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【E课堂】从诞生到无处不在 一文看懂四位微处理器

发布时间:2018-01-09 15:24  来源:网络整理

  微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成,能完成读取指令、执行指令,以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,所以其基本组成部分有算术逻辑单元(ALU,Arithmetic Logical Unit);累加器(accumulator)和通用寄存器(register);程序计数器(也叫指令指标器);时序和控制逻辑部件;数据与地址锁存器/缓冲器;内部总线。

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  微处理器从20世纪60年代未开始出现,到今天已经无处不在,无论是手机、可穿戴设备等智能电子产品,还是汽车,数控机床,导弹,航空航天,等都要嵌入各类不同的微处理器。

  根据微处理器的应用领域,可以分为三类:通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数字信号处理器、微控制器(MCU)。

  根据微处理器处理信息的字长,有4位、8位、16位、32位、64位微处理器。早期的微处理器(16位及以前)生产厂商鱼龙混杂,不只INTEL,还有Mitre、Garrett AiResearch、Intel、TI、Fairchild、Rockwell、NEC、National Semiconductor、Western Electric、Motorola、Zilog、INMOS、DEC、SUN。到了32位,主要是Intel的天下,从Pentium到其PRO版,II代、III代,IV代等等,AMD和VIA等虽然好好学习,但还是难以撼动Intel的霸主地位。

  下面我们开始踏上4位微处理器时代之旅,让我们了解一下4位时代的精典产品。

  虽然微处理器直到1970年才出现,但是1969年7月美国登月飞船“阿波罗11号”就采用了复杂的计算系统,包括姿态控制、制导导航系统以及船载计算机等。这些复杂的计算系统吸引了美国各大公司投身其中,纷纷力争推出自己的计算机产品来取代对方。

  在20世纪70年代开发4位微处理器的公司有Mitre、Garrett AiResearch、Intel、TI、Fairchild、Rockwell、NEC、National Semiconductor等。

  2140

  1968年多名从Mitre公司离职的工程师创建了Viatron计算机公司,于1969年发明了第一个基于LSI技术的4位微处理器2140。

  MP944

  MP944是第一个航空航天微处理器,也是第一个军用微处理器,还是第一个完全集成芯片组微处理器。

    

    

    

  1968年Garrett AiResearch开始研制一种数字计算机,以同正在开发中的用于美国海军F-14雄猫战斗机的主飞行控制电脑的电机系统竞争。1970年6月,美国Garrett AiResearch的Steve Geller和Ray Holt发明了基于MOS-LSI技术的产品,由6颗芯片组成(两个顶级的石英传感器,一个20位高精度的模数字转换器A/D,一个20位高精度数模转换器D/A,一个MOS-LSI芯片组,一个高效的电源单元),命名为MP944。该芯片仅约40平方英寸(约25000平方毫米),频率达375KHz,以更小的体积和更高的可靠性打败了基于电机系统的设计,被运用于美国海军早期的所有雄猫战斗机(TomCat fighter,包括F-14雄猫战机),1970年第一架使用MP944的F-14飞机试飞;由于美国军方认为这种技术太过先进而不允许将其设计细节公开,直到1998年才得以揭开其面纱。

  TMS1000

    

  1971年9月17日,TI(TexasInstruments,德州仪器)的Gary Boone和Michael Cochran开发出以预编程嵌入式应用(pre-programmed embedded applications)为主打技术的4位微处理器TMS 1000,采用DIP28封装;1973年9月4日Gary Boone获得了单片微处理器的美国专利,专利号是3757306;1974年TI(德州仪器)再推单芯片4位微处理器-TMS1802NC,广泛应用于公司的袖珍计算器中,为计算机领域带来新的动力。

  4004

    

    

  1971年11月15日,Intel(英特尔)推出第一款商用4位微处理器-4004,采用硅栅PMOS 10μm工艺生产,Die Size芯片面积只有13.5mm2,集成了2.25K个晶体管,采用CDIP16封装,4004包括一个四位的平行加法器、十六个四位的缓存器、一个储存器(accumulator)与一个下推堆栈(push-down stack),由Federico Faggin(1970年加入英特尔,后来创立了ZILOG公司)和Marcian E.Hoff(霍夫,昵称Ted Hoff)设计。该芯片于1981年停产。





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