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處理器的春秋戰(zhàn)國時(shí)代:8位處理器的恩怨與紛爭(下)

2016/03/25
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上次講了處理器領(lǐng)域的前兩位英特爾和摩托羅拉,今天我們繼續(xù)說后面的這幾位。


3. 震驚世界的新秀 --MOS Technology 6502
后人是這樣形容 6502 出場時(shí)的情形的:當(dāng)一個(gè)滿臉橫肉的怪人將這個(gè)微芯片裝在電腦上,并啟動(dòng)電腦時(shí),整個(gè)宇宙都震驚了。

這個(gè)怪人就是蘋果公司創(chuàng)始人之一——斯蒂芬·沃茲尼克,那臺電腦就是 Apple I,處理器用的是由摩斯太克公司研發(fā)的 8 位微處理器 6502。這一處理器同時(shí)也是 Apple II、the Commodore PET、BBC Micro 等經(jīng)典電腦以及諸如任天堂和 Atari 等游戲系統(tǒng)的大腦。

該處理器的設(shè)計(jì)者之一 Chuck Peddle 回憶稱,他們是在 1975 年的一個(gè)貿(mào)易展示會(huì)上推出這款處理器的。他稱:

“我們用芯片裝滿了兩個(gè)玻璃。我和我的妻子就坐在那里賣這些芯片。”

6502 微處理器終于脫穎而出,其原因是,6502 的速度并不比它的競爭對手快多少,但是它的價(jià)格便宜,每部售價(jià)為 25 美元,而英特爾的 8080 和摩托羅拉的 6800 售價(jià)大約在 200 美元。(編外語:既然蘋果所用的處理器這么便宜,那么為啥蘋果的手機(jī)這么貴呢?誰來解釋一下?

沃茲尼亞克和喬布斯正在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試搭載 MOS 6502 處理器的 Apple I

(圖片來源:techspot)

看到這里,大家不禁要問:MOS Technology 公司,為何具有如此的神力?故事的發(fā)展是這樣的:


1975 年,一些離開了 Motorola 公司的部分工程人員自組成立 MOS Technology 公司,并且開發(fā)出了 6502 處理器。它的位寬為 8bit,頻率只有 1MHz,并且無協(xié)處理器。但它是 IBM PC 機(jī)問世之前,世界上最流行的微型計(jì)算機(jī) Apple II(蘋果機(jī))的 CPU

Apple II 是第一個(gè)帶有彩色圖形的個(gè)人計(jì)算機(jī),售價(jià)為 1300 美元。Apple II 及其系列改進(jìn)機(jī)型風(fēng)靡一時(shí),這使 Apple 成為微型機(jī)時(shí)代最成功的計(jì)算機(jī)公司。

Apple II 全貌

(圖片來源:維基百科)

Apple II,這才是計(jì)算機(jī)該有的樣子!Altair8800 見到了它,會(huì)不會(huì)羞答答地躲到地下室里呢?

當(dāng)年 6502 剛問世時(shí)是當(dāng)時(shí)功效最強(qiáng)的 CPU,且價(jià)格只有大型業(yè)者(如 Motorola、Intel)相近產(chǎn)品的六分之一甚至更低;且除了 Zilog 公司的 Z80 外,6502 幾乎快過多數(shù)業(yè)者的相近產(chǎn)品,進(jìn)而激起一系列的電腦專案,并在之后的 1980 年代帶來一場個(gè)人電腦的革命。

MOS 科技僅授權(quán)兩家業(yè)者能相容研制 6502,即是所謂的“第二供貨源”,此分別是洛克威爾國際公司與 Synertek 公司,更之后才有更多的業(yè)者獲得相容研制的授權(quán),并仍持續(xù)在嵌入式系統(tǒng)的市場中供貨。

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4.“空前絕后”--Zilog 公司和它的 Z80


ZiLOG 公司,何方大神?

ZiLOG 公司由工業(yè)先驅(qū) Federico Faggin 和 Ralph Ungermann 于 1974 年共同創(chuàng)立。該公司生產(chǎn)的 Z80 系列控制器曾得到廣泛的應(yīng)用。1998 年,TPG(the Texas Pacific Group)收購了 ZiLOG 公司,根據(jù) ZiLOG 公司的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),將市場定位于三個(gè)方面:通訊、家庭娛樂和集成控制。

那么 Federico Faggin 又是何許人?

Zilog 公司的創(chuàng)始人費(fèi)根(Federico Faggin)原本是英特爾公司從 4004 到 8080 芯片開發(fā)的功臣,后來自己跳槽單挑一攤,成立了 Zilog 公司(在名字中取一個(gè)Z,有一種空前絕后的意味),他的 Z80 芯片是 Intel 8085 芯片 的一種改良版,曾與 8085 在市場上有過競爭,結(jié)果是使得它們成為市場的標(biāo)準(zhǔn)(這兩者本身是互相兼容的),也加速了 CP/M 成為市場標(biāo)準(zhǔn)的過程,只可惜 Zilog 后繼乏力,不久便從市場上消失了。

目前,ZiLOG 公司擁有資料齊全的專有設(shè)計(jì)資料室,在加州、德州、愛德荷州、華盛頓建立了四個(gè)設(shè)計(jì)中心,在愛德荷州擁有先進(jìn)的制造工廠,在菲律賓馬尼拉擁有一個(gè)檢測工廠,此外,在德州建立了全球用戶服務(wù)中心。目前在全球共有 27 個(gè)銷售辦公室,分銷點(diǎn)超過 120 個(gè)。

該公司新推出的產(chǎn)品是 eZ80,它是在 Z80 的基礎(chǔ)上嵌入了 Internet 和 DSP(數(shù)字音頻處理)功能。產(chǎn)品有 IR 產(chǎn)品、微控制器、微處理器、PCMCIA、PC 外圍設(shè)備、TV 控制器和無線產(chǎn)品等。


下面,來見識一下它的成名之作 --Z80 微處理器。

Z80,八位微處理器的典型產(chǎn)品。當(dāng)年大名鼎鼎的 CPU 看上去確實(shí)與想象中有很大的差距。金頂?shù)?Z80,是 Z80 系列中很少見的品種。

從發(fā)展史上可以得知,Zilog Z80 其實(shí)是 Intel 8080 的克隆產(chǎn)物,不過憑借著性能好、價(jià)格低,它迅速蠶食了 8080 的市場,采用該芯片的代表產(chǎn)品是 Radio Shack TRS-80 Model I 計(jì)算機(jī)。


上圖為:Radio Shack TRS-80 Model I 計(jì)算機(jī)和 Z80

時(shí)間,僅僅 2 年的時(shí)間,計(jì)算機(jī)的面貌已經(jīng)發(fā)生了巨變,不得不為 Zilog 點(diǎn)個(gè)贊。

追溯歷史,1976 年美國 Zilog 公司推出的微處理器(microprocessor)Z840004,Z840006 和 Z840008,因其卓越的性能,強(qiáng)大的輸入 / 出接口能力,快速的運(yùn)算速度,品種多樣的外設(shè)支持而迅速被業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

對比一下參數(shù),便可以知道它到底是多么的優(yōu)秀:

在時(shí)鐘頻率方面:Z840008 時(shí)鐘頻率可達(dá) 8MHz,同時(shí)期的其他產(chǎn)品如 Intel 的 8085、Motorola 的 M6802 等時(shí)鐘頻率為 2~5MHz;

在指令方面:Z80 支持的匯編指令也多達(dá) 158 條,而 Intel 8080 只有 72 條。

在這里,有兩點(diǎn)需要補(bǔ)充:
其一,關(guān)于 Z80 的指令,按照處理方式可以分成 8 位指令集和 16 位指令集;按照功能可以分成 8 大類;指令的長度一般為 1-4 字節(jié),執(zhí)行時(shí)間為 4-23T(T 為時(shí)鐘周期)。

其二,Z80 內(nèi)部寄存器 Z80 尋址方式也很靈活,可以分成:直接尋址,寄存器尋址,寄存器間接尋址,立即尋址,相對尋址和變址尋址,其具體原理可以參見 datasheet,這里不再贅述。

所以說,Z80 是當(dāng)時(shí)的 Intel 8080 的改進(jìn)產(chǎn)品,現(xiàn)在沒有異議了吧?

因此,硬件的專門設(shè)計(jì)+軟件的靈活設(shè)計(jì),構(gòu)成 Z80 微處理器的最顯著設(shè)計(jì)特點(diǎn),也使之成為了 80 年代最成功的 8 位 CPU 之一。

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5.RISC 芯片的鼻祖 --RCA COSMAC CDP 1802?
1974 年,RCA 公司推出第一個(gè) CMOS 微處理器 1802,是 8 位微處理器。它擁有 16 個(gè) 16 位的寄存器文件,可以使用 SEP 指令,能夠設(shè)置任何一個(gè)寄存器成為程序計(jì)數(shù)器。

RCA 1802 是應(yīng)用在太空中的第一款處理器,20 世紀(jì) 70 年代這款處理器被應(yīng)用在探測器和衛(wèi)星中,其中包括了著名的 Viking、Galileo 和 Voyager,它的低功耗和高可靠性,可以在超出地球大氣層的苛刻條件下運(yùn)行。

Voyager 1 中使用了 3 顆 1802 處理器,現(xiàn)在距離地球 102 英里,是距離地球最遠(yuǎn)的人造項(xiàng)目,它已經(jīng)離開我們的太陽系很久,正朝著星際空間前行。被用于“旅行者 1 號”太空探測器中。


太空中選用 CDP 1802,一是因?yàn)樗梢栽诤艿偷墓南逻\(yùn)行;二是因?yàn)樗傻墓に嚳梢愿玫乜褂钪嫔渚€和電脈沖。因此 1802 也被認(rèn)為是第一塊抗輻射微處理器。


RCA 1802 被譽(yù)為是 RISC 芯片的鼻祖。

下面對于這個(gè)階段的 8 位微處理器小結(jié)一下:
總的來說,上述的微處理器,集成約 9000 多只晶體管,開始替代電子邏輯元件,被應(yīng)用于各種應(yīng)用電路和設(shè)備之中。但這些芯片基本沒有改變 8080 的基本特點(diǎn),都屬于第二代微處理器。

而上述的各巨頭之間的關(guān)系是相互糾結(jié)在一起的,不妨按照時(shí)間的關(guān)系,捋一捋:
1972 年,Intel 公司推出了第一款 8 位處理器 Intel8080,并成功應(yīng)用到世界第一臺計(jì)算機(jī) Altair 8800。

(評語:看來世界第一,是非他莫屬的。)

1974 年,費(fèi)根(Federico Faggin)從英特爾公司跳槽單挑一攤,成立了 Zilog 公司,推出 Z80 芯片,是 Intel 8085 芯片的一種改良版。
(評語:借用中國先賢的一句話,安慰一下 Intel 受傷的心 -- 青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。)

1974 年,摩托羅拉公司,推出它的第一個(gè)微處理器 MC6800,并成為了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一。
(評語:微處理器的世界,不能被 Intel 一脈壟斷。)

1975 年,一些工程人員離開了 Motorola 公司,成立 MOS Technology 公司,并且開發(fā)出了 6502 處理器,應(yīng)用到真正的義上電腦意 --Apple I,最大的優(yōu)勢在于價(jià)格便宜。
(評語:不能五十步笑百步,摩托羅拉公司,也出現(xiàn)了分支。)

從此,在地面上四個(gè)巨頭各霸一方,RCA 公司看不慣他們的糾結(jié),于 1974 年推出第一個(gè) CMOS 微處理器 1802,并應(yīng)用到太空中,被后人推崇為 RISC 芯片的鼻祖。
(評語:1802 橫空出世,便把其他 MCU 藐視到地面上。)
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與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容,謝絕轉(zhuǎn)載!

系列匯總:

之一:第一款處理器之謎

之二:處理器的春秋戰(zhàn)國時(shí)代:8 位處理器的恩怨與紛爭(上)

蘋果

蘋果

蘋果公司(Apple Inc.),是美國的一家跨國科技公司,總部位于美國加州庫比蒂諾硅谷,由史蒂夫·喬布斯和斯蒂夫·蓋瑞·沃茲尼亞克共同創(chuàng)立。公司最初從事電腦設(shè)計(jì)與銷售業(yè)務(wù),后發(fā)展為包括設(shè)計(jì)和研發(fā)電腦、手機(jī)、穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品,提供計(jì)算機(jī)軟件、在線服務(wù)等業(yè)務(wù) 。

蘋果公司(Apple Inc.),是美國的一家跨國科技公司,總部位于美國加州庫比蒂諾硅谷,由史蒂夫·喬布斯和斯蒂夫·蓋瑞·沃茲尼亞克共同創(chuàng)立。公司最初從事電腦設(shè)計(jì)與銷售業(yè)務(wù),后發(fā)展為包括設(shè)計(jì)和研發(fā)電腦、手機(jī)、穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品,提供計(jì)算機(jī)軟件、在線服務(wù)等業(yè)務(wù) 。收起

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

1996畢業(yè)于華東理工大學(xué)自控系,同年7月進(jìn)入某大型國企擔(dān)任電氣員。2000年轉(zhuǎn)行從事硬件研發(fā)相關(guān)工作;后從事RFID相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì),曾參與中國自動(dòng)識別協(xié)會(huì)RFID行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草;歷任硬件工程師、主管設(shè)計(jì)師、項(xiàng)目經(jīng)理、部門經(jīng)理;2012年至今,就職于沈陽工學(xué)院,擔(dān)任電子信息工程專業(yè)教師,研究方向:自動(dòng)識別技術(shù)。已經(jīng)出版教材《自動(dòng)識別技術(shù)概論》,職場故事《51的蛻變 》。