一顆對產(chǎn)業(yè)有巨大影響的芯片

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

英特爾的8008被業(yè)界稱之為第一款商用的8位微處理器，但其實德州儀器的TMX1975具有與8008相同的架構(gòu)，而且比8008早幾個月生產(chǎn)。雖然TMX1975并未在商業(yè)上銷售，但其卻對計算機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。本文將詳細(xì)介紹TMX1975令人驚訝的歷史。

德州儀器TMX 1795微處理器

由計算機(jī)歷史博物館提供。

故事要從Datapoint 2200開始，這是一種適合臺式機(jī)的“可編程終端”。雖然最初作為終端出售，但Datapoint 2200實際上是一臺可以用BASIC或PL/B編程的小型計算機(jī)。有些人認(rèn)為Datapoint 2200是第一臺個人電腦，因為它比蘋果二代甚至Altair等電腦系統(tǒng)早問世好幾年。

Datapoint 2200可編程終端/計算機(jī)。照片由 Ecksemess CC BY-SA 3.0 通過 Wikimedia Commons拍攝。

Datapoint 2200包含一個由幾十個TTL芯片組成的8位處理器，這是當(dāng)時制造計算機(jī)的正常方式。下面的照片是處理器板。需要強(qiáng)調(diào)的是，它沒有處理器芯片——整個電路板就是處理器，每個寄存器有一兩個芯片，加法器有幾個芯片，解碼指令有幾個芯片，增加程序計數(shù)器有幾個芯片，等等。如今，我們認(rèn)為MOS芯片是高性能的，而用TTL芯片構(gòu)建CPU似乎又慢又落后。然而在1970年，TTL邏輯比MOS快得多。即使作為串行計算機(jī)一次操作一個比特，Datapoint 2200的運行速度也比8008芯片快得多。

Datapoint 2200的處理器板。8008是為替換該板而構(gòu)建的。圖片由zuigadrummer提供。

在構(gòu)建 Datapoint 2200 時，其設(shè)計人員一直在尋找使處理器板更小并產(chǎn)生更少熱量的方法。Datapoint于1969年12月與 Intel會面，接下來發(fā)生的事情取決于你是聽 Intel 還是 Datapoint。英特爾的說法是，Datapoint 詢問英特爾是否可以為具有集成堆棧指針寄存器的處理器堆棧構(gòu)建內(nèi)存芯片。英特爾工程師Stan Mazor告訴Datapoint，英特爾不僅可以做到這一點，而且可以將整個 2200 處理器板放在一個芯片上。Datapoint的說法是， Datapoint 創(chuàng)始人 Gus Roche 和設(shè)計師 Jack Frassanito 向 Intel 的聯(lián)合創(chuàng)始人Robert Noyce建議 Intel 使用 Datapoint 的設(shè)計構(gòu)建單芯片CPU。但Noyce最初拒絕了這個想法，認(rèn)為 CPU 芯片不會有很大的市場。

無論如何，英特爾最終同意使用 Datapoint 2200 的架構(gòu)為 Datapoint 構(gòu)建 CPU 芯片。英特爾在 1970 年 6 月之前為該芯片制定了功能規(guī)范，然后將該項目擱置了六個月。在此期間，電子設(shè)計中提到了未來的 8008 芯片（下）。你可能會期待構(gòu)建第一個微處理器的競賽，所以你可能會令 4004 和 8008 項目被擱置數(shù)月感到驚訝。同時，Datapoint 為 2200 構(gòu)建了一個開關(guān)電源，消除了發(fā)熱問題，并計劃開始生產(chǎn)帶有 TTL 芯片處理器板的 2200。因此，Datapoint不再對8008特別感興趣。

英特爾 8008 處理器的首次印刷描述。電子設(shè)計，1970 年 10 月 25 日。

德州儀器的一位銷售人員得知英特爾正在為 Datapoint 制造處理器，并詢問德州儀器是否也可以制造它們。Datapoint 向 TI 提供了規(guī)范并告訴他們繼續(xù)進(jìn)行。德州儀器提出了一個三芯片的設(shè)計，但在Datapoint尖銳地提出“你不能像英特爾那樣在一個芯片上構(gòu)建它嗎?”之后，德州儀器提出了一個單芯片CPU的設(shè)計。德州儀器公司在1970年4月左右開始為Datapoint制造CPU，該芯片后來成為TMX 1795。

關(guān)于向德州儀器提供了多少有關(guān)英特爾設(shè)計的信息存在很多爭論。該項目的主要 TI 工程師 Gary Boone表示，他們收到了英特爾做得更好的暗示，但沒有不正當(dāng)?shù)厥盏饺魏螌Ｓ行畔ⅰ２贿^，據(jù)英特爾稱，德州儀器通過 Datapoint 收到了英特爾的詳細(xì)設(shè)計文件。例如，TI 處理器復(fù)制了英特爾文檔中的一個錯誤，導(dǎo)致 TI 芯片中斷處理中斷。

TI芯片于1971年3月首次在《商業(yè)周刊》雜志上被提及，在一段簡短的段落中稱該芯片為“LSI [大規(guī)模集成] 的里程碑”，用于將 CPU 干擾到單個芯片上。幾個月后，該芯片收到了大型媒體發(fā)布，其中包括一篇文章和多頁廣告在電子學(xué)（下）中傳播，并附有 TMX 1795 的芯片照片。

關(guān)于 TMX 1795 的文章和 TI 廣告部分的兩頁展示了該芯片

這篇題為《CPU芯片將終端變成獨立機(jī)器》的文章描述了該芯片如何使 Datapoint 2200 計算機(jī)更加強(qiáng)大?！?12×224 百萬芯片將 2200 變成了一臺無需連接到分時系統(tǒng)的完整計算機(jī)?！?該芯片的組件“類似于以前單獨提供的單元，但這是第一次將它們以單片方式組合”，合并為“單個芯片”。芯片和 2K 內(nèi)存的成本約為 100 美元。這種“片上中央處理器”將使新的 Datapoint 2200 成為“具有原始計算機(jī)無法提供的功能的強(qiáng)大計算機(jī)”。

但這并沒有發(fā)生。Datapoint測試了TMX 1795芯片，由于四個原因拒絕了它。首先，芯片和存儲器不能容忍超過50mV的電壓波動。第二，TMX 1795需要大量的支持芯片(盡管沒有8008那么多)，這降低了單芯片CPU的優(yōu)勢。第三，Datapoint用開關(guān)電源解決了發(fā)熱問題。最后，Datapoint剛剛完成了2200版本II，具有更快的CPU并行實現(xiàn)。TMX 1795(并行操作)比原始串行Datapoint 2200略快，但2200版本II比TMX 1795快得多。(這說明了當(dāng)時TTL芯片相對于MOS芯片的速度優(yōu)勢。)

英特爾工程師為TMX 1795的商業(yè)失敗提供了另一個原因:芯片太大，生產(chǎn)成本不高。我創(chuàng)建了下面的圖表來比較相同規(guī)模的TMX 1795、4004和8008。TMX 1795比4004和8008加起來還要大!一個原因是英特爾有硅門技術(shù)，這實際上允許三層電路而不是兩層。但即使考慮到這一點，德州儀器似乎也沒有在布局上花太多精力，Mazor稱其為“相當(dāng)草率的技術(shù)”和“把一些塊湊在一起”雖然4004，特別是8008是密集的封裝，TMX 1795芯片有大量未使用和浪費的空間。

英特爾工程師為TMX 1795的商業(yè)失敗提供了另一個原因：該芯片太大而無法以具有成本效益的方式制造。下圖可以用來比較相同比例的TMX 1795、4004和 8008。TMX 1795 比 4004和8008加起來還要大！原因之一是英特爾擁有硅柵技術(shù)，實際上允許使用三層電路而不是兩層。但即使考慮到這一點，德州儀器似乎也沒有在布局上投入太多精力，Mazor 稱其為“相當(dāng)草率的技術(shù)”和“將一些積木放在一起”?？梢钥闯?，4004 和 8008 的尺寸幾乎相同，而TMX 1795的尺寸是前者的兩倍多。TMX 1795的前三分之一是指令解碼和控制邏輯，中間是8位ALU，底部是存儲（堆棧和寄存器）。

TMX 1795、4004 和 8008 微處理器的芯片尺寸比較。TMX 1795裸片照片由計算機(jī)歷史博物館提供。

除了拒絕TMX 1795，Datapoint 還決定不使用8008并放棄其對芯片的專有權(quán)。英特爾當(dāng)然將 8008 商業(yè)化，并于 1972 年 4 月宣布推出。兩年后，英特爾發(fā)布了8080，這是一種基于 8008 的微處理器，但有許多改進(jìn)。（有人聲稱 8080 包含了 Datapoint 建議的改進(jìn)，但仔細(xì)研究表明，后來的 Datapoint 架構(gòu)和 8080 走向完全不同的方向。） 8080 之后是x86架構(gòu)，它旨在擴(kuò)展 8080。因此，如果您現(xiàn)在使用的是 x86 計算機(jī)，那么您使用的是基于Datapoint 2200架構(gòu)的計算機(jī)。

一些消息來源認(rèn)為TMX 1795是一種從未真正起作用的芯片。但是，下面的視頻顯示 Gary Boone 在 1996 年演示 TMX 1795。為了演示的目的，在筆記本電腦（可能是 TI LT286）中安裝了 TMX 1795 板。它運行一個簡單的文本編輯器、一個排序程序、一個簡單的預(yù)算電子表格和Fibonacci 數(shù)列。該演示并不特別令人興奮，但它表明 TMX 1795 是一款功能性芯片。

考慮到英特爾的規(guī)模和微處理器市場，Datapoint 放棄 8008 專有權(quán)的決定似乎是一個巨大的錯誤，可能是“歷史上最糟糕的商業(yè)決策之一”。然而，Datapoint 不太可能出售 8008 芯片，因為它們是一家計算機(jī)公司，而不是像英特爾這樣的芯片公司。此外，即使沒有 4004 或 8008 的權(quán)利，英特爾也計劃生產(chǎn)微處理器。

在拒絕 TMX 1795（和 8008）之后，Datapoint 繼續(xù)使用 TTL 芯片構(gòu)建處理器，直到 1980 年代初。雖然這些處理器在很長一段時間內(nèi)都比微處理器更快、更強(qiáng)大，但最終摩爾定律導(dǎo)致了諸如 80286 之類的處理器，它以更低的成本超越了 Datapoint。在 PC 的激烈競爭下，Datapoint 的股****在1982年崩盤，隨后在1984年遭到惡意收購。這家公司舉步維艱，直到2000年破產(chǎn)。考慮到Datapoint設(shè)計了8008使用的架構(gòu)，具有諷刺意味的是，Datapoint被x86微處理器打敗，后者是8008的直接后代。

安裝在電路板上的 TMX 1795 微處理器。該板用于 1996 年演示的筆記本電腦中。

與將 8008 芯片商業(yè)化的英特爾不同，德州儀器在 Datapoint 拒絕后放棄了 TMX 1795。至此，TMX 1795芯片消失得無影無蹤，除了一件事，它對計算機(jī)行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。

“Dallas律師事務(wù)所”和“TI 訴所有人”

德州儀器很早就發(fā)現(xiàn)專利訴訟和許可費用可能非常有利可圖。在（共同）發(fā)明集成電路并獲得專利后，德州儀器陷入了激烈的專利戰(zhàn)，因其“不道德和不專業(yè)的法律策略”而贏得了“the Dallas legal firm”的綽號。德州儀器 (TI) 繼續(xù)使用 TMX 1795 進(jìn)行法律實踐，并在 1973 年至 1985 年間獲得多項專利。

不用說，英特爾對德州儀器為 TMX 1795 申請專利感到不高興，因為為 Datapoint 構(gòu)建單芯片處理器是英特爾的想法。 英特爾更不高興德州儀器在設(shè)計 TMX 1795 并為其申請專利時使用了英特爾的部分規(guī)范。英特爾曾想為 4004 申請專利，但他們的專利代理人告訴他們，不值得，將計算機(jī)放在芯片上的想法相當(dāng)明顯。同樣，Datapoint 曾考慮為單芯片微處理器申請專利，但他們的專利代理人告訴他們，該想法沒有可申請專利的內(nèi)容。

為了收取大量許可費用，德州儀器 (TI) 在 Gordon Bell 稱為“TI 訴所有人”的案件中起訴了多家使用其微處理器和微控制器專利（包括 TMX 1795 專利）的公司。戴爾決定在一場“****公司”訴訟中反擊。訴訟拖延了多年，即將開庭審理時，案件突然轉(zhuǎn)向德州儀器。

Four-Phase Systems 的 Lee Boysel 在 1970 年制造了一臺基于 MOS 的 24 位小型計算機(jī)，下文將對此進(jìn)行更詳細(xì)的討論。這臺計算機(jī)有一個 9 芯片 CPU，但在一次驚人的破解中，Boysel采用了三個 8 位算術(shù)/邏輯芯片中的一個，并能夠從中構(gòu)建出一臺可以工作的微型計算機(jī)。由于該芯片比 TMX 1795 早一年，它破壞了德州儀器的案子，并且從未進(jìn)行過試用。因此，許多人認(rèn)為四相 AL1 是第一個微處理器。但是，正如我將在下面解釋的那樣，該演示與大多數(shù)人的想法并不完全一樣。

在專利訴訟演示中作為單芯片處理器運行的四相 AL1。來自 Boysel 的EECS 演示文稿。

TMX 1795 真的是第一款微處理器嗎？

關(guān)于誰是第一個微處理器存在相當(dāng)多的爭論。在 1968 年至 1971 年的短時間內(nèi)，推出了數(shù)個候選微處理器。這些都是有趣的芯片，但大多數(shù)都被遺忘了。在本節(jié)中，我將討論各種候選者，但首先我將看看將微處理器視為一項發(fā)明是否有意義。

提供一些硬件背景將有助于以下討論。您可能最熟悉的晶體管是雙極晶體管——它們速度很快，但雙極集成電路不能包含大量晶體管。Datapoint 2200 和其他系統(tǒng)中使用的 TTL 芯片由雙極晶體管制成。后來的技術(shù)產(chǎn)生了MOS 晶體管，它比雙極晶體管慢，但現(xiàn)在可以被數(shù)百萬或數(shù)十億擠壓到芯片上。最后一個術(shù)語是LSI或大規(guī)模集成，指包含大量元件的集成電路：100個或更多門。MOS/LSI 的引入使得用幾個芯片或單個芯片構(gòu)建處理器成為可能，而不是一個充滿芯片的電路板。

微處理器的必然性

一種觀點認(rèn)為，微處理器并不是真正的發(fā)明，而是每個人都知道會發(fā)生的事情，這只是等待技術(shù)和市場正確的問題。Schaller 的論文中令人信服地提出了這一觀點，其中有一些有趣的引述：

• 將計算機(jī)放在芯片上的想法是顯而易見的事情。人們在文獻(xiàn)中談?wù)撍呀?jīng)有一段時間了?！猅ed Hoff, 4004 設(shè)計師

  
  

• 在 1970 年代初、1960 年代末期，微處理器的發(fā)明行業(yè)已經(jīng)成熟。- Hal Feeney，8008 設(shè)計師

  
  

• “誰發(fā)明了微處理器？”的問題。實際上，在任何非法律意義上都是毫無意義的。- 微處理器報告

我基本同意這個觀點。1960年代后期很明顯，CPU最終會被放在芯片上，而MOS芯片的密度提高到實用的程度只是時間問題。此外，在 1960 年代，MOS 芯片速度慢、價格昂貴且不可靠[ ——由一堆雙極芯片構(gòu)建的計算機(jī)顯然更好，這包括從 IBM 360 大型機(jī)到PDP-11小型機(jī)到桌面 Datapoint 2200。起初，基于 MOS 的計算機(jī)僅適用于低性能應(yīng)用程序（計算器、終端）或需要高密度的應(yīng)用程序（航空航天、計算器）。

總結(jié)一下這個觀點，微處理器并不是什么專門發(fā)明的東西，只是MOS技術(shù)的改進(jìn)和市場需求使得制造單芯片處理器變得值得時產(chǎn)生的東西。

定義“微處理器”

選擇第一個微處理器很大程度上是關(guān)于如何定義“微處理器”的語言練習(xí)。這還取決于您如何定義“第一”：這可能是第一個設(shè)計、第一個制造的芯片、第一個銷售或第一個專利。但我認(rèn)為對于合理的定義，TMX 1795 是第一位的。

微處理器沒有官方定義。各種來源將微處理器定義為芯片上的 CPU，或芯片上或幾個芯片上的算術(shù)邏輯單元 (ALU)。一個有趣的觀點是，“微處理器”基本上是一個營銷術(shù)語，由英特爾和德州儀器等公司需要為其新產(chǎn)品貼上標(biāo)簽。

在任何情況下，我都認(rèn)為微處理器是單個芯片上的 CPU，包括 ALU、控制和寄存器。存儲和 I/O 一般在芯片之外。通常會有額外的支持和接口芯片，例如緩沖器、鎖存器和時鐘生成。我還認(rèn)為微處理器可編程為通用計算機(jī)很重要。我認(rèn)為這個定義對微處理器來說是一個合理的定義。

我不認(rèn)為微處理器的一種架構(gòu)是微編碼系統(tǒng)，其中控制單元是獨立的，并提供微指令來控制 ALU 和系統(tǒng)的其余部分。在該系統(tǒng)中，微編碼可以由ROM提供，鎖存器通過微指令步進(jìn)。由于 ALU 不需要進(jìn)行指令解碼，因此它可以是比成熟的 CPU 簡單得多的芯片。我認(rèn)為稱它為微處理器是不公平的。

早期微處理器的時間表

有幾個處理器經(jīng)常被認(rèn)為是第一個微處理器，它們是在短短幾年內(nèi)創(chuàng)建的。我創(chuàng)建了下面的時間線來顯示它們的開發(fā)時間。在本文的其余部分，我將詳細(xì)描述不同的處理器。

早期 MOS/LSI 處理器的時間線。

四相 AL1

如果說一個人可以被認(rèn)為是 MOS/LSI 處理器之父，那就是 Lee Boysel。在仙童工作期間，他提出了基于 MOS 的計算機(jī)的想法，并有條不紊地設(shè)計和制造了必要的尖端芯片（1966 年的 ROM，1967 年的 ALU，1968 年的 DRAM）。在此過程中，他發(fā)表了幾篇關(guān)于 MOS 芯片的有影響力的文章，以及 1967 年的“宣言”，解釋了如何使用 MOS 構(gòu)建可與 IBM 360 相媲美的計算機(jī)。

四相 AL4 算術(shù)邏輯芯片（AL1 的變體）

Boysel 于 1968 年 10 月離開 Fairchild 并創(chuàng)建了 四相系統(tǒng)，以構(gòu)建他的基于 MOS 的系統(tǒng)。1970 年，他演示了強(qiáng)大的 24 位計算機(jī) System/IV。該處理器使用了 9 個 MOS 芯片：三個 8 位 AL1 算術(shù)/邏輯芯片、三個微碼 ROM 和三個 RL 隨機(jī)邏輯芯片。這臺電腦賣得很好，四相在 1981 年被摩托羅拉收購之前成為財富 1000 強(qiáng)公司。

四相 AL1 算術(shù)邏輯芯片的模具照片。由計算機(jī)歷史博物館提供。

如前所述，Boysel 在法庭演示系統(tǒng)中使用 AL1 芯片作為處理器1995 年針對 TI 的專利展示現(xiàn)有技術(shù)。鑒于這個演示，為什么我不認(rèn)為 AL1 是第一個微處理器？它使用 AL1 芯片作為處理器，以及 ROM、RAM、I/O 和一些地址鎖存器，所以它看起來像一個單片 CPU。但我仔細(xì)研究了這個演示系統(tǒng)，雖然它是一個絕妙的 hack，但也有一些詭計。ROM 及其相關(guān)的鎖存器實際上設(shè)置為微碼控制器，為系統(tǒng)的其余部分提供 24 條控制線。ROM 控制存儲器讀/寫，選擇 ALU 操作，并提供下一條微碼指令的地址（沒有程序計數(shù)器）。經(jīng)過仔細(xì)檢查，很明顯 AL1 芯片是作為算術(shù)/邏輯芯片（因此得名 AL1），而不是作為 CPU。

還有一些其他的事情表明 AL1 不能作為單片機(jī)工作。作為試驗的一部分發(fā)布的芯片照片標(biāo)有 AL1 芯片的組件，包括“指令寄存器 23 位”。然而，這個標(biāo)簽完全是虛構(gòu)的——如果你仔細(xì)研究芯片照片，那里沒有指令寄存器或 23 位，只有地線通過時鐘線下方的過孔。我只能得出結(jié)論，這個標(biāo)簽是為了在審判中欺騙人們。此外，試用中使用的 AL1 框圖與最初發(fā)布的框圖相比有一些細(xì)微的變化，去掉了程序計數(shù)器并添加了各種互連。我檢查了用于試驗的代碼（微代碼），它由與 AL1 原始指令集完全不同的超級奇異的微代碼指令組成。

顯示虛構(gòu)的“指令寄存器 23 位”標(biāo)簽的 AL1 芯片照片的詳細(xì)信息。

盡管該演示非常出色，并且在使德州儀器公司的訴訟脫軌方面取得了巨大成功，但我不認(rèn)為它表明 AL1 是一個單芯片微處理器。它表明，結(jié)合微碼控制器，AL1 可以用作幾乎無法正常工作的處理器。此外，您可能可以使用類似的方法從早期的 ALU 芯片（例如 74181 或 Fairchild 3800）構(gòu)建處理器，并且沒有人認(rèn)為這些是微處理器。

從日期來看，Viatron（如下所述）似乎在四相之前交付了他們的 MOS/LSI 計算機(jī)，所以我不能稱四相是第一臺 MOS/LSI 計算機(jī)。然而，四相公司確實生產(chǎn)了第一臺帶有半導(dǎo)體存儲器（而不是磁芯存儲器）的計算機(jī)，因此也是第一臺全半導(dǎo)體計算機(jī)。

Viatron

Viatron 是另一家有趣但大多被遺忘的公司。它最初是一家于 1967 年 11 月成立的廣為人知的初創(chuàng)公司。大約一年后，他們發(fā)布了 System 21，這是一款配備智能終端、磁帶驅(qū)動器和打印機(jī)的 16 位小型計算機(jī)，由定制的 MOS 芯片制成。他們的計劃是量產(chǎn)：通過構(gòu)建大量系統(tǒng)，他們希望以低廉的價格生產(chǎn)芯片并以驚人的低價出租系統(tǒng)——每月 99 美元的電腦租賃費。不幸的是，Viatron 遇到了芯片良品率低、延遲和價格上漲的問題。結(jié)果，該公司在 1971 年 3 月轟然倒閉。

Viatron System 21：彩色顯示器、終端鍵盤、“機(jī)器人”打印機(jī)和計算機(jī)。來自 Viatron 手冊，通過 bitsavers.org。

Viatron 實際上是微處理器的鼻祖——他們在 1968 年 10 月發(fā)布的 2101 微處理器中率先使用了“微處理器”一詞。然而，這個微處理器不是一個芯片——它是一個完整的智能終端，以每月 20 美元的極低價格出租。Viatron 使用術(shù)語微處理器來描述帶有鍵盤和磁帶驅(qū)動器的整個桌面單元。微處理器機(jī)柜內(nèi)有一堆板——處理器本身由 3 塊板上的 18 個定制 MOS 芯片組成，還有更多用于鍵盤接口、磁帶驅(qū)動器、內(nèi)存和視頻顯示的定制 MOS 和 CMOS 芯片板。

2101內(nèi)部的3板處理器專門用于其終端角色。它讀寫多條 I/O 控制線，在 I/O 設(shè)備和內(nèi)存之間移動數(shù)據(jù)，更新顯示，并提供串行輸入和輸出。處理器非常有限，甚至不提供算術(shù)功能。盡管如此，我認(rèn)為 Viatron 2101“微處理器”可以被認(rèn)為是第一款（多芯片）MOS/LSI 處理器，在四相系統(tǒng)/IV 之前出貨。

來自 Viatron System 21 終端的 CPU 板 #2，共 3 個。頂行有兩個 RAR 寄存器芯片和六個 ROM 芯片。底層芯片為 IBR 多路復(fù)用器、標(biāo)志芯片和 ROM 多路復(fù)用器，圖片由UMMR提供。

Viatron 還制造了一臺先進(jìn)的通用 16 位計算機(jī)，即 62 磅重的 2140 小型計算機(jī)，每月租金為 99 美元，并配備了 Fortran 編譯器。它有 4K 16 位字的核心內(nèi)存和兩個 16 位算術(shù)單元。微編碼處理器具有廣泛的指令集，包括乘法和除法運算，并支持 48 位算術(shù)。Viatron 2140 比四相計算機(jī)稍早上市，似乎是第一款 MOS/LSI 通用計算機(jī)。不幸的是，其銷售不佳，預(yù)計 2140 年在 1973 年結(jié)束。

MP944 / F-14 CADC

中央空氣數(shù)據(jù)計算機(jī)是 F-14 戰(zhàn)斗機(jī)的飛行控制系統(tǒng)，使用 1968 年至 1970 年間開發(fā)的 MP944 MOS/LSI 芯片組。該計算機(jī)處理來自傳感器的信息，并生成用于儀表和控制飛機(jī)的輸出。它執(zhí)行的主要操作是計算輸入的多項式函數(shù)。這個芯片組是由 Ray Holt 設(shè)計的，他在他的網(wǎng)站 ( firstmicroprocessor.com ) 上認(rèn)為這臺 20 位串行計算機(jī)應(yīng)該被認(rèn)為是第一個微處理器。

F14A CADC 計算機(jī)的框圖。模塊 1 執(zhí)行乘法，模塊 2 執(zhí)行除法，模塊 3 執(zhí)行特殊邏輯功能。從微處理器的體系結(jié)構(gòu)。

這臺計算機(jī)的架構(gòu)非常不尋常。它由三個功能模塊組成：乘法器、除法器和“特殊邏輯”。每個功能單元都有一個提供 20 位微指令的微碼 ROM（包括一個地址寄存器）、一個在 13 個數(shù)據(jù)輸入之間選擇并執(zhí)行加法的數(shù)據(jù)導(dǎo)向單元（SL）、算術(shù)芯片（乘法（PMU）、除法（PDU） ) 或特殊邏輯 (SLF))，以及用于存儲的小型 RAM 芯片 (RAS)。每條數(shù)據(jù)線傳輸一個 20 位定點值，每次串行移位一位。SLF（特殊邏輯功能）芯片的主要目的是在上下限之間鉗制一個值。它還將格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制并執(zhí)行其他邏輯功能。

我不認(rèn)為這是一個微處理器，因為控制、算術(shù)和存儲在每個功能單元中的四個獨立芯片上分開。不僅沒有CPU芯片，甚至沒有通用ALU芯片。計算機(jī)架構(gòu)專家大衛(wèi)帕特森說：“霍爾特的計算機(jī)絕不可能是微處理器，使用我們今天的意思?！?即使您將微處理器定義為包括多芯片處理器，Viatron 也比 CADC 領(lǐng)先了幾個月。雖然 CADC 處理器非常有趣，但我看不出它可以被認(rèn)為是第一個微處理器。

Intel 4004

眾所周知的 Intel 4004 通常被認(rèn)為是第一個微處理器，但我相信 TMX 1795 擊敗了它。我不會詳細(xì)說明 Busicom 如何與英特爾簽訂合同，為計算器制造 4004，因為這個故事眾所周知。我對 4004 的日期進(jìn)行了大量研究，以確定哪個是第一個：4004 或 TMX 1795。根據(jù) 4004 口述歷史，第一個成功的 4004 芯片是在 1971 年 2 月下旬并運往 Busicom三月。TI 于 1971 年 2 月 24 日撰寫了一份帶有 TMX 1795 照片的公告草案，并于 3 月在《商業(yè)周刊》上發(fā)表。TMX 1795 在夏季交付給 Datapoint，TI 于 8 月 31 日申請了專利。4004 直到 11 月 15 日才公布。

總而言之，日期非常接近，但似乎 TMX 1795 芯片首先制造（假設(shè)該芯片為 2 月 24 日的文章工作）并首先發(fā)布，而 4004 則首先交付給客戶。另一方面，F(xiàn)ederico Faggin 聲稱 4004 比 TMX 1795 [17]早一兩個月。但是，TMX 1795 已獲得專利；我認(rèn)為如果 4004 真的擊敗了 TMX 1795（而不是從四相 AL1 構(gòu)建演示），那么在所有專利訴訟中都會有人提到。根據(jù)證據(jù)，我得出結(jié)論，TMX 1795 比 4004 稍早，是第一款制造的微處理器，而 4004 顯然是第一款商業(yè)銷售的微處理器。德州儀器在其網(wǎng)站上聲稱：“1971：發(fā)明了單片微處理器”，我同意這個說法。

Intel 8008

很多人認(rèn)為英特爾 8008 是 4004 的繼任者，但這兩款芯片幾乎是完全獨立的，并且大致是并行開發(fā)的。事實上，4004 的一些工程師擔(dān)心 8008 會先出來，因為 8008 項目是由 4004 項目中的四個芯片組成的。8008 最初在 Intel 的命名方案中稱為 1201，因為它是 Intel 正在開發(fā)的第一個定制 MOS 芯片。4004 本來應(yīng)該是 1202，但該項目的關(guān)鍵工程師 Faggin 說服管理層認(rèn)為 4004 是一個更好的名稱。1201 在發(fā)布前更名為 8008，以適應(yīng)新的命名模式。

根據(jù)我的研究，8008 可能是第一個在印刷品中描述的微處理器。我在 1970 年 10 月 25 日《電子設(shè)計》的一篇四段文章中找到了對它的引用（雖然沒有 8008 的名稱），該文章討論了英特爾正在為 Datapoint 2200 開發(fā)的芯片。文章簡要描述了芯片的指令集、架構(gòu)和表現(xiàn)。它表示該處理器將用于 2200“智能終端”（這當(dāng)然沒有發(fā)生），并表示該芯片計劃于 1971 年 1 月交付（ 1972 年 3 月正式宣布）。

Gilbert Hyatt 的微控制器專利

Gilbert Hyatt 如何在 1990 年獲得涵蓋微控制器的廣泛專利并在幾年后失去它的故事很復(fù)雜，但我將在此嘗試對其進(jìn)行總結(jié)。故事要從 1968 年 Micro-Computer Incorporated 成立說起。Hyatt 用 TTL 芯片制造了一臺 16 位串行計算機(jī)，并將其作為數(shù)控計算機(jī)出售。他曾計劃將這款處理器打造為單芯片，但在此之前，該公司于 1971 年倒閉。Hyatt 先生聲稱投資者Noyce和摩爾（因英特爾而聞名）切斷了資金，因為“他們的動機(jī)是賣掉公司，拿走技術(shù)。”

Nu-troller IV CNC 機(jī)器使用 Gilbert Hyatt 由 TTL 芯片構(gòu)建的 16 位處理器。圖片來自 Numerical Control Society Proceedings，1971 年。

1990 年，Gilbert Hyatt 似乎突然獲得了一項非常普遍的專利 ( 4942516 )，該專利涵蓋了一臺具有 ROM 和存儲在單芯片上的計算機(jī)。Hyatt 于 1969 年在他的計算機(jī)上申請了一項專利，由于多次延續(xù)，他直到 1990 年才獲得該專利。該專利在計算機(jī)行業(yè)引起了相當(dāng)大的動蕩，因為該專利幾乎涵蓋了每個微控制器。凱悅最終收取了大量許可費，直到幾年后德州儀器對該專利提出質(zhì)疑，專利局取消了凱悅的主要專利主張。無論如何，Gilbert Hyatt 的微處理器從未被制造出來（除了 TTL 形式），沒有針對它的設(shè)計，專利也沒有提供任何關(guān)于如何將計算機(jī)放在芯片上的信息。因此，雖然這臺由 TTL 芯片構(gòu)建的計算機(jī)很有趣，但它從未成為微處理器。

TMS 0100 片上計算器/微控制器

德州儀器于 1971 年創(chuàng)建了 TMS 1802NC 片上計算器；這是 TMS 0100 系列中的第一款芯片。該芯片包括程序 ROM、存儲、控制邏輯和一個 ALU，它在11 位操作碼的控制下對 11 位十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)運算。

TMS 1802 計算器芯片，TMS 0100 系列中的第一款芯片。照片由datamath.org提供。

雖然 TMS 0100 系列通常被稱為片上計算器，但它也適用于微控制器任務(wù)。該專利描述了“非計算器功能的計算器系統(tǒng)的編程”，包括數(shù)字電壓表、稅費表、秤、收銀機(jī)操作、控制器、算術(shù)教學(xué)單元、時鐘和其他應(yīng)用程序。作為第一款“片上計算機(jī)”，TMS 0100 為德州儀器提供了多項重要的微控制器專利。他們在專利訴訟中使用了它（包括前面描述的戴爾案）。（微控制器和微處理器之間的主要區(qū)別在于微控制器包括存儲和程序 ROM，而微處理器具有它們外部。）

TMX 1795（第一個微處理器）和 TMS 0100（第一個微控制器）幾乎同時由德州儀器的 Gary Boone 和團(tuán)隊（Mike Cochran、Jerry Vandierendonck 等）開發(fā)，這是一項了不起的成就。TMS1802NC / TMS 0100 于1971 年 9 月 17 日發(fā)布。

1974 年，德州儀器發(fā)布了 TMS 0100 系列的繼任者，即 TMS 1000 系列，并將其作為微控制器推向市場。在外部，TMS 1000 系列具有與 TMS 0100 系列相似的 I/O，但在內(nèi)部卻完全不同。TMS 0100 的 11 位操作碼被 8 位操作碼取代，11 位十進(jìn)制存儲被 4 位二進(jìn)制存儲取代。一些消息來源稱 TMS 1000 系列為第一個微控制器或第一個微處理器。這是完全錯誤的，并且基于兩個系列之間的混淆?；煜?TMS 0100 和 TMS 1000 就像混淆 8008 和 8080：后者是一個相關(guān)但全新的芯片。

結(jié)論

由于 TMX 1795 在商業(yè)上并不成功，該芯片幾乎被遺忘了，盡管該芯片具有重要的歷史作用。我發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于這個芯片的歷史，并對其他有時被認(rèn)為是第一個微處理器的芯片進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)研究。“第一個微處理器”的名稱取決于您對微處理器的準(zhǔn)確定義，但 TMX 1795 首先是在一個合理的定義下——CPU-on-a-chip。然而，有趣的是，一旦技術(shù)允許，多個 MOS/LSI 處理器芯片是如何在很短的時間內(nèi)制造出來的，而現(xiàn)在它們中的大多數(shù)現(xiàn)在幾乎完全被遺忘了。