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本文来源于维基百科,原文链接 https://wikipedia.tk.gugeeseo.com/baike-%E5%BE%AE%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8

本文在维基百科原文的基础上略作修改,并添加了一些微处理器图片(自己收藏的或者是网上搜索的)。

早期微处理器时隔已久,很多资料不全,可能有一些问题和错误,大家可以网站留言批评指正。欢迎大家畅所欲言,相互探讨,相互学习。

 

微处理器(英语:Microprocessor缩写µPuP)是可编程特殊集成电路。一种处理器,其所有组件小型化至一块或数块集成电路内。一种集成电路,可在其一端或多端接受编码指令,执行此指令并输出描述其状态的信号。这些指令能在内部输入、集中或存放起来。又称半导体中央处理器(CPU),是微型计算机的一个主要部件。微处理器的组件常安装在一个单片上或在同一组件内,但有时分布在一些不同芯片上。在具有固定指令集的微型计算机中,微处理器由算术逻辑单元和控制逻辑单元组成。在具有微程序控制的指令集的微型计算机中,它包含另外的控制存储单元[1]。用作处理通用资料时,叫作中央处理器。这也是最为人所知的应用(如:Intel Pentium CPU);专用于图像资料处理的,叫作Graphics Processing Unit图形处理器(如Nvidia GeForce 9X0 GPU);用于音讯资料处理的,叫作Audio Processing Unit音讯处理单元(如Creative emu10k1 APU)等等。从物理角度来说,它就是一块集成了数量庞大的微型晶体管与其他电子组件半导体集成电路芯片

之所以会被称为微处理器,并不只是因为它比迷你计算机所用的处理器还要小而已。最主要的区别别,还是因为当初各大芯片厂制程,已经进入了1 微米的阶段,用1 微米的制造,所产制出来的处理器芯片,厂商就会在产品名称上用“微”字,强调他们很高科技。与现在的许多商业广告中,“纳米”字眼时常出现一样。

早在微处理器问世之前,电子计算机的中央处理单元就经历了从真空管晶体管以及再后来的离散TTL集成电路等几个重要阶段。甚至在电子计算机以前,还出现过以齿轮、轮轴和杠杆为基础的机械结构计算机。微处理器的发明使得复杂的电路群得以制成单一的电子组件。

从1970年代早期开始,微处理器性能的提升就基本上遵循着IT界著名的摩尔定律。这意味着在过去的30多年里每18个月,CPU的计算能力就会翻倍。大到巨型机,小到笔记型计算机,持续高速发展的微处理器取代了诸多其他计算形式而成为各个类别各个领域所有计算机系统的计算动力之源。

 

最早的芯片,微处理器诞生之初

正如近现代其他科技的发展一样,微处理器时代仿佛一夜之间就到来了。三个公司,三个计划,几乎不约而同地成为微处理器产业的先锋。它们就是英特尔Intel 4004德州仪器公司的TMS 1000盖瑞特艾雷赛奇(Garrett AiResearch)工业部的CADC(Central Air Data Computer)。

1968年盖瑞特被邀请参加研制一种数字计算机,以同正在开发中的用于美国海军F-14雄猫战斗机的主飞行控制计算机的电机系统竞争。这个以基于MOS(金属氧化物半导体)技术的芯片组为核心的CPU于1970年设计完成,并以更小的体积和更高的可靠性打败了基于电机系统的设计,被运用于早期的所有雄猫战斗机。但今天看来,知道CADC和MP944芯片组的人并不多,主要原因在于美国海军认为这种技术太过先进而不允许将其设计细节公开,这种情况一直持续到1997年。

  

图片来源于网络,原始来源不详。

MP944处理器全套记得是有老外收藏,目前未见国内藏友有收藏。

 

德州仪器公司开发出以预编程嵌入式应用(pre-programmed embedded applications)为主打技术的4位微处理器TMS 1000,并于1971年9月17日推出代号为TMS1802NC的市场版本,用于生产单芯片计算器。

 图片来源于我的个人网站

 

英特尔的4004计划则由弗得里克·法金(Federico Faggin)主持开发,并于1971年11月15日发布。最初是Intel为日本Busicom公司设计制造的,用于该公司的计算器产品。

  图片来源于我的个人网站

其实白瓷 Intel C4004存世量还是很大的,只是冠以世界第一商用处理器的名头,所以售价不菲。

 

在当时还有一款微处理器问世,Four-Phase System微处理器。Lee Boysel 于1968年离开仙童公司(再次感叹仙童公司真是藏龙卧虎之地)创立了Four-Phase System 公司。Four-Phase System 公司在1970年生产 AL1 微处理器(应该是定型芯片),1971年6月开始出货。不知发布时间,估计和4004、TI 1000差不多时间。该公司在1981年被摩托罗拉收购。

图片来源于网络

 

德仪的TMS 1000处理器和Four-Phase System在2014年数码之家发过帖子。 http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1022510

德州仪器为微处理器申请了专利。1973年9月4日Gary Boone获得了单片微处理器的美国专利,专利号是3757306。但是我们可能无法确定究竟哪家公司第一个在实验室做出了微处理器。1971年和1976年英特尔和德州仪器两次达成专利互许可协议,根据协议,英特尔向德州仪器付微处理器专利的使用费。

有老外在翻案,认为TMS 1000才是世界第一商用处理器。我个人认为, MP944、Intel4004、TMS 1000、Four-Phase System AL1并称70年代初的四大微处理器始祖。

 

8位微处理器

 

紧随4位的4004之后,英特尔设计出世界上第一片8位微处理器,Intel 8008。根据麻省理工出版的《现代计算史》第200页到221页,英特尔同圣安东尼奥的一家叫做计算机终端的公司(后改名为数点公司)签署了一份合同,合作设计一块用于终端的芯片。数点后来决定不用这块芯片了,而采用TTL逻辑电路设计跑相同的指令集,英特尔随即将该芯片其命名为8008,并于1972年4月上市销售。这是世界上第一块8位微处理器,也是后来《无线电电子》杂志卖的著名的马克-8计算机的主要部件。8008及其后继产品8080开创了微处理器的市场。

 

  图片来源于我的个人网站

更多图片请访问我的网站 http://www.t-cpu.com/8008-family.html

 

  图片来源于我的个人网站

更多图片请访问我的网站 http://www.t-cpu.com/8080-family.html

 

1974年,INTEL内部研发团队发生了分裂,核心成员弗得里克·法金(Federico Faggin)带领着安泽曼,西玛等一些核心成员,集体离职成立了Zilog公司,开发出了Z80处理器。

  图片来源于我的个人网站

更多图片请访问我的网站 http://www.t-cpu.com/z80.html

 

原先在摩托罗拉公司设计Motorola 6800的一群人离开公司,另组建了MOS Technology公司并在6800的技术基础上推出改良产品6502,借此与Z80在20世纪80年代的微处理器市场上分庭抗礼。

 图片来源于我的个人网站

 更多图片请访问我的网站 http://www.t-cpu.com/68000-family/68000.html

 图片来源于我的个人网站

更多图片请访问我的网站 http://www.t-cpu.com/6502.html

 

Z80和6502芯片的设计目标都是要减少整个系统的成本,为此开发者使用了缩小规模,简化总线,合并专用芯片(比如Z80就包含了一个内存控制器等方法。这些措施导致了1980年代早期家用计算机的“革命”:消费者用99美元的价格就能买到一台半可用的计算机了。

摩托罗拉推出了MC6809,成为8位处理器市场的领头羊。有人认为这是有史以来功能最强大的纯8位处理器-也是所有投产的硬布线处理器中最复杂的。比MC6809更先进的处理器后来都用了微代码技术。这是因为硬布线逻辑无法满足越来越复杂的设计,逐步被淘汰了。

 

另一种早期的8位处理器是Signetics 2650。由于其指令集架构新颖而功能强大,这种芯片风靡一时。

 

 图片来源于我的个人网站

 

RCA公司生产的CDP1802,即RCA COSMAC,是应用于航天的处理器的先锋。1970年代,NASA的旅行者号海盗号空间探测器都使用了这种芯片。1989年发射的木星探测器伽利略号也装配了这种处理器。选用CDP1802,一是因为它可以在很低的功耗下运行;二是因为它采的工艺可以更好抵抗宇宙射线和电脉冲。因此1802也被认为是第一块抗辐射微处理器。

 图片来源于我的个人网站

 

这个时代正是微处理器百家争鸣,百花齐放的时代。世界上很多国家、很多企业都在搞微处理器。中国也在1979年成功仿制Intel 8080处理器和摩托罗拉的6800处理器,说明那时中国的微处理器在世界上处于先进水平。

 

其实在微处理器诞生之初,intel高层并未看好微处理器的前景(当然在那个时代,微处理器没有得到广泛应用,大多数公司都没有重视),intel是做存储器芯片起家,那时候存储器卖的正火,4004、8008都是某公司定制,一开始应用面很窄。当年的公司政策使得4004的设计者弗得里克·法金(Federico Faggin)带领一些核心成员,集体离职成立了Zilog公司,开发出了Z80处理器。而intel后来的劲敌摩托罗拉公司也一样,设计Motorola 6800的一群人离开公司,组建了MOS Technology公司推出6502处理器。20世纪80年代的微处理器市场上,摩托罗拉6800系列处理器、intel 8080系列处理器、Z80系列处理器、6502系列处理器占了大部分市场,其中intel的处理器处境很尴尬,处于一个性能不高,价格不低的境地。

 

16位微处理器

第一款多片16位微处理器是美国国家半导体公司于1973年初期推出的IMP-16,8位的IMP-8芯片组又于1974年推出。1975年该公司推出了第一款单片16位微处理器,PACE,其基于NMOS技术的新版本,INS8900不久就替代了它。

图片来自cpu-world.com

 

其他早期的多片16位微处理器包括DEC用于PDP11小型机系列中LSI-11和PDP-11/30上的主板,还有仙童公司的MicroFlame 9440,这两款都是在1975年到1976年推出的。

图片来自cpu-world.com

DEC LSI-11是第一款DEC处理器,由DEC和Western Digital制造。 这个Western Digital是不是常说的西部数据呢?说明WD也搞过CPU啊,哈哈。

 

另外德州仪器出的TMS 9900也是早期的单片16位处理器,同TI 990兼容。9900用在了TI 990/4小型机,TI-99/4A家用计算机和TM990系列OEM品牌微机上。这块芯片封装成在一块陶瓷64脚双内线(DIP)芯片,而当时大多数8位微处理器都用更便宜的40脚DIP。后续产品TMS 9980针对英特尔的8080推出,全兼容TI 990的16位指令集,一次传输8位数据,设计成塑料40脚DIP,但是只能寻址16KB。TMS 9995是这个系列的第三块芯片,使用了全新的设计。此系列产品后来扩展到了99105和99110。

图片来自cpu-world.com

 

英特尔走了一条不同的路,由于没有小型机可以模拟,他们采取扩充8080的办法设计出了16位的8086,这是后来几乎统治PC芯片的x86家族的第一个成员。英特尔推出的8086使得8080上的软件可以很经济的移植重用,商业上获得的成功超出预期。接着英特尔又发布80186,80286,还有1985年推出的32位80386,这些处理器都是向前兼容的,造就了英特尔PC市场的霸主地位。

Intel的图片就不放了,大家很熟悉了。

 

Zilog,8位微处理器的缔造者,宣布将在1978年底或者是1979年年初推出16位的Z8000微处理器。该产品具有分段存储功能,与摩托罗拉不同的是该产品是16位架构。

图片来自cpu-world.com。我记得我有Z8000处理器,可是网站没有找到,可能是还没有上传。

 

尽管当时摩托罗拉的68000性能远超德仪TMS9900(TMS9980)和intel 8086(8088)。但是1978年,那一年IBM选择了英特尔的8088处理器制作第一台个人电脑。虽然在当时来看,摩托罗拉的68000微处理器在性能方面无疑是最好的,它拥有最大的逻辑地址空间。这比采用16位内部结构的微处理器要好得多。在未来也能够很容易地扩展到完整的32位结构。原因在于英特尔8088微处理器对于IBM来说并不是最好的处理器,但是至少它能够实现量产。而摩托罗拉68000微处理器虽然是当时各方面性能都非常好,无奈短板就是短时间产量跟不上。

这个网页详细说明了当时的情况  http://m.sohu.com/a/152366010_376746

 

这一时期的微处理器关注不多,我手里也没有收集。

 

32位

16位的设计刚刚进入市场,32位的微处理器就出现了。

世界上第一块单片32位微处理器是AT&T贝尔实验室的BELLMAC-32A,样本于1980年,1982年正式投产。1984年AT&T解体后更名为WE32000(WE代表西部电子),后来又推出了后续产品WE32100和WE32200。这些芯片用在了AT&T的3B5及3B14小型计算机、世界上第一台超级台式微机3B2,还有世界上第一台笔记本式超级微机“亚历山大”上(这种系统使用类似于现在游戏机上用的ROM插件)。所有这些系统都运行贝尔实验室的UNIX操作系统,包括叫做xt-layers的第一个窗口系统。

 

 图片来自cpu-world.com。

最著名的32位微处理器是摩托罗拉于1979年推出的MC68000。这片被称为68K的芯片具有32位的寄存器,但是内部和外部数据总线都是16位的,这样可以减少芯片的脚数。摩托罗拉将其描述为16位处理器,但是显然这是块有32位结构的芯片。由于速度快、内存寻址空间大(16兆)价格低廉,MC68000很快成为此类CPU中最流行的型号。1980年代中期,很多公司都用它来装配机器,其中包括Atari ST和Commodore Amiga,最为知名的大概算苹果公司的Apple Lisa和Macintosh了。IBM没有采用这款当时各方面性能最好的处理器,使用了Intel的处理器。

 

 图片来源于我的个人网站

英特尔的第一款32位微处理器是iAPX 432,于1981年推出,但市场上并未获得成功。此产品有先进的面向对象架构,但同其它同类产品,特别是68000比,性能较差。

 图片来自cpu-world.com。

有一个英文链接,有兴趣可以看一下 www.brouhaha.com/~eric/retrocomputing/quip/

 

68000的成功让摩托罗拉继续推出MC68010,这块芯片加入了对虚拟内存的支持。1985年又推出了MC68020,增加了完全的32位数据和地址总线。68020在Unix超级微机市场上获得巨大成功,许多小公司也用它生产桌面系统。MC68030芯片内集成了内存管理器,几乎成为除DOS外所有机器的标准处理器。MC68040合成了浮点运算器,数学运算性能得到提高。68050未能达到设计要求,没有发行。后继的68060采用了更快的RISC设计。1990年代早期,68K开始淡出桌面系统的市场。

 

  图片来源于我的个人网站

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  图片来源于我的个人网站

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 图片来源于我的个人网站

68000系列处理器可以访问我的网站 www.t-cpu.com/68000-family/68000-family.html

 其他大公司用68020设计嵌入式系统。曾几何时,运行在嵌入式系统上的68020芯片比运行在PC机上的英特尔奔腾芯片都多。(摩托罗拉的"冷火"处理器也是68020的一种变种)

 

在此期间(1980年早期到中期),国家半导体推出了一种非常类似的16位外部数据线,32位内部总线的微处理器,称为NS 16032(后改名为32016)。全32位版本称作32032,以及一系列工业用OEM微机。待到1980年代中期,Sequent使用NS 32032推出了第一款对称多处理器服务器。这款服务器少有对手,但1980年代晚期就消失了。

 

其他较值得注意的芯片包括Zilog的Z8000,但是推出太迟,未能在市场上立足即消声匿迹了。

 

 图片来源于我的个人网站

作为Zilog Z8000系列的第二个供货源,AMD也生产了Z8000系列。图中是AMD出品的AM Z8002DC 不过很奇怪,底部打着AMD的标,这其中看来还有故事。

 

一些芯片在20世纪80年代晚期上演的微处理器大战中开始淡出,甚至逐渐退出市场。春秋时代百花齐放、百家争鸣的时代结束了,随之而来的就是群雄逐鹿的战国时代。

 

RISC技术

说完了春秋的百花齐放,维基百科怎么就转到了RISC技术去了?应该讲战国群雄逐鹿啊,不按套路出牌。算了我也跟着走吧。

这很明显就是把X86排除在外了,不过X86的历史大家都比较清楚了,人家估计也就懒得讲了。

我简单说下X86桌面系列各个时期都有哪些势力吧,有漏掉的希望大家来补充。

386时代,由于intel停止授权,同时对AMD等一些自主研发的386诉之于法庭,因此那时386厂家不多,我知道的有Intel、AMD、Cyrix、TI、CHIPS。

486时代,七雄争霸,我知道的Intel、AMD、Cyrix、IBM、ST、TI、UMC。

586时代,Intel、AMD、Cyrix、IDT、RISE、Nexgen。

686时代,Intel、AMD、Cyrix

再后来,Intel、AMD、VIA

再往后,Intel、AMD

再往后,哈哈哈哈哈

 

1980年代中期到1990年代早期,一类新型高性能RISC(精简指令集计算机)崭露头角,这些芯片最初用于专用机器和UNIX工作站,但很快就在各领域流行起来了。当然,不包括英特尔的个人计算机。

 

最早的商业产品是MIPS发布的32位R2000微处理器(R1000没有正式发布)。后续产品R3000是真正实用的型号,R4000则是世界上第一个64位RISC芯片。

图片来源于我的个人网站

图片来源于我的个人网站

图片来源于我的个人网站

R4000我还没有收集到,上面这个PR3010是PR3000处理器的协处理器,协处理器出现时间也很早,摩托罗拉也有一些协处理器出品,下面这款68881就是摩托罗拉的协处理器。

 图片来源于我的个人网站

同类产品还有IBM的Power系列和Sun的SPARC系列。很快所有的厂商都开始生产RISC,包括AT&T的CRISP,AMD 29000,英特尔的i860及i960,摩托罗拉88000,DEC Alpha和HP的PA。

IBM的Power系列喜欢的人不少,我没有收藏

Sun的SPARC系列,我收藏的不多,这两个都是后期的了。

 图片来源于我的个人网站

 

我收藏了一些AMD29000系列处理器

 

其他AMD29000系列可以访问我的网站http://www.t-cpu.com/amd-am290x0/amd-am290x0.html

 

英特尔的i860及i960,我收藏了不少。

图片来源于我的个人网站

上面这张是2008年19周生产的,新LOGO。80年代末90年代初的处理器,08年仍然在生产,不能不感叹其生命力旺盛。

 

Intel在2007年停止386、486和960处理器生产。可以参考我在数码之家发的帖子

https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=47003

 

更多860、960可以访问我的网站:

http://www.t-cpu.com/80860.html

http://www.t-cpu.com/80960.html

 

摩托罗拉88000我也有收藏:

更多可以访问我的网站 http://www.t-cpu.com/motorola-88000.html

 

DEC Alpha和HP的PA。

我手里有几个Alpha,有的还没有上传。发一个出的很晚的HP ALPHA 21364,主频1.15GHz。

 

激烈的市场竞争淘汰了很多系列,现在POWER和派生的PowerPC系列成了个人计算机RISC芯片的主流。只有Sun还在使用SPARC架构。MIPS继续为SGI系统提供支持,但主要用于嵌入式系统,特别是思科的路由器。其他的系统要么已经绝迹,要么也奄奄一息。其他公司也曾经试图分一杯羹,如ARM公司原打算进军家用计算机市场,但后来还是专注于嵌入式处理器了。现今基于RISC的计算设备由MIPS,ARM和PowerPC占据了市场的主流。

当然在IBM兼容机领域内,英特尔,AMD以及台湾的VIA都生产x86兼容的微处理器。到2004年底,DEC和AMD合作的Alpha,AMD Athlon 64,以及HP和英特尔合作的安腾是最流行的型号。

 

现在上面这些慢慢已经被人淡忘,大家只记得intel的4004、4040、8008、8080等等处理器。历史往往是由胜利者书写,很多当年经典处理器都被世人慢慢淡忘。

由于个人水平和精力有限,资料所限,本文只能做到让大家稍微了解一些早期微处理器的历史,还有很多很多历史上出现过的微处理器还在等待大家慢慢去发掘整理。本文如有问题,敬请批评指正。

 

-------------------本文是在微处理器(维基百科)的基础上改编整理,是站长原创,转载需要本人同意并且需注明出处。