第一款處理器之謎

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小編語(yǔ)：處理器被我們視為電子產(chǎn)品的“控制中心”，它造就了電子世界如今百花齊放的應(yīng)用格局，讓現(xiàn)代人享受了科技帶來(lái)的各種便利，我們?cè)隗@嘆之余或許會(huì)想這個(gè)“控制中心”有著怎樣的起源？它經(jīng)過(guò)哪些曲折的歷程演變到了如今的樣子？其中有哪些起起伏伏值得我們認(rèn)真思考？從今天起，與非網(wǎng)將推出《處理器史話》專欄，付麗華老師帶大家一起回憶處理器的發(fā)展歷程，歡迎大家一起討論。

芯片的加工，是一個(gè)質(zhì)變的過(guò)程，那么千錘百煉之后，我們得到的芯片能夠做什么呢？作為芯片中的精英，處理器在不同的時(shí)期，它們又有哪些刻骨銘“芯”的經(jīng)歷呢？

正是它們的經(jīng)歷，改變著我們的生活。

穿越到 40 多年前，寫字是離不開(kāi)筆和紙的，以前新聞多是來(lái)自報(bào)紙和收音機(jī)的，看電影是要排隊(duì)搶票的，電話是固定的，街頭的廣告是手繪的，玩游戲是面對(duì)面的，信件的郵遞日程是按天來(lái)計(jì)算的，所以有朋自遠(yuǎn)方來(lái)，是不亦說(shuō)乎的…

哦，那是我們向往已久的“原生態(tài)生活”！

今天，我們的生活方式如何呢？

把身體埋在沙發(fā)里，隨手拿起手機(jī)或 iPAD，動(dòng)動(dòng)手指就可以開(kāi)啟智能家居的 APP，原地不動(dòng)，將溫度、濕度，調(diào)整到最舒適的狀態(tài)，掃地的機(jī)器人也開(kāi)始悄悄地工作了……

OK，一切就緒，便可以和地球?qū)γ娴挠H朋好友們面對(duì)面地視頻聊天；

聊夠了可以開(kāi)啟云電視，享受家庭影院的舒適；

看完了最新的大片，想玩了，可以與陌生人在虛擬的游戲世界里，斗的不亦樂(lè)乎；

玩夠了，休息夠了，該做正事兒了，開(kāi)啟電腦，便可以完成文字處理和圖像的編輯，編寫程序；連接網(wǎng)絡(luò)，那么整個(gè)世界都在你的眼前；

當(dāng)工作結(jié)束了，你還可以犒賞一下自己，通過(guò)電商平臺(tái)購(gòu)買心儀的服裝、書籍、工具、食品等等，一切都顯得那么悠然自得。

生活是多么美好！

不可否認(rèn)，40 年間，生活方式發(fā)生了巨變，而這巨變?cè)醋约夹g(shù)的更新，技術(shù)更新的核心在于芯片技術(shù)的發(fā)展，芯片中的精英是處理器。

那么到底是誰(shuí)創(chuàng)造了它們？它們最初的樣子和功能是如何的？如何一步步地發(fā)展、進(jìn)步，走到今天，改變并融入我們的生活？

別急，請(qǐng)看下文。

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CPU 從最初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU 可以分為：4 位微處理器、8 位微處理器、16 位微處理器、32 位微處理器以及最新的 64 位微處理器，可以說(shuō)個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著 CPU 的發(fā)展而前進(jìn)的。

1.1 處理器的雛形
請(qǐng)欣賞第一代商用處理器的容貌：

陶瓷材料的 Intel 4004

陶瓷的外衣，看起來(lái)還是萌萌噠（說(shuō)白了就是粗糙），是故意的還是制造條件有限？有傳言說(shuō)是 Intel 生產(chǎn)早期微處理器的慣例，對(duì)于這個(gè)慣例我表示不理解。后來(lái)的黑陶瓷和塑料封裝，也是最常見(jiàn)的，就是下圖的樣子。

第一代商用處理器：Intel 4004

雖然有點(diǎn)兒小可愛(ài)，但是太普通了吧，這也叫處理器？

沒(méi)錯(cuò)，這就是 Intel 4004。

信不信由你，第一代商用處理器就是這樣的，雖然其貌不揚(yáng)，但是出自名門 -Intel，它的創(chuàng)始人是下面的幾位資深的老帥哥，上合影：

Intel 的元老們，摩爾、諾依斯、格魯夫（從左至右）

巨人們的青蔥歲月，圖中：格魯夫（左）、諾依斯（中）和摩爾（右）

Intel 公司成立于 1968 年，上面的人物是微電子業(yè)界的夢(mèng)幻組合。

除了創(chuàng)始人，還有一位重量級(jí)人物 -- 霍夫(Marcian E.Hoff)。

1971 年 1 月，Intel 公司的霍夫，研制成功世界上第一枚 4 位“商用”微處理器芯片 Intel 4004，標(biāo)志著第一代商用微處理器問(wèn)世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開(kāi)始。

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友情提示，雖然 4004 擁有兩個(gè)第一，分別是 Intel 公司第一款微處理器，全球第一款商用處理器，但世界上的第一款處理器的桂冠，卻是屬于別人的：

CADC(CenterAir Data Computer)！

美國(guó)軍方研制的，用于 F-14 雄貓戰(zhàn)機(jī)中由 6 顆晶片組成的中央空氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī) --CADC，雖然它的構(gòu)造比 4004 還要簡(jiǎn)單，速度只有 9.15KHz。

CADC，世界第一，是不爭(zhēng)的事實(shí)。

軍方總是潛伏著無(wú)名英雄，既然是隱藏得很深，那么我們沒(méi)有必要再深挖了，犯不著觸霉頭，回頭再看一看來(lái)自民間的高手—霍夫。

霍夫是誰(shuí)？

下面是官方資料的描述 ：

美國(guó)研究微型電子計(jì)算機(jī)的先驅(qū)。

1937 年 10 月 28 日生于美國(guó)紐約州的羅切斯特。他的家有著濃厚的科學(xué)氣氛，在這種氛圍中，霍夫養(yǎng)成了良好的學(xué)風(fēng)。
他 1959 年畢業(yè)于斯坦福大學(xué)，獲碩士學(xué)位，1962 年獲博士學(xué)位。
1962～1967 年在該校計(jì)算機(jī)研究所任職，1968 年進(jìn)入英特爾公司。

霍夫在美國(guó)英特爾公司研制可編程計(jì)算器用集成電路時(shí)，提出微處理器設(shè)想 ，并于 1971 年研制成功 4004 微處理器。另外加上一塊 256 字節(jié)的只讀存儲(chǔ)器電路、一塊 32 位的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和一塊 10 位寄存器電路，構(gòu)成英特爾公司命名為 MCS-4 微型電子計(jì)算機(jī)，從而開(kāi)創(chuàng)了新一代計(jì)算機(jī)。

霍夫的發(fā)明，轟動(dòng)了整個(gè)計(jì)算機(jī)界，他曾被著名的英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志稱為“第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)最有影響的 7 位科學(xué)家之一”。

超級(jí)的牛人！

但牛人的發(fā)明，現(xiàn)在看來(lái)，功能何止是弱，簡(jiǎn)直是弱爆了！

因?yàn)椋?004 當(dāng)時(shí)只有 2300 個(gè)晶體管，是個(gè)四位系統(tǒng)，時(shí)鐘頻率在 108KHz，每秒執(zhí)行 6 萬(wàn)條指令（0.06MIPs)。功能比較弱，且計(jì)算速度較慢，在當(dāng)時(shí)只能用在 Busicom 計(jì)算器上。但已經(jīng)可以看到個(gè)人電腦的影子在里面了。

有圖為證：

4004 的核心電路照片

Intel 在 1969 年為日本計(jì)算機(jī)制造商 Busicom 的一項(xiàng)專案，著手開(kāi)發(fā)第一款微處理器，為一系列可程式化計(jì)算機(jī)研發(fā)多款晶片。最終，英特爾在 1971 年 11 月 15 日向全球市場(chǎng)推出 4004 微處理器。

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1971 年 11 月，Intel 推出 MCS-4 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括 4001 ROM 芯片、4002 RAM 芯片、4003 移位寄存器芯片和 4004 微處理器），其中 4004（上圖）包含 2300 個(gè)晶體管，尺寸規(guī)格為 3mm×4mm，計(jì)算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)年的 ENIAC，最初售價(jià)為 200 美元。

什么稱為 4004 呢？有什么含義嗎？

編號(hào)為 4004，第一個(gè)“4”代表此芯片是客戶訂購(gòu)的產(chǎn)品編號(hào)，后一個(gè)“4”代表此芯片是英特爾公司制作的第四個(gè)訂制芯片，這種數(shù)字代號(hào)卻延用至今。

這個(gè)代號(hào)為 4 的客戶是誰(shuí)？答案在上文中。

4004 是英特爾第一款商用微處理器，為日后開(kāi)發(fā)系統(tǒng)智能功能以及個(gè)人電腦奠定發(fā)展基礎(chǔ)。Intel 4004，可進(jìn)行 4 位二進(jìn)制的并行運(yùn)算，它有 45 條指令，所以它的功能有限，主要用于計(jì)算器、電動(dòng)打字機(jī)、照相機(jī)、臺(tái)秤、電視機(jī)等家用電器上，使這些電器設(shè)備具有智能化，從而提高它們的性能。

英特爾公司在推出了 4004 之后，經(jīng)過(guò)應(yīng)用實(shí)踐，不斷推陳出新，1973 年正式推出了 8 位微處理器 8008 及其改進(jìn)型號(hào) 8080。這種芯片大約集成了 4800 個(gè)晶體管，運(yùn)算速度比 4004 快 20 倍。它就是后來(lái)被用于世界第一臺(tái)微電腦“牛郎星”上的芯片。

Intel 4004 的出現(xiàn)宣告了集成電子產(chǎn)品的一個(gè)新紀(jì)元。之后微處理器的迅速發(fā)展，是霍夫始料未及的。微處理器之父 -- 霍夫，他的開(kāi)創(chuàng)性工作是永遠(yuǎn)不應(yīng)該被人忘記的。
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