Sei mesi prima dell’inizio della famigerata “Operazione Barbarossa“, durante la quale i temibili T34 terranno testa agli incredibili panzer del Reich, in quel di Vicenza nasce Federico Faggin, figlio del filosofo Giuseppe Faggin, entrato negli annali per aver tradotto le Enneadi di Plotino. Laureato in fisica nel 1965, Faggin si occupa di calcolatori da quando ha conseguito il diploma di Perito Industriale, con tanto di esperienza in Olivetti, azienda di assoluto rilievo in quegli anni. Gli addetti ai lavori si rendono conto fin da subito di trovarsi di fronte ad una personalità non comune e, come spesso accade in questi casi, arriva prontamente l’offerta della SGS-Fairchild per trasferirsi a lavorare negli Stati Uniti allo stabilimento di Palo Alto, in California. L’esperienza in questa azienda permette allo scienziato di sviluppare la tecnologia MOS Silicon Technology, prima tecnologia al mondo con la quale vengono fabbricati i circuiti integrati con gate autolivellante.

La scoperta chiave della carriera di Faggin è però quella legata al microprocessore. Passato alla Intel nel 1970, si trova a dover affrontare immediatamente il problema della creazione delle nuove calcolatrici della Busicom (Business Computer Corporation), azienda giapponese che chiuderà i battenti quattro anni più tardi per bancarotta. Le calcolatrici del costruttore giapponese erano obsolete (si ispiravano all’Olivetti Programma 101) e la collaborazione con Intel avrebbe dovuto gettare le basi per un rilancio. La semplificazione architetturale della macchina richiedeva una semplificazione ulteriore della circuiteria e Faggin viene assunto per questo motivo. Dallo sviluppo dello scienziato vicentino, assieme a Masatoshi Shima, Ted Hoff e Stanley Mazor. nasce il primo microprocessore monolitico della storia, l’Intel 4004.

Il 4004 era composto da circa 2300 transistor, un risultato sbalorditivo per le tecnologie dell’epoca. Tenete presente che l’Intel dell’epoca era ben lontana dall’essere il colosso mondiale che tutti conosciamo. Tra il ’69 e il ’70 infatti, poteva essere tranquillamente definita come una startup.

Questa nuova era tecnologica porta Faggin ad abbandonare Intel alla fine del ’74 per dedicarsi esclusivamente ai microprocessori, fondando la Zilog. Dalla Zilog esce il leggendario microprocessore Z80, il quale con i suoi 8-bit è stato il cuore delle CPU dei primi videogames e dei primi home computer. Il set di istruzioni dello Z80 sopravvive ancora oggi all’interno dei sistemi embedded.

Per meglio comprendere di fatto cosa sia il Microprocessore, cerchiamo di spiegarne innanzi tutto l’architettura.

Il microprocessore è un circuito integrato atto a svolgere due compiti fondamentali:

• Gestisce tutte le operazioni del sistema.
• Esegue calcoli aritmetico-logici.

Le parti fondamentali di un Microprocessore sono tre:

• Control Unit (CU) o Unità di Controllo: controlla il flusso dati e istruzioni di un sistema.
• Arithmetic Logic Unit (ALU), o Unità Aritmetico-Logica: esegue operazioni aritmetiche su dati ricevuti in Input.
• Registri: organizzati in array, ognuno di essi ha una lettera dell’alfabeto e vengono usati come memoria.

Rispetto ai vecchi circuiti a componenti discreti, il microprocessore è più affidabile (meno connessioni), permette di risparmiare spazio circuitale, necessita di meno potenza e di conseguenza sviluppa meno calore. Grazie a tutte queste caratteristiche, i costi sono inferiori e le possibilità circuitali (topologia del circuito) rispetto ai componenti discreti sono esponenziali. Sebbene un circuito integrato possa elaborare segnali sia analogici che digitali infatti, nei circuiti digitali ognuno dei transistor (FET) può lavorare solo in conduzione (livello logico 0) o interdizione (livello logico 1), proprio come fosse un interruttore. Molti di questi “interruttori” combinati insieme formano le porte logiche, responsabili delle operazioni booleane di un calcolatore. Tutto questo nei circuiti analogici è impossibile, perché il segnale assume valori che variano nel tempo e questo richiede circuiterie più complesse.

Occorre ricordare che il Microprocessore non è un elemento “autarchico”, nel senso che da solo serve assolutamente a nulla. Se prendessimo ad esempio lo smartphone o il PC dal quale state probabilmente leggendo questo articolo, anche se fondamentalmente non li vedete, al loro interno sono presenti dispositivi chiamati “periferiche“. Banchi di RAM, scheda di rete, VGA e quant’altro, a livello circuitale sono periferiche. Ognuna di esse ha un suo indirizzo ed è grazie a quest’ultimo che è possibile, grazie al Microprocessore, far lavorare la macchina.

I calcolatori odierni contengono al loro interno miliardi di transistor, ma ciò che è stato fatto con l’Intel 4004 ha dato inizio ad una nuova era.

Se vi siete persi le puntate precedenti della Paleotecnologia, potete trovarle qui:

• Paleotecnologia I: Il Tubo di Williams-Kilburn
• Paleotecnologia II: la memoria a nucleo di ferrite
• Paleotecnologie III: il Coesore
• Paleotecnologia IV: la Valvola Termoionica
• Paleotecnologia V: La giunzione p-n
• Paleotecnologia VII: L’amplificatore Operazionale