“微处理器”一词的首次使用
“微处理器”一词的首次使用归功于 Viatron Computer Systems,用于描述其 1968 年宣布的 System 21 小型计算机系统中使用的定制集成电路。

1971年11月15日 星期一 至 至今
U.S. - England
微处理器是一种计算机处理器,它将中央处理单元的功能集成在单个集成电路(IC)或最多几个集成电路中。微处理器是一种多用途、时钟驱动、基于寄存器的数字集成电路,它接收二进制数据作为输入,根据存储在其内存中的指令进行处理,并将结果作为输出提供。微处理器包含组合逻辑和时序数字逻辑。微处理器对二进制数字系统中表示的数字和符号进行运算。
“微处理器”一词的首次使用归功于 Viatron Computer Systems,用于描述其 1968 年宣布的 System 21 小型计算机系统中使用的定制集成电路。
1968 年,Garrett AiResearch(聘请了设计师 Ray Holt 和 Steve Geller)受邀生产一种数字计算机,以与当时正在为美国海军新型 F-14 Tomcat 战斗机开发的主飞行控制计算机的机电系统竞争。
1969 年,CTC 与英特尔(Intel)和德州仪器(Texas Instruments)两家公司签约,制造一种单芯片实现方案,即 CTC 1201。
1969 年,Lee Boysel 基于他早先在仙童半导体(Fairchild)设计的 8 位算术逻辑单元(3800/3804),创建了 Four-Phase Systems Inc. AL-1,这是一款可扩展至 32 位的 8 位 CPU 切片。
产生 4004 的项目始于 1969 年,当时日本计算器制造商 Busicom 要求英特尔为高性能桌面计算器构建芯片组。
1970 年,由于英特尔尚未交付该部件,CTC 选择在 Datapoint 2200 中使用自己的实现方案,转而使用传统的 TTL 逻辑(因此,第一台运行“8008 代码”的机器实际上根本不是微处理器,而且早一年交付)。
1970 年,Garrett AiResearch 的 Steve Geller 和 Ray Holt 设计了 MP944 芯片组,在 AMI 制造的六个金属栅极芯片上实现了 F-14A 中央大气数据计算机。
CADC(中央大气数据计算机)的设计于 1970 年完成,并使用基于 MOS 的芯片组作为核心 CPU。该设计比其竞争的机械系统小得多(约 20 倍)且可靠得多,并被用于所有早期的 Tomcat 型号中。该系统包含“一个 20 位、流水线式、并行的多微处理器”。
除了英特尔(开发了 8008)之外,德州仪器在 1970-1971 年间为 Datapoint 2200 终端开发了一种单芯片 CPU 替代品,即 TMX 1795(后来称为 TMC 1795)。像 8008 一样,它被客户 Datapoint 拒绝了。据 Gary Boone 称,TMX 1795 从未投入生产。由于它是按照相同的规范构建的,其指令集与英特尔 8008 非常相似。
1970 年末或 1971 年初,TI(德州仪器)因无法制造出可靠的部件而退出。
1970 年 4 月,英特尔聘请意大利工程师 Federico Faggin 担任英特尔 4004 项目负责人,这一举措最终使单芯片 CPU 的最终设计成为现实(与此同时,Shima 设计了 Busicom 计算器固件,并在实施的前六个月协助了 Faggin)。
1971 年,Pico Electronics 和 General Instrument (GI) 推出了他们的首次 IC 合作,即用于 Monroe/Litton Royal Digital III 计算器的完整单芯片计算器 IC。该芯片也可以说是最早的微处理器或微控制器之一,在芯片上集成了 ROM、RAM 和 RISC 指令集。PMOS 工艺四层的布局是在聚酯薄膜上以 500 倍比例手工绘制的,考虑到芯片的复杂性,这在当时是一项重大任务。
英特尔版本的 1201 微处理器于 1971 年末问世,但为时已晚、速度缓慢,并且需要许多额外的支持芯片。CTC 对使用它没有兴趣。
4004 的生产单元于 1971 年 3 月首次交付给 Busicom,并于 1971 年末运送给其他客户。
TMS1802NC 于 1971 年 9 月 17 日宣布,实现了四功能计算器。尽管其命名如此,但 TMS1802NC 并不属于 TMS 1000 系列;它后来被重新指定为 TMS 0100 系列的一部分,该系列用于 TI Datamath 计算器。虽然作为单芯片计算器销售,但 TMS1802NC 是完全可编程的,芯片上包含一个具有 11 位指令字的 CPU、3520 位(320 条指令)的 ROM 和 182 位的 RAM。
英特尔 4004 通常被认为是第一款商用微处理器,成本为 60 美元(相当于 2018 年的 371.19 美元)。已知的第一则 4004 广告日期为 1971 年 11 月 15 日,刊登在《电子新闻》(Electronic News)上。该微处理器由一个团队设计,成员包括意大利工程师 Federico Faggin、美国工程师 Marcian Hoff 和 Stanley Mazor,以及日本工程师嶋正利(Masatoshi Shima)。
继英特尔 4004 之后,1972 年推出了英特尔 8008,这是世界上第一款 8 位微处理器。然而,8008 并不是 4004 设计的扩展,而是英特尔一个独立设计项目的结晶,该项目源于与德克萨斯州圣安东尼奥市的 Computer Terminals Corporation 签订的合同,旨在为他们正在设计的终端 Datapoint 2200 提供芯片——设计的根本方面并非来自英特尔,而是来自 CTC。
首款多芯片16位微处理器是1973年初推出的National Semiconductor IMP-16。该芯片组的8位版本IMP-8于1974年推出。
8008是成功的Intel 8080(1974年)的前身,后者相比8008性能有所提升,且所需的辅助芯片更少。Federico Faggin使用高压N沟道MOS技术构思并设计了它。
摩托罗拉于1974年8月发布了竞争产品6800,而类似的MOS Technology 6502则于1975年发布(两者主要由同一批人设计)。6502系列在20世纪80年代的普及程度足以与Z80抗衡。
1975年,National Semiconductor推出了首款16位单芯片微处理器National Semiconductor PACE,随后又推出了NMOS版本INS8900。
Intersil 6100系列由一款12位微处理器(6100)以及一系列外围支持和存储器IC组成。该微处理器识别DEC PDP-8小型计算机指令集。因此,它有时被称为CMOS-PDP8。由于它也由Harris Corporation生产,因此也被称为Harris HM-6100。凭借其CMOS技术及相关优势,6100在20世纪80年代初之前一直被纳入一些军事设计中。
RCA的RCA 1802(又名CDP1802,RCA COSMAC)(1976年推出)是航天领域具有开创意义的微处理器,它被用于前往木星的伽利略号探测器(1989年发射,1995年抵达)上。
Zilog Z80(1976年)同样是Faggin的设计,它使用低压N沟道耗尽型负载,并衍生自Intel 8位处理器:所有这些设计都采用了Faggin为4004创造的方法论。
摩托罗拉于1978年推出了MC6809。这是一款雄心勃勃且构思周密的8位设计,与6800源代码兼容,并完全使用硬连线逻辑实现(随后的16位微处理器通常在一定程度上使用微代码,因为CISC设计需求对于纯硬连线逻辑来说变得过于复杂)。
Intel将其8080设计“升级”为16位的Intel 8086,这是x86家族的首位成员,为大多数现代PC类计算机提供动力。Intel推出8086作为从8080系列移植软件的经济高效方式,并以此前提赢得了大量业务。
最重要的32位设计是1979年推出的Motorola MC68000。广为人知的68k在其编程模型中拥有32位寄存器,但使用了16位内部数据路径、三个16位算术逻辑单元和一个16位外部数据总线(以减少引脚数),外部仅支持24位地址(内部则使用完整的32位地址)。摩托罗拉通常将其描述为16位处理器。高性能、大内存空间(16兆字节或2^24字节)以及相当低的成本使其成为同类产品中最受欢迎的CPU设计。
全球首款单芯片全32位微处理器(具有32位数据路径、32位总线和32位地址)是AT&T贝尔实验室的BELLMAC-32A,于1980年产出首批样品,1982年投入量产。在1984年AT&T拆分后,它被更名为WE 32000(WE代表Western Electric),并有两个后续代系:WE 32100和WE 32200。
到20世纪80年代中期,Sequent推出了首款使用NS 32032的SMP服务器级计算机。这是该设计为数不多的成功案例之一,它在20世纪80年代末消失了。
Intel的首款32位微处理器是1981年推出的iAPX 432,但它在商业上并不成功。它具有先进的基于能力的面向对象架构,但与同时代的架构(如Intel自家的80286,1982年推出)相比性能较差,后者在典型基准测试中的速度几乎快四倍。然而,iAPX432的结果部分归因于仓促且次优的Ada编译器。
Western Design Center, Inc (WDC) 于1982年推出了CMOS WDC 65C02,并将该设计授权给多家公司。它被用作Apple IIe和IIc个人计算机的CPU,以及医疗植入式心脏起搏器和除颤器、汽车、工业和消费设备中。
市场上首款商用、单芯片、全32位微处理器是HP FOCUS。
摩托罗拉在68000上的成功促成了MC68010的诞生,后者增加了虚拟内存支持。1984年推出的MC68020增加了完整的32位数据和地址总线。68020在Unix超级微型计算机市场上变得非常流行,许多小型公司(如Altos、Charles River Data Systems、Cromemco)都生产了桌面尺寸的系统。
Western Design Center (WDC) 于1984年推出了WDC CMOS 65C02的CMOS 65816 16位升级版。65816 16位微处理器是Apple IIgs和后来的超级任天堂娱乐系统的核心,使其成为有史以来最受欢迎的16位设计之一。
首款商用RISC微处理器设计由MIPS Computer Systems于1984年发布,即32位的R2000(R1000未发布)。
ARM于1985年首次亮相。这是一种RISC处理器设计,由于其能效、授权模式以及广泛的系统开发工具选择,此后已主导了32位嵌入式系统处理器领域。
1986年,HP发布了其首款搭载PA-RISC CPU的系统。
1987 年,在非 Unix 的 Acorn 计算机中,基于 32 位、当时尚无缓存的 ARM2 的 Acorn Archimedes 成为首个使用 ARM 架构(当时称为 Acorn RISC Machine)的商业成功案例;首款 ARM1 芯片于 1985 年问世。
从 1993 年到 2003 年,32 位 x86 架构在台式机、笔记本电脑和服务器市场中日益占据主导地位,这些微处理器变得更快、功能更强。英特尔曾将该架构的早期版本授权给其他公司,但拒绝授权 Pentium,因此 AMD 和 Cyrix 基于各自的设计构建了该架构的后续版本。
1997 年,全球售出的所有 CPU 中约有 55% 是 8 位微控制器,销量超过 20 亿颗。
2001 年,IBM 推出了首款商用多核处理器,即单片双核的 POWER4。
2002 年,全球售出的所有 CPU 中不到 10% 是 32 位或更高位的。在所有售出的 32 位 CPU 中,约有 2% 用于台式机或笔记本个人电脑。
2003 年,制造并售出的微处理器价值约为 440 亿美元(相当于 2018 年的 599.3 亿美元)。
随着 AMD 在 2003 年 9 月推出与 x86 向后兼容的 64 位架构 x86-64(也称为 AMD64),随后英特尔推出了几乎完全兼容的 64 位扩展(最初称为 IA-32e 或 EM64T,后来更名为 Intel 64),64 位桌面时代开启。这两个版本在运行新的 64 位软件时,均可在没有任何性能损失的情况下运行 32 位旧版应用程序。
个人电脑市场上的首款单片多核处理器是 AMD Athlon X2,它在 Pentium D 推出几周后发布。
个人电脑直到 2005 年双核英特尔 Pentium D 推出后才用上多核处理器。然而,Pentium D 并非单片多核处理器。它由两个包含核心的裸片构成,封装在多芯片模块上。
2008 年制造了约 100 亿颗 CPU。
在 20 世纪 90 年代末,只有两种 64 位 RISC 架构仍在大规模生产用于非嵌入式应用:SPARC 和 Power ISA。但随着 ARM 变得越来越强大,在 2010 年代初,它成为了通用计算领域的第三大 RISC 架构。
2011 年,ARM 推出了一种全新的 64 位 ARM 架构。