木已成舟:英特尔的4位4004芯片被广泛认为是世界上第一个微处理器。但这一头衔并非没有竞争对手。照片:英特尔
到20世纪60年代末，单个MOS集成电路可以包含100个或更多的逻辑门，每个逻辑门包含多个晶体管，这使得该技术对制造计算机特别有吸引力。这些带有许多组件的芯片被称为LSI，用于大规模集成．
工程师们认识到，MOS晶体管密度的不断增加最终将使一个完整的计算机处理器被放在一个芯片上。但是由于MOS晶体管比双极晶体管速度慢，基于MOS芯片的计算机只有在性能要求相对较低或设备必须小而轻的情况下才有意义，例如数据终端、计算器或航空电子设备。这些就是引领微处理器革命的计算应用程序。
今天大多数工程师的印象是，这场革命始于1971年英特尔的4位4004芯片，紧接着紧接着是该公司的8位8008芯片。事实上，微处理器诞生的故事要丰富得多，也更令人惊讶。特别是，一些新发现的文件说明了一个被遗忘已久的芯片——德克萨斯仪器公司的TMX 1795是如何击败英特尔8008成为第一个8位微处理器的，但后来却变得默默无闻。
是什么打开了门对于第一个微处理器来说，就是MOS集成电路在计算领域的应用。第一台用MOS-LSI芯片制作的计算机叫做D200, 1967年由自动学,位于加州阿纳海姆的北美航空公司的一个部门。
三位自豪的父母:1996年，费德里科·费金、小马西安·“泰德”·霍夫和斯坦利·马佐(左起)在国家发明家名人堂的就职典礼上合影，展示他们在20世纪70年代早期发明的开创性微处理器——英特尔4004。图片来源:Paul Sakuma/AP Photos
这款紧凑的24位通用计算机是为航空和导航而设计的。它的中央处理单元由24个MOS芯片组成，并受益于一种名为四相逻辑的设计技术，该技术使用四个独立的时钟信号，每个时钟信号都有不同的开关模式或相位，来驱动晶体管状态的变化，从而使电路大大简化。这台计算机只有几公斤重，被用于海神潜射弹道导弹的制导和B-1轰炸机的燃料管理。它甚至被考虑用于航天飞机。
D200之后不久又出现了另一种航空电子计算机，它包含3个cpu，总共使用28个芯片中央空气数据计算机，由Garrett AiResearch(现在是霍尼韦尔的一部分)建造。计算机，一个飞行控制系统的设计F-14战斗机该公司使用的MP944 MOS-LSI芯片组是Garrett AiResearch在1968年至1970年间开发的。20位计算机处理来自传感器的信息，并为仪器仪表和飞机控制生成输出。亚博排列五投注网站
F-14计算机的结构不同寻常。它有三个并行操作的功能单元:一个用于乘法，一个用于除法，一个用于特殊的逻辑功能(包括将值夹在上限和下限之间)。每个功能单元都由几种不同的MOS芯片组成，例如只读存储器(ROM)芯片，其中包含决定该单元如何运行的数据;数据导向芯片;各种算法芯片;以及用于临时存储的RAM芯片。
由于F-14计算机属于机密，很少有人知道MP944芯片组。但Autonetics广泛宣传了它的D200，然后激发了一种更紧凑的基于mos的计算机:System IV李Boysel他于1968年离开仙童半导体公司，与人合伙创办了一家公司四联系统,以Autonetics的四阶段逻辑命名他的新公司。
24位系统IV的CPU由9个MOS芯片组成:3个被称为AL1的算术逻辑单元(ALU)芯片(执行加法和减法等算术运算，以及与、或和非等逻辑运算)，3个ROM芯片和3个随机逻辑芯片。
在德州什么都大
虽然德州仪器的TMX 1795和英特尔的8008拥有相同数量的晶体管，但前者需要更大的硅晶片。事实上，TMX 1795比英特尔8008和4004加起来还要大。英特尔的工程师们认为，TI芯片的大尺寸使其无法实现商业批量生产，但TI在几乎同时推出的非常成功的TMS 0100计算器芯片拥有更大的芯片尺寸。因此，模具尺寸和商业可行性之间的联系一定不是直接的。(模具的相对尺寸如下所示)
TMX 17953,078个晶体管
4004 2,300个晶体管
8008 3,098个晶体管图片来源:计算机历史博物馆
几乎同时，一家总部位于马萨诸塞州的初创公司打来电话Viatron计算机系统公司进入游戏。1967年11月，该公司发布了System 21，这是一款16位小型机，配有各种配件，全部由定制MOS芯片构建。
我们要感谢Viatron的人创造了“微处理器”这个词。1968年10月，苹果公司在一款名为2101的产品发布会上首次使用了这个词。但这个微处理器不是芯片。在Viatron的词典中，这个词指的是智能终端的一部分，它配有键盘和磁带驱动器，并连接到一台独立的小型计算机。威腾的“微处理器”控制终端，由18个定制MOS芯片组成，安装在三个独立的板上。
20世纪60年代末，日本计算器制造商商业计算机公司(Business Computer Corp.)(更广为人知的名字是ibmBusicom)与英特尔用于多芯片计算器的自定义芯片。最终的产品被简化为单芯片CPU，也就是现在著名的CPU英特尔4004年以及用于存储和输入/输出(I/O)的配套芯片。4位4004(意味着它处理的数据字只有4位宽)通常被认为是第一个微处理器。
包含4004的计算器第一次出现是在1971年初。这个时候，它有了很多竞争对手。一家半导体公司Mostek发明了第一个芯片上的计算器MK6010。Pico Electronics和General Instrument也有他们的G250片上计算器。不到六个月，德州仪器公司1802年经颅磁刺激芯片上的计算器也投入使用，它是德州仪器取得巨大成功的0100系列的第一个芯片。虽然这些电路作为计算器工作得很好，但它们不能做其他任何事情，而4004则通过执行存储在外部ROM中的指令来运行，因此它可以用于通用计算机。
对于电子计算器行业来说，这是一个快速发展的时期，在遇到财务困难后，Busicom放弃了4004芯片的独家权利。1971年11月，英特尔开始将其和相关的支持芯片作为用于通用计算应用的独立产品进行营销。然而，在几个月之内，4004就被更强大的微处理器所取代商业应用很少．其中包括几台弹球机、一个文字处理器和一个计票系统。
CPU翻转:Datapoint 2200终端的制造商向英特尔和德州仪器寻求单芯片CPU。TI和Intel的CPU芯片都没有在Datapoint 2200中使用，但它们引领了一波8位微处理器，为微型计算机革命提供了动力。照片:History-computer.com
从这个意义上说，是一个电子计算器诞生了第一个微处理器，英特尔的4位4004。但是很快获得成功的8位微处理器有着完全不同的起源。这个故事始于1969年2200年的数据“可编程终端”是由一家名为计算机终端公司(CTC)的公司开发的，该公司位于德克萨斯州圣安东尼奥。
数据点2200实际上是一台通用计算机，而不仅仅是一台终端。它的8位处理器最初由大约100个双极芯片组成。它的设计者一直在想办法让处理器消耗更少的能量，产生更少的热量。因此，在1970年初，CTC安排英特尔制造一个单一的MOS芯片来取代数据点处理器板，尽管目前还不清楚使用单一芯片的想法是来自英特尔还是CTC。
TI的Guy: Gary Boone领导了TMX1795的开发，以及其他重要的数字芯片。图片来源:计算机历史博物馆
到1970年6月，英特尔开发了一种基于Datapoint 2200架构的芯片功能规范，然后将该项目搁置了6个月。这就是后来的设计英特尔8008年．因此，无论你认为受计算器启发的4004还是受终端启发的8008是第一个真正有用的单芯片通用微处理器，你都必须把它归功于英特尔，对吗?不是真的。
你看，在1970年，当英特尔开始研发8008时，它还是一家只有100名员工的初创公司。在了解了英特尔的处理器项目后，德州仪器公司这家拥有4.5万名员工的巨型公司询问CTC是否也可以为Datapoint 2200制造处理器。CTC把计算机的规格交给了TI的工程师，让他们继续工作。当他们带着三个芯片的设计回来时，CTC尖锐地问TI是否可以像英特尔那样在一个芯片上制造它。然后，TI在1970年4月左右开始为CTC开发单芯片CPU。这个设计在第二年完成，最初被称为TMX 1795（X“实验性”)，当芯片摆脱原型状态时，这个名字变成了TMC 1795。
1971年6月，TI公司为TMC 1795发起了一场媒体宣传活动，描述了这种“芯片上的中央处理器”将如何使新的Datapoint 2200成为“具有原始计算机无法提供的功能的强大计算机”。不过，这并没有发生:在测试了TMC 1795之后，CTC拒绝了它，选择继续使用双极芯片板来制造处理器。英特尔的芯片直到当年年底才准备好。
许多研究技术的历史学家认为，TMC 1795当时就死了。但最近出现的文件显示加里布恩在CTC拒绝之后，TI试图将该芯片(经过一些小的改进后被称为TMC 1795A)出售给多家公司。福特汽车公司1971年，布恩对使用这种芯片作为引擎控制器表现出了兴趣，这让布恩写道:“我认为我们已经走进了我们的‘片上cpu’迫切需要的大众市场。”可惜，这些努力都失败了，德州仪器停止了TMC 1795的销售，转而专注于更有利可图的计算器芯片。尽管如此，如果你想把第一个8位微处理器的荣誉授予TI，你应该把这个荣誉授予TI，不要介意它错失了这个机会。
变革的动力:这些备忘录显示，福特汽车公司(Ford Motor Co.)曾考虑使用TI首创的微处理器作为发动机控制器。
到1971年年底，当英特尔的8008开始工作时，CTC已经失去了对单片cpu的兴趣，并放弃了对该设计的独家权利。英特尔在1972年4月宣布了8008的商业化，并最终生产了数十万台。两年后，8008诞生了英特尔的8080微处理器，它对8086产生了重大影响，进而为英特尔目前的微处理器系列打开了闸门x86芯片。如果你坐在电脑前x如果你现在使用的是86处理器，你所使用的计算机的设计可以追溯到1969年Datapoint的2200可编程终端。
这段历史表明，微处理器的发展绝不是一条直线。这在很大程度上是偶然的结果，以及各种商业决策的结果，否则这些决策可能很容易就会发生。考虑一下CTC为Datapoint 2200设计的8位处理器架构是如何以四种不同的方式实现的。CTC用一个充满双极芯片的电路板做了两次，第一次是串行传输数据，后来使用了并行设计，速度要快得多。TI和Intel都满足了CTC的要求，单芯片的指令集几乎完全相同，但两种芯片的封装、控制信号、指令定时和内部电路完全不同。
英特尔使用了比德州仪器更先进的技术，最著名的是由多晶硅制成的自对准门，这使得晶体管速度更快，产量也提高了。这种方法也使得晶体管的封装更加密集。因此，4004和8008即使加起来也比TMC 1795小。事实上，英特尔的工程师们认为TI芯片太大而不实用，但事实并非如此:TI随后推出的非常成功的TMS 0100计算器芯片甚至比TMC 1795还要大。
综上所述，我们应该把微处理器的发明归功于谁呢?一个答案是，微处理器并不是真正的发明，而是每个人都知道会发生的事情。这只是等待技术和市场同步发展的问题。我发现这个观点最有说服力。
从另一个角度来看，“微处理器”基本上是一个营销术语，由英特尔、德州仪器和其他芯片公司的新产品品牌需求驱动。布恩，尽管是TMC 1795的开发者，后来赞扬了英特尔将微处理器转变为可行产品的承诺。他在一封未注明日期的信中写道:“微处理器发展的主要主题是英特尔在1972-75年间做出的公司承诺....他们在设计、软件和营销方面的创新使这个行业成为可能，或者至少是推动了它的发展。”
创造第一个微处理器的荣誉也取决于你如何定义这个词。有些人将微处理器定义为芯片上的中央处理器。还有人说，这一切所需要的只是一个芯片上的算术逻辑单元。还有一些芯片允许将这些功能打包在几个芯片中，这些芯片将共同组成微处理器。
在我看来，微处理器的关键特征是它在单个芯片上提供一个CPU(包括ALU、控制功能和寄存器，如程序计数器)，并且它是可编程的。但是微处理器并不是一台完整的计算机:内存、I/O和其他支持功能通常需要额外的芯片。
使用这样的定义，大多数人认为英特尔4004是第一个微处理器，因为它在一个芯片上包含了中央处理器的所有组件。Boone和费德里科•Faggin(英特尔4004团队的)同意4004比最早的TMX 1795原型机早了一两个月。后者将代表第一个8位微处理器，而英特尔8008则是第一个c商业成功8位微处理器。
但是如果您采用“微处理器”的不那么严格的定义，那么许多系统可以被认为是第一类系统。那些认为芯片上的alu是微处理器的人，认为Boysel是1968年在仙童公司制造第一个alu的人，不久之后，他离开仙童，与人共同创建了Four-Phase Systems公司。四相系统公司的AL1也是一个候选，因为它将寄存器和ALU结合在一个芯片上，同时有外部控制电路。如果你允许一个微处理器可以包含多个LSI芯片，那么autometics D200将是第一个。
专利为微处理器的发明提供了一个不同的角度。德州仪器很快意识到专利的盈利能力。它获得了TMX 1795和TMS 0100的多项专利，并在诉讼和许可协议中大量使用这些专利。
基于其专利，TI可以被认为是微处理器和微控制器的发明者，微控制器是CPU、内存和各种支持功能的单芯片封装。也许不是。这是因为吉尔伯特·凯悦(Gilbert Hyatt)在1990年获得了单芯片处理器的专利，基于他在1969年用双极芯片板制造的16位串行计算机。这导致人们声称凯悦是微处理器的发明者，直到1996年TI击败了凯悦的专利一场复杂的法律斗争．
另一个值得称赞的发明家是博伊塞尔。1995年，在一次法律诉讼中，戈登·贝尔后来戏称“TI vs everyoneBoysel通过使用1969年的AL1 ALU芯片向法庭演示一台工作计算机来对抗TI的单芯片处理器专利。他的举动有效地破坏了TI的案例，尽管我不认为他的演示特别有说服力，因为他使用了一些技术技巧来实现它。
不管你认为第一代微处理器是什么，你必须承认，这个头衔的竞争者并不缺乏。真的很遗憾，大多数人在比赛中只认识一个赢家，而许多迷人的亚军现在几乎完全被遗忘了。但对于我们这些对微计算早期感兴趣的人来说，这段丰富的历史将会继续存在。
作者简介
Ken Shirriff在2016年6月退休之前是谷歌的程序员。作为计算机历史爱好者，他对最早的CPU芯片非常着迷。在这篇文章发表的时候，他正在帮助修复一台1973年的施乐奥拓微型计算机，这台计算机引入了图形用户界面和鼠标。(有关修复的更多信息，请参阅sherriff的博客，www.righto.com．)
