處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代：8位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)（下）

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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(shuō)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(chǎng)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(píng)果公司創(chuàng)始人之一——斯蒂芬·沃茲尼克，那臺(tái)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(chēng)，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(chēng)：

“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(mài)這些芯片?！?/p>

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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(yǔ)：既然蘋(píng)果所用的處理器這么便宜，那么為啥蘋(píng)果的手機(jī)這么貴呢？誰(shuí)來(lái)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(lái)源：techspot）

看到這里，大家不禁要問(wèn)：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(kāi)了 Motorola 公司的部分工程人員自組成立 MOS Technology 公司，并且開(kāi)發(fā)出了 6502 處理器。它的位寬為 8bit，頻率只有 1MHz，并且無(wú)協(xié)處理器。但它是 IBM PC 機(jī)問(wèn)世之前，世界上最流行的微型計(jì)算機(jī) Apple II(蘋(píng)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(lái)源：維基百科）

Apple II，這才是計(jì)算機(jī)該有的樣子！Altair8800 見(jiàn)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(wèn)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(guò)多數(shù)業(yè)者的相近產(chǎn)品，進(jìn)而激起一系列的電腦專(zhuān)案，并在之后的 1980 年代帶來(lái)一場(chǎng)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(guó)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(chǎng)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(gòu)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(chǎng)定位于三個(gè)方面：通訊、家庭娛樂(lè)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(kāi)發(fā)的功臣，后來(lái)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(chǎng)上有過(guò)競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果是使得它們成為市場(chǎng)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(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程，只可惜 Zilog 后繼乏力，不久便從市場(chǎng)上消失了。

目前，ZiLOG 公司擁有資料齊全的專(zhuān)有設(shè)計(jì)資料室，在加州、德州、愛(ài)德荷州、華盛頓建立了四個(gè)設(shè)計(jì)中心，在愛(ài)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(cè)工廠，此外，在德州建立了全球用戶(hù)服務(wù)中心。目前在全球共有 27 個(gè)銷(xiāo)售辦公室，分銷(xiāo)點(diǎn)超過(guò) 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(wú)線產(chǎn)品等。

下面，來(lái)見(jiàn)識(shí)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(jiàn)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(guò)憑借著性能好、價(jià)格低，它迅速蠶食了 8080 的市場(chǎng)，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(guó) 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(duì)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(lèi)；指令的長(zhǎng)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(duì)尋址和變址尋址，其具體原理可以參見(jiàn) datasheet，這里不再贅述。

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

因此，硬件的專(zhuān)門(mén)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(cè)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(kāi)我們的太陽(yáng)系很久，正朝著星際空間前行。被用于“旅行者 1 號(hào)”太空探測(cè)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(duì)于這個(gè)階段的 8 位微處理器小結(jié)一下：
總的來(lái)說(shuō)，上述的微處理器，集成約 9000 多只晶體管，開(kāi)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(méi)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(tái)計(jì)算機(jī) Altair 8800。

（評(píng)語(yǔ)：看來(lái)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(píng)語(yǔ)：借用中國(guó)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(píng)語(yǔ)：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(kāi)了 Motorola 公司，成立 MOS Technology 公司，并且開(kāi)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(shì)在于價(jià)格便宜。
（評(píng)語(yǔ)：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(píng)語(yǔ)：1802 橫空出世，便把其他 MCU 藐視到地面上。）
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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(guó)時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)（上）