世界上第一台微计算机的台式机控制台的照片。 该微计算机使用了英特尔 8 位单片机 8008 微处理器。 该计算机系统由Q1公司开发和制造,并在 1972 年 12 月 11 日交付给位于纽约州,梅尔维尔, Litcom 部的里顿工业公司。1974 年 4 月, 英特尔引进了第二代 8 位单片机微处理器8080。 直到那时, Q1 是世界上唯一生产独立、通用微计算机系统的公司。

1.1024 位存储器芯片介绍

1.1高级存储系统。1969年, 高级存储系统开发了第一个集成电路, 该集成电路包含1,024位(或1kb)动态随机存取存储器片。 华尔街 Appel & Walden 飞利浦公司考虑认购高级存储系统的首次公开发售。 我代表 Appel & Walden 飞利浦公司评估了高级存储系统的技术。

1.21960 年代 - 半导体革命的开始1k 存储片标示了半导体业飞速发展十年期的终结。它同时也是一个理解单片计算机的出现的自然入口点。1949 年末,美国贝尔电话实验室发明了晶体管。1959 年,德州仪器公司的 Jack Kilby 发明了集成电路:一整块电路在一单独的硅片上实现了。1959 年,那时在飞兆半导体公司的 Robert Noyce 独立发明了一个改进版的集成电路。在高级存储系统十年期的末期,拥有 1,024 个晶体管(1k)的集成电路被引进了。

1.3存储器片世代- 进步的测量。在1960年代,一个芯片上的晶体管的数量增加了一千倍。看待这一发展最简单的方法是将其看成是5代的晶体管密度线性加倍增加的结果,因而也是5代的每单位面积的晶体管数量4倍增加的结果。晶体管密度的如此增长致使芯片领域没有改变。该发展有3个意义:

1.3.1处理速度增加了。通过将相邻晶体管的线性距离减半,用于在他们之间传输信号的时间也被减半了。在效果上,加倍晶体管的线性密度就等于是加倍了处理速度。所以,晶体管线性密度持续5代的加倍增加使晶体管之间的距离减少了32倍,同时也使有效的处理速度提高了32倍。

1.3.2每晶体管的成本减少了。5代的晶体管线性密度增长了32倍,结果是32*32=1,024,大约1千倍的每单位面积的晶体管数量的增长。在那同一时期,每单位面积硅片的生产成本大致保持不变。因此,每单位面积晶体管数量的增加标志了每晶体管成本的1千倍的下降。

1.3.3计算成本降低了。计算一项任务所需的时间乘以硬件成本即可得到对计算成本的估计。因此,1960年代代表了晶体管成本1千倍的下降和处理速度32倍的提高。所以,在那十年期,计算成本降低了32000倍。

1.4

对1970年代的推断。然而真正重要的是未来,尤其是当对过去的推断不是线性外推时。当为华尔街承销商评估高级存储系统时,我与这个领域的几个专家就晶体管密度在1970年代增长的推测进行了商讨。在执行那个评估时,与此领域的一些专家的讨论使我很受益。当时来自加州理工学院的 Carver Mead 教授,就是那些专家中的一位。他的物理定律对晶体管密度的增长设定了底限的观点使我印象很深。我很清楚是,高级存储系统在关键技术领域有交货时间。高级存储系统的管理并不是面向营销的。然而,他们确实在关键技术领域有交货时间。所以我推荐首次公开发售的进行。

1.5对单片计算机的推测。由于每单位面积晶体管数量的快速增长,无可避免的是, 在某个时候,一个整块的中央处理器将可以在单个芯片上实现。虽然我不能判断最低需要多少晶体管才可以将一个中央处理器实现为一个单个的集成电路,但似乎一代或二代的每单位面积晶体管数量的 4 倍增加就应该足够了。

1.6微处理器作为一个负成本因素。 计算成本的下降比每晶体管成本的下降更急剧。在像计算机终端的设备上,单片计算机可以执行更昂贵组件的任务,然后还留有时间基本免费地执行本地数据处理的操作。

1.7远程数据处理的暗示。 数据库本质上就是非本地的。在评估期间,信息处理也同样是非本地的。但是零下处理成本的前景暗示了一个即将到来的集中数据存储和使用点信息处理的分离。因此,在我看来,一个从远程计算和本地共享计算的根本转变将是不可避免的,同时,使用点计算将出现成为一个根本的新趋势。

2.Datapoint

2.1Computer Terminal 公司的 Datapoint 3300。 Appel & Walden 飞利浦公司那时在考虑认购德州圣安东尼奥 Computer Terminal(后改名为 Datapoint) 公司的首次公开发售。其首批产品,Datapoint 3300 是一个远程数据处理的终端机。当 William Hambrecht 先生代表 Hambrecht & Quist 投资公司在圣安东尼奥倾力调查时,我也为 Appel & Walden 飞利浦公司进行了评估。令我印象深刻的是其工程与制造的技术,但我还认为其设计精美的 Datapoint 3300 在概念上已经过时。

2.2与 Gus Roche 讨论未来趋势在最初的访问期间,我与时任 Datapoint 公司研究与发展副主席的 Austin (Gus) Roche 进行了更深层次的讨论。我向他转达了我的想法,即“使用点”电脑将取代哑终端电脑。Gus 向我妥协了,同意一个有着中央处理机的智能终端机,将是下一步的自然趋势。鉴于我的建议Philips,Appel & Walden 飞利浦与 Hambrecht & Quist 两公司一起认购了 Computer Terminal 公司的首次公开发售。

2.3智能终端机 Datapoint 2200 。 在公开发售的前一个月,公司开始研发 Datapoint 2200。同年 11 月,中央处理机的设计被移交给 Datapoint 外部顾问 Victor (Vic) D. Poor 和 Harry S.Kyle. 虽然当时我未与双方联系,但是我个人认为他们都期望通过利用潜力巨大的大规模集成半导体技术来推行中央处理机。在 1969 年 12 月,Datapoint 要求英特尔与德州仪器公司在设计中央处理机时,采用大规模集成半导体。英特尔同意了。英特尔最初命名 8 位微处理器项目为 1201,随后改名为 8008。

2.4关于 8008 推迟的缘由英特尔在当时的主营业务是设计和生产 1024 位动态随机存储器芯片。另外,英特尔也在为日本的 Busicom 公司设计用于计算器的可编程芯片组(后被命名为 4004)。当英特尔意识到其技术人手不够同时研发这两个产品时,便搁置了 8008 的研发。与此同时,Datapoint 公司让德州仪器公司着手单片微处理机芯片的设计工作。德州仪器公司迅速地提交了这项设计的专利申请。当德州仪器公司遇到产量问题之后,Datapoint 便开始在 2200 的 CPU 中使用随机逻辑集成电路(引用:Malone, 1995 年; Noyce and Hoff, 1981 年; Poor, 1996 年)。

2.5与英特尔的 Robert Noyce 的会面当一听到英特尔搁置了 8008 的开发后,我立即与当时英特尔的 CEO,Noyce 博士会面了。我向他表达了我的观点,即:4004 不适用于大众需求,因为:它的 4 位芯片甚至不足以表现字符数据。我让他知道我坚信 8 位单片微处理器将彻底改变电脑业,我劝他恢复 8008 项目,并建议他我可能是 8008 的第一个客户。随后,Noyce 博士同意在首先为 Busicom 完成 4位单芯片组后,继续完成 8008 的开发。他还补充道:英特尔在恢复 8008 项目前,将需要获得 Datapoint 公司的一个发行。我便告诉 Noyce 博士,我会和 Datapoint 的主席 Phil Ray 谈谈关于授予你需要的这个发行。然后我回到圣安东尼奥与 Phil Ray 见了面,他答应了提供给英特尔所要求的发行。

2.6英特尔 8 位单片机 8008 和 8080 微处理器

8008 引发了 8080 的设计,最终诞生了奔腾处理器。自然,4004 和随后的微处理器家族在设计上没有共同点。因为事实上:8008 是由 Datapoint 完成逻辑设计部分,而其首款芯片的启用则被德州仪器公司纳入专利,英特尔又授予了 4004 第一个微处理器的历史地位。

2.7来自 Datapoint 的 Gus Roche。Datapoint 对微处理器时代到来的贡献,几乎无人知晓。我觉得这应该予以纠正。1975 年,我被安排在纽约主持举行名为“微机革命”的 IEEE 国际会议开幕式,我要求 Gus Roche 准备一份关于 Datapoint 公司的贡献的讲稿,他同意了。在会议开幕前不久,他死于一场车祸。


在 1975 年国际 IEEE会议的开幕式上,Daniel Alroy对微机革命做了评点。该会议由 Daniel Alroy 组织并主持。

3.Q1公司

3.1詹姆斯沃尔登在Datapoint公开发布前,我曾跟Phillips, Appel & Walden公司的执事股东,詹姆斯沃尔登提出Datapoint3300是建立于存有缺陷的假设上的看法。他的反馈建议是如果我可以设计出更好的产品,我就应该去做,而他将邀请私人投资者来为我提供启动基金。于是Q1公司便成立了。

3.2系统设计的考虑我着手开发的电脑系统基于两个假设:第一个假设涉及半导体技术。以我的观点,单位面积内晶体管数量将持续并快速地增长;而相应地,单个晶体管的成本将下降。于是乎,我得出了这样的结论:使用点计算将成为一个新的基本趋势。第二个关于系统设计的假设借用于科学哲学,和这样的一个观点,该观点认为一个新理论的主要特征是:

  • 更广的应用范围
  • 更少的必要假设
  • 更精确的测量

如果这个假设在科学上是正确的,那么对于技术—-科学的应用来说,也应是正确的。这种假设与普遍接受的“用户制定”的方法更有效的观点形成了鲜明的对比。举个例子,微胶片这种节省空间的信息存储方法,曾被普遍接受。但现今人们意识到,微缩胶片并不能很好地适用于分散信息的存储(梅斯,1971年)。中央处理单元是通用计算机。而相比之下,在计算机系统中,这种通用的特性却被湮没于各种专用的外围设备及软件。而我的目的是制造一个通用系统(阿尔罗伊1978年),这样的一个通用设计将:

  • 取代大量的专用系统
  • 更加具体地履行职能
  • 以更低的成本同时实现上述目的


被安装在NASA的11个基地的Q1精简版,使用了英特尔第二代微处理器8080。

4.首两代8位微处理器

4.1基于8008的Q1微计算机系统 在1972年4月,英特尔引进了第一个8位单芯片微处理器8008。 1972年12月11日,Q1公司交付给位于长岛,梅尔维尔,里顿工业公司Litcom部一个微计算机系统,该系统基于英特尔8008微处理器。 这就是微计算机系统的首次发布。

4.2出售技术诀窍给Nixdorf计算机公司。1973年初,Ron Sommer博士安排我和Heinz Nixdorf先生会面。Heinz Nixdorf先生是德国帕德博恩Nixdorf计算机公司的创始人和总裁。接着那个会面,以出售技术诀窍作为交换(Electronic News,1973年6月18日),Q1公司收到了来自Nixdorf计算机公司10次$40,000的月支付。 来自技术诀窍出售的收入加速了基于8080的Q1微计算机系统的发展。


Q1精简版微计算机系统印刷电路板。

4.3基于8080的Q1微计算机系统 1974年4月, 英特尔引进了第二代8位微处理器8080。同月,Q1公司借贷运送了其一个基于8080微计算机系统的试制单元给以色列空军, 以色列空军享有购买权。1974年6月,Q1随后又收到了一个订单,该订单要大量基于8080的系统,但这些系统都将要接受验收测试。首两个基于8080的系统在1974年8月交付,并且试制单元被送回Q1公司。

4.4有限用途的微计算机市场。 1973年5月, Mircal在法国引进了一个专用的过程控制器。 同年秋天, Jonathan Titus 向业余爱好者市场(Titus 1974)提供了一个8008装配工具包Mark-8。这两个产品都不是独立的,通用的计算机系统,当然他们最初也没打算成为这样的系统。1974年末,Altair开始向业余爱好者市场提供基于英特尔8080芯片的Altair 8800工具包。 像Mircal 和Titus的8008产品一样, Altair8800工具包也从没打算成为一个独立的,通用的计算机系统。在1973-1974年间, Q1是世界上唯一一个发布独立的, 通用的计算机系统的公司。

4.5美国国家航空和航天局(NASA) 1974年, 计算机科学公司为NASA做了一个关于微计算机系统的研究。 鉴于计算机科学公司的推荐, Q1精简版计算机系统被安装在NASA所有的11个基地。


高级用户Q1精简版体验报告

4.6英国国家企业局。 1979年, 英国国家企业局- 英国政府的一个实体, 向Q1公司的一个合资企业投资了$11.5百万(Electronic News, 1979年8月20日)。

5.回归我的主要工作

对我来说,参与到计算机领域不过是我对思维与大脑的关系的兴趣的附带产物。运行一家上市公司不是朝九晚五的工作,比如说,这没能让我完成我的博士学习。是该回到我主要工作的时候了。与英国国家企业局的联营恰好在这个时候为我谋了个总经理的职务。


Q1在Hauppauge的设施。图中的这些国旗代表了一些安装了Q1计算机的国家。

6.后记

6.0重申两个基本假设Q1公司建立在两个假设的基础上:第一个假设与半导体技术有关,即单位面积内晶体管数量增长的同时,单个晶体管的成本也将相应地下降,并且这种趋势将继续下去。第二个假设涉及到计算机系统的设计,即收敛系统设计将更具优势。回过头来,我将依次回顾每个假设。

6.1半导体技术

6.1.1十五代内存芯片。当代的一些动态随机存储器芯片包含1千兆比特, 或大约十亿晶体管。 1960年的第一代集成电路只含有一个晶体管。之后,每新一代动态随机存储器芯片单位面积的晶体管数都比上一代翻了两番, 所以五代共产生了一千倍的增长。从1960年始, 十五代的动态随机存储器芯片的发展带来了单位面积的晶体管数十亿倍的增长, 和单个晶体管价格十亿倍的下降。

晶体管密度增加千倍的五代

 

12345

单位(1位
141664256 :1千位

单位 (1 千位
141664256 :1兆位

单位 (1兆
141664256 :1千兆位

6.1.2人类历史上的重大发展。硅片大小基本保持不变。因此, 当代的内存芯片代表了单位面积内晶体管数的亿倍增长。 并且芯片单位面积生产成本也基本保持不变。结果是,单位面积内晶体管数量亿倍的增长就等同于单个晶体管的成本的亿倍的下降。 这种下降的速度好比1960年的一栋千万美元的豪宅如今只值一分钱了一样。将单个晶体管成本的减少倍数乘以处理速度加快倍数,就可以得到计算成本下降倍数,估计有32万亿倍。如果上述推理基本正确,那么半导体革命是人类历史上最重大的科技运动。

6.2幅合幅合涉及到执行一系列任务所需要的设备数目的减少。从直觉上来讲,幅合违悖常理:也就是说这意味着一个通用系统可以比特定的设备更专业地执行既定任务。举个例子,传真功能。鉴于通常每个人电脑都会配有一台喷墨打印机,一台扫描仪及一个调制解调器,而这些设备配合起来便可取代一台传真机,从而不需要任何额外的硬件成本便可以比传真机更好执行传真功能。作为一项设计准则,幅合被认为是一个难懂的概念,并且允许公司延长对其研发的时间。此假设的正确性已被证明。英特尔前总统安德鲁格鲁夫,曾否认幅合作为信息技术产品的设计准则的有效性。而IBM的前总裁郭士纳却意识到了幅合的有效性,并主要考虑它在互操作性方面的有效性。至今,对于幅合应该具备哪些特征并没什么充分明确的定义。

6.2.1通过普遍化实现幅合。归纳概括是幅合的关键。多数情况下,除非既定问题被普遍地解决,否则不能说是被有效地解决了。接下来,同样需要对解决方案进行概括。以办公室功能为例,这是一个我们从一开始就试图概括的问题。有些办公室的功能可能会因行业类型及公司规模不同而不尽相同。我们暂且忽略行业类型及公司大小等问题,集中分析办公室对所有公司的共同的功能。于是我们会惊讶地发现:经过这样定义了之后,办公室的功能在发达国家的经济中是一个非常重要的一部分, 如果不是主要的部分。然而,经济学家还没有认识到其对市场方面的意义。如上面3.2节所述,我们已经在信息系统设计中考虑了有关于幅合方面的内容。

6.2.2幅合中有关目的论的考虑。子目标与目标相关,而目标通常比其子目标需要更长的时间来实现。在设计任何提议信息系统时, 该系统必须由最终达到完成整个信息系统的子目标阶段构成。

6.3信息系统下一个主要阶段拥有重叠功能的个人信息设备的大量增长标志着一个时代的结束。目前,大多数的信息产品不能满足上述的幅合需求。尽管离开信息技术领域几十年了,我却似乎处于一个独特地位- 概述信息系统及消费电子产品下一个重要阶段。因此我打算与相关感兴趣的人士分享一下这个大致内容(前提是不会使我偏离我当前的重心- 思维/大脑)。今年暑天,我将寻找这样的一些人士, 并与他们建立关系。

References

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Electronic NewsJanuary 29, 1973; June 18, 1973; August 20, 1979.

Malone, MS. The Microprocessor: A Biography. New York, NY. Springer-Verlag. 1995.

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Titus, J. Build the Mark-8: Your Personal Minicomputer. Radio Electronics. July, 1974.

© 2017 Daniel Alroy