加里·布恩曾在德州仪器(TI) MOS部门工作，他设计了第一个可以被称为微控制器的芯片，因为他厌倦了他的工作，与他的家庭有了麻烦。1969年，他加入德州仪器，当时计算机芯片正成为一项大生意。在20世纪60年代，电子计算器取代了占据市场几十年的机电Marchant和Frieden计算器。半导体使得取代这些机电计算器中数百个复杂的金属和塑料部件成为可能，首先是数百个晶体管和二极管，然后是越来越少的集成电路。北美的罗克韦尔微电子、Mostek、通用仪器和德克萨斯仪器是多芯片计算器市场的早期参与者。

起初，需要几十个集成电路来取代数百个晶体管和二极管。随着集成电路中包含的元件越来越多，制造一台计算器所需的集成电路也越来越少。到1968年，基于集成电路的计算器设计在很大程度上取代了基于晶体管的设计。终点很明显。最终，半导体制造商将计算器的电子部件压缩到一个芯片上。

日本计算器供应商夏普、佳能和Busicom与各种美国半导体供应商合作，为他们的计算器开发定制芯片。夏普与罗克韦尔合作，佳能与德州仪器合作，Busicom与Mostek和英特尔合作生产不同型号的计算器。Busicom要求Mostek开发一款单芯片计算器，并与英特尔签订合同，为更复杂的可编程计算器开发定制芯片组。Mostek在1970年末首次实现了这一目标，推出了MK6010，这是一个单独的定制芯片，取代了22个集成电路。Busicom将该芯片集成到其Busicom Junior中，这是一个小型的四功能台式计算器。与英特尔的合同最终导致了英特尔4004微处理器的开发。然而，这个故事是关于微控制器的，它采取了一个相关但不同的发展路径。

TI的MOS部门深入到关于计算器芯片组的事情中。包括佳能、Olivetti和Olympia在内的计算器公司要求TI为他们的计算器开发4、5和6芯片组。执行这些定制芯片项目的重任落在了包括加里·布恩(Gary Boone)在内的一些TI工程师的肩上。这份工作需要飞往世界各地，包括日本、意大利和德国。布恩花了很多时间在路上，他的家人对他的缺席感到不满。Boone很快就厌倦了紧张的旅行，只是为了开发一个看起来很像以前的新芯片组。当时，许多潜在客户都想要计算器芯片，但每个客户想要的东西都略有不同。这就是定制芯片业务的本质。这是一个客户密集型的行业。

布恩的沮丧和家庭事务促使他找到了TI MOS市场经理丹尼尔·博杜安(Daniel Baudouin)。他们一起编制了一个客户需求矩阵，这些需求来自与不同计算器制造商的对话。然后他们添加了一组功能块来满足这些需求。Boone和Baudouin也注意到目前的TI MOS工艺技术可以完成什么，以及它可以做得最好的是什么。他们的想法很快转向了大量使用内存(RAM和ROM)的架构，因为这些结构非常高效，更容易在集成电路(IC)上路由，内存承诺更好的硅利用效率，达到40或50倍。

一旦布恩和博杜安开始考虑使用内存，他们就开始考虑一个计算器芯片需要多少数据和程序存储空间。那时，TI团队开始与潜在客户讨论rom可编程单芯片计算器的前景。他们遇到了很多阻力。习惯于自己投资计算器芯片的客户对仅通过片上ROM中的某些位来区分计算器芯片的想法望而却步。TI内部也有反对意见，因为可编程的、基于ROM的部件与公司习惯制造的部件相反。

在故事的这一点上，你可能会发现所有关于计算器芯片的讨论都与标题不符。本系列文章显然是关于微控制器的历史。我向你保证，我们没有偏离轨道。第一个微控制器——由Boone和TI工程师Michael Cochran设计的设备，包括处理器、存储器(RAM和ROM)和I/O都在一块硅片上——是计算器芯片，它们是第一个微控制器。请看下图，摘自美国专利4074351:

图片来源:美国专利商标局

该图显示了TI第一台单片机计算器TMS1802NC的框图。它展示了微控制器的所有关键组件。它有一个由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令解码器(Control Decoders)和4位ALU组成的CPU。它有一个存储数字数据的RAM和一个用于存储定义芯片操作的程序的ROM。最后，在底部，您可以看到专门的I/O电路，用于扫描矩阵键盘，驱动显示数字，以及驱动每个显示数字中的七个段。这个设计中的I/O可能是专门化的，但是这个图清楚地描绘了一个微控制器。

TI在1971年9月17日发布了TMS1802NC单片计算器IC。这是英特尔宣布4004微处理器的两个月前。德州仪器对这款设备的批量定价不到20美元。ROM包含320个11位指令字(3520位)，而串行访问的182位RAM包含3个13位BCD(二进制编码的十进制)数字和13个二进制标志。芯片总共需要大约5000个晶体管。

(注:在研究本文时，我发现不止一个网站将TI的TMS1802NC 4位计算器芯片与1974年发布的8位RCA CDP1802 COSMAC CMOS微处理器混为一谈。TI和RCA芯片不是同一个部件，尽管零件号相似。)

TI在1971年9月17日发布的新闻稿进一步确认了TMS1802NC作为微控制器的地位:

“TI可以使用相同基本或主机设计的单层掩码编程技术轻松实现任何数量的特殊操作特征。唯一的限制是程序ROM、RAM存储、控制、定时和输出解码器的大小。例如，通过重新编程输出解码器，TMS1802可用于驱动十进制显示器，如Nixie型管。”

第一个使用TI TMS1802计算器芯片的计算器是Sinclair Executive。

Sinclair Executive是一种非常早期的袖珍计算器，包含了TMS1802单芯片计算器。
图片来源:MaltaGC，维基共享资源

TI在1972年9月20日发布了TMS0100单片机计算器系列，几乎正好是在发布TMS1802C的一年后。该公司将TMS1802NC重新命名为TMS0100家族的第一个成员TMS0102。最终，这个家族将有超过15个不同的成员，由TI的10微米PMOS工艺技术制造。一年后，Mostek发布了TMS0102的改进，引脚兼容的副本，称为MK5020。就像本文开头列出的所有半导体制造商一样，TI和Mostek很快就会发布微控制器，部分是利用从这些早期计算器芯片的创造中获得的知识开发的。

与此同时，布恩已经跳出了计算器的框框，开始考虑这个设备了。计算器芯片专利4,074,351描述了其他目标应用，包括出租车计价器、数字电压表、事件计数器、汽车里程表和测量秤。当然，微控制器在所有这些应用程序中都有使用，甚至更多，这将在本系列的后续文章中讨论。

参考文献

加里·布恩，1996年由美国新泽西州皮斯卡塔韦的IEEE历史中心的大卫·莫顿进行的口述历史

赛跑的故事，发展袖珍电子计算器，老式计算器网络博物馆

德州仪器TMS0100家族，数据计算器博物馆

《技术现状:集成电路摄影史》，Stan Augarten, Houghton Mifflin, 1983

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