Sistemas de cuatro fases AL1

Lee Boysel comenzó a trabajar en Fairchild Semiconductor en 1966, tras haber trabajado en los departamentos de semiconductores de varias otras empresas. En Fairchild, se dedicó al diseño de MOS , un concepto muy novedoso en aquel entonces. Durante los dos años siguientes, desarrolló varios chips MOS nuevos, entre ellos una memoria RAM estática de 256 bits , un sumador de 8 bits y el primer circuito integrado con más de 100 compuertas. ^{[ 5 ]}

El sumador Fairchild 3800 fue el primer dispositivo que hoy se conoce como unidad aritmético-lógica (ALU) de 8 bits. Sin embargo, era incompleto según los estándares modernos, ya que solo incluía operaciones aritméticas y carecía de operaciones lógicas como AND y desplazamiento de bits. No obstante, sí incluía un acumulador interno , que utilizaba para producir resultados sin necesidad de almacenar pasos intermedios en memoria externa. ^{[ 6 ]} Pronto aparecerían diseños similares de otras compañías, en particular el 74181 de Texas Instruments , que era una ALU completa de 4 bits con solo 63 puertas lógicas. ^{[ 7 ]}

Durante este período, Boysel trabajó en diferentes maneras de diseñar circuitos MOS utilizando el concepto de lógica de cuatro fases que estaba desarrollando. Este concepto permite organizar los transistores individuales que componen una puerta lógica y la forma en que el generador de reloj envía las señales a través de estos transistores. Gracias a este concepto, los circuitos pueden ser más pequeños que los diseños de lógica transistor-transistor (TTL) utilizados anteriormente, y se puede integrar un mayor número de puertas en un solo chip. Comenzó el diseño de un circuito integrado considerablemente ampliado, con alrededor de 1000 puertas, utilizando este proceso. ^{[ 5 ]}

Boysel dejó Fairchild en octubre de 1968 para fundar su propia empresa, Four-Phase Systems , ^{[ 8 ]} que se constituyó en febrero de 1969. ^{[ 9 ]} Corning Glass , que en ese momento invertía en el incipiente mercado de semiconductores, proporcionó una financiación inicial de 2 millones de dólares. Four-Phase era lo que hoy se conocería como un diseñador sin fábrica propia , utilizando otra empresa derivada de Fairchild, Cartesian, como fundición de semiconductores . ^{[ 10 ]} Las compuertas más pequeñas se traducen en circuitos integrados más baratos, que él pretendía utilizar para construir ordenadores de menor coste que competirían con los sistemas de Data General y las máquinas de gama media de IBM . ^{[ 10 ]}

Las primeras muestras de ingeniería del AL1 estuvieron disponibles en 1970. Tres AL1 se combinaron con tres chips de memoria de solo lectura (ROM) personalizados, tres chips de lógica aleatoria y un generador de reloj externo en una placa para producir la CPU de 24 bits para el Sistema IV/70, que podía alimentar hasta 32 terminales de visualización de video. ^{[ 2 ] [ 10 ]} La compañía nunca vendió el AL1 ni las placas de procesador completas, ni tampoco patentó el diseño, pero sí publicó un artículo en la edición de abril de 1970 de la revista Computer Design que lo describía y cómo podía usarse para construir una computadora simple. ^{[ 11 ] [ 3 ]}

El IV/70 fue un éxito; a mediados de la década de 1970 habían vendido 350 sistemas. Cuando las ventas de los sistemas basados ​​en AL1 disminuyeron a finales de la década de 1970, la empresa introdujo una serie de computadoras basadas en Unix , basadas en el Motorola 68000 , lo que llevó a Motorola a comprar la compañía en 1982. ^{[ 5 ]}

En 1970, Datapoint Corporation (entonces conocida como CTC) envió un contrato a Intel solicitando soluciones para reducir la complejidad y la generación de calor del procesador de su terminal inteligente Datapoint 2200. Intel respondió en junio de 1970 con una propuesta para construir una versión de un solo chip del procesador completo, y mencionó el concepto en un anuncio en octubre de 1970. Texas Instruments (TI) se enteró del contrato y preguntó a Datapoint si también podía presentar una oferta. Inicialmente propusieron un diseño de tres chips, pero Datapoint señaló que Intel proponía una solución de un solo chip y le entregó a TI la propuesta de Intel. Alrededor de abril de 1970, TI respondió proponiendo su propia solución de un solo chip, el TMX 1795, que se presentó públicamente por primera vez en marzo de 1971. ^{[ 12 ]}

Datapoint finalmente no eligió ninguno de los dos diseños, ya que resolvieron los problemas de calor por sí mismos, y ambos chips eran mucho más lentos que su próximo diseño paralelo basado en TTL . En ese momento, ambas compañías quedaron liberadas del contrato. ^{[ 12 ]} TI decidió abandonar su chip, ^{[ 13 ]} mientras que Intel lanzó el suyo comercialmente en abril de 1972 como el Intel 8008. Sin embargo, TI comenzó a solicitar patentes sobre el diseño, mientras que los abogados de Intel les dijeron que no se molestaran porque la idea era demasiado obvia para recibir una patente. ^{[ 12 ]} Aunque tardaron años en completar el proceso, TI finalmente recibió varias de estas patentes, incluida una importante en 1980. ^{[ 12 ]} En 1986, TI comenzó a exigir regalías a todas las compañías que fabricaban microprocesadores, que ascendían al 2 al 3% del costo de cada computadora. ^{[ 14 ]} Esto dio inicio a una serie de demandas en lo que se conoció como "TI contra todos". ^{[ 15 ]}

Para complicar aún más la situación, en 1990 se otorgó a Gilbert Hyatt una patente de diciembre de 1970 sobre una "Arquitectura de Computadora de Circuito Integrado de un Solo Chip" ^{[ 16 ]} , que era anterior a las solicitudes de TI y, aparentemente, dejó sin efecto sus patentes. ^{[ 17 ]} Esta nueva complicación tuvo como consecuencia que todos los bufetes de abogados involucrados comenzaran a buscar antecedentes adicionales . Esto llevó a que Boysel fuera llamado como perito por al menos veinticinco de los bufetes involucrados, ya que su artículo de abril de 1970 era anterior a todas estas reclamaciones y constituía una demostración pública. TI admitió que conocía el artículo de 1970, y este fue citado en la concesión de patente de 1980, ^{[ 18 ]} pero, al igual que en el caso de Hyatt, afirmó que no se trataba de una "computadora real". ^{[ 11 ]}

Esto resultó ser una mala idea, ya que impulsó a Boysel a demostrar que estaban equivocados. ^{[ 11 ]} Construyó una pequeña computadora que montaba un AL1 sobre una tarjeta de plexiglás para que su fecha de fabricación de 1969 fuera claramente visible, junto con la RAM, la ROM y una unidad de E/S alojadas en cartuchos tomados del Super Nintendo Entertainment System . ^{[ 19 ]} La ROM contenía un programa simple, llamado WSTR, que realizaba búsquedas de clientes. Datapoint había proporcionado WSTR a TI e Intel para validar que sus diseños eran compatibles con el procesador del 2200. El sistema de Boysel ejecutó el programa a la perfección; la única diferencia fue que lo hizo diez veces más rápido que los chips de TI o Intel. ^{[ 20 ]}

Boysel señaló que cuando describió la demostración justo antes de la fecha de inicio programada del juicio:

Los rostros palidecieron; el lugar se convirtió en un caos. Simplemente se dieron cuenta de que habían perdido, y todo había terminado. ^{[ 11 ]}

El sistema que construyó Boysel fue diseñado para refutar una parte específica de las afirmaciones de TI. Dichas afirmaciones utilizaban un diagrama que mostraba una computadora "real" compuesta por el circuito integrado, una ROM, dispositivos de entrada/salida y RAM opcional conectados entre sí en un bus de computadora de 8 bits . ^{[ 21 ]} El sistema de Boysel se construyó para demostrar que se podía construir un sistema funcional con ese concepto ilustrado utilizando el AL1. ^{[ 22 ]} La demostración fue aparentemente convincente y el juicio fue abandonado. ^{[ 12 ]}

Desde el juicio, otros han cuestionado si la demostración significa que el AL1 puede describirse como un microprocesador "verdadero". En particular, Ken Shirriff, un reconocido experto en retrocomputación , señala que el sistema solo funcionó porque la ROM contenía el código de secuenciación que normalmente se ubicaría en el propio procesador, lo que significa que no podía funcionar por sí solo sin una ROM externa. ^{[ 12 ]}

Por otro lado, Nick Tredennick , antiguo diseñador principal del Motorola 68000 , afirmó: «He analizado el diseño del AL1 a partir de los documentos publicados sobre él, los diagramas de circuitos y las conversaciones con Lee Boysel, y creo que se trata del primer microprocesador en un sistema comercial». ^{[ 13 ]} Gordon Bell también apoya esta postura. ^{[ 13 ]}

Es comprensible cierta confusión; el término "microprocesador" se había acuñado apenas el año anterior, y el sistema en cuestión estaba mucho menos integrado que el AL1. Según la definición de Viatron , el AL1 cumple con todos los requisitos. Sin embargo, el término no se usaba ampliamente en ese momento y estaba sujeto a cambios durante la década siguiente. Incluso Four-Phase tuvo problemas para decidir cómo llamarlo; en ocasiones, se referían a él alternativamente como "el bloque LSI principal de un sistema informático comercial de cuarta generación de bajo costo", una "segmento informático de ocho bits" y un "bloque aritmético-lógico". ^{[ 23 ]}