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前言：個(gè)人PC發(fā)展的基礎(chǔ)階段

開篇語：

《隨著移動互聯(lián)逐漸普及、物聯(lián)網(wǎng)初現(xiàn)端倪，個(gè)人PC似乎正在成為時(shí)代的棄兒。在此之際，作為PC時(shí)代的遺留物，小編決定撰文緬懷，緬懷正在逝去的個(gè)人PC，一個(gè)時(shí)代、一份情節(jié)、一絲回憶——感慨于此情可待成追憶。》

在個(gè)人PC誕生之前，大型主機(jī)和小型計(jì)算機(jī)的商業(yè)模式往往是由少數(shù)巨頭公司所把持，它們會提供一整套完整的生態(tài)系統(tǒng)：包括硬件的制造、安裝和維護(hù)、軟件的代碼編寫以及程序員的培訓(xùn)等等。這種行業(yè)模式可以確保它們穩(wěn)賺不賠。但是，這“巨頭”并非個(gè)人PC誕生的原始驅(qū)動力，反而在特定時(shí)期還會對個(gè)人PC的發(fā)展起到一定的反之作用，它們的產(chǎn)品價(jià)格高高在上，而且缺乏現(xiàn)成的軟件應(yīng)用支持，實(shí)際上對于大部分個(gè)人用戶而言，這樣的設(shè)備毫無吸引力。

應(yīng)該說，個(gè)人PC始于對創(chuàng)新孜孜追求的狂熱愛好者。隨著微處理器、DRAM存儲以及EPROM整合電路的應(yīng)用于市，BASIC高等匯編語言開始得到廣泛的應(yīng)用，并最終催生了GUI圖形用戶界面和個(gè)人運(yùn)算的漸入主流。隨之而來的硬件標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化最終讓個(gè)人PC成為普通大眾的個(gè)人消費(fèi)品。

接下來，我們將會對微處理器和個(gè)人PC的歷史進(jìn)行一番梳理和回顧。第一期主要內(nèi)容包括晶體管和微處理器，時(shí)間跨度為1947年-1974年，我們姑且將此階段成為“基礎(chǔ)階段”。本文大量素材來源于美國知名科技包括techspot，在此鳴謝。

2貝爾實(shí)驗(yàn)室里誕生首個(gè)二極管

●貝爾實(shí)驗(yàn)室里誕生的首個(gè)二極管

當(dāng)時(shí)，市場的領(lǐng)導(dǎo)者們不太愿意接納個(gè)人運(yùn)算業(yè)務(wù)，原因很簡單——投入產(chǎn)出比太低，而且軟件缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，且潛在用戶又受限于專業(yè)技能，導(dǎo)致市場預(yù)期并不樂觀。

但是，當(dāng)8080處理器被廣泛用于各種終端設(shè)備之后，Intel的工程師開始意識到個(gè)人運(yùn)算的重要性，并試圖說服公司高層盡快著手個(gè)人運(yùn)算業(yè)務(wù)了。而且，當(dāng)時(shí)還在HP供職的天才設(shè)計(jì)師斯蒂夫·伍茲尼亞克（Steve Wozniak）也做了同樣的事情——建議HP開展個(gè)人運(yùn)算業(yè)務(wù)。

1947年12月，在邁克爾·法拉第（Michael Faraday）、朱利葉斯·利林費(fèi)爾德（Julius Lilienfeld）、鮑里斯·達(dá)威德夫（Boris Davydov）、拉塞爾·奧爾（Russell Ohl）、卡爾·L-霍羅維茨（Karl Lark-Horovitz）等半導(dǎo)體專家們的研究基礎(chǔ)上，威廉·肖克利（William Shockley）、沃爾特·布拉頓（Walter Brattain）、約翰·巴丁（John Bardeen）、羅伯特·吉布（Robert Gibney）以及杰拉爾德·皮爾森（Gerald Pearson）五位科學(xué)家在貝爾實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)了業(yè)界首款晶體管。

約翰·巴丁、威廉·肖克利、沃爾特·布拉頓在貝爾實(shí)驗(yàn)室，攝于1948年（圖片來源techspot）

在接下來的幾年里，貝爾實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)充當(dāng)著晶體管快速發(fā)展的原動力（特別是其在1952年研發(fā)的MOSFET——金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，堪稱里程碑之作），不過為了避免遭受美國司法部的反壟斷指控，貝爾實(shí)驗(yàn)室于1952年向其他同行開放了專利授權(quán)許可。

1947年，業(yè)界首款晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室組裝完成（圖片來源techspot）

在半導(dǎo)體業(yè)務(wù)發(fā)展迅速的大環(huán)境下，貝爾以及其母公司西電公司（Western Electric）也加入了一個(gè)由40多家、包括通用電氣（General Electric）、美國無線電公司（RCA）以及德州儀器（Texas Instruments）等巨頭在內(nèi)的聯(lián)合組織。

后來，威廉·肖克利離開貝爾實(shí)驗(yàn)室另起爐灶，并于1956年成立了肖克利半導(dǎo)體（Shockley Semi-Conductor）。

3“八叛逆”和他們的仙童半導(dǎo)體

●“八叛逆”和他們的仙童半導(dǎo)體

1957年，美國肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室的八名年輕科學(xué)家由于無法忍受諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者肖克利專橫獨(dú)裁的學(xué)閥式管理風(fēng)格，在諾伊茨（N. Noyce）的煽動下集體離職，肖克利怒不可遏地罵他們是“八叛逆”（The Traitorous Eight）。

“八叛逆”包括諾伊茨（N. Noyce）、摩爾（R.Moore）、布蘭克（J.Blank）、克萊爾（E.Kliner）、赫爾尼（J.Hoerni）、拉斯特（J.Last）、羅伯茨（S.Boberts）和格里尼克（V.Grinich）。

從肖克利半導(dǎo)體集體出走的“八叛逆”創(chuàng)建了仙童半導(dǎo)體。上圖從左至右依次為：摩爾、羅伯茨、克萊爾、諾伊茨、格里尼克、布蘭克、赫爾尼和拉斯特（圖片來源techspot）

不過，后來就連肖克利本人也改口把他們稱為“八個(gè)天才的叛徒”。后來，八叛逆得到仙童攝影器材（Fairchild Camera and Instrument）公司老板費(fèi)爾柴爾德先生的資助，創(chuàng)立了仙童半導(dǎo)體公司（Fairchild Semiconductor）。

后來，八人由于種種原因紛紛離開仙童，其中諾伊茨和摩爾在風(fēng)險(xiǎn)投資者阿瑟·洛克（Arthur Rock）的支持下，創(chuàng)辦了Intel；而赫爾尼則成為了晶體管制造領(lǐng)域planar制程工藝的開山鼻祖。

仙童半導(dǎo)體

當(dāng)時(shí)，仙童半導(dǎo)體公司管理層始終對個(gè)人運(yùn)算業(yè)務(wù)并不感冒，因?yàn)樗麄兏涌粗氐氖抢麧欂S厚的晶體管業(yè)務(wù)，比如說旗下應(yīng)用在北美XB-70戰(zhàn)略轟炸機(jī)的IBM飛行系統(tǒng)、Minuteman洲際彈道導(dǎo)彈（Intercontinental Ballistic Missile，縮寫ICBM）系統(tǒng)的自動導(dǎo)航計(jì)算機(jī)以及NASA的阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)等等。

4初出茅廬的Intel和被挖空的仙童

●初出茅廬的Intel

“八叛逆”的帶頭大哥應(yīng)該是美國國家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor）的創(chuàng)始人查爾斯·斯波克（Charles Sporck）以及后來創(chuàng)辦了Intel公司的摩爾和諾伊茨。

那是一個(gè)午后，諾伊茨給風(fēng)險(xiǎn)投資人阿瑟·洛克的一個(gè)電話為Intel融來了230萬美元的啟動資金。因?yàn)橹Z伊茨有一張閃光的名片——集成電路的聯(lián)合發(fā)明人之一（另一位是諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者、德州儀器的杰克·基爾比）。

Intel聯(lián)合創(chuàng)始人諾伊茨（N. Noyce） （圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

摩爾、諾伊茨以及來自仙童半導(dǎo)體的團(tuán)隊(duì)將全新的硅柵M0S自對準(zhǔn)工藝應(yīng)用于集成電路的生產(chǎn)和制造，佛德利克·費(fèi)金（Federico Faggin）是這一工藝的奠基人和先行者，他是全球第一款芯片的發(fā)明者，同時(shí)也是全球首款微處理器4004的共同發(fā)明人，當(dāng)時(shí)也就職于仙童半導(dǎo)體。由于對個(gè)人運(yùn)算產(chǎn)業(yè)的卓越貢獻(xiàn)，這位意大利人最終獲得了美國永久居民的資格。

后文我們會著重介紹費(fèi)金以及他發(fā)明的首款商用微處理器4004。

業(yè)界首款平面式集成電路，出自仙童半導(dǎo)體之手（圖片來源techspot）

●下坡路上的仙童半導(dǎo)體

核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)的集體叛逃讓仙童半導(dǎo)體出離憤怒，因?yàn)楹髞碜C明，這些“叛逃”的天才們在別人的旗下都取得了重大突破，比如說在美國國家半導(dǎo)體公司。

隨著德州儀器、美國國家半導(dǎo)體以及摩托羅拉在晶體管市場的崛起，仙童半導(dǎo)體的利潤開始下滑。到1967年底，由于預(yù)算的大幅削減以及核心員工的出走，仙童半導(dǎo)體陷入了低谷。之前連年不斷的巨額研發(fā)投入并沒給他們帶具有競爭力的產(chǎn)品，再加之管理層矛盾重重，更是令仙童的前景蒙上陰影。

而且，在專利還不是那么重要的年代，產(chǎn)品上市時(shí)機(jī)的把握就顯得異常關(guān)鍵，而仙童半導(dǎo)體在產(chǎn)品開發(fā)方面總是經(jīng)常性滯后，在研發(fā)項(xiàng)目上投入了相當(dāng)大的資源，但是整個(gè)研發(fā)部門儼然已經(jīng)越來越偏離以產(chǎn)品為重心的原則。

結(jié)果可想而知，仙童半導(dǎo)體的市場領(lǐng)袖地位很快被第二大集成電路提供商德州儀器所取代，雖然前者在業(yè)界的影響力猶在，但是內(nèi)部高層管理架構(gòu)卻一直混亂不堪。而且，仙童半導(dǎo)體在品控方面做得也不夠到位，通常情況下會有20%的產(chǎn)品不過關(guān)。

為了追求更加穩(wěn)定的工作環(huán)境和職業(yè)前景，越來越多的仙童半導(dǎo)體員工開始步“八叛逆”的后塵，紛紛另謀高就。經(jīng)過一番動蕩之后，杰里·桑德斯（Jerry Sanders）成為了仙童公司的市場主管，但是其上任之后便單方面做出了每周發(fā)布一款新產(chǎn)品的決定——也就是所謂的“Fifty-Two”計(jì)劃。

這種拔苗助長的做法注定是個(gè)失敗的策略，因?yàn)槭聦?shí)證明，這些倉促發(fā)布的產(chǎn)品中有很多機(jī)種的產(chǎn)量僅在1%左右，而且90%的產(chǎn)品出現(xiàn)要么出現(xiàn)跳票情況，要么就是在產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計(jì)上存在瑕疵，亦或兩者兼具。從那時(shí)起，仙童半導(dǎo)體的光環(huán)便開始逐漸褪色……

5Intel招兵買馬 AMD艱難起步

●Intel招兵買馬

如果說是摩爾和諾伊茨把Intel帶入跑道的話，那么另一個(gè)的加入則成為Intel一飛沖天的助推器，他就是安德魯·格魯夫（Andrew Grove）。格魯夫出生于1936年的匈牙利，曾就職于仙童半導(dǎo)體，他并沒有生產(chǎn)制造方面的經(jīng)歷和背景，卻被慧眼識珠的諾伊茨委以重任，當(dāng)擔(dān)Intel運(yùn)營總監(jiān)一職。

表面上看，這個(gè)選擇有些令人不解，因?yàn)楦耵敺蛑皇腔瘜W(xué)領(lǐng)域的研發(fā)專家，也曾是伯克利分校的講師，但是他卻沒有任何運(yùn)營和管理背景。

第四位加入Intel的是鮑勃·格雷漢姆（Bob Graham），負(fù)責(zé)主導(dǎo)市場策略。實(shí)際上，格雷漢姆本應(yīng)該是Intel的第三位員工，但是因?yàn)殇浫⊥ㄖL達(dá)3個(gè)月，才讓格魯夫“搶了先”。格雷漢姆的姍姍來遲在無形中令格魯夫得到了更多的管理權(quán)限。

Intel前100位員工在美國加州山景城公司總部的合影，攝于1969元（圖片來源techspot）

作為一名出色的銷售人員，格雷漢姆被普遍認(rèn)為是Intel管理團(tuán)隊(duì)的兩位候選人之一——另一位則是與諾伊茨有著深厚個(gè)人交情的桑德斯。桑德斯是萊斯特·霍根（Lester Hogan）成為仙童半導(dǎo)體CEO（從摩托羅拉高價(jià)挖來救火的，他的到來直接導(dǎo)致仙童半導(dǎo)體核心人員分崩離析，因?yàn)樗麖哪ν辛_拉帶來一批嫡系）之后最后一批離任的高管之一。

●AMD艱難起步

隨著霍根的強(qiáng)勢入主，桑德斯在仙童半導(dǎo)體支離破碎的管理層依稀保有的那份信任很快便消失殆盡。據(jù)稱，霍根對桑德斯的印象本來就不咋地，再加上他的團(tuán)隊(duì)不愿接受小額訂單（100萬美元或者更少），更令霍根對此人頗有微詞。后來，在短短的數(shù)周之內(nèi)，霍根就貶了桑德斯兩次，最終導(dǎo)致其“引咎”辭職。霍根的目的就這樣達(dá)到了，接下來，其嫡系便“順理成章”地拿下了仙童半導(dǎo)體的關(guān)鍵崗位。桑德斯似乎是被擠兌走的。

1969年，桑德斯被迫離開仙童之后，在短短數(shù)周之內(nèi)便成功“挖角”了4位對另起爐灶頗感興趣的前仙童員工，他們均來自仙童半導(dǎo)體模擬電路部門，分別是杰克.吉福德（Jack Gifford）、法蘭克·博特（Frank Botte）、吉姆·賈爾斯（Jim Giles）和拉里·斯滕格（Larry Stenger）。

很顯然，桑德斯也要單干了。加上之前的前仙童半導(dǎo)體銷售強(qiáng)人艾德·特尼（Ed Turney）、約翰·凱里（John Carey）以及芯片設(shè)計(jì)師斯文·西蒙森（Sven Simonssen），桑德斯的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)達(dá)到了8人。

AMD創(chuàng)始人杰里·桑德斯（Jerry Sanders）

在桑德斯的帶領(lǐng)下，這8個(gè)人于1969年5月創(chuàng)辦了Advanced Micro Devices公司，但是AMD的起步階段并不順利。眾所周知，Intel的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)基本都是專業(yè)的芯片工程師，這讓他們在不到1天的時(shí)間就獲得了大筆的融資，而AMD不同，領(lǐng)頭人桑德斯是制定市場策略的一把好手，但是他來帶隊(duì)開干半導(dǎo)體業(yè)務(wù)勢必會讓眾多投資人不那么放心。這也難怪，同為仙童和Intel的風(fēng)險(xiǎn)投資人洛克對AMD說了“不”。

之后，AMD新雇來的法人代表Tom Skornia去找了諾伊茨，Intel的聯(lián)合創(chuàng)始人因此成為了AMD的投資人之一。諾伊茨到底給AMD投了多少錢不重要，因?yàn)樵贏MD投資人的名單中如果有像諾伊茨這樣的重量級人物出現(xiàn)的話，就足以證明AMD是一支非常不錯(cuò)的潛力股。最終，隨著時(shí)間的推移，到了同年6月20日止，AMD的首輪融資額達(dá)到了155萬美元。

6Intel的第一炮 64位SRAM芯片出爐

●Intel的第一炮 64位SRAM芯片

Intel就是為半導(dǎo)體而生的，當(dāng)它拿到第一筆融資之后，便迅速在半導(dǎo)體行業(yè)搞得風(fēng)生水起。其歷時(shí)不到3年而造的首款商用產(chǎn)品被譽(yù)為是當(dāng)時(shí)業(yè)界5大“首創(chuàng)”之一，它不僅給半導(dǎo)體行業(yè)帶來了一次積極的變革，而且還深深影響到了個(gè)人運(yùn)算的發(fā)展走勢。

當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)提供商霍尼韋爾（Honeywell）在藍(lán)色巨人IBM的淫威之下可謂苦不堪言，它正在尋找其他可以提供64位SRAM（static RAM，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器）芯片的半導(dǎo)體公司，這為Intel提供了巨大商機(jī)。

機(jī)會總是留給有準(zhǔn)備的人。當(dāng)時(shí)，Intel的芯片開發(fā)工作已經(jīng)形成了兩條主線，一條是由萊斯·貝達(dá)茨（Les Vadász）帶領(lǐng)的MOS晶體管開發(fā)團(tuán)隊(duì)，另一條是由迪克·博恩（Dick Bohn）帶隊(duì)的雙極型晶體管（bipolar transistor）開發(fā)團(tuán)隊(duì)。其中，雙極型晶體管團(tuán)隊(duì)率先完成了既定目標(biāo)，他們開發(fā)出了業(yè)界首款64位SRAM芯片，并于1969年4月由首席設(shè)計(jì)師H.T. Chua（H.T. 蔡）親自交付霍尼韋爾公司。

Intel的首款產(chǎn)品——基于全新的肖特基雙極型技術(shù)（Schottky Bipolar）的64位SRAM芯片。（圖片來源：CPU-Zone）

當(dāng)時(shí)的業(yè)界，一款產(chǎn)品在上市發(fā)布時(shí)通常都會以部件號來命名，Intel的首款64位SRAM芯片自然也不例外——3101。產(chǎn)品的部件號，特別是像晶體管數(shù)量等這種具有重要意義的數(shù)字往往會被認(rèn)為對潛在客戶更具吸引力。而且，給產(chǎn)品起一個(gè)實(shí)際的型號可能會被認(rèn)為是在利用產(chǎn)品型號來掩飾產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)缺陷。在Intel還沒有意識到用數(shù)字命名得不到版權(quán)保護(hù)之前，Intel往往會選擇用數(shù)字編號來給自己的產(chǎn)品命名。

7摩爾解難題 首款MOS存儲芯片登場

●摩爾解難題 首款MOS存儲芯片登場

雙極型晶體管開發(fā)團(tuán)隊(duì)給Intel帶來了突破性的產(chǎn)品，而MOS晶體管開發(fā)團(tuán)隊(duì)這邊也找到了屢屢失敗的真正元兇。在芯片制造過程中，硅柵金屬氧化物半導(dǎo)體工藝（silicon-gate MOS process）需要大量加熱-冷卻的循環(huán)。這些循環(huán)過程會因?yàn)闊崦浝淇s效應(yīng)導(dǎo)致在硅和金屬氧化物之間產(chǎn)生變異和龜裂，從而導(dǎo)致電路芯片受損。

當(dāng)年的戈登.摩爾（圖片來源：百度百科）

對此，摩爾的解決辦法是通過在金屬氧化物的表面“涂抹”雜質(zhì)來降低其熔點(diǎn)，以便使氧化物適應(yīng)這一加熱循環(huán)。1969年7月，MOS晶體管開發(fā)團(tuán)隊(duì)重要開發(fā)出了業(yè)界首款商用MOS存儲芯片——256位1101。

很快，霍尼韋爾就下單了——用全新的256位1101代替了之前的3101。在1102開發(fā)之初，Intel同時(shí)還在開發(fā)另一款類似的產(chǎn)品——1103，這兩個(gè)項(xiàng)目幾乎是并行開展的，后者由貝達(dá)茨領(lǐng)銜，開發(fā)團(tuán)隊(duì)包括鮑勃·阿爾伯特（Bob Abbott）、約翰·里德（John Reed）以及喬爾·卡普（Joel Karp），1103顯示出了巨大的市場潛力。

1102和1103同樣基于3個(gè)晶體管的存儲單元結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)理念是由霍尼韋爾的威廉·雷吉茨（William Regitz）提出的，具有高單元密度和低制造成本的優(yōu)勢。當(dāng)然也有缺點(diǎn)，基于此設(shè)計(jì)的芯片在無供電的狀態(tài)下無法保存數(shù)據(jù)信息，而且電路設(shè)計(jì)需要每隔2毫秒就需要加一次壓。

業(yè)界首款DRAM存儲芯片Intel 1103（左）和業(yè)界首款MOS存儲芯片Intel 1101（右）（圖片來源：CPU-Zone）

在當(dāng)時(shí)，電腦隨機(jī)存取存儲器屬于磁心存儲器芯片（magnetic-core memory chips）范疇，隨著Intel 1103 DRAM（dynamic random access memory，動態(tài)隨機(jī)存取存儲器）芯片于1970年10月份登場并于次年修復(fù)制程瑕疵之后，該技術(shù)逐漸失去了市場的主導(dǎo)地位。自此，Intel在這一快速成長的半導(dǎo)體市場成為了支配者。

●塞翁失馬焉知非福Intel和它的第2供應(yīng)商

之后，Intel在全國范圍內(nèi)開展了一次營銷活動，邀請磁心存儲器的用戶們積極參與，旨在告訴他們“用DRAM系統(tǒng)芯片可以更省錢”。由于在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代，芯片的產(chǎn)量和供應(yīng)并不能確保萬無一失，所以客戶們通常會要求有第二供應(yīng)源。

盡管格魯夫強(qiáng)烈反對設(shè)立附屬供貨源，但是怎奈Intel資歷尚淺只能向產(chǎn)業(yè)需求妥協(xié)。最終，Intel選擇了一家加拿大新品制造商——Microsystems International Limited（以下簡稱MIL）。

如此一來，Intel便可以通過專利授權(quán)協(xié)議輕輕松松從MIL那邊得到每年100萬美元左右的收入，而且一旦MIL試圖通過增大晶圓面積（從2英寸提高到3英寸）、縮小新品體積的方式來提升產(chǎn)量的話，Intel還能得到更多的專利許可費(fèi)。不過，后來，由于MIL的產(chǎn)線出現(xiàn)瑕疵，客戶最終還是轉(zhuǎn)投Intel方面下單了。

此時(shí)的AMD也得到了快速成長，因?yàn)樗玫搅讼赏雽?dǎo)體9300系列TTL（晶體管—晶體管邏輯，Transistor-Transistor Logic）電路的輔助供貨商的資格，而且還在為美國西屋電器（Westinghouse）軍品部門供應(yīng)制定版的芯片產(chǎn)品。值得一提的是，為西屋電器供應(yīng)芯片的廠商本來是德州儀器，但是因?yàn)槠錈o法及時(shí)交單，最終才被AMD撿了漏。

8代號1702 首款EPROM芯片破繭而出

●代號1702 首款EPROM芯片破繭而出

后來，在存儲芯片的制程工藝上，Intel又遇到問題了。這一次，Intel指派另一位前仙童半導(dǎo)體成員、年輕的以色列物理學(xué)家多夫·弗羅曼（Dov Frohmann）前來求火。通過分析之后，弗羅曼得出的結(jié)論是：一些晶體管的門電路被斷開了，出現(xiàn)浮置狀態(tài)，并且被包裹在氧化物之內(nèi)而無法回到各自的電極。

弗羅曼同時(shí)還對摩爾解釋稱，由于四周都是絕緣子，這些浮置門柵極（floating gates）可以保留一個(gè)電荷，從而存在被編程的可能性。此外，浮置柵極中的電荷可以通過紫外線照射消除，并刪除編程。

EPROM存儲器（圖片來源：維基百科）

弗羅曼發(fā)明的EPROM (Erasable, Programmable Read-Only Memory，可擦除可編程只讀寄存器)技術(shù)很好的解決了這一問題。它是一種斷電后仍能保留數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)儲存芯片——即非易失性的（非揮發(fā)性）。它是一組浮柵晶體管，被一個(gè)提供比電子電路中常用電壓更高電壓的電子器件分別編程。一旦編程完成后，EPROM只能用強(qiáng)紫外線照射來擦除。通過封裝頂部能看見硅片的透明窗口，很容易識別EPROM，這個(gè)窗口同時(shí)用來進(jìn)行紫外線擦除。可以將EPROM的石英玻璃窗對準(zhǔn)陽光直射一段時(shí)間就可以擦除。

EEPROM存儲器（圖片來源：維基百科）

EPROM技術(shù)的缺點(diǎn)是成本高，之后，一種一次性可編程的（one-time programmable，縮寫為OTP）的EPROM應(yīng)用而生了。這種技術(shù)無需石英玻璃窗、電可擦除、可編程的ROM——EEPROM（電可擦可編程只讀存儲器）。EEPROM是用戶可更改的只讀存儲器，其可通過高于普通電壓的作用來擦除和重編程（重寫）。不像EPROM芯片，EEPROM不需從計(jì)算機(jī)中取出即可修改。在一個(gè)EEPROM中，當(dāng)計(jì)算機(jī)在使用的時(shí)候可頻繁地反復(fù)編程，因此EEPROM的壽命是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)考慮參數(shù)。EEPROM是一種特殊形式的閃存，其應(yīng)用通常是個(gè)人電腦中的電壓來擦寫和重編程。

全球首款EPROM芯片——Intel 1702（圖片來源：computermuseum.li）

首款EPROM存儲器的型號為1702，其制造難點(diǎn)在于存儲器數(shù)據(jù)寫入時(shí)電壓的控制，它需要非常精準(zhǔn)的電壓，太低可能引起編程不完整，太高的話又容易導(dǎo)致燒毀芯片。從美國飛歌跳槽過來的喬·弗里德里希（Joe Friedrich）以及另外一位前仙童半導(dǎo)體工程師不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)，如果在寫入數(shù)據(jù)之前給芯片加高負(fù)壓的話此問題便可迎刃而解。

由于“walking out”技術(shù)并沒有在物理形態(tài)上改變芯片，所以其他芯片制造商在售賣Intel設(shè)計(jì)的集成電路時(shí)很難發(fā)現(xiàn)為何Intel的良品率能夠有如此突飛猛進(jìn)的提升。良品率的巨大提升也表現(xiàn)在了營收方面，從1971到1973年3年間，Intel的營收呈現(xiàn)出了每年600%的增速。這樣的情景讓包括AMD、美國國家半導(dǎo)體、Sigtronics以及MIL等在內(nèi)的第二供貨源們一時(shí)間找不著北了。

9首款商用微處理器4004的前世今生

●CPU之父費(fèi)金和他的首個(gè)作品4004

ROM（只讀存儲器）以及DRAM（動態(tài)隨機(jī)存取存儲器）是一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)必不可少的兩個(gè)組件，也算是個(gè)人運(yùn)算發(fā)展史上的兩座里程碑。1969年，日本Nippon Calculating Machine Corporation（以下簡稱NCM）計(jì)算機(jī)公司找到了Intel，希望Intel為他們的臺式計(jì)算器（desktop calculator）設(shè)計(jì)一套12芯片系統(tǒng)。而此時(shí)的Intel正在緊鑼密鼓的開發(fā)SRAM、DRAM以及EPROM芯片，所以非常希望與之合作，兩者自然一拍即合。

特德·霍夫，Intel第12號員工，其帶來的團(tuán)隊(duì)制造了第一個(gè)微處理器（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

NCM方面最初的提議是打造一款8芯片系統(tǒng)的計(jì)算器，不過Intel的特德·霍夫（Ted Hoff）從當(dāng)時(shí)的小型主機(jī)身上突然找到了設(shè)計(jì)靈感——用一顆芯片處理所有任務(wù)，而非一種芯片處理一種任務(wù)。霍夫的想法其實(shí)就是設(shè)計(jì)一款4芯片系統(tǒng)，項(xiàng)目代號MCS-4，由1個(gè)移位寄存器、1顆ROM芯片、1顆RAM芯片以及一顆處理器芯片組成。

1970年2月6日，NCM與Intel簽署了合作協(xié)議，后者需要在未來三年之內(nèi)為NCM提供至少60000套MCS-4計(jì)算器系統(tǒng)，Intel拿到了60000美元的預(yù)付款。霍夫提出的這套系統(tǒng)需要一顆處理器和三組輔助芯片。那么問題來了，誰來開發(fā)關(guān)鍵的處理器呢？這時(shí)候，又一位在仙童半導(dǎo)體郁郁不得志的工程師走到了風(fēng)口。

1970年4月3日，費(fèi)金開始正式加入MCS-4項(xiàng)目的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，他第一天的工作是聽取斯坦·麥卓爾（Stan Mazor，首款微處理器的聯(lián)合發(fā)明人之一）工程師的項(xiàng)目介紹。第二天，費(fèi)金和NCM首席代表Masatoshi Shima進(jìn)行了短暫的交談，但是費(fèi)金被告知：NCM現(xiàn)在想要的是盡快看到處理器的邏輯芯片，而非聽一個(gè)接觸該項(xiàng)目不到一天的人紙上談兵。

Intel 4004，首款商用微處理器，內(nèi)建2300個(gè)晶體管，主頻為740KHz（圖片來源：CPU-Zone）

接下來，費(fèi)金的團(tuán)隊(duì)（包括Masatoshi Shima，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段成員）著手開發(fā)4芯片系統(tǒng)。很快，他們只用了不到一周時(shí)間就完成了項(xiàng)目之一——4001（動態(tài)內(nèi)存DRAM）。到了5月份，4002（只讀存儲器ROM）和4003（寄存器）相繼出爐后，業(yè)界首款商用微處理器4004的誕生正式進(jìn)入倒計(jì)時(shí)。

同年12月份，Intel 4004在首次試生產(chǎn)階段出現(xiàn)遇到了點(diǎn)小麻煩。在封裝過程中，由于關(guān)鍵的埋接觸層（buried contact layer）被忽略，以至于成品無法正常工作。不過，第二版解決了該問題。3周之后，4001、4002、4003和4004準(zhǔn)備就緒，項(xiàng)目進(jìn)入測試階段。

4004電路圖

但由于技術(shù)原因，Intel的延期交貨讓NCM公司頗為惱怒。與此同時(shí)，計(jì)算器領(lǐng)域的競爭日益激烈，當(dāng)Intel徹底完成4004芯片的設(shè)計(jì)和樣品的生產(chǎn)時(shí)，NCM公司要求Intel打折扣，Intel同意了，并退還了后者60000萬美元的預(yù)付款，但是它附加了一個(gè)條件：允許Intel在除計(jì)算器芯片市場之外的其它市場上自由出售4004芯片——至此，業(yè)界首款商用計(jì)算機(jī)微處理器4004正式誕生了，Intel公司也完成了從單一的存儲器制造商向微處理器制造商的轉(zhuǎn)型。

F-14雄貓式戰(zhàn)斗機(jī)（圖片來源：維基百科）

同時(shí)代的另外兩款類似產(chǎn)品分別為蓋瑞特艾雷賽奇（Garrett AiResearch）的MP944以及德州儀器的TMS 0100和1000，前者基于MOS工藝，其競爭對手為美國海軍F-14雄貓戰(zhàn)斗機(jī)的主飛行控制電腦的電機(jī)系統(tǒng)（Central Air Data Computer），后者的主要競爭對手為掌上計(jì)算器系統(tǒng)，比如說Bowmar 901B。

4004和MP944需要其他芯片（ROM、RAM以及I/O）輔助才能正常運(yùn)行，而德州儀器的芯片產(chǎn)品可以將這些功能集成到了一顆CPU中——業(yè)界首款微控制器（或者稱之為computer-on-a-chip，單片計(jì)算機(jī)）也在同期登場了。

10專利成武器 交叉授權(quán)協(xié)議時(shí)代開啟

●專利成武器 交叉授權(quán)協(xié)議時(shí)代開啟

之后，德州儀器與Intel于1971年簽署了一份交叉協(xié)議，涉及邏輯芯片、制程工藝、微處理器以及微控制器等多項(xiàng)專利。自此，半導(dǎo)體行業(yè)交叉授權(quán)協(xié)議和合資公司的時(shí)代正式開啟，專利也正式成為商業(yè)武器。

MCS-4系統(tǒng)交付于NCM預(yù)示著越來越多的基于4004處理器的項(xiàng)目將會應(yīng)用于市。1969年年底，剛剛成功IPO、懷揣大把現(xiàn)金的Computer Terminal Corporation (CTC,計(jì)算機(jī)終端公司， 后來更名為Datapoint）接洽Intel和德州儀器，它計(jì)劃打造8位終端控制器。

不過德州儀器因?yàn)楦鞣N原因早早放棄，而Intel于1970年3月份啟動的1201項(xiàng)目則因?yàn)樵擁?xiàng)目主管哈爾·菲尼（Hal Feeney）需要兼顧另一款靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的項(xiàng)目，而導(dǎo)致1201項(xiàng)目進(jìn)展非常緩慢。最終，Intel這款專門為CTC Datapoint 2200所打造的微處理器1201因?yàn)榻回浹舆t且效能未達(dá)到預(yù)期，慘遭退貨。不過CTC允許Intel將其出售給其他客戶。

當(dāng)時(shí)，大型主機(jī)每年的市場銷量大概不到20000臺，IBM是這個(gè)相對較小的市場的“白雪公主”，而UNIVAC、GE、NCR、CDC、RCA、Burroughs以及Honeywell則是“七個(gè)小矮人”。小型主機(jī)市場則是Digital Equipment Corporation(DEC，美國數(shù)字設(shè)備公司)一家獨(dú)大。包括Intel在內(nèi)的其他微處理器廠商很難奪得大型主機(jī)和小型主機(jī)的市場份額，于是紛紛把重心放在了存儲芯片方面。

1972年4月，1201姍姍來遲，Intel隨即將之改名為8008，似乎是在告訴業(yè)界，它是4004的升級產(chǎn)品。8008是首款8位處理器，上市之后取得了一定的成功，但是它也有缺陷——18針的封裝限制了I/O和外部總線的速度。由于運(yùn)行速度較慢，且基于初級匯編語言和機(jī)器代碼，8008離真正意義上的現(xiàn)代處理器還有很遠(yuǎn)的距離，不過IBM當(dāng)時(shí)推出的8英寸軟盤23FD為接下來幾年微處理器的發(fā)展提供了動力。

Intellec 8微型主機(jī)

之后，Intel推出了Intellec 4和Intellec 8兩套微型主機(jī)，分別基于4004和8008處理器。值得一提的是，第一款被廣泛使用的操作系統(tǒng)CP/M(Control Program/Monitor)主要就是為Inte Intellec-8系統(tǒng)量身定做的。這款系統(tǒng)由數(shù)字研究公司開發(fā)，Gary Kildall負(fù)責(zé)主要工作。（加里·基爾代爾，人微機(jī)操作系統(tǒng)的真正發(fā)明人，DOS之父）。

Intel 8008為世界上第一款八位元處理器，它的誕生，大大促進(jìn)了個(gè)人電腦的發(fā)展。

提示：我們將會于近期發(fā)布《個(gè)人PC和微處理器發(fā)展史②——Intel、摩托羅拉雙頭壟斷戛然而止》，主要講述1974-1980年這段時(shí)間的全新產(chǎn)業(yè)概況，敬請關(guān)注。