6000纳米工艺！回顾50年前的最牛CPU

在 2024 年底之际，我们回顾了英特尔 8080 的 50 年，这是第一款可以独立运行的通用微处理器。

1974年4月，英特尔推出了英特尔8080芯片，这款芯片开创了微处理器市场。尽管它不是第一款微处理器，但却是第一款真正通用的微处理器，其多功能性足以处理从个人计算到工业系统的广泛应用。

两块英特尔8080微处理器芯片，封闭式（左）和开放式（右）

8080为现代计算奠定了基础，并可以说确保了英特尔在微芯片技术领域的世界领先地位。

“8080让一切成为现实”

8080并非凭空出现。它建立在英特尔著名芯片设计师费德里科·法金（Federico Faggin）早期努力的基础之上，特别是他的4004和8008设计。1971年推出的4004是一款为计算器设计的四位处理器。虽然当时它具有开创性，但功能极为有限。1972年，英特尔推出了8008，这是一款具有更大潜力的八位芯片。然而，这款芯片速度较慢，编程困难，并且受其较小的地址空间限制。这些局限性促使英特尔开发速度更快、功能更强的产品，于是8080应运而生。

“我开始思考如何利用当时正在为英特尔的4K动态内存开发的N沟道技术，”费德里科（此处原文为Frederico，但根据上下文应为Federico的笔误）在回顾8080的构思时说。“这是一种使用三个电源（+5V、+12V、-5V）的高压N沟道技术。当我深入思考时，我想到了一个想法——实际上是一个概念——我们必须使用40引脚的封装，必须构建一个更好的中断结构，而实现这一点的唯一方法就是使用栈指针。”

8080由日本芯片架构师岛正利（Masatoshi Shima）在法金的指导下开发，它将地址空间从8008的16KB扩展到64KB，从而支持更大的程序和更多的内存。其时钟速度跃升至2MHz，而8008的时钟速度仅为800kHz。它具备更全面的指令集，使软件编写更加容易。改进的I/O能力也使8080在许多应用中变得实用。

“4004和8008提出了这种可能性，但8080让一切成为现实，”法金说，他称赞8080是“第一款单片计算机”。

当时的巨人

英特尔8080的核心是一款八位处理器，配备16位地址总线，能够访问多达64KB的内存。它以2MHz的时钟速度运行，尽管后来推出了更快的变体，如3.125MHz的8080A-1。该处理器包括七个通用八位寄存器（A、B、C、D、E、H和L）、一个16位栈指针和一个16位程序计数器。其指令集包含70多种用于数据传输、算术运算、逻辑运算和控制流的操作。

英特尔8080的功能框图

从物理上看，8080采用六微米(6000纳米)工艺技术制造，包含大约6000个晶体管。它采用40引脚双列直插式封装（DIP），实现了与支持芯片之间更好的连接和接口。然而，8080需要多个电压源（+5V、+12V和-5V）才能工作，同时还需要外部芯片，如i8224时钟发生器和i8228总线控制器。

与当今的处理器相比，这些规格显得相当普通。现代CPU包含数十亿个晶体管，以GHz速度运行，并采用小至两纳米的工艺制造。但重要的是要记住，在1974年——半个世纪前！——8080代表了微处理器技术的一次重大飞跃。

计算领域的转折点

8080的发布标志着计算行业的一个转折点。它驱动了Altair 8800——最早的个人计算机之一——的成功，这一成功激发了比尔·盖茨（Bill Gates）和保罗·艾伦（Paul Allen）开发BASIC解释器的灵感，从而促成了微软的成立。在游戏行业，8080被用于早期的街机热门游戏，如Midway的《枪战（Gun Fight）》和Taito的《太空侵略者（Space Invaders）》，这些游戏为电子游戏革命奠定了基础。

MITS Altair 8800是一款早期的个人计算机，其得以实现得益于8080 CPU

8080在嵌入式系统中也表现出色，其多功能性使它能够控制工业设备、医疗设备等。它的能力推动了更复杂的软件的开发，包括CP/M——最早的个人计算机操作系统之一。CP/M的影响力延伸到了MS-DOS，后者后来主导了PC市场。

8080的架构为未来处理器奠定了基础。它影响了x86架构的设计，而x86架构至今仍是大多数个人计算机的支柱。8080证明了微处理器可以作为功能齐全的计算系统的核心，这在几年前还是不可想象的。

“由于其速度优势，8080真正代表了微处理器行业的一个转折点，”法金说。“速度提高10到20倍，真的是一种令人瞩目的改进。”

五十年后的今天，英特尔8080仍然是计算机创新的象征。它助力推动了微型计算机革命，塑造了软件开发，并证明了微处理器在多个领域的潜力。其在现代计算中的遗产仍然可见，见证了技术的飞速发展，以及8080如何启动了这一切。

来源：EETOP编译整理自allaboutcircuits

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