a que la tecnología y el mercado se alinearan. Me parece que esta perspectiva es la más convincente.
Otra forma de ver las cosas es que «microprocesador» es básicamente un término de marketing impulsado por la necesidad de Intel, TI y otras empresas de chips de poner marca a sus nuevos productos. Boone, a pesar de ser el desarrollador del TMC 1795, posteriormente dio crédito a Intel por su compromiso de convertir el microprocesador en un producto viable. En una carta sin fecha, que aparentemente formaba parte de una discusión legal sobre quién debía recibir el crédito por el microprocesador, escribió: «El tema dominante en el desarrollo del microprocesador es el compromiso corporativo realizado por Intel en el periodo 1972-75…. Sus innovaciones en diseño, software y marketing hicieron posible esta industria, o al menos la aceleraron».
Los honores por crear el primer microprocesador también dependen de cómo se defina la palabra. Algunos definen un microprocesador como una CPU en un chip. Otros dicen que todo lo que se requiere es una unidad aritmética lógica en un chip. Y otros permitirían que estas funciones estuvieran empaquetadas en unos pocos chips, que constituirían colectivamente el microprocesador.
En mi opinión, las características clave de un microprocesador son que proporciona una CPU en un solo chip (incluyendo ALU, funciones de control y registros como un contador de programa) y que es programable. Pero un microprocesador no es un ordenador completo: Normalmente se necesitan chips adicionales para la memoria, la E/S y otras funciones de apoyo.
Siguiendo esta definición, la mayoría de la gente considera que el Intel 4004 es el primer microprocesador porque contiene todos los componentes de la unidad central de procesamiento en un solo chip. Tanto Boone como Federico Faggin (del equipo del 4004 de Intel) coinciden en que el 4004 superó a los primeros prototipos del TMX 1795 por uno o dos meses. Este último representaría entonces el primer microprocesador de 8 bits, y el Intel 8008 el primer microprocesador de 8 bits con éxito comercial.
Pero si se adopta una definición menos restrictiva de «microprocesador», muchos sistemas podrían considerarse los primeros. Los que consideran que una ALU en un chip es un microprocesador atribuyen a Boysel la fabricación del primero en Fairchild en 1968, poco antes de que se marchara para cofundar Four-Phase Systems. El AL1 de Four-Phase Systems también es un candidato porque combinaba registros y ALU en un solo chip, mientras que el circuito de control era externo. Si se admite que un microprocesador puede estar formado por varios chips LSI, el D200 de Autonetics podría ser el primero.
Las patentes ofrecen un punto de vista diferente sobre la invención del microprocesador. TI se dio cuenta rápidamente de la rentabilidad de las patentes. Obtuvo múltiples patentes sobre el TMX 1795 y el TMS 0100 e hizo un gran uso de estas patentes en litigios y acuerdos de licencia.
En base a sus patentes, TI podría considerarse el inventor tanto del microprocesador como del microcontrolador, un paquete de un solo chip de CPU, memoria y varias funciones de apoyo. O quizás no. Esto se debe a que Gilbert Hyatt obtuvo la patente del procesador de un solo chip en 1990, basándose en un ordenador en serie de 16 bits que construyó en 1969 a partir de placas de chips bipolares. Esto llevó a afirmar que Hyatt era el inventor del microprocesador, hasta que TI derrotó la patente de Hyatt en 1996 tras una compleja batalla legal.
Otro posible inventor al que dar crédito sería Boysel. En 1995, durante un proceso judicial que Gordon Bell denominó más tarde, en tono de burla, «TI contra todo el mundo», Boysel se opuso a las patentes de procesadores de un solo chip de TI utilizando un único chip AL1 ALU de 1969 para demostrar al tribunal un ordenador que funcionaba. Su movimiento torpedeó efectivamente el caso de TI, aunque no veo su demostración como particularmente convincente, porque utilizó algunos trucos técnicos para lograrlo.
Independientemente de lo que usted considere el primer microprocesador, usted tiene que estar de acuerdo en que no había falta de contendientes para este título. Es una pena, en realidad, que la mayoría de la gente busque reconocer a un solo ganador en la carrera y que muchos fascinantes subcampeones estén ahora casi totalmente olvidados. Pero para los que tenemos interés en los primeros días de la microinformática, esta rica historia seguirá viva.
Acerca del autor
Ken Shirriff trabajó como programador para Google antes de jubilarse en junio de 2016. Aficionado a la historia de la informática, le fascinan los primeros chips de CPU. En el momento de publicar este artículo, estaba ayudando a restaurar un microordenador Xerox Alto de 1973, el ordenador que introdujo la interfaz gráfica de usuario y el ratón. (Para más información sobre la restauración, consulte el blog de Shirriff, www.righto.com.)