Blog

Удовлетворяя потребность в вычислениях / Хабр

Считайте это видение пророческим или преждевременным, но в любом случае цель Хаггерти оказалась недостижимой. К концу 1966 года Килби и его команда создали прототип калькулятора (под кодовым названием «Cal Tech»): самый компактный из когда-либо созданных, весом чуть более килограмма и размерами 10х15х5 см. Но он содержал четыре сантиметровые интегральные схемы примерно по 1 000 транзисторов в каждой. TI могла производить такие плотные чипы только в экспериментальных масштабах: каждая пластина кремния, на которую наносились копии схем Cal Tech, давала лишь небольшое количество жизнеспособных, безошибочных чипов. Никто ещё не построил полупроводниковый завод, способный воплотить мечту Хаггерти. Но мировые возможности производства электроники развивались с беспрецедентной скоростью. К 1972 году то, что было невозможно, вдруг стало обыденностью, и карманные калькуляторы стали продаваться миллионами[2].

История карманного калькулятора — идеальная преамбула к истории персонального компьютера. Многие из действующих лиц этой истории — производители полупроводников Intel и MOS Technology, производители калькуляторов Commodore, MITS и Sinclair, розничная сеть торговли электроникой Radio Shack и даже отдельные энтузиасты калькуляторов, такие как Стив Возняк, — будут повторно встречаться в истории персонального компьютера. Резисторы И Конденсаторы

В 1959 году компания Fairchild Semiconductor наконец разрешила эту проблему, взяв за основу новую конструкцию транзистора с плоской поверхностью и покрытием из диоксида кремния, разработанную в Bell Labs. Жан Хоерни, один из так называемой предательской восьмёрки, недавно перешедшей из Shockley Semiconductor в Fairchild, придумал, как печатать транзисторы на пластинах, сначала позволяя кремнию нарастить защитное покрытие из оксида, а затем вытравливая отверстия, которые можно легировать примесями для создания транзисторов: при этом легирование не затрагивало участки, все ещё покрытые оксидом. Руководитель отдела исследований и разработок компании Fairchild Роберт Нойс понял, что этот «планарный процесс» производства транзисторов позволит создавать интегральные схемы. Никто не мог нанести металлическую проволоку непосредственно на необработанный полупроводник, потому что это разрушило бы расположенные под ним компоненты. Но Нойс считал, что защитный оксидный слой предотвратит это, позволяя проводам соединять транзисторы через тщательно протравленные окна[4].

В середине 1960-х годов рынок электронных калькуляторов составлял чуть более ста миллионов долларов. Они стоили дороже своих механических аналогов и были не меньше, а их преимущество заключалось в скорости вычислений, бесшумной работе и возможности вычислять нелинейные функции. Сначала на рынке доминировали американские производители офисного оборудования, такие как SCM (Smith-Corona Marchant), Friden (подразделение компании Singer, некогда известной своими швейными машинками) и Burroughs, но в конце десятилетия появились новые конкуренты, особенно из Японии, как раз когда микросхемы достигли той точки, когда они стали экономически выгодными для массового применения[8].

На рынке появилось множество мелких производителей калькуляторов, чтобы удовлетворить растущий спрос, в том числе MITS, небольшая новомексиканская компания по производству электроники, которая впоследствии выпустила Altair, и Sinclair Radionics, небольшая британская фирма, руководители которой впоследствии основали два самых успешных предприятия по производству персональных компьютеров в Великобритании. Важный игрок в индустрии персональных компьютеров, компания MOS Technology, начинала свой бизнес на рынке калькуляторов.

Производитель калькуляторов Allen-Bradley не хотел полностью зависеть от Texas Instruments, поэтому он обратился к начинающей компании MOS в качестве второго поставщика. Вскоре после этого MOS стала поставщиком для другого производителя калькуляторов, Commodore Business Machines, который позже попробует свои силы и в производстве персональных компьютеров. Обо всех этих компаниях мы ещё расскажем позже.

Затем, в 1974 году, рынок снова изменился. Производители полупроводников, уставшие наблюдать за тем, как их чипы уходят производителям калькуляторов, которые наживаются на том, что кладут их в пластиковый корпус вместе с несколькими кнопками, решили делать все сами и отсечь посредников. Цены упали ещё больше, сжимая нормы прибыли и угрожая уничтожением даже таким успешным компаниям, как Bowmar, если они не смогут вертикально интегрироваться и начать производить свои собственные чипы. У небольших компаний не было никакой надежды сделать даже это. Зажатые в тиски между падением цен и оптовой стоимостью чипов, все компании, связанные с персональными компьютерами, с которыми мы познакомились ранее, — MITS, Sinclair, MOS Technologies и Commodore — подошли к кризисной точке.

Всё началось с японской компании. Nippon Calculating Machine Corporation была одним из многих производителей механических калькуляторов, которые перешли (или пытались перейти) на электронные калькуляторы в конце 1960-х годов. Чтобы создать высокотехнологичный имидж, более соответствующий их новой продукции, в 1967 году компания провела ребрендинг и стала называться Business Computer Corporation, или Busicom[11].

Однако почти сразу же Busicom столкнулась с новой проблемой, которая потребовала ещё одного поворота: конкурирующий японский производитель калькуляторов Sharp в партнёрстве с американским производителем микросхем Rockwell создал калькулятор, в котором все необходимые компоненты умещались всего на четырёх микросхемах. Busicom начала искать своего американского партнёра, способного сотворить такую же магию микросхем, и нашла двух: Mostek для крупносерийных калькуляторов (не путать с MOS Technology) и Intel для более сложных моделей. Обе компании были недавно основаны сотрудниками, перешедшими из устоявшихся компаний: Mostek — из Texas Instruments, а Intel — из Fairchild Semiconductor (где родилась интегральная схема).

В июне 1969 года три сотрудника Busicom прибыли в офис Intel в Санта-Кларе, Калифорния, чтобы начать сотрудничество. Среди них был тридцатипятилетний Масатоши Шима. Шима изучал химию в университете, но не смог найти работу по этой специальности, когда закончил его в 1967 году, поэтому вместо этого он стал программистом в Busicom, а затем перевёлся на должность инженера по аппаратному обеспечению на заводе в Осаке. Благодаря своему опыту программирования он получил задание разработать «элитный» дизайн того, что стало совместной работой Intel: новый набор микросхем, использующих программируемую логику (подобно компьютеру, но с фиксированной программой, хранящейся в микросхеме памяти только для чтения, или ПЗУ), а не логику, жёстко закодированную в микросхемах. Busicom надеялась, что один и тот же набор микросхем можно будет повторно использовать в различных моделях калькуляторов и других устройств, просто поставив другое ПЗУ.

Хофф, инженер в возрасте около 30 лет из Нью-Йорка, имевший опыт работы с компьютерами, полученный в аспирантуре Стэнфорда, считал, что большое количество крупных микросхем, необходимых для конструкции Busicom, не даст им уложиться в цену, оговорённую в контракте. Он предложил альтернативный вариант, основанный на оптимизированной архитектуре компьютера, с которым он работал в последнее время, — PDP-8 компании Digital Equipment. В нем был более компактный набор инструкций для программ, чем в проекте Busicom, а сложность можно было уменьшить за счёт хранения промежуточных данных в микросхеме памяти, на которых специализировалась Intel. В предложенной Хоффом схеме было всего четыре микросхемы: ПЗУ (позднее получившее обозначение 4001), память (4002), регистр для хранения активного результата работы (4003) и процессор для выполнения инструкций (4004). Это было вдвое меньше количества микросхем, предложенных Busicom, и, учитывая большую простоту микросхем, они были дешевле в два раза. Учитывая, что для выполнения всей запрограммированной логики требовался один-единственный чип (4004) это был первый микропроцессор, запущенный в коммерческую разработку[12].

Каким бы знаменательным ни казалось это событие в ретроспективе, в то время оно никакого фурора не произвело. Вместо этого прорывной продукт появился у Busicom в результате другого сотрудничества — с компанией Mostek, приведшего к созданию LE-120A «Handy LE», также представленного в 1971 году. При размерах всего 13х8х2 см, это был первый по-настоящему карманный калькулятор.[14] Вместо микропроцессора в нём использовался «калькулятор-на-чипе», единый кусок кремния с более чем двумя тысячами транзисторов, который мог выполнять все функции, необходимые калькулятору. Несмотря на то, что микропроцессор появился на рынке калькуляторов, он там не задержался: в начале 1970-х годов объём продаж вырос настолько, что стало выгоднее производить микросхемы для калькуляторов, не предназначенные для использования в качестве процессоров общего назначения.

[6] Хьюстон, Империя суммы, 113–117; https://www.si.edu/object/friden-model-stw-10-calculating-machine%3Anmah_690863.

[10] «По мере приближения срока уплаты подоходного налога продажи маленьких калькуляторов растут», New York Times, 13 апреля 1974 г.; Джереми Реймер, «Общая доля: цифры доли рынка персональных компьютеров за 30 лет», Ars Technica, 14 декабря 2005 г. (https://arstechnica.com/features/2005/12/total-share/).s

[11] Нижеследующий рассказ о микропроцессоре 4004 взят из книги William Aspray, «The Intel 4004 Microprocessor: What Constituted Invention?», IEEE Annals of the History of Computing 19, 3 (July-September 1997), 4-15; Berlin, The Man Behind the Microchip, 182-206; и Keith Houston, Empire of the Sum: The Rise and Reign of the Pocket Calculator (New York: Norton, 2023), 197-211. Все эти материалы в значительной степени основаны на устных рассказах участников, например Дэвид Лоус, ред. «Устная история о разработке и продвижении микропроцессора Intel 4004», Музей компьютерной истории, 25 апреля 2007 г.

[14] Винтажные калькуляторы «Busicom „HANDY-LE“ LE-120A» (http://www.vintagecalculators.com/html/busicom_le-120a_-_le-120s.html).

[15] На самом деле, Texas Instruments, возможно, сначала создала предсерийный микропроцессор, основанный на дизайне Intel, который стал 8008, благодаря запутанным деловым отношениям обеих компаний с Datapoint. Шаллер, «Технологические инновации в полупроводниковой промышленности», 321-328.

[16] «Bowmar представляет карманный калькулятор», New York Times, 6 сентября 1973 г.; Натаниэль К. Нэш, «Время встряски для калькуляторов», New York Times, 8 декабря 1974 г.

FusionServer 1288H V5 [18] Цитата с обратной стороны книги James T. Rogers, The Calculating Book: Fun and Games with Your Pocket Calculator (New York: Random House, 1975). Количество публикаций основано на поиске WorldCat по запросу «Pocket Calculator» в печатных книгах с годом издания 1975. Если бы Интернет архив работал, я мог бы проверить, раскрывает ли какая-нибудь из них тайную магию числа 5,318,008, но увы.