业界 | 芯片群侠传:RCA CDP 1802

原创 admin  2019-01-02 02:00 

大数据文摘出品

编译:lvy、云舟


本文系芯片群侠传第三篇,请点击此处阅读第一篇第二篇

如果RCA公司在20世纪70年代做出了不同的决定,Joe Weisbecker这个名字也许会像Steve Wozniak一样受人尊敬。Weisbecker是RCA CDP 1802微处理器(也称为Cosmac)的架构师。1802之所以与众不同,部分原因在于它明确地被设计成适配于家庭计算机系统,并且为了更低的成本和更好的灵活性缩减了一些特性和性能。尽管因为表现不佳,1802最终失去了家庭计算机的市场,但它仍在被少量的生产并用于各种地方,从音乐厅到外太阳系都可以见到它的身影。

到1970年,许多人已经意识到在芯片上安装的晶体管越多对计算产生的影响会越大。传统工业因此开辟了两条道路:在计算机或工业设备中嵌入相对低端的处理器,在大学和公司的高性能微型计算机和大型机中嵌入高度集成芯片。

Weisbecker的另一个构想是构建一个强大到足以满足家庭娱乐和教育需求的系统,以适用于不同情况的家庭。1974年3月,他向IEEE计算机杂志的读者描述了这一构想:“20年来,计算机硬件变得越来越复杂,语言越来越迂回,操作系统的效率也越来越低。现在,微型计算机让我们中的一些人有机会返回更简单的系统。便宜……微型计算机可以开辟广阔的新市场。”(现代读者可能会意识到,这些词语与当今低成本、易于使用的计算机项目,如Arduino和Raspberry Pi的存在理由相悖。)

到 1971年10月,Weisbecker已经用100个离散逻辑芯片构建了一个功能齐全的原型处理器。以他自己的孩子们为测试组,他用他的原型处理器来探索家用电脑的潜力。


在1974年8月的一篇计算机文章中, Weisbecker利用他的经验准确地对计算机领域做出了预言, 家庭计算机将是20世纪80年代的重要组成部分:“这种类型的计算机可能具有重大的社会价值.....。人们可以很容易想象得到一个全新的电脑爱好者群体的形成, 他们将与用户群和发行商一起进行程序和思想的交流。简而言之, 廉价的家庭/学校计算机可以创造一个全新的环境, 打开实践, 分析和创造力的大门..。计算机将首次允许接入这种类型的系统。”那个时候离苹果 II的首次亮相只有三年。

芯片1802也被称为Cosmac。最初是为家用计算机设计的, 其中1802的辐射硬化版本被用来控制卫星和空间探测器。

Weisbecker的原型足以说服RCA将其处理器设计成为专用芯片,最初拆成两个芯片发行,随后1801U和1801R于1975年正式发布。一年后,1802首次亮相,将前两个芯片合二为一。


这是第一款使用互补金属氧化物半导体即CMOS技术制造的处理器,CMOS技术比英特尔4004等芯片使用的MOS技术更加先进。今天,CMOS是制造处理器的主要技术,因为与其他晶体管技术相比,它的功耗很小。

按照他最初的设想,Weisbecker设计了一个由1802驱动的示范家用计算机,并将其称为FRED,可以用于各种娱乐和教育设备,到1974年,他已经为它编写了许多游戏和教育程序。FRED可以通过家用磁带播放器读取存储在录音带上的节目,并且可以使用电视机作为位映射显示器。

不幸的是,RCA这家公司却已经不再辉煌了。在RCA的鼎盛时期,David Sarnoff将商业与技术结合,不断地思考如何将技术应用于新的市场,在他的领导下,RCA蓬勃发展。


但是David Sarnoff 1970年就退休了,他的儿子Robert开始掌权。正如在计算机历史博物馆举办的口头历史研讨会上一些人所描述的那样,Robert Sarnoff没有继承到他父亲在科技方面无可挑剔的鉴赏力,

因此,直到1977年1月,RCA才发布了Studio II。它是FRED的一个商业版本,使用盒式磁带来存储游戏和其他程序。但是计算机和视频游戏行业的人并没有闲着,所以Studio II这一本来能在12或18个月前大放异彩的产品,在它发布的那天就黯然失色,几个月后Atari VCS就取代了它。

然而, 1802独特的设计以及Weisbecker的巧妙公关, 给了1802新的生机。

Weisbecker的公关举措就是现在所谓的开源硬件。在1976年8月出版的《Popular Electronics》杂志上,Weisbecker详细介绍了构造基于1802的Cosmac Elf的计划。Elf是一台精简电脑,用户可以通过拨动开关来输入程序,它只需要大约80美元。


Weisbecker后来的文章介绍了如何提升Elf的用户体验感,包括添加图形显示。Elf受到业余爱好者的欢迎,他们把它作为许多项目的基础。(你今天仍然可以买到Cosmac Elf。)

1802在业余爱好者中受欢迎的原因之一是,它的设计使它很容易扩展一个系统或是外部接口。典型的处理器设计需要支持硬件和多个机器代码指令以便于能够输入和输出信息。


但除了典型的输入/输出设置外,1802上的四个引脚可以直接输入数字信号,只需一个机器代码指令,程序就可以检查其中一个引脚的状态并对其结果进行操作。另一个引脚用作一位输出,也可以通过单个机器代码指令进行控制。

一位输出看起来可能不多, 但它允许串行通信和控制各种小工具。最有趣的是, 正如Weisbecker在《Popular Electronics》文章中所指出的, 精心设计的定时环能够精确地控制输出位的电压从一种状态改变到另一种状态的频率,从而在可听频率下产生方波。


这意味着输出位可以连接到扬声器时, 音乐音调就会出现。(Alan Turing在1957年用类似的技术创造了世界上第一张计算机生成的乐谱。) 1802成为生成电音的重要组成部分,在1978年8月的第一届费城计算机音乐节上, 大约三分之一的作品使用1802作为合成器,这需要使用更复杂的硬件支持(也是Weisbecker设计的),一个简单的扬声器无法满足需求。

1802还有一个特点使它在航空航天设计中很受欢迎。它能够做到抗辐射,并能够处于非常恶劣的空间环境中。六个1802被用于制作伽利略探测器的大脑,伽利略探测器于1989年发射(Weisbecker去世前一年),并在1995至2003年期间绕木星运行。

这意味着1802仍然参与了一些重要项目。新的1802芯片价格昂贵,同时很难获得:1000个芯片的订单每片的价格为146美元,并且还需要提前5个月预定。但如果你想简单玩玩1802,你可以在eBay上花几美元买到一个旧的1802,或者使用Elf虚拟创造出一个1802。正如Weisbecker所预测的那样,1802计算机爱好者群体仍然存在,他们依旧在活跃在网络中,经常交换各自的想法和程序。

相关报道:

https://spectrum.ieee.org/semiconductors/processors/chip-hall-of-fame-rca-cdp-1802


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