Pensou que tinha começado com o Intel 4004, mas a história é mais complicada
Transistores, os amplificadores e interruptores electrónicos encontrados no coração de tudo, desde rádios de bolso a supercomputadores de tamanho de armazém, foram inventados em 1947. Os primeiros dispositivos eram de um tipo chamado transístores bipolares, que ainda estão em uso. Nos anos 60, os engenheiros tinham descoberto como combinar vários transístores bipolares em circuitos integrados únicos. Mas devido à estrutura complexa destes transístores, um circuito integrado podia conter apenas um pequeno número deles. Assim, embora um minicomputador construído a partir de circuitos integrados bipolares fosse muito mais pequeno do que os computadores anteriores, ainda exigia múltiplas placas com centenas de chips.
Em 1960, foi demonstrado um novo tipo de transístor: o transístor semicondutor metal-oxido-semicondutor (MOS). No início, esta tecnologia não era assim tão promissora. Estes transístores eram mais lentos, menos fiáveis, e mais caros do que os seus homólogos bipolares. Mas em 1964, os circuitos integrados baseados em transístores MOS apresentavam densidades mais elevadas e custos de fabrico mais baixos do que os da concorrência bipolar. Os circuitos integrados continuaram a aumentar em complexidade, como descrito pela Lei de Moore, mas agora a tecnologia MOS assumiu a liderança.
No final dos anos 60, um único circuito integrado MOS podia conter 100 ou mais portas lógicas, cada uma contendo vários transístores, tornando a tecnologia particularmente atractiva para a construção de computadores. Estes chips com os seus muitos componentes receberam a etiqueta LSI, para integração em larga escala.
Os engenheiros reconheceram que a densidade crescente dos transístores MOS acabaria por permitir que um processador de computador completo fosse colocado num único chip. Mas como os transístores MOS eram mais lentos do que os bipolares, um computador baseado em chips MOS só fazia sentido quando era necessário um desempenho relativamente baixo ou quando o aparelho tinha de ser pequeno e leve – tal como para terminais de dados, calculadoras, ou aviónica. Assim, estes foram os tipos de aplicações informáticas que deram início à revolução do microprocessador.
A maioria dos engenheiros de hoje têm a impressão de que o início dessa revolução começou em 1971 com os 4-bit 4004 da Intel e foi imediata e logicamente seguido pelo chip de 8-bit 8008 da empresa. Na verdade, a história do nascimento do microprocessador é muito mais rica e surpreendente. Em particular, alguns documentos recentemente descobertos iluminam como um chip há muito esquecido – o TMX 1795 da Texas Instruments – bateu o Intel 8008 para se tornar o primeiro microprocessador de 8 bits, apenas para cair na obscuridade.
O que abriu a porta para os primeiros microprocessadores, então, foi a aplicação de circuitos integrados MOS à computação. O primeiro computador a ser fabricado a partir de chips MOS-LSI foi algo chamado D200, criado em 1967 pela Autonetics, uma divisão da aviação norte-americana, localizada em Anaheim, Califórnia.
Este computador compacto de 24-bit de uso geral foi concebido para a aviação e navegação. A sua unidade central de processamento foi construída a partir de 24 chips MOS e beneficiou de uma técnica de desenho chamada lógica de quatro fases, que utilizava quatro sinais de relógio separados, cada um com um padrão de on-off diferente, ou fase, para conduzir alterações nos estados dos transístores, permitindo simplificar substancialmente os circuitos. Pesando apenas alguns quilos, o computador foi utilizado para orientação sobre o míssil balístico Poseidon e para a gestão de combustível no bombardeiro B-1. Foi mesmo considerado para o vaivém espacial.
O D200 foi seguido em breve por outro computador de aviónica que continha três CPUs e que utilizou no total 28 chips: o Computador Central de Dados Aéreos, construído por Garrett AiResearch (agora parte de Honeywell). O computador, um sistema de controlo de voo concebido para o caça F-14, utilizava o chipset MP944 MOS-LSI, que Garrett AiResearch desenvolveu entre 1968 e 1970. O computador de 20 bits processou informação de sensores e gerou saídas para instrumentação e controlo de aeronaves.
A arquitectura do computador F-14 era invulgar. Tinha três unidades funcionais que funcionavam em paralelo: uma para multiplicação, uma para divisão, e uma para funções lógicas especiais (que incluíam a fixação de um valor entre os limites superior e inferior). Cada unidade funcional era composta por vários tipos diferentes de chips MOS, tais como um chip de memória só de leitura (ROM), que continha os dados que determinavam como a unidade iria funcionar; um chip de direcção de dados; vários chips aritméticos; e um chip RAM para armazenamento temporário.
Porque o computador F-14 foi classificado, poucas pessoas alguma vez souberam sobre o chipset MP944. Mas a Autonetics divulgou amplamente o seu D200, que depois inspirou um computador ainda mais compacto baseado em MOS: o Sistema IV. Esse computador foi a criação de Lee Boysel, que deixou a Fairchild Semiconductor em 1968 para cofundar a Four-Phase Systems, dando à sua nova empresa o nome da lógica quadrifásica de Autonetics.
A CPU do Sistema IV de 24 bits foi construída a partir de apenas nove chips MOS: três chips de unidade aritmética-lógica (ALU) de um desenho apelidado de AL1 (que executava operações aritméticas como adicionar e subtrair, juntamente com operações lógicas como AND, OR, e NOT), três chips de ROM, e três chips aleatórios-lógicos.
Almost simultaneamente, uma empresa de arranque sediada em Massachusetts chamada Viatron Computer Systems entrou no jogo. Apenas um ano após o seu lançamento em Novembro de 1967, a empresa anunciou o seu Sistema 21, um minicomputador de 16 bits com vários acessórios, todos construídos a partir de chips MOS personalizados.
Podemos agradecer a alguém da Viatron por cunhar a palavra “microprocessador”. A empresa utilizou-o pela primeira vez num anúncio de Outubro de 1968 de um produto a que chamou o 2101. Mas este microprocessador não era um chip. No léxico da Viatron, a palavra referia-se a parte de um terminal inteligente, um que vinha completo com teclado e unidades de fita e ligado a um minicomputador separado. O “microprocessador” de Viatron controlava o terminal e consistia em 18 chips MOS personalizados em três placas separadas.
Em finais dos anos 60, a calculadora japonesa Business Computer Corp. (mais conhecida como Busicom) contratada com a Intel para chips personalizados para uma calculadora de múltiplos chips. O produto final foi simplificado para um CPU de chip único, o agora famoso Intel 4004, juntamente com os chips de companhia para armazenamento e entrada/saída (I/O). O 4-bit 4004 (o que significa que manipulou palavras de dados que tinham apenas 4 bits de largura) é frequentemente considerado o primeiro microprocessador.
A calculadora que continha o 4004 foi reunida pela primeira vez no início de 1971. Nessa altura, já tinha muita concorrência. Uma empresa de semicondutores chamada Mostek tinha produzido a primeira calculadora sobre um chip, a MK6010. E a Pico Electronics e a General Instrument também tinham a sua calculadora G250 em um chip a funcionar. Em seis meses, a calculadora TMS 1802 da Texas Instruments também estava operacional, sendo o primeiro chip da linha 0100 da TI com enorme sucesso. Enquanto estes circuitos funcionavam bem como calculadoras, não podiam fazer mais nada, enquanto que o 4004 funcionava executando instruções armazenadas na ROM externa. Assim, podia servir num computador de uso geral.
Este foi um tempo rápido para o negócio da calculadora electrónica, e depois de se deparar com dificuldades financeiras, Busicom abdicou dos seus direitos exclusivos sobre o chip 4004. Em Novembro de 1971, a Intel começou a comercializá-lo e aos chips de suporte associados como um produto autónomo destinado a aplicações informáticas gerais. Dentro de poucos meses, o 4004 foi eclipsado por microprocessadores mais potentes, no entanto, encontrou poucas aplicações comerciais. Incluíram um par de máquinas de pinball, um processador de texto, e um sistema de contagem de votos.
Neste sentido, foi uma calculadora electrónica que deu origem ao primeiro microprocessador, o 4-bit 4004 da Intel. Mas os microprocessadores de 8 bits que rapidamente lhe sucederam tiveram uma génese muito diferente. Essa história começa em 1969 com o desenvolvimento do Datapoint 2200 “terminal programável”, por uma empresa chamada Computer Terminal Corp. (CTC), com sede em San Antonio, Texas.
O Datapoint 2200 era realmente um computador de uso geral, não apenas um terminal. O seu processador de 8 bits foi inicialmente construído a partir de cerca de 100 chips bipolares. Os seus designers procuravam formas de fazer com que o processador consumisse menos energia e gerasse menos calor. Assim, no início de 1970, o CTC providenciou para que a Intel construísse um único chip MOS para substituir a placa do processador Datapoint, embora não esteja claro se a ideia de usar um único chip veio da Intel ou do CTC.
Até Junho de 1970, a Intel tinha desenvolvido uma especificação funcional para um chip com base na arquitectura do Datapoint 2200 e depois suspendeu o projecto durante seis meses. Este é o design que se tornaria o Intel 8008. Assim, quer considere o 4004 inspirado na calculadora ou o 8008 inspirado no terminal como o primeiro microprocessador de um chip verdadeiramente útil, de uso geral, teria de creditar a sua criação à Intel, certo? Nem por isso.
Verá que, em 1970, quando a Intel começou a trabalhar no 8008, era um arranque com cerca de 100 funcionários. Depois de saber do projecto de processador da Intel, Texas Instruments, ou TI – um gigante de uma empresa, com 45.000 funcionários – como CTC – se também ela poderia construir um processador para o Datapoint 2200. O CTC deu aos engenheiros da TI as especificações do computador e disse-lhes para irem em frente. Quando regressaram com um desenho de três chips, CTC perguntou-lhes se a TI poderia construí-lo num único chip, como a Intel estava a fazer. A TI começou então a trabalhar num CPU de chip único para o CTC por volta de Abril de 1970. Esse desenho, concluído no ano seguinte, foi inicialmente chamado TMX 1795 (X de “experimental”), um nome que se transformou em TMC 1795 quando chegou a altura do chip perder o seu estatuto de protótipo.
Em Junho de 1971, a TI lançou uma campanha mediática para o TMC 1795 descrevendo como este “processador central num chip” faria do novo Datapoint 2200 “um potente computador com características que o original não podia oferecer”. Isso não aconteceu, no entanto: Depois de testar o TMC 1795, CTC rejeitou-o, optando por continuar a construir o seu processador utilizando uma placa de chips bipolares. O chip da Intel só estaria pronto no final desse ano.
Muitos historiadores da tecnologia acreditam que o TMC 1795 morreu nessa altura e ali. Mas documentos recém-chegados do falecido Gary Boone, o principal desenvolvedor do chip, mostram que após a rejeição do CTC, a TI tentou vender o chip (que após algumas pequenas melhorias ficou conhecido como o TMC 1795A) a várias empresas. A Ford Motor Co. mostrou interesse em utilizar o chip como controlador de motor em 1971, fazendo com que Boone escrevesse: “Penso que entrámos no mercado de massas de que o nosso ‘CPU-on-a-chip’ precisa desesperadamente”. Infelizmente, estes esforços falharam, e a TI deixou de comercializar o TMC 1795, concentrando-se antes nos seus chips de calculadora mais rentáveis. No entanto, se quiser atribuir crédito ao primeiro microprocessador de 8 bits, deve dar essa honra à TI, não importa que ela tenha atrapalhado a oportunidade.
Engines of Change: Estes memorandos revelam que a Ford Motor Co. considerou utilizar o microprocessador pioneiro da TI como controlador de motor.
Na altura em que a Intel tinha o 8008 a funcionar, no final de 1971, o CTC tinha perdido o interesse em CPUs de chip único e abdicou dos seus direitos exclusivos sobre o desenho. A Intel passou a comercializar o 8008, anunciando-o em Abril de 1972 e, por fim, produzindo centenas de milhares delas. Dois anos mais tarde, o 8008 deu origem ao microprocessador 8080 da Intel, que influenciou fortemente o 8086, que por sua vez abriu as comportas para a actual linha de chips x86 da Intel. Assim, se estiver sentado num PC com um processador x86 neste momento, está a usar um computador baseado num desenho que data do terminal programável Datapoint 2200 de 1969.
Como esta história deixa claro, a evolução do microprocessador seguiu tudo menos uma linha recta. Muito foi o resultado do acaso e o resultado de várias decisões comerciais que poderiam facilmente ter sido tomadas de outra forma. Considere como a arquitectura do processador de 8 bits que o CTC concebeu para o Datapoint 2200 foi implementada de quatro formas distintas. O CTC fê-lo duas vezes utilizando uma placa recheada com chips bipolares, primeiro num arranjo que comunicava dados em série e mais tarde utilizando um desenho paralelo que era muito mais rápido. Tanto a TI como a Intel cumpriram os requisitos do CTC com chips únicos com conjuntos de instruções quase idênticos, mas a embalagem, sinais de controlo, tempo de instrução e circuitos internos dos dois chips eram totalmente diferentes.
Intel utilizou tecnologia mais avançada do que a TI, sobretudo portões auto-alinhados feitos de polissilício, o que tornou os transístores mais rápidos e melhorou os rendimentos. Esta abordagem também permitiu que os transístores fossem embalados de forma mais densa. Como resultado, os 4004 e os 8008, mesmo combinados, eram mais pequenos do que o TMC 1795. De facto, os engenheiros da Intel consideraram o chip TI demasiado grande para ser prático, mas não foi realmente o caso: O chip calculador TMS 0100 da TI, altamente bem sucedido, introduzido pouco depois, era ainda maior do que o TMC 1795.
p>Dado tudo isto, a quem devemos dar crédito com a invenção do microprocessador? Uma resposta é que o microprocessador não era realmente uma invenção, mas sim algo que todos sabiam que iria acontecer. Era apenas uma questão de esperar que a tecnologia e o mercado fizessem fila. Acho esta perspectiva a mais convincente.
Outra forma de ver as coisas é que “microprocessador” é basicamente um termo de marketing impulsionado pela necessidade da Intel, TI, e outras empresas de chips de marcar os seus novos produtos. Boone, apesar de ter sido o criador do TMC 1795, creditou mais tarde a Intel pelo seu empenho em transformar o microprocessador num produto viável. Numa carta sem data, aparentemente parte de uma discussão jurídica sobre quem deveria receber o crédito pelo microprocessador, Boone escreveu: “O tema dominante no desenvolvimento do microprocessador é o compromisso empresarial assumido pela Intel no período 1972-75…. As suas inovações em design, software e marketing tornaram possível esta indústria, ou pelo menos apressaram-na”
Honors for creating the first microprocessor also dependent de como se define a palavra. Alguns definem um microprocessador como uma CPU num chip. Outros dizem que tudo o que é necessário é uma unidade lógica aritmética num chip. Outros ainda permitiriam que estas funções fossem empacotadas em alguns chips, que constituiriam colectivamente o microprocessador.
Na minha opinião, as principais características de um microprocessador são que fornece uma CPU num único chip (incluindo ALU, funções de controlo, e registos como um contador de programas) e que é programável. Mas um microprocessador não é um computador completo: Os chips adicionais são normalmente necessários para memória, E/S, e outras funções de suporte.
Usando tal definição, a maioria das pessoas considera o Intel 4004 como o primeiro microprocessador porque contém todos os componentes da unidade central de processamento num único chip. Tanto Boone como Federico Faggin (da equipa da Intel 4004) concordam que o 4004 venceu os primeiros protótipos TMX 1795 em um ou dois meses. Este último representaria então o primeiro microprocessador de 8 bits, e o Intel 8008 o primeiro microprocessador de 8 bits comercialmente bem sucedido.
Mas se se adoptar uma definição menos restritiva de “microprocessador”, muitos sistemas poderiam ser considerados como os primeiros. Aqueles que consideram um ALU-on-a-chip como sendo um microprocessador credit Boysel por ter feito o primeiro na Fairchild em 1968, pouco antes de ele sair para cofundar os Sistemas de Quatro Fases. O AL1 da Four-Phase Systems é também um candidato porque combinou registos e ALU num único chip, tendo ao mesmo tempo o circuito de controlo externo. Se permitir que um microprocessador possa consistir em múltiplos chips LSI, o Autonetics D200 qualificar-se-ia como primeiro.
Patentes fornecem um ângulo diferente sobre a invenção do microprocessador. A TI foi rápida a perceber a rentabilidade das patentes. Obteve múltiplas patentes sobre o TMX 1795 e o TMS 0100 e fez uso pesado destas patentes em litígios e acordos de licenciamento.
Baseando-se nas suas patentes, a TI poderia ser considerada como inventora tanto do microprocessador como do microcontrolador, uma embalagem de chip único de CPU, memória, e várias funções de suporte. Ou talvez não. Isto porque Gilbert Hyatt obteve uma patente para o processador de chip único em 1990, baseada num computador de série de 16 bits que construiu em 1969 a partir de placas de chips bipolares. Isto levou a afirmar que Hyatt foi o inventor do microprocessador, até que a TI derrotou a patente de Hyatt em 1996, após uma batalha legal complexa.
Outro possível inventor a creditar seria Boysel. Em 1995, durante um processo legal que mais tarde Gordon Bell chamou de forma ridícula “TI versus Todos”, Boysel contrariou as patentes de processador de chip único da TI utilizando um único chip AL1 ALU de 1969 para demonstrar um computador funcional ao tribunal. A sua jogada torpedeou efectivamente o caso da TI, embora eu não veja a sua demonstração como particularmente convincente, porque usou alguns truques técnicos para o conseguir.
Independentemente do que considere o primeiro microprocessador, tem de concordar que não houve falta de concorrentes para este título. É realmente uma pena que a maioria das pessoas procure reconhecer apenas um vencedor na corrida e que muitos corredores fascinantes sejam agora quase completamente esquecidos. Mas para aqueles de nós com interesse nos primeiros dias da microinformática, esta rica história viverá em.
Sobre o Autor
Ken Shirriff trabalhou como programador para o Google antes de se reformar em Junho de 2016. Um fan da história do computador, ele está fascinado com os primeiros chips de CPU. Na altura da publicação deste artigo, ele estava a ajudar a restaurar um microcomputador Xerox Alto de 1973, o computador que introduziu a interface gráfica do utilizador e o rato. (Para mais informações sobre a restauração, ver o blogue de Shirriff, www.righto.com.)