在德州儀器 (TI) MOS 部門(mén)工作的加里·布恩 (Gary Boone) 設(shè)計(jì)了第一款可以稱(chēng)為微控制器的芯片，因?yàn)樗麑?duì)自己的工作感到厭煩，而且他的家庭也遇到了麻煩。他于 1969 年加入 TI，當(dāng)時(shí)計(jì)算器芯片正成為一項(xiàng)大生意。在20世紀(jì)60年代，電子計(jì)算器取代了占據(jù)市場(chǎng)數(shù)十年之久的Marchant和Frieden機(jī)電計(jì)算器。半導(dǎo)體使機(jī)電計(jì)算器中數(shù)百個(gè)復(fù)雜的金屬和塑料部件得以取代，首先是數(shù)百個(gè)晶體管和二極管，然后是越來(lái)越少的集成電路。北美的羅克韋爾微電子，Mostek，通用儀器和德州儀器是多芯片計(jì)算器市場(chǎng)的早期參與者。

起初，需要幾十個(gè)集成電路來(lái)取代數(shù)百個(gè)晶體管和二極管。隨著集成電路中包含的元件越來(lái)越多，制造一個(gè)可用的計(jì)算器所需的集成電路也越來(lái)越少。到1968年，基于IC的計(jì)算器設(shè)計(jì)在很大程度上取代了基于晶體管的設(shè)計(jì)。終點(diǎn)是明顯的。最終，半導(dǎo)體制造商將把計(jì)算器的電子內(nèi)核簡(jiǎn)化為單個(gè)芯片。

日本計(jì)算器供應(yīng)商夏普、佳能和Busicom與各種美國(guó)半導(dǎo)體供應(yīng)商合作，為他們的計(jì)算器開(kāi)發(fā)定制芯片。夏普與羅克韋爾合作，佳能與TI合作，Busicom與Mostek和英特爾合作開(kāi)發(fā)不同型號(hào)的計(jì)算器。Busicom要求Mostek開(kāi)發(fā)單芯片計(jì)算器，并與英特爾簽訂合同，為更復(fù)雜的可編程計(jì)算器開(kāi)發(fā)定制芯片組。1970年底，Mostek首次實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，推出了MK6010，這是一款取代了 22 塊集成電路的定制芯片。Busicom將這種芯片集成到它的小型四功能臺(tái)式計(jì)算器Busicom Junior中。與英特爾的合同最終促成了英特爾4004微處理器的開(kāi)發(fā)。然而，這個(gè)故事是關(guān)于微控制器的，它走了一條相關(guān)但不同的進(jìn)化道路。

TI公司的MOS部門(mén)深陷計(jì)算器芯片組的事務(wù)之中。包括佳能、Olivetti和Olympia 在內(nèi)的計(jì)算器公司要求TI為他們的計(jì)算器開(kāi)發(fā)4、5和6芯片組。執(zhí)行這些定制芯片項(xiàng)目落在了包括Gary Boone在內(nèi)的幾個(gè)TI工程師的肩上。這份工作需要飛往世界各地，去日本、意大利和德國(guó)。布恩花了很多時(shí)間在路上，他的家人對(duì)他的缺席感到不滿(mǎn)。Boone很快就厭倦了緊張的旅行，只是為了開(kāi)發(fā)一個(gè)看起來(lái)和之前的很像的新芯片組。在那個(gè)年代，許多潛在客戶(hù)想要計(jì)算器芯片，但每個(gè)客戶(hù)想要的東西都有點(diǎn)不同。這就是定制芯片業(yè)務(wù)的本質(zhì)。這是一個(gè)客戶(hù)密集型的行業(yè)。

Boone的沮喪和家庭事務(wù)促使他找到了TI的MOS市場(chǎng)經(jīng)理Daniel Baudouin。他們一起編制了一個(gè)客戶(hù)需求矩陣，這些需求來(lái)自與不同計(jì)算器制造商的需求。然后，他們添加了一組功能塊，可以滿(mǎn)足這些需求。Boone和Baudouin也注意到目前TI MOS工藝技術(shù)可以完成什么，以及它可以做得最好的是什么。他們的思路很快轉(zhuǎn)向了大量使用內(nèi)存（RAM和ROM）的架構(gòu)，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)效率極高，更容易在IC上布線，內(nèi)存有望提高硅的利用率，達(dá)到40或50倍。

一旦Boone和Baudouin開(kāi)始考慮使用內(nèi)存，他們就開(kāi)始考慮一個(gè)計(jì)算器芯片需要多少數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間。那時(shí)，TI團(tuán)隊(duì)開(kāi)始與潛在客戶(hù)討論ROM可編程的單芯片計(jì)算器的前景。他們?cè)獾搅撕芏喾磳?duì)。習(xí)慣了為自己的計(jì)算器芯片提供資金的客戶(hù)對(duì)只通過(guò)片上ROM中的某些位進(jìn)行區(qū)分的計(jì)算器芯片的想法猶豫不決。TI內(nèi)部也有反對(duì)意見(jiàn)，因?yàn)榛赗OM的可編程部件與公司習(xí)慣制造的部件相反。

讀到這里，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)所有關(guān)于計(jì)算器芯片的討論都與標(biāo)題不一致。本系列文章顯然是關(guān)于微控制器的歷史。我向你保證，我們沒(méi)有偏離軌道。最早的微控制器是由Boone和TI的工程師Michael Cochran設(shè)計(jì)的，包括處理器、內(nèi)存(RAM和ROM)和I/O都在一塊硅上，是計(jì)算器芯片，它們是最早的微控制器。請(qǐng)看下圖，摘自美國(guó)專(zhuān)利4074,351:

圖片來(lái)源：美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局

此圖顯示了TI第一臺(tái)單片機(jī)計(jì)算器TMS1802NC的框圖。它顯示了微控制器的所有關(guān)鍵組件。它有一個(gè)CPU，由程序計(jì)數(shù)器(PC)、指令寄存器(IR)、指令解碼器(Control Decoders)和一個(gè)4位ALU組成。它有一個(gè)RAM來(lái)存儲(chǔ)數(shù)值數(shù)據(jù)和一個(gè)ROM來(lái)存儲(chǔ)定義芯片操作的程序。最后，在底部，您可以看到專(zhuān)門(mén)的I/O電路，用于掃描矩陣鍵盤(pán)、驅(qū)動(dòng)顯示數(shù)字和驅(qū)動(dòng)每個(gè)顯示數(shù)字中的七個(gè)段。這個(gè)設(shè)計(jì)中的I/O可能是專(zhuān)門(mén)的，但是這個(gè)圖清楚地描述了一個(gè)微控制器。

1971年9月17日，TI公司發(fā)布了TMS1802NC單片機(jī)計(jì)算器集成電路。兩個(gè)月后，英特爾發(fā)布了4004微處理器。德州儀器給這款設(shè)備定價(jià)不到20美元。ROM包含320個(gè)11位指令字(3520位)，而串行訪問(wèn)的182位RAM包含3個(gè)13位BCD(二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制)數(shù)字和13個(gè)二進(jìn)制標(biāo)志位。該芯片總共需要大約5000個(gè)晶體管。

(注:在研究這篇文章時(shí)，我發(fā)現(xiàn)不止一個(gè)網(wǎng)站把TI的TMS1802NC 4位計(jì)算器芯片和1974年發(fā)布的8位RCA CDP1802 COSMAC CMOS微處理器搞混了。TI和RCA芯片不是同一個(gè)零件，盡管零件號(hào)相似。)

TI從1971年9月17日發(fā)布的新聞稿進(jìn)一步證實(shí)了TMS1802NC作為微控制器的地位:

“TI使用相同基礎(chǔ)或主機(jī)設(shè)計(jì)的單級(jí)掩碼編程技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)任何數(shù)量的特殊操作特征。唯一的限制是程序ROM、RAM存儲(chǔ)和控制、定時(shí)和輸出解碼器的大小。例如，通過(guò)重新編程輸出解碼器，TMS1802可以用于驅(qū)動(dòng)十進(jìn)制顯示，如Nixie型管?！?/p>

最早使用TI TMS1802計(jì)算器芯片的計(jì)算器之一是Sinclair Executive。

Sinclair Executive是一個(gè)非常早期的袖珍計(jì)算器，包含了TMS1802單片機(jī)計(jì)算器。圖片來(lái)源:MaltaGC, Wikimedia Commons

TI在1972年9月20日發(fā)布了TMS0100單片機(jī)計(jì)算器系列，幾乎正好是在TMS1802C發(fā)布一年后。該公司將TMS1802NC重新命名為T(mén)MS0100家族的第一個(gè)成員，TMS0102。最終，這個(gè)家族將有超過(guò)15個(gè)不同的成員，由TI的10微米PMOS工藝技術(shù)制成。一年后，Mostek發(fā)布了改進(jìn)的、引腳兼容的TMS0102副本MK5020。就像本文開(kāi)頭列出的所有半導(dǎo)體制造商一樣，TI和Mostek很快就會(huì)發(fā)布微控制器，部分是利用從這些早期計(jì)算器芯片的創(chuàng)造中獲得的知識(shí)開(kāi)發(fā)的。

與此同時(shí)，Boone已經(jīng)跳出了這個(gè)計(jì)算器的框框。計(jì)算器芯片專(zhuān)利4,074,351描述了其他目標(biāo)應(yīng)用，包括出租車(chē)計(jì)價(jià)器、數(shù)字電壓表、事件計(jì)數(shù)器、汽車(chē)?yán)锍瘫砗蜏y(cè)量秤。當(dāng)然，微控制器已經(jīng)在所有這些應(yīng)用程序中被使用過(guò)，而且還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。

與許多首創(chuàng)設(shè)備一樣，德州儀器的TMS0100計(jì)算器芯片家族是一種狹義的微控制器，主要用于制作計(jì)算器。然而，TMS0100家族的第一個(gè)芯片最初被稱(chēng)為T(mén)M1802NC，后來(lái)改名為T(mén)MS0102，它包含了微控制器所需的一切:CPU、RAM、ROM和I/O。當(dāng)然，這是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的微控制器。它的I/O是特定于應(yīng)用程序的，被設(shè)計(jì)為連接到一個(gè)矩陣鍵盤(pán)和一個(gè)七段顯示器。然而，TMS1802NC是一個(gè)微控制器。

最初由德州儀器的Gary Boone和Daniel Baudouin構(gòu)想，然后由Boone和Michael Cochran實(shí)現(xiàn)，德州儀器在1972年9月20日推出了TMS0100系列，這些芯片迅速占領(lǐng)了計(jì)算器市場(chǎng)。TI突然有了全新的世界要征服。該公司很快意識(shí)到，如果可以將同樣的可編程硅設(shè)計(jì)得足夠通用，它就可以為多個(gè)市場(chǎng)服務(wù)。TI將其從最初的可編程計(jì)算器芯片中獲得的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于生產(chǎn)第一批通用微控制器TMS1000系列，并于1974年發(fā)布。

TMS1000微控制器系列與TMS0100可編程計(jì)算器系列有一些相似之處，但也有很多不同點(diǎn)。這兩種設(shè)備都有4位CPU和哈佛架構(gòu)，哈佛架構(gòu)為RAM和ROM提供了獨(dú)立的地址空間。哈佛架構(gòu)在早期微控制器設(shè)計(jì)中很常見(jiàn)，因?yàn)樗鼈兒?jiǎn)化了微控制器的RAM、ROM、地址解碼器和數(shù)據(jù)總線的設(shè)計(jì)。然而，在我看來(lái)，哈佛架構(gòu)使程序員的生活變得復(fù)雜，他們必須跟蹤兩個(gè)不同的地址空間，并且必須經(jīng)常設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)從ROM轉(zhuǎn)移到RAM的方法。(幸運(yùn)的是，將數(shù)據(jù)從RAM轉(zhuǎn)移到ROM是沒(méi)有意義的，數(shù)據(jù)不會(huì)完成這個(gè)過(guò)程。你不能成功地寫(xiě)入一個(gè)掩碼ROM。)

與TMS0102的3250位ROM(組織為320個(gè)11位字)不同，第一個(gè)TMS1000微控制器有一個(gè)1千字節(jié)的ROM，組織為1024個(gè)8位字。因此，TMS0100和TMS1000系列分別從不兼容的11位和8位指令集開(kāi)始。類(lèi)似地，TMS0102的182位串行RAM包含三個(gè)以BCD(二進(jìn)制編碼十進(jìn)制)格式的13位數(shù)字和13個(gè)二進(jìn)制標(biāo)志，而 TMS1000 微控制器具有組織為 64 個(gè) 4 位字的 256 位 RAM。

根據(jù)TMS1000文檔，存儲(chǔ)在RAM中的64個(gè)4位單詞“被方便地分組為4個(gè)16位的文件，由一個(gè)2位寄存器尋址”。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，在編寫(xiě)類(lèi)似的微控制器架構(gòu)時(shí)(本系列后面將討論)，將小的RAM地址空間進(jìn)一步分割成16個(gè)字的塊并沒(méi)有什么方便之處，除非您正在編寫(xiě)16個(gè)條目的循環(huán)緩沖區(qū)。就像許多設(shè)計(jì)妥協(xié)一樣，微控制器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將整個(gè)CPU連同RAM、ROM和I/O電路一起塞到早期的半導(dǎo)體模具上，我敢打賭，這個(gè)特定的設(shè)計(jì)選擇使TMS1000微控制器的硬件設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、更小，以通常犧牲程序員的方便來(lái)?yè)Q取硬件設(shè)計(jì)的便利。

與TMS0100計(jì)算器芯片系列的專(zhuān)用I/O設(shè)計(jì)不同，TMS1000微控制器具有通用I/O引腳，至少在名義上是這樣。四個(gè)輸入引腳(K1, K2, K4和K8)可以用一條指令作為一組讀取。輸出引腳更加復(fù)雜。最初的TMS1000微控制器有11個(gè)“R”輸出(R0到R10)和8個(gè)“O”輸出(O0到O7)。“R”輸出分別設(shè)置和清除。“O”輸出由掩模編程PLA控制，并由5位鎖存器驅(qū)動(dòng)。鎖存器中的四個(gè)位可以通過(guò)一個(gè)指令來(lái)設(shè)置，該指令將數(shù)據(jù)直接從TMS1000的累加器移動(dòng)到鎖存器。第五個(gè)輸出位來(lái)自ALU的狀態(tài)鎖存器。使用PLA將5位輸出鎖存擴(kuò)展到8個(gè)輸出引腳，讓人想起TMS1000作為計(jì)算器芯片的后代的傳統(tǒng)，它被設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)7段顯示器。

在Adam Osborne 的眾多成就中，他在1978年出版的《微型計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》一書(shū)中記錄了早期的微處理器和微控制器。在他對(duì)TMS1000的描述中，奧斯本似乎更關(guān)注微控制器的局限性:

“TMS1000系列微型計(jì)算機(jī)是單芯片設(shè)備的事實(shí)有一些次要的，不明顯的影響。最重要的是，沒(méi)有支持設(shè)備這種東西。1024或2048字節(jié)的ROM [TMS1200微控制器有2Kbytes的ROM]代表將出現(xiàn)的程序內(nèi)存的確切數(shù)量;不能多也不能少。類(lèi)似地，RAM的64或128個(gè)字節(jié)(一個(gè)字節(jié)是一個(gè)4位的單詞)不能擴(kuò)展。直接內(nèi)存訪問(wèn)邏輯不存在——而且它的存在無(wú)論如何都沒(méi)有什么意義;由于可用的RAM和ROM總量很小，因此根本沒(méi)有機(jī)會(huì)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)塊，以保證繞過(guò)CPU。

同樣地，在TMS1000微型計(jì)算機(jī)中，中斷的作用是微不足道的?？紤]到可用的程序內(nèi)存儲(chǔ)量很小，而且程序包的成本很低，很難證明僅僅為了讓微機(jī)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)而中斷邏輯的復(fù)雜性是合理的。”

在我看來(lái)，Osborne 的話表明，許多人(可能包括Osborne )在1978年他出版那本書(shū)時(shí)，也就是TI首次宣布TMS1000系列四年后，并沒(méi)有清楚地了解微控制器和微處理器之間的區(qū)別。然而，許多人確實(shí)理解其中的區(qū)別，因?yàn)閾?jù)報(bào)道，到1979年，TI每年生產(chǎn)數(shù)千萬(wàn)個(gè)TMS1000部件，他們以2美元或3美元的價(jià)格大批量出售TMS1000。TMS1000的低單位成本是可能的，部分原因是TI將該設(shè)備封裝在一個(gè)便宜的28引腳塑料DIP中。

TI提供了廉價(jià)的28引腳塑料DIP的低成本TMS1000微控制器。圖片來(lái)源:Antonio Martí Campoy, Wikimedia Commons

TI通過(guò)在自己的一些消費(fèi)品中使用TMS1000微控制器家族成員來(lái)吃自己的狗糧，包括傳奇的TI Speak & Spell游戲和SR-16“電子計(jì)算尺”計(jì)算器。

TI使用自己的TMS1000微控制器創(chuàng)建了TI Speak & Spell。

圖片來(lái)源:FozzTexx, Wikimedia Commons

發(fā)明家、游戲設(shè)計(jì)師、“家用電子游戲機(jī)之父”拉爾夫·貝爾意識(shí)到他可以用微控制器制作出價(jià)格合理的電子游戲，并將TMS1000集成到最成功的手持電子游戲之一—— Milton Bradley 的 Simon 中，該游戲于1978年推出。如今，每個(gè)人都在自己的手機(jī)上玩手持游戲，但那時(shí)，這些游戲需要專(zhuān)用的硬件。

Milton Bradley的手持電子游戲《Simon》是一款早期產(chǎn)品，采用了TI的TMS1000微控制器。圖片來(lái)源:shritword, Wikimedia Commons

帕克兄弟公司在1978年發(fā)布了基于TMS1000微控制器的手持電子游戲《Merlin 》，一年后，Milton Bradley公司使用TMS1000微控制器作為其Big Trak的可編程大腦，這是一種未來(lái)主義的6輪坦克式車(chē)輛，可以通過(guò)嵌入在玩具背后的薄膜鍵盤(pán)預(yù)先編程，沿著特定的路徑前進(jìn)。Big Trak可以執(zhí)行輸入鍵盤(pán)的16個(gè)命令序列，這似乎與1967年由Wally feurzeeig、Seymour Papert和Cynthia Solomon在馬薩諸塞州劍橋的一家名為Bolt、Beranek和Newman (BBN)的研究公司開(kāi)發(fā)的Logo編程語(yǔ)言的海龜圖形密切相關(guān)。

Milton Bradley在Big Trak玩具車(chē)上使用了TMS1000微控制器。圖片來(lái)源:Martin Ling, Wikimedia Commons

1977年，Mattel公司推出了一款非常成功的電子足球游戲。這款游戲基于Rockwell計(jì)算器芯片，但世界各地的公司都克隆了這款游戲，香港一家名為Conic的游戲制造商似乎在其克隆產(chǎn)品中使用了TMS1000微控制器，而不是計(jì)算器芯片。開(kāi)源游戲模擬器MAME (multi街機(jī)模擬器)仍然可以在模擬中運(yùn)行《Conic’s Football》的TMS1000 ROM代碼。

作者Stan Augarten在他的《藝術(shù)狀態(tài)》一書(shū)中指出，TMS1000被用于計(jì)算器、玩具、游戲、電器、防盜報(bào)警器、復(fù)印機(jī)和自動(dòng)點(diǎn)唱機(jī)。奧加滕在描述TMS1000的結(jié)尾寫(xiě)道:“和任何集成電路一樣，TMS1000幫助使現(xiàn)代電子的力量為每個(gè)人所用?！?/p>

我懷疑還有無(wú)數(shù)沒(méi)有記錄的TMS1000家族應(yīng)用程序存在。對(duì)于第二早期的微控制器家族來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)相當(dāng)成功的故事和遺產(chǎn)，也證明了基本單芯片微控制器概念的真正普遍性。在1974年TI推出TMS1000之后，其他半導(dǎo)體廠商推出的新的微控制器以飛快的速度出現(xiàn)。

現(xiàn)在我們已經(jīng)進(jìn)入了21世紀(jì)，大多數(shù)人很少想到羅克韋爾微電子與微處理器和微控制器的聯(lián)系。母公司北美羅克韋爾(1973年更名為羅克韋爾國(guó)際公司)是一家主要的軍事/航空航天承包商。羅克韋爾建造了阿波羅飛船，B1轟炸機(jī)和美國(guó)航天飛機(jī)。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，美國(guó)大部分的太空助推火箭和洲際彈道導(dǎo)彈都使用了羅克韋爾的Rocketdyne發(fā)動(dòng)機(jī)。1972年，羅克韋爾推出了世界上第三個(gè)商業(yè)上成功的微處理器，4位的PPS-4。1976年，羅克韋爾發(fā)布了基于PPS-4架構(gòu)的單芯片微控制器。它被稱(chēng)為PPS-4/1。

正如20世紀(jì)60年代許多大企業(yè)集團(tuán)的潮流一樣，羅克韋爾于1967年在其自主事業(yè)部開(kāi)始了自己的半導(dǎo)體制造業(yè)務(wù)。Autometics開(kāi)發(fā)了各種軍事/航空航天航空電子系統(tǒng)，包括用于美國(guó)潛艇和洲際彈道導(dǎo)彈的慣性導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)，這創(chuàng)造了對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體的需求。北美羅克韋爾微電子公司(NRMEC)為其軍事和航空航天項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了早期的MOS/LSI工藝技術(shù)。

當(dāng)日本的夏普向一家半導(dǎo)體供應(yīng)商來(lái)制造自己設(shè)計(jì)的計(jì)算器芯片組時(shí)，NRMEC的MOS/LSI能力符合夏普的需求。合作的結(jié)果是一個(gè)四芯片組，夏普將其納入其QT-8D計(jì)算器。夏普在1968年8月發(fā)布了這款計(jì)算器。事實(shí)上，有人可能會(huì)說(shuō)，夏普QT-8D計(jì)算器中的羅克韋爾芯片組開(kāi)啟了MOS/LSI時(shí)代。1970年，羅克韋爾開(kāi)始出版MOS/LSI芯片目錄。

正如德州儀器公司(Texas Instruments)在TMS1000微控制器上所發(fā)現(xiàn)的，從電子計(jì)算器架構(gòu)到4位微處理器，或者在德州儀器公司(TI)的情況下，到微控制器，只是一個(gè)短暫的跳躍。羅克韋爾在1972年8月宣布了4位PPS-4微處理器系列。它是世界上第三個(gè)獲得商業(yè)成功的微處理器，它的推出緊隨英特爾發(fā)布的4位4004和8位8008微處理器。羅克韋爾的“PPS”名稱(chēng)意為“并行處理系統(tǒng)”。

有兩點(diǎn)使羅克韋爾的PPS-4微處理器區(qū)別于其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。第一個(gè)是羅克韋爾獨(dú)特的QUIP (Quad Inline Package)設(shè)備封裝。羅克韋爾的QUIP芯片很容易通過(guò)交錯(cuò)的引線來(lái)識(shí)別。因?yàn)樗鼈兊臉幼?，這些芯片通常被稱(chēng)為“蜘蛛”。在最小電路板走線和空間大約為 10 密耳左右的時(shí)代，QUIP 引線配置使得為這些設(shè)備設(shè)計(jì)印刷電路板變得更加容易。

第二個(gè)顯著特點(diǎn)是羅克韋爾為PPS-4微處理器開(kāi)發(fā)的配套芯片。到1975年，芯片組家族包括CPU、羅克韋爾獨(dú)特的四相時(shí)鐘所需的時(shí)鐘生成器/驅(qū)動(dòng)程序、256×4-bit RAM、1和2千字節(jié)ROM、RAM/ROM組合芯片、鍵盤(pán)和顯示控制器、打印機(jī)控制器、通用I/O芯片和1200 bps模擬調(diào)制解調(diào)器。(1200 bps模擬調(diào)制解調(diào)器開(kāi)啟了一長(zhǎng)串調(diào)制解調(diào)器芯片，導(dǎo)致NRMEC成為Conexant Systems，最終被Synaptics收購(gòu)。)

羅克韋爾PPS-4微處理器家族中大量的芯片使得該處理器被廣泛應(yīng)用于終端產(chǎn)品，包括收銀機(jī)、傳真機(jī)、家用電器、彈球機(jī)、玩具和計(jì)算器。然而，多芯片、4位微處理器家族的市場(chǎng)是短暫的。半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展迅速，器件密度也以驚人的速度增加。1975年10月，羅克韋爾將時(shí)鐘產(chǎn)生器集成到微處理器中，并將RAM、ROM和I/O外圍設(shè)備合并為一個(gè)名為PPS-4/2的2芯片集，但由于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)一步進(jìn)步，2芯片集也很短時(shí)期。1976年初，羅克韋爾發(fā)布了PPS-4/1，這是一種基于原始PPS-4微處理器架構(gòu)的真正的單片微控制器。

羅克韋爾 PPS-4/1 微控制器封裝在公司獨(dú)特的 QUIP（四線直插封裝）中，由于顯而易見(jiàn)的原因也被稱(chēng)為“蜘蛛”芯片。圖片來(lái)源：Christian Bassow，維基共享資源

除了關(guān)于基于PPS4的計(jì)算器的信息和一個(gè)相當(dāng)不尋常的應(yīng)用程序:Gottlieb彈球機(jī)之外，因特網(wǎng)上很少有關(guān)于羅克韋爾PPS-4應(yīng)用程序的歷史。Gottlieb與Rockwell簽訂合同，開(kāi)發(fā)基于PPS-4/2微處理器的System 1彈球控制器板。Gottlieb在1977年至1980年發(fā)行的彈球機(jī)中使用了System 1板。第一臺(tái)使用了System 1板的彈球機(jī)被稱(chēng)為“埃及艷后”。其他基于微處理器的彈球游戲也緊隨其后，如《Sinbad》，《Dragon》，《Charlie’s Angels》，《Incredible Hulk》，《Buck Rogers》和《Totem》。這個(gè)系列共有16場(chǎng)彈球游戲。

這是一種很容易被時(shí)間遺忘的歷史，但是PPS-4作為彈球控制器的歷史卻沒(méi)有被遺忘，原因有二。首先，收藏家根據(jù)系System 1板獎(jiǎng)勵(lì)Gottlieb彈球機(jī)。其次，這些板上的金屬門(mén)、MOS/LSI PPS-4 rom /外圍芯片正在失效，現(xiàn)在它們已經(jīng)接近半個(gè)世紀(jì)的歷史了。通常情況下，彈球收集器在這些部件失效后會(huì)被困在報(bào)廢的機(jī)器上，因?yàn)檫@些部件已經(jīng)幾十年沒(méi)有生產(chǎn)了，而半導(dǎo)體供應(yīng)商N(yùn)RMEC早就不在了。

Gottlieb與Rockwell簽訂合同，設(shè)計(jì)基于PPS4/2微處理器芯片組的System 1彈球控制器板。圖片來(lái)源:Stephen Emery, ChipScapes.com

法國(guó)的AA55咨詢(xún)公司針對(duì)這個(gè)問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一種解決方案。該公司開(kāi)發(fā)了基于FPGA的Rockwell PPS-4外圍芯片。AA55咨詢(xún)公司的FPGA代碼的目標(biāo)似乎是由AMD/Xilinx制作的，因?yàn)轫?xiàng)目文件是為Xilinx的ISE開(kāi)發(fā)軟件格式化的。AA55咨詢(xún)公司還沒(méi)有對(duì)PPS-4/2處理器進(jìn)行逆向工程，但計(jì)劃在未來(lái)這樣做。也許明年吧。

由于羅克韋爾組件現(xiàn)在幾乎是純的unobtanium，位于紐約Honeoye Falls的NI-Wumpf公司開(kāi)發(fā)了一種功能上替代了最初的Gottlieb System 1板，并且不使用任何羅克韋爾半導(dǎo)體的板。最初的NI-Wumpf板似乎基于Zilog Z80微處理器。最新版本使用了STMicroelectronics STM32F103微控制器，其中包含了一個(gè)72 MHz Arm Cortex-M3處理器。作為比較，PPS-4/2微處理器的工作頻率為199kHZ。一家名為Flippp的法國(guó)公司!已經(jīng)采取了類(lèi)似的方法，開(kāi)發(fā)了被稱(chēng)為PI-1和PI-1×4的系統(tǒng)1板的板級(jí)替代品，由Pascal Janin設(shè)計(jì)和編程。該板似乎也基于更現(xiàn)代的微控制器。

閱讀一些基于系統(tǒng)1板的Gottlieb彈球機(jī)用戶(hù)的評(píng)論是很有趣的。大多數(shù)人認(rèn)為羅克韋爾只是一個(gè)嚴(yán)格意義上的國(guó)防承包商。一個(gè)叫做pinwebsite的網(wǎng)站專(zhuān)門(mén)為Gottlieb開(kāi)了一個(gè)論壇，其中有一個(gè)主題是“為什么Gottlieb的系統(tǒng)1如此糟糕?”以下是來(lái)自這個(gè)帖子的一些引用:

“當(dāng)時(shí)，羅克韋爾似乎是個(gè)不錯(cuò)的選擇。畢竟，他們?yōu)槊绹?guó)宇航局和國(guó)防部設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)設(shè)備，還能出什么問(wèn)題呢?顯然，有很多。羅克韋爾公司決定在接地方面做出有問(wèn)題的決定，使用定制設(shè)計(jì)的組件和其他奇怪的東西，這真的把戈特利布搞砸了?！?/p>

“為什么羅克韋爾要花費(fèi)額外的時(shí)間和精力來(lái)設(shè)計(jì)定制蜘蛛芯片，因?yàn)樗鼈內(nèi)匀徊蝗缤虰ally使用的現(xiàn)成68xx芯片?”采用定制硬件似乎很難為他們節(jié)省成本?！?/p>

Gottlieb并不知情，在外包過(guò)程中做出了一些錯(cuò)誤的選擇。至于羅克韋爾公司，你可能會(huì)想，更大的奇跡是什么:是彈球機(jī)成功了，還是他們的NASA產(chǎn)品成功了?”

我想羅克韋爾在蜘蛛方面使用的是對(duì)他們來(lái)說(shuō)“現(xiàn)成的”部件。部分問(wèn)題可能在于他們從未為彈球游戲所處的環(huán)境設(shè)計(jì)過(guò)硬件。期望開(kāi)關(guān)在打開(kāi)時(shí)出錯(cuò)，而不是砰地一聲關(guān)閉? 對(duì)于國(guó)防工業(yè)以外的任何人來(lái)說(shuō)，硬件不是“現(xiàn)成的”嗎？

“我不想太政治化，這只是我的看法，如果我想雇用一家公司為我設(shè)計(jì)一些電子產(chǎn)品，即使羅克韋爾有一個(gè)好名字，我也不想雇用一家習(xí)慣于做政府項(xiàng)目的公司。在大多數(shù)情況下，它們都是臃腫的、昂貴的、過(guò)度設(shè)計(jì)的。我不確定70年代末的情況是否如此，但僅僅因?yàn)樘赵O(shè)備運(yùn)行良好，并不意味著它沒(méi)有定價(jià)過(guò)高和設(shè)計(jì)過(guò)度?！?/p>

“羅克韋爾將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4位系統(tǒng)——這在它發(fā)布之前就已經(jīng)過(guò)時(shí)了。”

毫無(wú)疑問(wèn)，今天以收集彈球機(jī)為愛(ài)好的人不知道羅克韋爾在20世紀(jì)70年代是一家商業(yè)芯片供應(yīng)商，不知道PPS-4有悠久的歷史，不知道為什么要開(kāi)發(fā)4位微處理器和微控制器，不知道羅克韋爾為什么要開(kāi)發(fā)“蜘蛛”QUIP，也不知道半個(gè)世紀(jì)以來(lái)維護(hù)不善的系統(tǒng)往往會(huì)失敗。然而，有些藏家消息靈通。例如:

“在電子方面- System 1使用的是70年代中期的技術(shù)。所有的電子元件都是現(xiàn)成的元件，沒(méi)有定制元件。事實(shí)上，羅克韋爾公司使用的是他們自己的部件——誰(shuí)能責(zé)怪他們呢?我認(rèn)為它只有兩個(gè)缺點(diǎn)-糟糕的接地技術(shù)和邊緣連接器。

“至于他們的CPU不受歡迎——它們?cè)谙喈?dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)在銷(xiāo)售點(diǎn)終端非常受歡迎。但當(dāng)MOS科技推出價(jià)格實(shí)惠的6502系列處理器時(shí)，他們的4位處理器就被淘汰了?！?/p>

羅克韋爾微電子和PPS-4產(chǎn)品線也已經(jīng)從積極參與電子工業(yè)的人們的集體記憶中消失了，而且在網(wǎng)上很難找到PPS-4的歷史。你幾乎需要求助于舊書(shū)。幸運(yùn)的是，我書(shū)房的書(shū)架上有一些這樣的書(shū)。

例如，1981年版的Osborne 4 & 8位微處理器手冊(cè)列出了羅克韋爾PPS-4/1微控制器家族的10個(gè)成員。家族成員有640到2048字節(jié)的ROM和48到128個(gè)4位的RAM。除了一個(gè)家族成員之外，所有成員都有三個(gè)集成的串行I/O端口，實(shí)際上無(wú)非是串行的4位移位寄存器。MM76C是一個(gè)家族成員，具有高速上行/下行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器子系統(tǒng)，可以作為一個(gè)16位計(jì)數(shù)器或兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器操作。該計(jì)數(shù)器還可以處理光學(xué)編碼器使用的正交編碼輸入。計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器子系統(tǒng)為羅克韋爾PPS-4/1微控制器開(kāi)辟了額外的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，包括電機(jī)控制、頻率計(jì)數(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換和頻率合成。

如果你不熟悉NRMEC、羅克韋爾微電子或羅克韋爾半導(dǎo)體，那可能是因?yàn)樵摴驹?999年被分拆為Conexant Systems，這是全球范圍內(nèi)將內(nèi)部持有的半導(dǎo)體公司的價(jià)值推向股市的努力的一部分。Conexant在2002年將其晶圓廠(原羅克韋爾的晶圓廠)拆分為Jazz Semiconductor，從此走向無(wú)晶圓廠化。Tower Semiconductor于2008年收購(gòu)了Jazz Semiconductor，并成為了TowerJazz。該公司在2020年恢復(fù)了Tower Semiconductor的名稱(chēng)，現(xiàn)在英特爾正在收購(gòu)該公司。與此同時(shí)，羅克韋爾早期的MOS/LSI工藝已經(jīng)一去不復(fù)返，而且大多已被遺忘。

編輯：黃飛

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