英特尔的8008被业界称之为第一款商用的8位微处理器，但其实德州仪器的TMX1975具有与8008相同的架构，而且比8008早几个月生产。虽然TMX1975并未在商业上销售，但其却对计算机产业产生了巨大的影响。本文将详细介绍TMX1975令人惊讶的历史。
德州仪器TMX 1795微处理器
由计算机历史博物馆提供。
故事要从Datapoint 2200开始，这是一种适合台式机的“可编程终端”。虽然最初作为终端出售，但Datapoint 2200实际上是一台可以用BASIC或PL/B编程的小型计算机。有些人认为Datapoint 2200是第一台个人电脑，因为它比苹果二代甚至Altair等电脑系统早问世好几年。
Datapoint 2200可编程终端/计算机。照片由 Ecksemess CC BY-SA 3.0 通过 Wikimedia Commons拍摄。
Datapoint 2200包含一个由几十个TTL芯片组成的8位处理器，这是当时制造计算机的正常方式。下面的照片是处理器板。需要强调的是，它没有处理器芯片——整个电路板就是处理器，每个寄存器有一两个芯片，加法器有几个芯片，解码指令有几个芯片，增加程序计数器有几个芯片，等等。如今，我们认为MOS芯片是高性能的，而用TTL芯片构建CPU似乎又慢又落后。然而在1970年，TTL逻辑比MOS快得多。即使作为串行计算机一次操作一个比特，Datapoint 2200的运行速度也比8008芯片快得多。
Datapoint 2200的处理器板。8008是为替换该板而构建的。图片由zuigadrummer提供。
TI芯片于1971年3月首次在《商业周刊》杂志上被提及，在一段简短的段落中称该芯片为“LSI [大规模集成] 的里程碑”，用于将 CPU 干扰到单个芯片上。几个月后，该芯片收到了大型媒体发布，其中包括一篇文章和多页广告在电子学（下）中传播，并附有 TMX 1795 的芯片照片。
关于 TMX 1795 的文章和 TI 广告部分的两页展示了该芯片
这篇题为《CPU芯片将终端变成独立机器》的文章描述了该芯片如何使 Datapoint 2200 计算机更加强大。“212×224 百万芯片将 2200 变成了一台无需连接到分时系统的完整计算机。” 该芯片的组件“类似于以前单独提供的单元，但这是第一次将它们以单片方式组合”，合并为“单个芯片”。芯片和 2K 内存的成本约为 100 美元。这种“片**处理器”将使新的 Datapoint 2200 成为“具有原始计算机无法提供的功能的强大计算机”。
但这并没有发生。Datapoint测试了TMX 1795芯片，由于四个原因拒绝了它。首先，芯片和存储器不能容忍超过50mV的电压波动。第二，TMX 1795需要大量的支持芯片(尽管没有8008那么多)，这降低了单芯片CPU的优势。第三，Datapoint用开关电源解决了发热问题。最后，Datapoint刚刚完成了2200版本II，具有更快的CPU并行实现。TMX 1795(并行操作)比原始串行Datapoint 2200略快，但2200版本II比TMX 1795快得多。(这说明了当时TTL芯片相对于MOS芯片的速度优势。)
英特尔工程师为TMX 1795的商业失败提供了另一个原因:芯片太大，生产成本不高。我创建了下面的图表来比较相同规模的TMX 1795、4004和8008。TMX 1795比4004和8008加起来还要大!一个原因是英特尔有硅门技术，这实际上允许三层电路而不是两层。但即使考虑到这一点，德州仪器似乎也没有在布局上花太多精力，Mazor称其为“相当草率的技术”和“把一些块凑在一起”虽然4004，特别是8008是密集的封装，TMX 1795芯片有大量未使用和浪费的空间。
TMX 1795、4004 和 8008 微处理器的芯片尺寸比较。TMX 1795裸片照片由计算机历史博物馆提供。
除了拒绝TMX 1795，Datapoint 还决定不使用8008并放弃其对芯片的专有权。英特尔当然将 8008 商业化，并于 1972 年 4 月宣布推出。两年后，英特尔发布了8080，这是一种基于 8008 的微处理器，但有许多改进。（有人声称 8080 包含了 Datapoint 建议的改进，但仔细研究表明，后来的 Datapoint 架构和 8080 走向完全不同的方向。） 8080 之后是x86架构，它旨在扩展 8080。因此，如果您现在使用的是 x86 计算机，那么您使用的是基于Datapoint 2200架构的计算机。
考虑到英特尔的规模和微处理器市场，Datapoint 放弃 8008 专有权的决定似乎是一个巨大的错误，可能是“历史上最糟糕的商业决策之一”。然而，Datapoint 不太可能出售 8008 芯片，因为它们是一家计算机公司，而不是像英特尔这样的芯片公司。此外，即使没有 4004 或 8008 的权利，英特尔也计划生产微处理器。
安装在电路板上的 TMX 1795 微处理器。该板用于 1996 年演示的笔记本电脑中。
与将 8008 芯片商业化的英特尔不同，德州仪器在 Datapoint 拒绝后放弃了 TMX 1795。至此，TMX 1795芯片消失得无影无踪，除了一件事，它对计算机行业产生了巨大的影响。
“Dallas律师事务所”和“TI 诉所有人”
德州仪器很早就发现专利诉讼和许可费用可能非常有利可图。在（共同）发明集成电路并获得专利后，德州仪器陷入了激烈的专利战，因其“不道德和不专业的法律策略”而赢得了“the Dallas legal firm”的绰号。德州仪器 (TI) 继续使用 TMX 1795 进行法律实践，并在 1973 年至 1985 年间获得多项专利。
Four-Phase Systems 的 Lee Boysel 在 1970 年制造了一台基于 MOS 的 24 位小型计算机，下文将对此进行更详细的讨论。这台计算机有一个 9 芯片 CPU，但在一次惊人的**中，Boysel采用了三个 8 位算术/逻辑芯片中的一个，并能够从中构建出一台可以工作的微型计算机。由于该芯片比 TMX 1795 早一年，它破坏了德州仪器的案子，并且从未进行过试用。因此，许多人认为四相 AL1 是第一个微处理器。但是，正如我将在下面解释的那样，该演示与大多数人的想法并不完全一样。
在专利诉讼演示中作为单芯片处理器运行的四相 AL1。来自 Boysel 的EECS 演示文稿。
TMX 1795 真的是第一款微处理器吗？
关于谁是第一个微处理器存在相当多的争论。在 1968 年至 1971 年的短时间内，推出了数个候选微处理器。这些都是有趣的芯片，但大多数都被遗忘了。在本节中，我将讨论各种候选者，但首先我将看看将微处理器视为一项发明是否有意义。
提供一些硬件背景将有助于以下讨论。您可能最熟悉的晶体管是双极晶体管——它们速度很快，但双极集成电路不能包含大量晶体管。Datapoint 2200 和其他系统中使用的 TTL 芯片由双极晶体管制成。后来的技术产生了MOS 晶体管，它比双极晶体管慢，但现在可以被数百万或数十亿挤压到芯片上。最后一个术语是LSI或大规模集成，指包含大量元件的集成电路：100个或更多门。MOS/LSI 的引入使得用几个芯片或单个芯片构建处理器成为可能，而不是一个充满芯片的电路板。
微处理器的必然性
一种观点认为，微处理器并不是真正的发明，而是每个人都知道会发生的事情，这只是等待技术和市场正确的问题。Schaller 的论文中令人信服地提出了这一观点，其中有一些有趣的引述：
总结一下这个观点，微处理器并不是什么专门发明的东西，只是MOS技术的改进和市场需求使得制造单芯片处理器变得值得时产生的东西。
定义“微处理器”
在任何情况下，我都认为微处理器是单个芯片上的 CPU，包括 ALU、控制和寄存器。存储和 I/O 一般在芯片之外。通常会有额外的支持和接口芯片，例如缓冲器、锁存器和时钟生成。我还认为微处理器可编程为通用计算机很重要。我认为这个定义对微处理器来说是一个合理的定义。
我不认为微处理器的一种架构是微编码系统，其中控制单元是独立的，并提供微指令来控制 ALU 和系统的其余部分。在该系统中，微编码可以由ROM提供，锁存器通过微指令步进。由于 ALU 不需要进行指令解码，因此它可以是比成熟的 CPU 简单得多的芯片。我认为称它为微处理器是不公平的。
早期微处理器的时间表
有几个处理器经常被认为是第一个微处理器，它们是在短短几年内创建的。我创建了下面的时间线来显示它们的开发时间。在本文的其余部分，我将详细描述不同的处理器。
早期 MOS/LSI 处理器的时间线。
四相 AL1
四相 AL4 算术逻辑芯片（AL1 的变体）
Boysel 于 1968 年 10 月离开 Fairchild 并创建了 四相系统，以构建他的基于 MOS 的系统。1970 年，他演示了强大的 24 位计算机 System/IV。该处理器使用了 9 个 MOS 芯片：三个 8 位 AL1 算术/逻辑芯片、三个微码 ROM 和三个 RL 随机逻辑芯片。这台电脑卖得很好，四相在 1981 年被摩托罗拉收购之前成为财富 1000 强公司。
四相 AL1 算术逻辑芯片的模具照片。由计算机历史博物馆提供。
显示虚构的“指令寄存器 23 位”标签的 AL1 芯片照片的详细信息。
尽管该演示非常出色，并且在使德州仪器公司的诉讼脱轨方面取得了巨大成功，但我不认为它表明 AL1 是一个单芯片微处理器。它表明，结合微码控制器，AL1 可以用作几乎无法正常工作的处理器。此外，您可能可以使用类似的方法从早期的 ALU 芯片（例如 74181 或 Fairchild 3800）构建处理器，并且没有人认为这些是微处理器。
从日期来看，Viatron（如下所述）似乎在四相之前交付了他们的 MOS/LSI 计算机，所以我不能称四相是第一台 MOS/LSI 计算机。然而，四相公司确实生产了第一台带有半导体存储器（而不是磁芯存储器）的计算机，因此也是第一台全半导体计算机。
Viatron
Viatron 是另一家有趣但大多被遗忘的公司。它最初是一家于 1967 年 11 月成立的广为人知的初创公司。大约一年后，他们发布了 System 21，这是一款配备智能终端、磁带驱动器和打印机的 16 位小型计算机，由定制的 MOS 芯片制成。他们的计划是量产：通过构建大量系统，他们希望以低廉的价格生产芯片并以惊人的低价出租系统——每月 99 美元的电脑租赁费。不幸的是，Viatron 遇到了芯片良品率低、延迟和价格上涨的问题。结果，该公司在 1971 年 3 月轰然倒闭。
Viatron System 21：彩色显示器、终端键盘、“机器人”打印机和计算机。来自 Viatron 手册，通过 bitsavers.org。
Viatron 实际上是微处理器的鼻祖——他们在 1968 年 10 月发布的 2101 微处理器中率先使用了“微处理器”一词。然而，这个微处理器不是一个芯片——它是一个完整的智能终端，以每月 20 美元的极低价格出租。Viatron 使用术语微处理器来描述带有键盘和磁带驱动器的整个桌面单元。微处理器机柜内有一堆板——处理器本身由 3 块板上的 18 个定制 MOS 芯片组成，还有更多用于键盘接口、磁带驱动器、内存和视频显示的定制 MOS 和 CMOS 芯片板。
2101内部的3板处理器专门用于其终端角色。它读写多条 I/O 控制线，在 I/O 设备和内存之间移动数据，更新显示，并提供串行输入和输出。处理器非常有限，甚至不提供算术功能。尽管如此，我认为 Viatron 2101“微处理器”可以被认为是第一款（多芯片）MOS/LSI 处理器，在四相系统/IV 之前出货。
来自 Viatron System 21 终端的 CPU 板 #2，共 3 个。顶行有两个 RAR 寄存器芯片和六个 ROM 芯片。底层芯片为 IBR 多路复用器、标志芯片和 ROM 多路复用器，图片由UMMR提供。
MP944 / F-14 CADC
F14A CADC 计算机的框图。模块 1 执行乘法，模块 2 执行除法，模块 3 执行特殊逻辑功能。从微处理器的体系结构。
我不认为这是一个微处理器，因为控制、算术和存储在每个功能单元中的四个独立芯片上分开。不仅没有CPU芯片，甚至没有通用ALU芯片。计算机架构专家大卫帕特森说：“霍尔特的计算机绝不可能是微处理器，使用我们今天的意思。” 即使您将微处理器定义为包括多芯片处理器，Viatron 也比 CADC 领先了几个月。虽然 CADC 处理器非常有趣，但我看不出它可以被认为是第一个微处理器。
Intel 4004
众所周知的 Intel 4004 通常被认为是第一个微处理器，但我相信 TMX 1795 击败了它。我不会详细说明 Busicom 如何与英特尔签订合同，为计算器制造 4004，因为这个故事众所周知。我对 4004 的日期进行了大量研究，以确定哪个是第一个：4004 或 TMX 1795。根据 4004 口述历史，第一个成功的 4004 芯片是在 1971 年 2 月下旬并运往 Busicom三月。TI 于 1971 年 2 月 24 日撰写了一份带有 TMX 1795 照片的公告草案，并于 3 月在《商业周刊》上发表。TMX 1795 在夏季交付给 Datapoint，TI 于 8 月 31 日申请了专利。4004 直到 11 月 15 日才公布。
总而言之，日期非常接近，但似乎 TMX 1795 芯片首先制造（假设该芯片为 2 月 24 日的文章工作）并首先发布，而 4004 则首先交付给客户。另一方面，Federico Faggin 声称 4004 比 TMX 1795 [17]早一两个月。但是，TMX 1795 已获得专利；我认为如果 4004 真的击败了 TMX 1795（而不是从四相 AL1 构建演示），那么在所有专利诉讼中都会有人提到。根据证据，我得出结论，TMX 1795 比 4004 稍早，是第一款制造的微处理器，而 4004 显然是第一款商业销售的微处理器。德州仪器在其网站上声称：“1971：发明了单片微处理器”，我同意这个说法。
Intel 8008
很多人认为英特尔 8008 是 4004 的继任者，但这两款芯片几乎是完全独立的，并且大致是并行开发的。事实上，4004 的一些工程师担心 8008 会先出来，因为 8008 项目是由 4004 项目中的四个芯片组成的。8008 最初在 Intel 的命名方案中称为 1201，因为它是 Intel 正在开发的第一个定制 MOS 芯片。4004 本来应该是 1202，但该项目的关键工程师 Faggin 说服管理层认为 4004 是一个更好的名称。1201 在发布前更名为 8008，以适应新的命名模式。
Gilbert Hyatt 的微控制器专利
Gilbert Hyatt 如何在 1990 年获得涵盖微控制器的广泛专利并在几年后失去它的故事很复杂，但我将在此尝试对其进行总结。故事要从 1968 年 Micro-Computer Incorporated 成立说起。Hyatt 用 TTL 芯片制造了一台 16 位串行计算机，并将其作为数控计算机出售。他曾计划将这款处理器打造为单芯片，但在此之前，该公司于 1971 年倒闭。Hyatt 先生声称投资者Noyce和摩尔（因英特尔而闻名）切断了资金，因为“他们的动机是卖掉公司，拿走技术。”
Nu-troller IV CNC 机器使用 Gilbert Hyatt 由 TTL 芯片构建的 16 位处理器。图片来自 Numerical Control Society Proceedings，1971 年。
TMS 0100 片上计算器/微控制器
德州仪器于 1971 年创建了 TMS 1802NC 片上计算器；这是 TMS 0100 系列中的第一款芯片。该芯片包括程序 ROM、存储、控制逻辑和一个 ALU，它在11 位操作码的控制下对 11 位十进制数进行算术运算。
TMS 1802 计算器芯片，TMS 0100 系列中的第一款芯片。照片由datamath.org提供。
虽然 TMS 0100 系列通常被称为片上计算器，但它也适用于微控制器任务。该专利描述了“非计算器功能的计算器系统的编程”，包括数字电压表、税费表、秤、收银机操作、控制器、算术教学单元、时钟和其他应用程序。作为第一款“片上计算机”，TMS 0100 为德州仪器提供了多项重要的微控制器专利。他们在专利诉讼中使用了它（包括前面描述的戴尔案）。（微控制器和微处理器之间的主要区别在于微控制器包括存储和程序 ROM，而微处理器具有它们外部。）
TMX 1795（第一个微处理器）和 TMS 0100（第一个微控制器）几乎同时由德州仪器的 Gary Boone 和团队（Mike Cochran、Jerry Vandierendonck 等）开发，这是一项了不起的成就。TMS1802NC / TMS 0100 于1971 年 9 月 17 日发布。
结论
由于 TMX 1795 在商业上并不成功，该芯片几乎被遗忘了，尽管该芯片具有重要的历史作用。我发现了一些关于这个芯片的历史，并对其他有时被认为是第一个微处理器的芯片进行了详细的技术研究。“第一个微处理器”的名称取决于您对微处理器的准确定义，但 TMX 1795 首先是在一个合理的定义下——CPU-on-a-chip。然而，有趣的是，一旦技术允许，多个 MOS/LSI 处理器芯片是如何在很短的时间内制造出来的，而现在它们中的大多数现在几乎完全被遗忘了。
