DSP可以追溯到数字时代的开始，甚至可能更早一点。如果说1946年第一台数字计算机ENIAC的构建标志着1946年数字时代的开始，那么DSP则在不到两年之后出现。IEEE在1998年出版了一篇名为"信号处理五十年:IEEE信号处理学会及其技术1948-1998这标志着1948年DSP时代的开始，它被称为DSP重大之年．这一年，贝尔电话实验室的克劳德·香农(Claude Shannon)发表了他的里程碑式论文《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of Communication)，明确了可实现的比特率、信道带宽和信噪比之间的关系。

也是在这一年，香农、伯纳德·m·奥利弗和约翰·r·皮尔斯——都在贝尔实验室——发表了“PCM的哲学”，记录了脉冲编码调制的实际性质，并为Alec Reeves在1937年首次设想的PCM打上了实用性的邮票。(伯纳德·奥利弗在更广泛的圈子里更广为人知的名字可能是巴尼·奥利弗(Barney Oliver)，他是1966年创立惠普实验室(HP Labs)的杰出人物，但这完全是另一回事。)香农、奥利弗和皮尔斯正在记录一些用于构建绝密的SIGSALY安全语音系统的PCM概念，这是一个房间大小、50吨重的庞然大物，在二战期间为盟军编码和加密了最重要的语音通信。

巧合的是，贝尔实验室在1948年6月30日宣布了晶体管的发展，同年，贝尔实验室发表了两篇具有里程碑意义的论文，引发了DSP革命。(晶体管的实际开发发生在前一年。)要将香农、奥利弗和皮尔斯发表的论文中的概念转化为足以改变电子学世界的实用技术，就需要晶体管和固态电子学，所以1948年是真正的DSP时代重大之年．

1948年以后，DSP技术在很长一段时间内都没有什么进展。对于DSP来说，数字电子学是一个非常新兴的领域，至少在实时信号处理方面还不实用。在那个时期，很多DSP都需要手动输入数字到弗里丹和马钱特的机械计算器中，这对于音频或视频通信来说是非常不切实际的。萌芽中的DSP世界等待着一个关键的发展。实际上，有几个关键的进展。

这就是DSP和单芯片DSP如何成功接管整个信号处理世界的故事。它与数字电子本身的历史相似，跨越了集成电路(ic)、微处理器、dsp和fpga的发展。剧透警告:fpga最终大获全胜。

摇摇晃晃的几步

使DSP实用化的第一个关键发展是IC的发明，几乎同时，德州仪器公司(TI)的杰克·基尔比和仙兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)的罗伯特·诺伊斯设想了两种截然不同的方法来构建第一个集成电路。1959年2月，德州仪器的基尔比首先申请了专利。基尔比曾设想在一根硅棒上制造多个电子元件，然后用小型金键线将它们连接在一起。在申请专利之前，他确实在1958年制造了这样一个电路。然而，基尔比复杂而可怕的手工组装过程是完全不切实际的，不太可能大规模商业化生产。

诺伊斯的想法是在1959年初提出的，当时仙童已经在使用光刻技术制造硅晶体管，在一个模具上对多个电子元件成像，然后使用相同的光刻技术将这些元件与金属互连层连接起来。他把细节交给了Jean Hoerni，后者开发了平面工艺，从那以后一直被用于制造ic。诺伊斯和费尔柴尔德比基尔比晚申请了这些想法的专利，但仍然是在1959年。

制造集成电路的实用制造方法只是许多关键发展的第一步。早期的数字集成电路太原始，包含的晶体管太少，以至于没有认真考虑将其用于实际的DSP。这是因为DSP涉及一个极其深奥的概念，叫做数学。特别地，您需要两个关键的数学运算符—乘法和加法—并且您需要使用大量的这些运算符来执行DSP。我们中的一些人成为了数字工程师，这样我们就可以忘记所有的数学。但DSP工程并非如此。在使用DSP时，无法逃避数学问题。

当电子世界等待足够的半导体技术进步使DSP成为一项实用技术时，世界上其他地方已经等不及了。贝尔系统需要开发一种方法，在其庞大的电线安装基础上增加更多的语音容量，PCM显然是第一步。此外，雷达和声纳在二战后得到了广泛应用，DSP显然是改进和提高这些系统能力的途径。Arthur C. Clarke在1945年写的一篇论文中首次设想了通信卫星，它将需要数字通信来解决向地球轨道发送信号和从地球轨道接收信号所涉及的一些可怕的信号-噪声问题。

世界已经准备好了，但是ic还没有。

在DSP领域等待半导体技术迎头赶上时，信号处理理论家们却没有。贝尔实验室的Binshu Atal和Manfred Schroeder在1967年开发了自适应预测编码(APC)，使得从4.8kbps的比特流中获得中等质量的音频成为可能。

随后，Atal开发了线性预测编码(LPC)用于语音压缩。名古屋大学的Imakura Fumitada和NTT的Shuzo Saito几乎同时开发了部分相关(PARCOR)编码，这是一种非常相似的算法。这些新的语音处理算法自然需要更多的计算——更多的乘法和加法——这使得越来越明显的是，需要专门的ic来使DSP实用和具有成本效益。

但是，通过带宽有限的电话通道传输的语音并不是唯一需要DSP的信号。雷达和声纳信号处理算法也需要它。电视信号，真正的带宽大户，需要它。只要该技术切实可行，每一个产生和接收的信号都可以从DSP中受益。要是它不像上世纪60年代TI和其他厂商那样，需要一架子又一架子塞满中等规模集成电路的电路板就好了。

1971年，英特尔推出了第一款商用微处理器4004，这是对未来发展的第一个暗示。英特尔4004微处理器当然可以做乘法和加法，但它一次只能加4位，而乘法是一个多步指令序列。硅是愿意的，但ALU和位宽较弱。

第一代DSP芯片并没有完全解决问题

TRW在1976年成功地创造并销售了16×16-bit，单芯片数字倍增器- MPY016H，使用1微米双极工艺技术制造。TRW MPY016H可以将两个16位数字相乘，在45nsec (dash-1部分为40nsec)内产生32位的结果，但它不能相加。您需要添加额外的ic来将累加器附加到乘数上。此外，您无法在一次操作中提取32位的结果。你通过IC的16位输出端口得到了两个结果块。所以这个产品不是真正的DSP。它只是DSP的一部分。此外，由于有两个16位输入端口和一个16位输出端口，TRW MPY016H必须封装在一个宽的64引脚DIP中。它使用5V电压，但需要将近一个安培来充电。在5瓦的功率下，它也需要一点冷却。

AMI在1978年推出了S2811信号处理外设。它是一个具有12位硬件倍增器、16位ALU和16位输出的DSP，但它不是作为单芯片DSP设计的。AMI将S2811设计为8位6800微处理器的内存映射外围设备，它也是作为微处理器的始作俑者摩托罗拉半导体的替代来源制造的。AMI的6800微处理器版本被称为S6800。

6800微处理器通过一个较小和三个较大的片上多端口ram配置和访问AMI S2811。虽然在1978年宣布，AMI S2811是基于一个难以制造的VMOS工艺技术，推迟了几年的到来。那时，已经有好几款单芯片dsp问世了;16位微处理器时代随着英特尔8088、Zilog Z8000和摩托罗拉68000的问世而到来;6800微处理器外设市场开始迅速萎缩。因此，过时的AMI S2811从未取得商业上的成功。

就在AMI推出S2811信号处理外设的同一年，TI向消费者推出了一款基于DSP的玩具，即电池供电的“Speak & Spell”，该玩具实现了LPC作为其核心语音编码技术。该玩具采用TI TMC0280语音合成器芯片，在硬件上实现了Binshu Atal的LPC算法。TO TMC0280本质上是一个专用DSP。

尽管当时的半导体技术将TI Speak & Spell的词汇量限制在165个单词，但这款玩具的词汇量很少，对于儿童玩具来说是一个巨大的技术飞跃，即使零售价(当时)高达50美元。虽然TI TMC0280是一个专门的语音DSP，但它的低成本和在电池上运行很长一段时间的能力为很快到来的DSP ic指明了道路。

1979年2月，英特尔试图通过发布英特尔2920“模拟信号处理器”来证明“是的，我们可以做到”。这个古怪的集成DSP前端有一个9位ADC(8位加号)和一个4输入模拟多路复用器，后端有一个9位DAC和一个8通道模拟采样-保持电路和模拟多路复用器，中间有一个数字ALU，能够执行加、减和绝对值运算，从而产生25位的结果。由于缺乏乘法和除法指令，必须使用多指令序列来执行这些必需的DSP数学运算。每个乘法运算需要12条指令，而除法运算需要14条指令。每条Intel 2920指令需要半微秒来执行，所以乘法和除法运算需要微秒来执行。

英特尔2920是为信号滤波应用而设计的，但其执行速度慢，数据路径有限，指令集独特，缺乏硬件乘法器，模拟输入和输出电压范围有限，以及其他严重的限制注定了IC的商业失败。因此，很少有人记得英特尔2920，但它也是dsp到来的先兆。

随着20世纪70年代的结束，世界显然已经准备好，甚至渴望真正的单芯片dsp。多亏了这些理论家，这些算法才得以开发并准备就绪。许多信号处理应用都需要有能力的DSP芯片。剩下的就是开发芯片设计和工艺技术，以满足需求。AMI、AT&T、英特尔、松下、摩托罗拉、NEC、TI、Analog Devices和其他公司都在狂热地研究这个问题。DSP芯片的爆炸式增长迫在眉睫。

待续…

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