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处理器的春秋战国时代:8位处理器的恩怨与纷争(上)

2016/03/18
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种子一旦萌芽了,便会爆发式的生长,新技术也是如此,由于微处理器可用来完成很多以前需要用较大设备完成的计算任务,价格又便宜,于是各半导体公司开始竞相开发设计并生产微处理器芯片。从此,处理器的发展开启了新的篇章,进入了百花齐放的时代。

虽然是百家争鸣,但毕竟术业有专攻,入道有先后,由于 Intel 创造了出第一款商用微处理器,所以顺理成章地荣登处理器的霸主宝座。

1. 处理器的霸主—Intel 和 8080
稳坐霸主宝座之后, Intel 更加以雷霆之势,创造了第二个微处理器的世界第一记录:Intel 8080,世界上第一种 8 位的微处理器。

1972 年 4 月,由霍夫与费金研制的世界上最早的 8 位微处理器英特尔 8008 芯片问世。在 13.8 平方毫米的芯片上做出了能执行 45 种指令的中央处理器,它能同时对 8 个二进制数字进行传送和运算。

1973 年 8 月,霍夫等人又研制出英特尔 8080 型微处理器,它的运算速度比 4004 型要快 20 倍。研制 8080 型芯片最初只是为了对 8008 型芯片进行改进,但当时速度较快的新型 MOS 金属氧化物半导体电路出现了,霍夫和费金把 MOS 电路应用到 8080 型芯片上,一举成功,成为第二代微处理器,它是有史以来最为成功的微处理器之一。

Intel 8080,于 1974 年 4 月发布,时钟频率为 2MHz。怎么样,看起来不错吧?与它的前辈比起来,更加精致、大气!

人不可貌相,芯片也是如此。

 

8080 的华服之下,更是金玉其中:集成 6000 只晶体管,几乎是 4004 的三倍,每秒运算 29 万次,拥有 16 位地址总线和八位数据总线,包含 7 个八位寄存器,支持 16 位内存,同时它也包含一些输入输出端口,这也是一个相当成功的设计,有效解决了外部设备在内存寻址能力不足的问题。

与第一代微处理器相比,集成度提高了 1~4 倍,运算速度提高了近 20 倍,指令系统相对比较完善,已具备典型的计算机体系结构及中断、直接存储器存取等功能。

虽然最初 8080 主要应用于控制交通信号灯,但是,很快便被应用到了新的领域—个人电脑。

当 EdRoberts 宣布 Altair8800(牵牛星,这个名字来源于当时电视节目里一个流行的科幻剧)个人电脑的诞生时,Intel 8080 实现了华丽丽地转身。Altair8800 的核心是 8080 芯片,有 256K 存储器,没有键盘、鼠标、显示器数据存储设备,也没有软件,输入数据是通过触发器开关来记录代码的,输入是用闪烁的红灯给出二进制代码的答案。

这是有史以来第一个广为人知的个人电脑。 电脑迷当时可用 395 美元买到一组 Altair 的套件。它在数个月内卖出数万套,成为史上第一款下订单后制造的机种。

下面见识一下 Altair8800 的真面目吧:


大家不禁要问:显示器呢?键盘呢?鼠标在哪里?

答案是:没有。

没错,没有键盘,没有显示器,没有鼠标。在今天看来,它其实更像一个主机,但是不用质疑,这就是世界上第一台个人电脑!

 

那么你知道它怎么使用吗?

看到开关和指示灯了吗?程序的输入输出全靠他们来实现,而且这项工作必须在遵照操作手册,才能完成。

哈哈,现在看起来,今天的程序猿哥哥们的工作,简直是美翻了。

千万别提操作手册,在 Altair 8800 面前,一提操作手册,估计很多人会当场晕倒。那是一本 100 页不到的小册子,其貌不扬,里面满纸都是二进制之类的技术术语,几乎就是一本计算机系学生必读的《计算机原理》教程。但是对普通用户而言,简直就是天书。(编外语:如果你学过计算机原理,如果你了解一点计算机编程,你就是它就是一堆 0 和 1 的组合。

天书?有没有搞错,让用户在使用个人电脑前,读这么一大通天书呢?

道理很简单,不懂得二进制和机器语言,面前这台 Altair 8800 就是一堆废铁。那么如何让“废铁”实现计算机的功能?

看到前面板中央每个开关代表一个二进制位,拨到上面是 1,拨到下面是 0。输入程序其实就是用手连续拨动开关。一段最简单的算数程序,就要拨动几十次开关。要是做个复杂的统计计算,几百次的开关拨动是必须的。程序运行后,前面板最上面的 8 个红色指示灯就会显示运行结果——当然,那也是一个二进制数字。(编外语:如果中间某一个环节出错了那就好玩了,因为你要重新再来一次 O(∩_∩)O

天哪,一定有人瞪圆了眼睛。这么个用电脑的方法,岂不要累死个人!这不是计算机,这整个是台弹指神通练习器呀!

而且估计读完这边操作手册,用户就会升级为工程师了!

神器,果然是神器!

由此神器在手,霸主地位便江上永固了。

但是“霸主”,这个含金量极高的头衔,哪个人不动心呢?

心动不如行动,看看这两位与“霸主”比肩的两个王国和他们的利器:Zilog 公司的 Z80 和 Motorola 公司的 MC6800。

下面,请看各巨头们之间的江湖恩怨和争夺战:

摩托罗拉公司生产了 6800;
Zilog 公司生产了 8080 的增强型 Z80;
英特尔公司于 1976 年又生产了增强型 8085。
……

 

2. 霸主的劲敌 --Motorola 公司的 MC6800
Motorola Inc,原名:Galvin Manufacturing Corporation,成立于 1928 年。1947 年,改名为 Motorola,从 1930 年代开始作为商标使用。总部设在美国伊利诺伊州绍姆堡,位于芝加哥市郊。世界财富百强企业之一,是全球芯片制造、电子通讯的领导者。

1974 年,摩托罗拉推出它的第一个 MC6800 型微处理器,也是著名的 MCU 之一,因为它后来成为了工业标准。

工业标准?估计当时的摩托罗拉公司也没有想到,MC6800 的接口会成为全球的标准之一。

下面以 LCD 的并行接口方式为例,对比一下 6800 和 8080,在接口方面的区别:

LCD 的并行接口方式显示模块的外部接口一般采用并行方式,并行接口外接口线的读写时序常见以下两种模式。

(1)8080 模式
这类模式通常有下列接口信号:

  •  Vcc(工作主电源)、Vss(公共端)、Vee(偏置负电源,常用于调整显示对比度)、RES(复位线)。
  •  DB0~DB7:双向数据线。
  •  D/I:数据 / 指令选择线(1:数据读写,0:命令读写)。
  •  CS:片选信号线(如果有多片组合,可有多条片选信号线)。
  •  WR:MPU 向 LCD 写入数据控制线。
  •  RD:MPU 从 LCD 读入数据控制线。

(2)6800 模式
在这种模式下,Vcc、Vss、Vee、RES、DB0~DB7、I/O 的功能同模式(1),其他信号线为:

  •  R/W:读写控制(1:MPU 读,0:MPU 写)。
  •  E:允许信号(多片组合时,可有多条允许信号线)。

通俗一点来讲,51 系列的单片机属于 8080 系列接口,而 Motorola 的 68 系列单片机属于 6800 系列接口。


8080 系列读、写信号是 2 个引脚,而 68 系列读、写是 1 根口线(高电平读、低电平写)。

写到这里,处理器历史上的前五名已经有两大巨头出列,他们之间的纷纷扰扰促成了如今个人电脑以及平板电脑的繁荣,当然这时候最精彩的乔布斯还没有出现,他改变世界的伟大计划还在酝酿中。是谁给了苹果机会?是什么原因促使他改变了世界?我们下回继续吧。

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系列汇总:

之一:第一款处理器之谜

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电子产业图谱

1996毕业于华东理工大学自控系,同年7月进入某大型国企担任电气员。2000年转行从事硬件研发相关工作;后从事RFID相关产品的研发、设计,曾参与中国自动识别协会RFID行业标准的起草;历任硬件工程师、主管设计师、项目经理、部门经理;2012年至今,就职于沈阳工学院,担任电子信息工程专业教师,研究方向:自动识别技术。已经出版教材《自动识别技术概论》,职场故事《51的蜕变 》。