第一款處理器之謎

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小編語：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的各種便利，我們在驚嘆之余或許會想這個“控制中心”有著怎樣的起源？它經(jīng)過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，是一個質(zhì)變的過程，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，寫字是離不開筆和紙的，以前新聞多是來自報紙和收音機的，看電影是要排隊搶票的，電話是固定的，街頭的廣告是手繪的，玩游戲是面對面的，信件的郵遞日程是按天來計算的，所以有朋自遠方來，是不亦說乎的…

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，隨手拿起手機或 iPAD，動動手指就可以開啟智能家居的 APP，原地不動，將溫度、濕度，調(diào)整到最舒適的狀態(tài)，掃地的機器人也開始悄悄地工作了……

OK，一切就緒，便可以和地球?qū)γ娴挠H朋好友們面對面地視頻聊天；

聊夠了可以開啟云電視，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，斗的不亦樂乎；

玩夠了，休息夠了，該做正事兒了，開啟電腦，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，通過電商平臺購買心儀的服裝、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，40 年間，生活方式發(fā)生了巨變，而這巨變源自技術(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、進步，走到今天，改變并融入我們的生活？

別急，請看下文。

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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，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，可以說個人電腦的發(fā)展是隨著 CPU 的發(fā)展而前進的。

1.1 處理器的雛形
請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，看起來還是萌萌噠（說白了就是粗糙），是故意的還是制造條件有限？有傳言說是 Intel 生產(chǎn)早期微處理器的慣例，對于這個慣例我表示不理解。后來的黑陶瓷和塑料封裝，也是最常見的，就是下圖的樣子。

第一代商用處理器：Intel 4004

雖然有點兒小可愛，但是太普通了吧，這也叫處理器？

沒錯，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，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)界的夢幻組合。

除了創(chuàng)始人，還有一位重量級人物 -- 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世，微處理器和微機時代從此開始。

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友情提示，雖然 4004 擁有兩個第一，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)！

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

CADC，世界第一，是不爭的事實。

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

霍夫是誰？

下面是官方資料的描述 ：

美國研究微型電子計算機的先驅(qū)。

1937 年 10 月 28 日生于美國紐約州的羅切斯特。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 年在該校計算機研究所任職，1968 年進入英特爾公司。

霍夫在美國英特爾公司研制可編程計算器用集成電路時，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)的只讀存儲器電路、一塊 32 位的隨機存取存儲器和一塊 10 位寄存器電路，構(gòu)成英特爾公司命名為 MCS-4 微型電子計算機，從而開創(chuàng)了新一代計算機。

霍夫的發(fā)明，轟動了整個計算機界，他曾被著名的英國《經(jīng)濟學(xué)家》雜志稱為“第二次世界大戰(zhàn)以來最有影響的 7 位科學(xué)家之一”。

超級的牛人！

但牛人的發(fā)明，現(xiàn)在看來，功能何止是弱，簡直是弱爆了！

因為，4004 當(dāng)時只有 2300 個晶體管，是個四位系統(tǒng)，時鐘頻率在 108KHz，每秒執(zhí)行 6 萬條指令（0.06MIPs)。功能比較弱，且計算速度較慢，在當(dāng)時只能用在 Busicom 計算器上。但已經(jīng)可以看到個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 年為日本計算機制造商 Busicom 的一項專案，著手開發(fā)第一款微處理器，為一系列可程式化計算機研發(fā)多款晶片。最終，英特爾在 1971 年 11 月 15 日向全球市場推出 4004 微處理器。

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1971 年 11 月，Intel 推出 MCS-4 微型計算機系統(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 個晶體管，尺寸規(guī)格為 3mm×4mm，計算性能遠遠超過當(dāng)年的 ENIAC，最初售價為 200 美元。

什么稱為 4004 呢？有什么含義嗎？

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

這個代號為 4 的客戶是誰？答案在上文中。

4004 是英特爾第一款商用微處理器，為日后開發(fā)系統(tǒng)智能功能以及個人電腦奠定發(fā)展基礎(chǔ)。Intel 4004，可進行 4 位二進制的并行運算，它有 45 條指令，所以它的功能有限，主要用于計算器、電動打字機、照相機、臺秤、電視機等家用電器上，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)過應(yīng)用實踐，不斷推陳出新，1973 年正式推出了 8 位微處理器 8008 及其改進型號 8080。這種芯片大約集成了 4800 個晶體管，運算速度比 4004 快 20 倍。它就是后來被用于世界第一臺微電腦“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，他的開創(chuàng)性工作是永遠不應(yīng)該被人忘記的。
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下期更精彩，敬請期待~~