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(shí)德州儀器的TMX1975具有與8008相同的架構(gòu)，而且比8008早幾個(gè)月生產(chǎn)。雖然TMX1975并未在商業(yè)上銷售，但其卻對計(jì)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(jì)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(shí)際上是一臺可以用BASIC或PL/B編程的小型計(jì)算機(jī)。有些人認(rèn)為Datapoint 2200是第一臺個(gè)人電腦，因?yàn)樗忍O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(jì)算機(jī)。照片由 Ecksemess CC BY-SA 3.0 通過 Wikimedia Commons拍攝。

Datapoint 2200包含一個(gè)由幾十個(gè)TTL芯片組成的8位處理器，這是當(dāng)時(shí)制造計(jì)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(gè)電路板就是處理器，每個(gè)寄存器有一兩個(gè)芯片，加法器有幾個(gè)芯片，解碼指令有幾個(gè)芯片，增加程序計(jì)數(shù)器有幾個(gè)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(jì)算機(jī)一次操作一個(gè)比特，Datapoint 2200的運(yùn)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(shí)，其設(shè)計(jì)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(huì)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(diǎn)，而且可以將整個(gè) 2200 處理器板放在一個(gè)芯片上。Datapoint的說法是， Datapoint 創(chuàng)始人 Gus Roche 和設(shè)計(jì)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(jì)構(gòu)建單芯片CPU。但Noyce最初拒絕了這個(gè)想法，認(rèn)為 CPU 芯片不會(huì)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(xiàng)目擱置了六個(gè)月。在此期間，電子設(shè)計(jì)中提到了未來的 8008 芯片（下）。你可能會(huì)期待構(gòu)建第一個(gè)微處理器的競賽，所以你可能會(huì)令 4004 和 8008 項(xiàng)目被擱置數(shù)月感到驚訝。同時(shí)，Datapoint 為 2200 構(gòu)建了一個(gè)開關(guān)電源，消除了發(fā)熱問題，并計(jì)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(jì)，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(gè)三芯片的設(shè)計(jì)，但在Datapoint尖銳地提出“你不能像英特爾那樣在一個(gè)芯片上構(gòu)建它嗎?”之后，德州儀器提出了一個(gè)單芯片CPU的設(shè)計(jì)。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(jì)的信息存在很多爭論。該項(xiàng)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(jì)文件。例如，TI 處理器復(fù)制了英特爾文檔中的一個(gè)錯(cuò)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(gè)芯片上。幾個(gè)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(dú)立機(jī)器》的文章描述了該芯片如何使 Datapoint 2200 計(jì)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(shí)系統(tǒng)的完整計(jì)算機(jī)?！?該芯片的組件“類似于以前單獨(dú)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(gè)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(jì)算機(jī)無法提供的功能的強(qiáng)大計(jì)算機(jī)”。

但這并沒有發(fā)生。Datapoint測試了TMX 1795芯片，由于四個(gè)原因拒絕了它。首先，芯片和存儲(chǔ)器不能容忍超過50mV的電壓波動(dòng)。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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)原因是英特爾有硅門技術(shù)，這實(shí)際上允許三層電路而不是兩層。但即使考慮到這一點(diǎn)，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(fèi)的空間。

英特爾工程師為TMX 1795的商業(yè)失敗提供了另一個(gè)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(shí)際上允許使用三層電路而不是兩層。但即使考慮到這一點(diǎn)，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(chǔ)（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(jì)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(jì)算機(jī)，那么您使用的是基于Datapoint 2200架構(gòu)的計(jì)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(yùn)行一個(gè)簡單的文本編輯器、一個(gè)排序程序、一個(gè)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(gè)巨大的錯(cuò)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?yàn)樗鼈兪且患矣?jì)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(jì)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(shí)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)?？紤]到Datapoint設(shè)計(jì)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(jì)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(fèi)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(shí)踐，并在 1973 年至 1985 年間獲得多項(xiàng)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?yàn)闉?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(jì) TMX 1795 并為其申請專利時(shí)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(jì)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(fèi)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(shí)，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(jì)算機(jī)，下文將對此進(jìn)行更詳細(xì)的討論。這臺計(jì)算機(jī)有一個(gè) 9 芯片 CPU，但在一次驚人的破解中，Boysel采用了三個(gè) 8 位算術(shù)/邏輯芯片中的一個(gè)，并能夠從中構(gòu)建出一臺可以工作的微型計(jì)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(gè)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(yùn)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(gè)微處理器存在相當(dāng)多的爭論。在 1968 年至 1971 年的短時(shí)間內(nèi)，推出了數(shù)個(gè)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(xiàng)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(gè)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(gè)或更多門。MOS/LSI 的引入使得用幾個(gè)芯片或單個(gè)芯片構(gòu)建處理器成為可能，而不是一個(gè)充滿芯片的電路板。

微處理器的必然性

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，微處理器并不是真正的發(fā)明，而是每個(gè)人都知道會(huì)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(diǎn)，其中有一些有趣的引述：

• 將計(jì)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(shí)間了。——Ted Hoff, 4004 設(shè)計(jì)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(jì)師

  
  

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

我基本同意這個(gè)觀點(diǎn)。1960年代后期很明顯，CPU最終會(huì)被放在芯片上，而MOS芯片的密度提高到實(shí)用的程度只是時(shí)間問題。此外，在 1960 年代，MOS 芯片速度慢、價(jià)格昂貴且不可靠[ ——由一堆雙極芯片構(gòu)建的計(jì)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(jì)算機(jī)僅適用于低性能應(yīng)用程序（計(jì)算器、終端）或需要高密度的應(yīng)用程序（航空航天、計(jì)算器）。

總結(jié)一下這個(gè)觀點(diǎn)，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(shí)產(chǎn)生的東西。

定義“微處理器”

選擇第一個(gè)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(gè)設(shè)計(jì)、第一個(gè)制造的芯片、第一個(gè)銷售或第一個(gè)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(gè)芯片上的算術(shù)邏輯單元 (ALU)。一個(gè)有趣的觀點(diǎn)是，“微處理器”基本上是一個(gè)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(gè)芯片上的 CPU，包括 ALU、控制和寄存器。存儲(chǔ)和 I/O 一般在芯片之外。通常會(huì)有額外的支持和接口芯片，例如緩沖器、鎖存器和時(shí)鐘生成。我還認(rèn)為微處理器可編程為通用計(jì)算機(jī)很重要。我認(rèn)為這個(gè)定義對微處理器來說是一個(gè)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(dú)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(shí)間表

有幾個(gè)處理器經(jīng)常被認(rèn)為是第一個(gè)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(shí)間線來顯示它們的開發(fā)時(shí)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(shí)間線。

四相 AL1

如果說一個(gè)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(jì)算機(jī)的想法，并有條不紊地設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī) System/IV。該處理器使用了 9 個(gè) MOS 芯片：三個(gè) 8 位 AL1 算術(shù)/邏輯芯片、三個(gè)微碼 ROM 和三個(gè) 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(cái)富 1000 強(qiáng)公司。

四相 AL1 算術(shù)邏輯芯片的模具照片。由計(jì)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(gè)演示，為什么我不認(rèn)為 AL1 是第一個(gè)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(gè)單片 CPU。但我仔細(xì)研究了這個(gè)演示系統(tǒng)，雖然它是一個(gè)絕妙的 hack，但也有一些詭計(jì)。ROM 及其相關(guān)的鎖存器實(shí)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(chǔ)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(jì)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(yàn)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(gè)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(shí)鐘線下方的過孔。我只能得出結(jié)論，這個(gè)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(jì)數(shù)器并添加了各種互連。我檢查了用于試驗(yàn)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(gè)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(jì)算機(jī)，所以我不能稱四相是第一臺 MOS/LSI 計(jì)算機(jī)。然而，四相公司確實(shí)生產(chǎn)了第一臺帶有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（而不是磁芯存儲(chǔ)器）的計(jì)算機(jī)，因此也是第一臺全半導(dǎo)體計(jì)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(dòng)器和打印機(jī)的 16 位小型計(jì)算機(jī)，由定制的 MOS 芯片制成。他們的計(jì)劃是量產(chǎn)：通過構(gòu)建大量系統(tǒng)，他們希望以低廉的價(jià)格生產(chǎn)芯片并以驚人的低價(jià)出租系統(tǒng)——每月 99 美元的電腦租賃費(fèi)。不幸的是，Viatron 遇到了芯片良品率低、延遲和價(jià)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(jì)算機(jī)。來自 Viatron 手冊，通過 bitsavers.org。

Viatron 實(shí)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(gè)微處理器不是一個(gè)芯片——它是一個(gè)完整的智能終端，以每月 20 美元的極低價(jià)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(dòng)器的整個(gè)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(gè)定制 MOS 芯片組成，還有更多用于鍵盤接口、磁帶驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)。頂行有兩個(gè) RAR 寄存器芯片和六個(gè) 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(jì)算機(jī)，即 62 磅重的 2140 小型計(jì)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(gè) 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(yùn)算，并支持 48 位算術(shù)。Viatron 2140 比四相計(jì)算機(jī)稍早上市，似乎是第一款 MOS/LSI 通用計(jì)算機(jī)。不幸的是，其銷售不佳，預(yù)計(jì) 2140 年在 1973 年結(jié)束。

MP944 / F-14 CADC

中央空氣數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)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(jì)算輸入的多項(xiàng)式函數(shù)。這個(gè)芯片組是由 Ray Holt 設(shè)計(jì)的，他在他的網(wǎng)站 ( firstmicroprocessor.com ) 上認(rèn)為這臺 20 位串行計(jì)算機(jī)應(yīng)該被認(rèn)為是第一個(gè)微處理器。

F14A CADC 計(jì)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(jì)算機(jī)的架構(gòu)非常不尋常。它由三個(gè)功能模塊組成：乘法器、除法器和“特殊邏輯”。每個(gè)功能單元都有一個(gè)提供 20 位微指令的微碼 ROM（包括一個(gè)地址寄存器）、一個(gè)在 13 個(gè)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(chǔ)的小型 RAM 芯片 (RAS)。每條數(shù)據(jù)線傳輸一個(gè) 20 位定點(diǎn)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(gè)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(gè)微處理器，因?yàn)榭刂啤⑺阈g(shù)和存儲(chǔ)在每個(gè)功能單元中的四個(gè)獨(dú)立芯片上分開。不僅沒有CPU芯片，甚至沒有通用ALU芯片。計(jì)算機(jī)架構(gòu)專家大衛(wèi)帕特森說：“霍爾特的計(jì)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(gè)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(gè)微處理器。

Intel 4004

眾所周知的 Intel 4004 通常被認(rèn)為是第一個(gè)微處理器，但我相信 TMX 1795 擊敗了它。我不會(huì)詳細(xì)說明 Busicom 如何與英特爾簽訂合同，為計(jì)算器制造 4004，因?yàn)檫@個(gè)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(gè)是第一個(gè)：4004 或 TMX 1795。根據(jù) 4004 口述歷史，第一個(gè)成功的 4004 芯片是在 1971 年 2 月下旬并運(yùn)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(gè)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(huì)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(gè)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(dú)立的，并且大致是并行開發(fā)的。事實(shí)上，4004 的一些工程師擔(dān)心 8008 會(huì)先出來，因?yàn)?8008 項(xiàng)目是由 4004 項(xiàng)目中的四個(gè)芯片組成的。8008 最初在 Intel 的命名方案中稱為 1201，因?yàn)樗?Intel 正在開發(fā)的第一個(gè)定制 MOS 芯片。4004 本來應(yīng)該是 1202，但該項(xiàng)目的關(guān)鍵工程師 Faggin 說服管理層認(rèn)為 4004 是一個(gè)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(gè)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(jì)》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(jì)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(jì)算機(jī)，并將其作為數(shù)控計(jì)算機(jī)出售。他曾計(jì)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?yàn)椤八麄兊膭?dòng)機(jī)是賣掉公司，拿走技術(shù)?！?/p>

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(xiàng)非常普遍的專利 ( 4942516 )，該專利涵蓋了一臺具有 ROM 和存儲(chǔ)在單芯片上的計(jì)算機(jī)。Hyatt 于 1969 年在他的計(jì)算機(jī)上申請了一項(xiàng)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(jì)算機(jī)行業(yè)引起了相當(dāng)大的動(dòng)蕩，因?yàn)樵搶＠麕缀鹾w了每個(gè)微控制器。凱悅最終收取了大量許可費(fèi)，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(jì)，專利也沒有提供任何關(guān)于如何將計(jì)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(jì)算機(jī)很有趣，但它從未成為微處理器。

TMS 0100 片上計(jì)算器/微控制器

德州儀器于 1971 年創(chuàng)建了 TMS 1802NC 片上計(jì)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(chǔ)、控制邏輯和一個(gè) 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(yùn)算。

TMS 1802 計(jì)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(jì)算器，但它也適用于微控制器任務(wù)。該專利描述了“非計(jì)算器功能的計(jì)算器系統(tǒng)的編程”，包括數(shù)字電壓表、稅費(fèi)表、秤、收銀機(jī)操作、控制器、算術(shù)教學(xué)單元、時(shí)鐘和其他應(yīng)用程序。作為第一款“片上計(jì)算機(jī)”，TMS 0100 為德州儀器提供了多項(xiàng)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(chǔ)和程序 ROM，而微處理器具有它們外部。）

TMX 1795（第一個(gè)微處理器）和 TMS 0100（第一個(gè)微控制器）幾乎同時(shí)由德州儀器的 Gary Boone 和團(tuán)隊(duì)（Mike Cochran、Jerry Vandierendonck 等）開發(fā)，這是一項(xiàng)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(chǔ)被 4 位二進(jìn)制存儲(chǔ)取代。一些消息來源稱 TMS 1000 系列為第一個(gè)微控制器或第一個(gè)微處理器。這是完全錯(cuò)誤的，并且基于兩個(gè)系列之間的混淆。混淆 TMS 0100 和 TMS 1000 就像混淆 8008 和 8080：后者是一個(gè)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(gè)芯片的歷史，并對其他有時(shí)被認(rèn)為是第一個(gè)微處理器的芯片進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)研究?！暗谝粋€(gè)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(gè)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(gè) MOS/LSI 處理器芯片是如何在很短的時(shí)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。