發(fā)明于1947年的晶體管作為電子放大器和開關(guān)，是各種電子設(shè)備（從袖珍收音機(jī)到倉庫規(guī)模的超級計(jì)算機(jī)）的核心部件。其早期版本被稱為“雙極晶體管”，至今仍在使用。到了20世紀(jì)60年代，工程師已經(jīng)找到了將多個雙極晶體管組合成單個集成電路的方法。但由于這些晶體管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，集成電路只能包含少量的晶體管。所以，因此，建立在雙極集成電路基礎(chǔ)上的微型計(jì)算機(jī)雖然比早期計(jì)算機(jī)小得多，但仍然需要多塊主板和數(shù)百個芯片。

英特爾的4位4004芯片被廣泛認(rèn)為是世界上第一個微處理器。但是，這個頭銜不是沒有競爭對手。

1960年，出現(xiàn)了一種新型晶體管——金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管。起初，這項(xiàng)技術(shù)并沒有表現(xiàn)出廣闊的前景。但到了1964年，相較于雙極集成電路，在MOS晶體管基礎(chǔ)上制作的集成電路擁有更高的密度和更低的生產(chǎn)成本。如摩爾定律所述，集成電路越來越復(fù)雜，但如今MOS技術(shù)引領(lǐng)了潮流。

20世紀(jì)60年代末，單一MOS集成電路包含100個甚至更多邏輯門，每個邏輯門又包含多個晶體管，因此這種技術(shù)對于制造計(jì)算機(jī)特別有吸引力。這些芯片及其諸多組件被稱為大規(guī)模集成電路（LSI）。

工程師們認(rèn)識到，隨著MOS晶體管的密度越來越大，最終將實(shí)現(xiàn)基于單一芯片的計(jì)算機(jī)處理器。但是由于MOS晶體管的速度要低于雙極晶體管，所以，只有當(dāng)性能要求偏低或設(shè)備需要小而輕時（如數(shù)據(jù)終端、計(jì)算器或者航空電子設(shè)備），MOS芯片計(jì)算機(jī)才能發(fā)揮作用。因此，正是這些計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域掀起了微處理器革命。

今天，大多數(shù)工程師腦中的印象是，這場革命始于1971年英特爾的4位4004芯片，很快英特爾又推出了8位的8008芯片。實(shí)際上，微處理器的誕生故事要精彩和奇妙得多。尤其是，一些剛剛披露的文件描述了一個長期被遺忘的芯片——德州儀器的TMX 1795——力壓英特爾8008，成為第一款8位微處理器，卻一直默默無聞。

TMX 1795，3078個晶體管

4004，2300個晶體管

8008，3098個晶體管

將MOS集成電路應(yīng)用于計(jì)算，為第一款微處理器打開了大門。第一臺利用MOS-LSI芯片制造的計(jì)算機(jī)是由Autonetics（位于加州阿納海姆市，北美航空公司的一個分支機(jī)構(gòu)）在1967年制造的D200。

1996年為國家發(fā)明家名人堂舉辦的入場儀式中，F(xiàn)edericoFaggin，Marcian “Ted”HoffJr.和StanleyMazor[左起]）展示了他們在20世紀(jì)70年代初創(chuàng)立的先驅(qū)微處理器，即Intel 4004。

這臺24位緊湊型通用計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)初衷是用于航空和導(dǎo)航。它的中央處理單元由24個MOS芯片組成，得益于四相邏輯設(shè)計(jì)技術(shù)，利用個相分離的時鐘信號（每個信號都有一個不同的開關(guān)模式或相位）推動晶體管的狀態(tài)變化，從而使電路大大簡化。該計(jì)算機(jī)只有幾公斤重，用于為“波塞冬”潛射彈道導(dǎo)彈制導(dǎo)以及B-1轟炸機(jī)燃料的管理。甚至還有人考慮把它用在航天飛機(jī)上。

很快，D200之后又出現(xiàn)了另一臺航空電子計(jì)算機(jī)——由蓋瑞特艾雷賽奇（現(xiàn)在隸屬于霍尼韋爾）制造的中央航空數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（Central Air Data Computer），包含3個CPU和28個芯片。該計(jì)算機(jī)是為F-14戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)的飛行控制系統(tǒng)，使用的是蓋瑞特艾雷賽奇在1968—1970年間開發(fā)的MP944 MOS-LSI芯片組。這臺20位的計(jì)算機(jī)通過處理從傳感器獲得的信息，為儀器和飛機(jī)控制生成輸出數(shù)據(jù)。

F-14計(jì)算機(jī)的架構(gòu)與眾不同。它有3個并行的功能單元：一個進(jìn)行乘法運(yùn)算，一個進(jìn)行除法運(yùn)算，另一個用于特殊的邏輯功能運(yùn)算（包括在最高值和最低值之間選擇一個值）。每個功能單元由多個不同的MOS芯片構(gòu)成，如一塊只讀存儲器（ROM）芯片（包含了決定該單元將如何運(yùn)作的數(shù)據(jù)）、一塊數(shù)據(jù)控制芯片、各種運(yùn)算芯片，以及一塊用于臨時存儲的隨機(jī)訪問存儲器（RAM）芯片。

由于F-14計(jì)算機(jī)屬于機(jī)密，因此幾乎沒有人知道MP944芯片組。但是Autonetics公司對其D200進(jìn)行了廣泛宣傳，后來推動了另一臺更加緊湊的MOS計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)——SystemⅣ。該計(jì)算機(jī)的發(fā)明者是李?博塞爾（Lee Boysel），他于1968年離開了仙童半導(dǎo)體公司，與他人共同創(chuàng)辦了四相系統(tǒng)公司（Four-Phase Systems，以Autonetics的四相邏輯命名）。

24位SystemⅣ計(jì)算機(jī)的CPU僅由9個MOS芯片構(gòu)成：3個名為AL1的算術(shù)邏輯單元（ALU）芯片（進(jìn)行加減等運(yùn)算操作，以及與、或、非等邏輯操作）、3個ROM芯片，以及3塊隨機(jī)邏輯芯片。

幾乎同時，一家位于馬薩諸塞州的創(chuàng)業(yè)公司——Viatron計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司也加入了這場游戲。該公司創(chuàng)建于1967年11月，而僅在一年之后，便推出了System 21——一臺配備各種輔助設(shè)備的16位微型計(jì)算機(jī)，全部由定制化的MOS芯片構(gòu)成。

我們要感謝Viatron的某個人創(chuàng)造了“微處理器”一詞。1968年10月，該公司在推出產(chǎn)品2101時首次使用了這個名稱。但這款微處理器并不是一個芯片。在Viatron的字典里，這個詞指的是智能終端的一部分，這一智能終端配有鍵盤和磁帶驅(qū)動器，并與一臺單獨(dú)的微型計(jì)算機(jī)相連。Viatron的“微處理器”用于控制該終端，由3塊不同主板上的18個定制MOS芯片構(gòu)成。

與此同時，20世紀(jì)60年代末，日本計(jì)算器制造商日本計(jì)算機(jī)公司（Business Computer Corp.也被稱為比吉康，Busicom）與英特爾簽署協(xié)議，為一款多芯片計(jì)算器定制芯片。最終產(chǎn)品被簡化成一款單芯片CPU，也就是現(xiàn)在著名的英特爾4004，同時還有用于存儲和輸入/輸出（I/O）的輔助芯片。這款4位4004芯片（意思是它只能操作4位寬度的數(shù)據(jù)）通常被認(rèn)為是第一款微處理器。

1971年初，這款配備4004芯片的計(jì)算器上市了。當(dāng)時，它有許多競爭對手。一家名為Mostek的半導(dǎo)體公司制造出了首款芯片計(jì)算器MK6010。Pico Electronics和通用儀器也在研發(fā)了它們的芯片計(jì)算器G250。不到半年，德州儀器的TMS1802芯片計(jì)算器也上市了，成為德州儀器取得巨大成功的0100生產(chǎn)線上的首款芯片。雖然這些電路作為計(jì)算器有很好的效果，但對其他事情卻無能為力，而4004卻能執(zhí)行存儲于外部ROM上的指令。因此4004能用于通用計(jì)算機(jī)。

那時正是電子計(jì)算器業(yè)務(wù)快速發(fā)展的年代，經(jīng)歷了財(cái)務(wù)危機(jī)的比吉康放棄了它對4004芯片的專有權(quán)。1071年11月，英特爾開始將4004及其附屬配套芯片作為一款適用于通用計(jì)算應(yīng)用的獨(dú)立產(chǎn)品進(jìn)行市場推廣。但不過幾個月之后，4004被其他更加強(qiáng)大的微處理器奪去了光輝，因此，基本沒有找到可應(yīng)用的商業(yè)領(lǐng)域，只包括幾款彈球機(jī)、一款文字處理器和一個投票計(jì)算系統(tǒng)。

從這個意義上來說，是電子計(jì)算器推動了首款微處理器——英特爾的4位4004芯片的產(chǎn)生。而很快接替它的8位微處理器卻有一個非常不同的起源。這個故事始于1969年計(jì)算機(jī)終端公司（CTC，位于德克薩斯州圣安東尼奧市）Datapoint2200“可編程終端”的開發(fā)。

Datapoint2200不僅僅是一個終端，而且是一臺真正的通用計(jì)算機(jī)。它的8位處理器最初由大約100個雙極芯片構(gòu)成。其設(shè)計(jì)者一直在尋找讓處理器消耗較少電量同時產(chǎn)生更少熱量的方法。1970年初，CTC安排英特爾打造一個單MOS芯片，來替換Datapoint的處理器板，但不清楚使用單芯片的主意是出自英特爾還是CTC。

1970年6月，英特爾在Datapoint2200架構(gòu)的基礎(chǔ)上制定了芯片的功能參數(shù)，然后將項(xiàng)目擱置了6個月。后來這個設(shè)計(jì)成為了英特爾8008。所以，你認(rèn)為無論第一款真正實(shí)用的單芯片通用微處理器是受計(jì)算器啟發(fā)的4004，亦或是受終端啟發(fā)的8008，創(chuàng)造它們的都是英特爾，對嗎？其實(shí)不然。

1970年，英特爾開始研制8008的時候，它還只是一家僅有約100名員工的初創(chuàng)企業(yè)。獲悉英特爾的處理器項(xiàng)目后，德州儀器——一家擁有4.5萬名員工的大型企業(yè)咨詢CTC，它是否也能為Datapoint2200制造一款處理器。CTC把相關(guān)的計(jì)算機(jī)參數(shù)給了德州儀器的工程師，讓他們放手去干。但當(dāng)?shù)轮輧x器返回了一份三芯片設(shè)計(jì)時，CTC直接問，德州儀器是否能像英特爾那樣在一塊芯片上進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后，大約在1970年4月，德州儀器開始為CTC研發(fā)一款單芯片CPU。第二年設(shè)計(jì)完成，它被稱為TMX1975（X指“試驗(yàn)”），后來當(dāng)需要公布這款芯片的原型狀態(tài)時，其名稱演變成了TMC1795。

1971年6月，德州儀器為TMC1795發(fā)起了一場媒體宣傳活動，描述了這款“單芯片中央處理器”將如何使新款Datapoint2200成為“原機(jī)器都無法與其功能相媲美的強(qiáng)大計(jì)算機(jī)”。盡管如此，TMC1795還是未能被應(yīng)用到Datapoint2200上：CTC對TMC1795進(jìn)行測試后，拒絕了這款芯片，選擇繼續(xù)使用一塊雙極芯片板制作處理器。英特爾芯片也直到1971年底才完成。

許多技術(shù)歷史學(xué)家認(rèn)為，TMC1795當(dāng)時就流產(chǎn)了。但根據(jù)該芯片首席開發(fā)者蓋里?布恩（Gary Boone）最新公布的文件，TMC1795被CTC拒絕后，德州儀器曾試圖將該芯片（經(jīng)過一些小的改進(jìn)后，成為了TMC1795A）賣給多家公司。1971年，福特汽車公司對該芯片表示出了興趣，想用它作為發(fā)動機(jī)控制器，布恩寫道：“我覺得我們已經(jīng)走進(jìn)了對我們的‘單芯片CPU’有迫切需求的大眾市場。”然而，這些努力也付之一炬，德州儀器停止?fàn)I銷TMC1795，轉(zhuǎn)而將精力放在更加有利可圖的計(jì)算器芯片上。不過，雖然德州儀器錯失了機(jī)遇，但第一款8位微處理器的桂冠還是應(yīng)該落在它的頭上。

1971年底，英特爾還在研發(fā)8008，但CTC已經(jīng)對單芯片CPU失去了興趣，放棄了對該設(shè)計(jì)的獨(dú)有權(quán)。英特爾則繼續(xù)推進(jìn)8008的商業(yè)化，1972年4月將其推出市場，并最終生產(chǎn)了幾十萬個8008。兩年后，又根據(jù)8008衍生出了英特爾8080微處理器，對8086產(chǎn)生了巨大影響，也打開了英特爾現(xiàn)在的X86芯片生產(chǎn)線的閘門。所以，如果你現(xiàn)在正坐在一臺使用X86處理器的電腦前，那么你正在使用一臺其設(shè)計(jì)可追溯至1969年Datapoint2200可編程終端的電腦。

就像這段歷史告訴我們的，微處理器的進(jìn)化并不是一條直線。許多都是機(jī)會和各種商業(yè)決策的結(jié)果，而且很可能偏離方向。以CTC為Datapoint2200設(shè)計(jì)的8位處理器架構(gòu)為例，它有4種不同的實(shí)施方式。CTC使用了兩次雙極芯片板，第一次是以串行方式交流數(shù)據(jù)，第二次是以并行方式，速度有所提高。德州儀器和英特爾都滿足了CTC使用單芯片的要求，指令集也幾乎相同，但這兩款芯片在封裝、控制信號、指令時序和內(nèi)部電路方面完全不同。

英特爾使用的技術(shù)比德州儀器更加先進(jìn)，最值得一提的是，用多晶硅制成的自對準(zhǔn)柵極，既提高了晶體管的速度，又提高了產(chǎn)出，同時也使晶體管能夠被布置得更緊密。結(jié)果，就算4004和8008加在一起，也比TMC1795的尺寸小。實(shí)際上，英特爾的工程師也曾認(rèn)為德州儀器的芯片過于龐大，很難得到實(shí)際應(yīng)用，但事實(shí)并非如此：德州儀器后來很快推出的TMS0100計(jì)算器芯片甚至比TMC1795還要大，但也取得了巨大成功。

所以，到底是誰最早發(fā)明了微處理器呢？一種答案是，微處理器并不算是發(fā)明，而是大家早已知道遲早會出現(xiàn)的東西。只要等著技術(shù)和市場相結(jié)合就可以了。我覺得這種觀點(diǎn)最有說服力。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，“微處理器”基本上是英特爾、德州儀器及其他芯片公司根據(jù)需要而推出的一個營銷術(shù)語，用來稱呼它們的新產(chǎn)品。布恩雖然是TMC1795的開發(fā)者，后來也認(rèn)為是英特爾將微處理器變成了一種實(shí)際可行的產(chǎn)品。在一封沒有標(biāo)明日期的信（明顯是針對誰首先發(fā)明了微處理器的法律討論）中，他寫道：“在微處理器發(fā)展過程中，最主要的是英特爾在1972—1975年間做出的企業(yè)貢獻(xiàn)……它們在設(shè)計(jì)、軟件和營銷方面的創(chuàng)新使這一行業(yè)有了發(fā)展可能，或者至少加速了它的發(fā)展。”

要判斷誰創(chuàng)造了第一款微處理器還取決于你如何定義這個詞。有些人認(rèn)為微處理器就是一塊芯片上的CPU；有些人則認(rèn)為僅需一塊芯片上的一個算術(shù)邏輯單元即可；還有一些人將這些功能封裝在幾塊芯片上，認(rèn)為它們合起來構(gòu)成一個微處理器。

在我看來，微處理器的主要特征在于，它是一塊單芯片上的CPU（包括ALU、控制功能以及程序計(jì)數(shù)器等寄存器），而且可編程。但是，微處理器并不是一臺完整的計(jì)算機(jī)：存儲器、I/O和其他支持功能還需要其他芯片。

根據(jù)這一定義，大多數(shù)人認(rèn)為英特爾4004是第一款微處理器，因?yàn)樗谝粔K單芯片上容納了中央處理單元的所有組件。布恩和費(fèi)德里科?費(fèi)金（Federico Faggin，英特爾4004團(tuán)隊(duì)成員）都同意，4004比最早的TMX1795樣品早出現(xiàn)了一兩個月。后者是首款8位微處理器，而英特爾的8008則是首款在商業(yè)上取得成功的8位微處理器。

但是如果你的“微處理器”定義沒那么嚴(yán)格，那么很多系統(tǒng)都可以被看成是第一款微處理器。那些認(rèn)為芯片上有算術(shù)邏輯單元即為微處理器的人，認(rèn)為博塞爾在離開仙童公司與他人合辦四相系統(tǒng)公司之前不久，于1968年制作出了第一款微處理器。也有人認(rèn)為四相系統(tǒng)公司的AL1是第一款，因?yàn)樗谝粔K單芯片上結(jié)合了寄存器和ALU，同時控制電路外置。如果你認(rèn)為微處理器可以包含多塊LSI芯片，那么Autonetics D200也具有成為第一款微處理器的資格。

專利提供了另一個評判微處理器發(fā)明的角度。德州儀器很快意識到專利的盈利能力，獲得了TMX1795和TMS0100的多項(xiàng)專利，并在訴訟和授權(quán)協(xié)議中充分利用了這些專利。

根據(jù)這些專利，德州儀器可以被視為微處理器和微控制器（集合了CPU、存儲器和各種支持功能的單芯片）的發(fā)明者。或許也不是。因?yàn)?990年吉爾伯特?海特（Gilbert Hyatt）憑借他在1969年用多塊雙極芯片板制作16位串行計(jì)算機(jī)獲得了單芯片處理器專利。這使得有人認(rèn)為海特才是微處理器的發(fā)明者，直到經(jīng)過一場復(fù)雜的官司，德州儀器于1996年在專利上擊敗了海特。

另一位被認(rèn)為是微處理器發(fā)明者的是博塞爾。1995年，在一場法律訴訟（后來被戈登?貝爾戲稱為“德州儀器與所有人的對抗”）中，博塞爾利用1969年的一塊AL1 ALU單芯片在法庭上演示一臺工作計(jì)算機(jī)，對德州儀器的單芯片處理器專利進(jìn)行反擊。他的行為有效打擊了德州儀器，不過我不認(rèn)為他的演示特別有說服力，因?yàn)樗昧艘恍┘夹g(shù)手段才贏得了官司。

無論認(rèn)為哪個是首款微處理器，我們都得接受會有競爭者來爭奪這一稱謂。可惜的是大多數(shù)人試圖在這場競賽中只承認(rèn)一個獲勝者，而許多極好的亞軍產(chǎn)品現(xiàn)在幾乎都被遺忘了。不過對于我們這些對微計(jì)算早期歷史感興趣的人來說，這一豐富的歷史將繼續(xù)存在。