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发表于 昨天 04:22 | 查看: 9| 回复: 0

CPU收藏,整理其背后历史脉络。

1722年的紫禁城,寒风卷着雪沫掠过琉璃瓦,康熙晚年的“九子夺嫡”已近白热化。皇四子胤禛,既无太子胤礽的嫡出正统,在朝野眼中不过是“中庸守拙”的备选——父皇心中的“过渡选项”,群臣口中的“冷面孤臣”。

然而曾经的“热门人选”纷纷折戟,而胤禛的“守拙”与“务实”,在康熙眼中成为最可靠的特质——王朝历经战乱与内耗,急需一位沉稳、干练、能整顿吏治的君主。1722年康熙驾崩,遗诏立胤禛为帝,是为雍正。

在微处理器的世界里,也有这样一个曾被视作“备胎”和“过渡品”,最终却开创了一个王朝的传奇——它就是Intel 8086。

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摩托罗拉 MC68000L8 芯片特写

摩托罗拉 MC68000L10 芯片特写

摩托罗拉 MC68HC000IFN16 芯片特写

摩托罗拉68000

AMD N8086-2 与德州仪器 TMS 9900JDL 芯片对比

德州仪器TMS9900

Intel D8080A 芯片

Intel D8086 芯片

Intel D8086-1 芯片

Intel D8086-2 芯片

Intel 8086

Intel P8086-I 芯片

AMD作为第二供应商生产的8086

Intel没拿到16位的第一

国家半导体(National Semiconductor)在1973年推出了IMP-16,这是业界较早面向商用的16位微处理器方案,不过它并非单片CPU,而是由多颗芯片组成的处理器组。

同一时期,DEC的PDP系列小型机,尤其是PDP-11与PDP-10则广泛部署在高校、科研机构与大型商业系统中。当年比尔·盖茨为Altair 8800编写BASIC程序时,正是在哈佛校园内一台DEC PDP-10大型机上完成开发的,这也让DEC体系成为早期个人计算机软件诞生的重要背景环境。

德州仪器(Texas Instruments)TMS9900,1976年发布,是第一款真正成功的单片16位微处理器,比 8086 早了整整两年。

Motorola 68000 (1979 年 3 月),虽然 68000 正式发布只比 8086 早几个月,但在研发期间,摩托罗拉的这款芯片已经是业界公开的秘密,且纸面参数极其华丽。68000 后来成为了苹果 Macintosh、Amiga 和 Atari ST 的大脑,在很长一段时间内,其技术架构都被认为优于 x86。

8080 的噩梦

在 70 年代中后期,8080(1974.4)的市场份额被兼容芯片和改进型芯片疯狂蚕食,利润空间被压缩到极致。

Z80几乎屠杀了8080的市场。它成为了CP/M操作系统的标配,主宰了早期的个人电脑市场(如 TRS-80)。Intel 眼睁睁看着自己的 “亲儿子” 被 “干儿子” 吊打。

Motorola 6800(1974),吃下了汽车电子和工业控制领域。

MOS Technology 6502(1975) 凭借极致性价比统治了家用电脑市场,被用于Apple II、Commodore PET和Atari 2600。这直接切断了 Intel 进入消费电子市场的路径。MOS 6502首发25美元, 8080首发360美元,Altair好不容易谈了个地板价也要75美元。

AMD也在默默的挖着墙脚。

此时,Intel 的处境非常尴尬,向下看8位,Z80(兼容且更强)和 6502(便宜且好用)已经瓜分了绝大部分市场,8080 已经是昨日黄花。向上看16位,TI 9900 已经发布两年,Motorola 68000 即将登场。自己的市场被卡的死死的,只能寄希望重新定义整个行业,跳过16位。好高骛远,往往是摔跤的第一步。

Gap filler临时救场

啥叫Gap filler?简单说就是个过渡产品,用后即弃。

Intel在发布了8080后,处理器业务也开始逐渐被重视,于是就盘算着要整大活。Intel 不想只做一个“更快的 8 位机”,而是希望推出一款能与小型机竞争的微处理器。与其做一个短期的16位过渡品,不如直接做32位,抢占未来十年的架构制高点。

8位处理器有诸多的短板和不足,兼容8080就意味着后续产品会被束缚。于是,一个超前理念的产品 iAPX 432 被定义出来,抛弃8080兼容,全新的编译器,全新的编程语言,全新的操作系统,全新的工业标准,用一片微处理器,实现小型机的全部功能。记住以后,但凡有人和你这么推销,转身就走,别犹豫。

可Intel在新产品项目上的延期和拉跨不是一天两天的事,从4004,8008到8080先不论原因,个个时间都拉跨。iAPX 432 项目严重延期,眼看连16 位市场窗口都赶不上了,更别提定义未来了。于是1976年管理层决定启动“临时救场”项目,由 Steve Morse 主导指令集设计,Jim McKevitt 负责硬件,目标 18 个月内交付 16 位芯片,核心使命是“守住 16 位市场窗口”,待 iAPX 432 成熟便功成身退。

妥协是艺术也是无奈

虽然8086是救场项目,但是目标定位很明确,就是个救场的丫鬟命。时间紧,任务重,还不给资源。即使立项了,因为当时公司核心资源全向 iAPX 432 倾斜,8086 团队只能在临时租下的办公室里加班加点。8086 团队被视为“二等公民”,甚至被管理层认为是在“浪费时间”。

团队没有急功近利,而是做出了最务实的选择:保留 8080 的核心指令集,通过微码设计,让原有软件资产可直接迁移,降低客户使用门槛。这也为后续通过更新微码来修复 bug 或提升性能提供可能。

采用 HMOS 工艺,控制功耗与成本,同时通过 分段寻址机制,使得20位地址总线实现 1MB 内存访问,解决 8 位机的核心痛点,实现在 16 位芯片上实现超过 64KB 的内存寻址。直到 80386 出现,Intel 才引入了“保护模式”和“分页机制”,慢慢解决了分段寻址带来的地址重叠、跨段寻址和内存碎片的问题。

但为了照顾那些老程序,分段机制作为“历史包袱”,一直被保留在 x86 架构中,直到今天的酷睿处理器里,它依然存在。这是理解现代计算机体系结构的重要背景。

所有的这些,当时都是折中方案,现在看起来就是两个字“兼容”。指令兼容,软件兼容,寻址兼容。

从 1976 年底立项到 1978 年 6 月发布,只有18个月,8086 如期发布。市场反应依旧平平,大家都在期待着32位的 iAPX 432。8086这个大丫鬟要变成x86的老祖宗的时刻还没有来到。

1979年 Patrick Nagel 创作的 8086 艺术广告

1979年Patrick Nagel 创作的艺术广告,“未来已来”。

历史总是充满戏剧性。被寄予厚望的 iAPX 432 最终因为过于复杂和低效而失败,而这个仓促上马、充满妥协的“备胎”8086,却因其强大的兼容性和务实的生态策略,在IBM PC的加持下,开启了长达数十年的x86王朝。对这段从汇编语言到现代操作系统都影响深远的历史感兴趣的朋友,可以在云栈社区的计算机基础板块找到更多深入探讨。




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