發明于1947年的晶體管作為電子放大器和開關，是各種電子設備（從袖珍收音機到倉庫規模的超級計算機）的核心部件。其早期版本被稱為“雙極晶體管”，至今仍在使用。到了20世紀60年代，工程師已經找到了將多個雙極晶體管組合成單個集成電路的方法。但由于這些晶體管的復雜結構，集成電路只能包含少量的晶體管。所以，因此，建立在雙極集成電路基礎上的微型計算機雖然比早期計算機小得多，但仍然需要多塊主板和數百個芯片。

英特爾的4位4004芯片被廣泛認為是世界上第一個微處理器。但是，這個頭銜不是沒有競爭對手。

1960年，出現了一種新型晶體管——金屬氧化物半導體（MOS）晶體管。起初，這項技術并沒有表現出廣闊的前景。但到了1964年，相較于雙極集成電路，在MOS晶體管基礎上制作的集成電路擁有更高的密度和更低的生產成本。如摩爾定律所述，集成電路越來越復雜，但如今MOS技術引領了潮流。

20世紀60年代末，單一MOS集成電路包含100個甚至更多邏輯門，每個邏輯門又包含多個晶體管，因此這種技術對于制造計算機特別有吸引力。這些芯片及其諸多組件被稱為大規模集成電路（LSI）。

工程師們認識到，隨著MOS晶體管的密度越來越大，最終將實現基于單一芯片的計算機處理器。但是由于MOS晶體管的速度要低于雙極晶體管，所以，只有當性能要求偏低或設備需要小而輕時（如數據終端、計算器或者航空電子設備），MOS芯片計算機才能發揮作用。因此，正是這些計算應用領域掀起了微處理器革命。

今天，大多數工程師腦中的印象是，這場革命始于1971年英特爾的4位4004芯片，很快英特爾又推出了8位的8008芯片。實際上，微處理器的誕生故事要精彩和奇妙得多。尤其是，一些剛剛披露的文件描述了一個長期被遺忘的芯片——德州儀器的TMX 1795——力壓英特爾8008，成為第一款8位微處理器，卻一直默默無聞。

TMX 1795，3078個晶體管

4004，2300個晶體管

8008，3098個晶體管

將MOS集成電路應用于計算，為第一款微處理器打開了大門。第一臺利用MOS-LSI芯片制造的計算機是由Autonetics（位于加州阿納海姆市，北美航空公司的一個分支機構）在1967年制造的D200。

1996年為國家發明家名人堂舉辦的入場儀式中，FedericoFaggin，Marcian “Ted”HoffJr.和StanleyMazor[左起]）展示了他們在20世紀70年代初創立的先驅微處理器，即Intel 4004。

這臺24位緊湊型通用計算機的設計初衷是用于航空和導航。它的中央處理單元由24個MOS芯片組成，得益于四相邏輯設計技術，利用個相分離的時鐘信號（每個信號都有一個不同的開關模式或相位）推動晶體管的狀態變化，從而使電路大大簡化。該計算機只有幾公斤重，用于為“波塞冬”潛射彈道導彈制導以及B-1轟炸機燃料的管理。甚至還有人考慮把它用在航天飛機上。

很快，D200之后又出現了另一臺航空電子計算機——由蓋瑞特艾雷賽奇（現在隸屬于霍尼韋爾）制造的中央航空數據計算機（Central Air Data Computer），包含3個CPU和28個芯片。該計算機是為F-14戰斗機設計的飛行控制系統，使用的是蓋瑞特艾雷賽奇在1968—1970年間開發的MP944 MOS-LSI芯片組。這臺20位的計算機通過處理從傳感器獲得的信息，為儀器和飛機控制生成輸出數據。

F-14計算機的架構與眾不同。它有3個并行的功能單元：一個進行乘法運算，一個進行除法運算，另一個用于特殊的邏輯功能運算（包括在最高值和最低值之間選擇一個值）。每個功能單元由多個不同的MOS芯片構成，如一塊只讀存儲器（ROM）芯片（包含了決定該單元將如何運作的數據）、一塊數據控制芯片、各種運算芯片，以及一塊用于臨時存儲的隨機訪問存儲器（RAM）芯片。

由于F-14計算機屬于機密，因此幾乎沒有人知道MP944芯片組。但是Autonetics公司對其D200進行了廣泛宣傳，后來推動了另一臺更加緊湊的MOS計算機的出現——SystemⅣ。該計算機的發明者是李?博塞爾（Lee Boysel），他于1968年離開了仙童半導體公司，與他人共同創辦了四相系統公司（Four-Phase Systems，以Autonetics的四相邏輯命名）。

24位SystemⅣ計算機的CPU僅由9個MOS芯片構成：3個名為AL1的算術邏輯單元（ALU）芯片（進行加減等運算操作，以及與、或、非等邏輯操作）、3個ROM芯片，以及3塊隨機邏輯芯片。

幾乎同時，一家位于馬薩諸塞州的創業公司——Viatron計算機系統公司也加入了這場游戲。該公司創建于1967年11月，而僅在一年之后，便推出了System 21——一臺配備各種輔助設備的16位微型計算機，全部由定制化的MOS芯片構成。

我們要感謝Viatron的某個人創造了“微處理器”一詞。1968年10月，該公司在推出產品2101時首次使用了這個名稱。但這款微處理器并不是一個芯片。在Viatron的字典里，這個詞指的是智能終端的一部分，這一智能終端配有鍵盤和磁帶驅動器，并與一臺單獨的微型計算機相連。Viatron的“微處理器”用于控制該終端，由3塊不同主板上的18個定制MOS芯片構成。

與此同時，20世紀60年代末，日本計算器制造商日本計算機公司（Business Computer Corp.也被稱為比吉康，Busicom）與英特爾簽署協議，為一款多芯片計算器定制芯片。最終產品被簡化成一款單芯片CPU，也就是現在著名的英特爾4004，同時還有用于存儲和輸入/輸出（I/O）的輔助芯片。這款4位4004芯片（意思是它只能操作4位寬度的數據）通常被認為是第一款微處理器。

1971年初，這款配備4004芯片的計算器上市了。當時，它有許多競爭對手。一家名為Mostek的半導體公司制造出了首款芯片計算器MK6010。Pico Electronics和通用儀器也在研發了它們的芯片計算器G250。不到半年，德州儀器的TMS1802芯片計算器也上市了，成為德州儀器取得巨大成功的0100生產線上的首款芯片。雖然這些電路作為計算器有很好的效果，但對其他事情卻無能為力，而4004卻能執行存儲于外部ROM上的指令。因此4004能用于通用計算機。

那時正是電子計算器業務快速發展的年代，經歷了財務危機的比吉康放棄了它對4004芯片的專有權。1071年11月，英特爾開始將4004及其附屬配套芯片作為一款適用于通用計算應用的獨立產品進行市場推廣。但不過幾個月之后，4004被其他更加強大的微處理器奪去了光輝，因此，基本沒有找到可應用的商業領域，只包括幾款彈球機、一款文字處理器和一個投票計算系統。

從這個意義上來說，是電子計算器推動了首款微處理器——英特爾的4位4004芯片的產生。而很快接替它的8位微處理器卻有一個非常不同的起源。這個故事始于1969年計算機終端公司（CTC，位于德克薩斯州圣安東尼奧市）Datapoint2200“可編程終端”的開發。

Datapoint2200不僅僅是一個終端，而且是一臺真正的通用計算機。它的8位處理器最初由大約100個雙極芯片構成。其設計者一直在尋找讓處理器消耗較少電量同時產生更少熱量的方法。1970年初，CTC安排英特爾打造一個單MOS芯片，來替換Datapoint的處理器板，但不清楚使用單芯片的主意是出自英特爾還是CTC。

1970年6月，英特爾在Datapoint2200架構的基礎上制定了芯片的功能參數，然后將項目擱置了6個月。后來這個設計成為了英特爾8008。所以，你認為無論第一款真正實用的單芯片通用微處理器是受計算器啟發的4004，亦或是受終端啟發的8008，創造它們的都是英特爾，對嗎？其實不然。

1970年，英特爾開始研制8008的時候，它還只是一家僅有約100名員工的初創企業。獲悉英特爾的處理器項目后，德州儀器——一家擁有4.5萬名員工的大型企業咨詢CTC，它是否也能為Datapoint2200制造一款處理器。CTC把相關的計算機參數給了德州儀器的工程師，讓他們放手去干。但當德州儀器返回了一份三芯片設計時，CTC直接問，德州儀器是否能像英特爾那樣在一塊芯片上進行設計。然后，大約在1970年4月，德州儀器開始為CTC研發一款單芯片CPU。第二年設計完成，它被稱為TMX1975（X指“試驗”），后來當需要公布這款芯片的原型狀態時，其名稱演變成了TMC1795。

1971年6月，德州儀器為TMC1795發起了一場媒體宣傳活動，描述了這款“單芯片中央處理器”將如何使新款Datapoint2200成為“原機器都無法與其功能相媲美的強大計算機”。盡管如此，TMC1795還是未能被應用到Datapoint2200上：CTC對TMC1795進行測試后，拒絕了這款芯片，選擇繼續使用一塊雙極芯片板制作處理器。英特爾芯片也直到1971年底才完成。

許多技術歷史學家認為，TMC1795當時就流產了。但根據該芯片首席開發者蓋里?布恩（Gary Boone）最新公布的文件，TMC1795被CTC拒絕后，德州儀器曾試圖將該芯片（經過一些小的改進后，成為了TMC1795A）賣給多家公司。1971年，福特汽車公司對該芯片表示出了興趣，想用它作為發動機控制器，布恩寫道：“我覺得我們已經走進了對我們的‘單芯片CPU’有迫切需求的大眾市場。”然而，這些努力也付之一炬，德州儀器停止營銷TMC1795，轉而將精力放在更加有利可圖的計算器芯片上。不過，雖然德州儀器錯失了機遇，但第一款8位微處理器的桂冠還是應該落在它的頭上。

1971年底，英特爾還在研發8008，但CTC已經對單芯片CPU失去了興趣，放棄了對該設計的獨有權。英特爾則繼續推進8008的商業化，1972年4月將其推出市場，并最終生產了幾十萬個8008。兩年后，又根據8008衍生出了英特爾8080微處理器，對8086產生了巨大影響，也打開了英特爾現在的X86芯片生產線的閘門。所以，如果你現在正坐在一臺使用X86處理器的電腦前，那么你正在使用一臺其設計可追溯至1969年Datapoint2200可編程終端的電腦。

就像這段歷史告訴我們的，微處理器的進化并不是一條直線。許多都是機會和各種商業決策的結果，而且很可能偏離方向。以CTC為Datapoint2200設計的8位處理器架構為例，它有4種不同的實施方式。CTC使用了兩次雙極芯片板，第一次是以串行方式交流數據，第二次是以并行方式，速度有所提高。德州儀器和英特爾都滿足了CTC使用單芯片的要求，指令集也幾乎相同，但這兩款芯片在封裝、控制信號、指令時序和內部電路方面完全不同。

英特爾使用的技術比德州儀器更加先進，最值得一提的是，用多晶硅制成的自對準柵極，既提高了晶體管的速度，又提高了產出，同時也使晶體管能夠被布置得更緊密。結果，就算4004和8008加在一起，也比TMC1795的尺寸小。實際上，英特爾的工程師也曾認為德州儀器的芯片過于龐大，很難得到實際應用，但事實并非如此：德州儀器后來很快推出的TMS0100計算器芯片甚至比TMC1795還要大，但也取得了巨大成功。

所以，到底是誰最早發明了微處理器呢？一種答案是，微處理器并不算是發明，而是大家早已知道遲早會出現的東西。只要等著技術和市場相結合就可以了。我覺得這種觀點最有說服力。

另一種觀點認為，“微處理器”基本上是英特爾、德州儀器及其他芯片公司根據需要而推出的一個營銷術語，用來稱呼它們的新產品。布恩雖然是TMC1795的開發者，后來也認為是英特爾將微處理器變成了一種實際可行的產品。在一封沒有標明日期的信（明顯是針對誰首先發明了微處理器的法律討論）中，他寫道：“在微處理器發展過程中，最主要的是英特爾在1972—1975年間做出的企業貢獻……它們在設計、軟件和營銷方面的創新使這一行業有了發展可能，或者至少加速了它的發展。”

要判斷誰創造了第一款微處理器還取決于你如何定義這個詞。有些人認為微處理器就是一塊芯片上的CPU；有些人則認為僅需一塊芯片上的一個算術邏輯單元即可；還有一些人將這些功能封裝在幾塊芯片上，認為它們合起來構成一個微處理器。

在我看來，微處理器的主要特征在于，它是一塊單芯片上的CPU（包括ALU、控制功能以及程序計數器等寄存器），而且可編程。但是，微處理器并不是一臺完整的計算機：存儲器、I/O和其他支持功能還需要其他芯片。

根據這一定義，大多數人認為英特爾4004是第一款微處理器，因為它在一塊單芯片上容納了中央處理單元的所有組件。布恩和費德里科?費金（Federico Faggin，英特爾4004團隊成員）都同意，4004比最早的TMX1795樣品早出現了一兩個月。后者是首款8位微處理器，而英特爾的8008則是首款在商業上取得成功的8位微處理器。

但是如果你的“微處理器”定義沒那么嚴格，那么很多系統都可以被看成是第一款微處理器。那些認為芯片上有算術邏輯單元即為微處理器的人，認為博塞爾在離開仙童公司與他人合辦四相系統公司之前不久，于1968年制作出了第一款微處理器。也有人認為四相系統公司的AL1是第一款，因為它在一塊單芯片上結合了寄存器和ALU，同時控制電路外置。如果你認為微處理器可以包含多塊LSI芯片，那么Autonetics D200也具有成為第一款微處理器的資格。

專利提供了另一個評判微處理器發明的角度。德州儀器很快意識到專利的盈利能力，獲得了TMX1795和TMS0100的多項專利，并在訴訟和授權協議中充分利用了這些專利。

根據這些專利，德州儀器可以被視為微處理器和微控制器（集合了CPU、存儲器和各種支持功能的單芯片）的發明者。或許也不是。因為1990年吉爾伯特?海特（Gilbert Hyatt）憑借他在1969年用多塊雙極芯片板制作16位串行計算機獲得了單芯片處理器專利。這使得有人認為海特才是微處理器的發明者，直到經過一場復雜的官司，德州儀器于1996年在專利上擊敗了海特。

另一位被認為是微處理器發明者的是博塞爾。1995年，在一場法律訴訟（后來被戈登?貝爾戲稱為“德州儀器與所有人的對抗”）中，博塞爾利用1969年的一塊AL1 ALU單芯片在法庭上演示一臺工作計算機，對德州儀器的單芯片處理器專利進行反擊。他的行為有效打擊了德州儀器，不過我不認為他的演示特別有說服力，因為他用了一些技術手段才贏得了官司。

無論認為哪個是首款微處理器，我們都得接受會有競爭者來爭奪這一稱謂。可惜的是大多數人試圖在這場競賽中只承認一個獲勝者，而許多極好的亞軍產品現在幾乎都被遺忘了。不過對于我們這些對微計算早期歷史感興趣的人來說，這一豐富的歷史將繼續存在。