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[70年代]万恶之源~世界上第一个使用微处理器的产品~Unicom 141P计算器拆解 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2016-07-29
— 本帖被 香瑶 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2016-08-04) —

时至今日,大到服务器小到手机,都离不开CPU。无论是x86还是ARM或者PowerPC,可以说没有CPU就不可能有现在我们所生活的世界。世界上第一颗CPU是Intel公司在1971年推出的4004。这可谓是现今信息时代的开端,是计算机从高深莫测的专业大型机柜向集成度越来越高的消费品转变的开始。而因特尔开发第一块CPU的初衷,其实是为日本一家名为Busicom的公司开发一套使用在计算器上的芯片组。随之产生的Busicom 141-pf计算器,便是堪称万恶之源的,世界上第一台使用CPU的产品了。如果没有它,Intel带领的x86架构可能根本不会成为主流,手机或许不会使用ARM架构的处理器,现在的世界,可能完全不是我们看到的这样。
今年年初,本人有幸得到一台Unicom 141p计算器,它是Busicom公司为美国联通(误)Unicom公司代工生产(OEM)的计算器。其实这台机器除了键盘配色之外,和大名鼎鼎的141-pf是完全一样的东西,只不过Busicom 141-pf名气太大,这台机器比较不为人所知,我也才有机会捡了个漏。除此之外,Busicom还为美国的NCR公司OEM过同样的机器,型号为NCR 18-36。相比之下,Unicom版本的机器保留下来的远比Busicom版本和NCR少很多,到目前为止已知的也只有三台而已。所以这台机器也算得上是极品中的极品了。更难能可贵的是,这次弄到的机器,保存得相当完好,至今仍可以正常工作,甚至还带了原版的电源线和说明书。完全出乎了我的意料。
下面一图是Intel在2011年庆祝微处理器诞生40周年发布的海报,图中第一个就是这次给大家带来的Unicom 141p计算器。



下面开始正片~~

来自美国的包裹,远涉重洋来到了中国。这台机器的卖家来自Arizona州,但由于运费实在高得离谱,找了认识的人从Oregon中转了一下,花了不少心思才辗转运回了国内。


拆开包装把机器搬到简易摄影棚里,初看机器状态几乎完美


侧面有个小纸条,上面好像说机器工作有噪音。其实机器里用的是日本精工的锤式打印机,只要机器上电,刻有字模的滚筒便会开始旋转,发出噪声。


后面,只有一个电源接口


铭牌


键盘,毕竟是40年前的机器了,多多少少有点灰,不总体还是非常干净了


键盘右上角有三个指示灯,分别是红色的溢出错误、绿色的结果为负数指示和白色的记忆功能指示灯


顶盖缝隙里可以看到打印机的滚筒和金属锤。这台机器没有显示设备,结果只能打印在卷纸上,和现在超市小票类似


顶盖可轻松拆下,露出里面的精工EP-102打印机。可拆顶盖的设计主要是用来方便更换打印纸和色带


机器自带的说明书,完完全全是意外的惊喜


说明书内容,可以看到这里用的计算器照片键盘配色和实物并不一样,而和Busicom原版的141-pf是一样的。估计是没来得及改过来吧~


机器反面


拆开后盖,露出包裹在镀锌铁板内的机芯。当年电子产品价格昂贵,做工好些也是很自然的


拆下的上盖与机芯的合照


上半部分外壳


外壳内部


壳子里面居然印了汉字[合],应该是检验合格的意思。说明这台机器名义上是美国的,其实完完全全来自日本


上盖后侧铭牌,也写了Made In Japan


左边写了一堆禁止私自拆卸啥的话,但显然是拦不住我的==


机器底盖也印了个大大的"合"字


下面看机芯,结构设计确实很合理,虽说笨重但至少简单工整


电源部分与保险丝


右侧可以看见打印机型号,出自日本精工公司。当然这和做手表的精工并不是同一家企业。其实,这家公司在后来改名为了大名鼎鼎的EPSON,也就是现在做打印机依然很牛逼的爱普生了


继续拆,拆掉机芯的底板,便可看见机器的内脏了



整个机器就一块主板,Intel给出的CPU解决方案确实是省了很多事,让电路大大简化


上半部分,一个变压器外加一些线性电源电路


下半部分只是个键盘

拆掉螺丝才能取下主板


主板终于下来啦,不过放着等会看,先拆键盘


拔掉连接电源开关的插头


拆掉螺丝


即可取下键盘


键盘连接主板的连接器来自日本MITSUMI公司,不得不感叹模具制作的精细程度,那些小字不到1mm高度,却都印的清清楚楚,现在的国货很多也未必能达到如此精度


拆下的键盘,主体都是金属制成


光一个键盘就一斤多重


键盘采用干簧管检测按钮是否按下,属于70年代的常规设计,寿命几乎无限。
虽说机器外表看起来干净,实际内部还是有一些灰的,需要稍微打理一下


清理干净的键盘


反面


这线束包扎得也是挺乱,完全没有元老的风范啊


焊点似乎时铆钉做的?


键帽用的也是良心的双色注塑工艺


在没有LED的年代,机器的三个指示灯还是白炽小灯泡


接下来准备拆打印机


机芯反面有四个螺丝,拧下后打印机就下来了


固定螺丝与框架间还有橡胶垫用于减震


拆下的打印机


正面看


侧面,黑色而反光的圆角塑料外壳配上垂直的散热孔,很有星球大战里黑武士的风格啊


反面


另一侧


这里是进纸口,同时也印着色带的安装说明


打印机底部


这两排电磁铁,分别用于控制不同的字锤


电磁铁的续流二极管


一堆弹簧用于控制字锤归位


这边就是印有字模的滚筒了。机器工作时,主板检测滚筒运行位置,当需要打印的数字出现在相应位置时,就驱动对应位置上的字锤敲击色带,从而在纸上印出相应的数字或者符号


整个打印机也不轻,居然有1.5kg。毕竟这玩意几乎全是金属制造啊


拆掉色带和进制口的挡板


再拆掉两侧黑武士的面具,就可以看到机芯内部了


打印机左侧是主驱动电机和驱动电路,令人卧槽的是这个40年前的打印机用的居然是无刷电机!


无刷电机的驱动功率管,一共有三个,说明是三相结构
更加令人吃惊的是,电机的线圈居然是扁平状,且没有铁芯,和现在的盘式无刷电机一样。从来不知道,原来这种技术在1971年就已经出现了


在没有霍尔元件检测相位的年代,当时的工程师使用了电涡流的方式来检测电机运转相位。这里能看到三个很小的线圈,而电机主轴上固定了一个三叶铝片。估摸着铝片后面那块电路板上还有三个相应位置上的检测线圈。工作时,前面的这三个线圈通上交流电,如果遇到铝片,交流磁场在铝片内产生涡流,会使得后面的线圈感应电压发生变化,从而检测电机转子位置。
不得不说,当时的工程师都是怪物。。。





再换两个角度看看电机驱动电路全貌,三块电路板,简简单单的电路,便完美实现了功能,人类的智慧真是无穷啊


再看打印机芯另一侧,主要是些连杆、齿轮等机械结构。那个电磁铁是用来控制进制的




这里是滚筒位置检测传感器,万万没想到居然是一个磁头。滚筒没转一圈,上面的磁钢扫过磁头一次,产生一个脉冲,从而实现定位
后边还有一个磁头,估计是用于检测进纸位置的传感器




最后来两张打印机机芯的全景图


拆掉打印机后,整个机架上就只剩下电源部分了


电源模块也可单独拆下





这个三极管的散热器似乎比较奇特


这是交流输入上串接的电源滤波器,由两个电感和两个电容组成


大滤波电容,这牌子大家估计都熟悉


这里还有一个滤波电容


整个电源模块就是这样,并不是非常复杂

下面重点来了,一起看看这台计算器的大脑,也就是世界上第一块Intel的主板吧~

主板正面


反面


换一个角度看看


整个计算器主板上的芯片,全部来自Intel,没有用一块多余的逻辑或是其他功能的芯片。图上这一排芯片,就是整个机器的核心,也就是Intel为Busicom设计的MCS-4芯片组了。关于MCS-4,网上的资料也是很多。其中4001是256字节,Mask编程的ROM,里边的程序在出厂前就已经写死,不能再次修改了。4002是RAM,每片共有320bit,并划分为4个区块,每个区块中有20个4位的存储单元。4003是10位的移位寄存器,主要用于输出端口扩展。而4004就是大名鼎鼎的世界第一块单片CPU了。
图片中间那个金色芯片就是4004CPU,而且它还是灰色花纹的陶瓷版本,属于4004系列里最稀有的品种。比较可惜的是,所有芯片都是焊在主板上的,当然在这系列的计算器中,从来没有发现过插座的芯片,或许设计之初,设计者就没有想过芯片更换的可能性吧。
另外,在4004左边的那颗4002明显显得很唐突。进一步研究发现,这颗4002生产日期大约是1977年,说明主板之后出现过故障,而这颗4002是后面换上去的。比较遗憾,这说明机器已经不是原装的了。不过机器可以工作,还是极好的~


这里的这颗4003编号恰巧是B4004,也是难得


换个角度看


芯片组


金灿灿的C4004,是不是很好看


再放大一点。一般而言金顶的4004很容易生锈,有的甚至变得面目全非。而这台机器里的4004几乎保持了完美的品相,和新的一样。这台机器来自美国Arizona州。那里是美国著名的沙漠地区,气候非常干燥,著名的飞机坟场也是坐落在此。估计正是干燥的气候,使得这颗芯片能以近乎完美的姿态保存到了现在。


还是芯片组。那个空焊位是留给存储开方程序的4001使用的。在带开方功能的计算器上,这个焊位会多一块4001,而本机并不带开方功能


这颗4003估计是用于产生键盘扫描信号的,可惜已经掉字了



下面看看晶体管电路。这一堆管子用于驱动打印机电磁铁

换个角度看


这些电路主要用来提供4004芯片组所需的双相时钟信号。当时,Intel还没有开发出MCS-4系统专用的时钟芯片,所以不得不用分立元件实现功能。后来,Intel推出了4201时钟芯片,只需要一个晶振,一颗芯片和少量外围电路就可以替代分立元件产生时钟信号了。





这里一个可调电阻,或许是用来调节复位电路的复位时间的


电路板一角,2867不知道是不是生产序列号


IA-03应该是主板的版本号。虽说这台机器是OEM版,但这个版本号却是我见过最早的之一,甚至早于网上能找到的所有Busicom版本机器。另外芯片上的序列号也能印证,这台机器的确是非常早期的版本。


主板的金手指,历经45年,依然光亮如新


拆解完成,顺便把机器内内外外彻底清理了一番,最后送上张全家福


组装完成后,这台"万恶之源"又回到了它原本的样子。虽然历经了45年的风风雨雨,世界也发生了天翻地覆的变化,可它却好似昨天刚刚出厂一般,丝毫没有留下岁月的痕迹


当40年后再次插上电源,那颗主频只有740K的芯依旧在顽强地跳动,仿佛只有计算才是它唯一的使命。作为历史的见证者,如今的它,只能在纸上,诉说它不平凡的经历。
[全文完,多谢观赏~]

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离线dazedase

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只看该作者 1楼 发表于: 2016-07-30
难得坐上时豪的沙发
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avatar M币 +3 放眼望去都是大佬 2016-07-30
离线superb-z

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只看该作者 2楼 发表于: 2016-07-30
板凳是我的。
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avatar M币 +3 抢的真快 2016-07-30
离线kreina

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只看该作者 3楼 发表于: 2016-07-30
天啊大佬发帖了。
膜拜
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avatar M币 +3 放眼望去都是大佬 2016-07-30
离线easterndigi

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膜拜时壕大佬orz
在线hualazi789

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只看该作者 5楼 发表于: 2016-07-30
INTEL INSIDE啊,
默默等待好久,终于看到此贴了。

有了仙童公司的扩散、掩模、照相、光刻平面处理技术,才支撑了INTEL一开始在存储器芯片的市场,也只有这种生产高密度存储器的技术资源才能让INTEL能设计制造出划时代的4004。
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157600 M币 +3 精彩回帖 2016-08-05
avatar M币 +3 放眼望去都是大佬。。。谢谢支持啊~ 2016-07-30
离线sacq

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只看该作者 6楼 发表于: 2016-07-30
謝謝分享,非常精彩~
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avatar M币 +3 谢谢支持 2016-07-30
离线samhrc

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只看该作者 7楼 发表于: 2016-07-30
LZ收藏这些得花了不少钱吧。
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avatar M币 +3 钱是花了不少,但基本都是捡漏,太贵的东西我可不买也买不起~ 2016-07-30
离线tangceng

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只看该作者 8楼 发表于: 2016-07-30
有点意思哦
在线nsynet
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只看该作者 9楼 发表于: 2016-07-30
相当不错,拍照一流,讲解一流,楼主是个技术牛啊
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