德州仪器内部历史上最大的错误,TMS9900微处理器

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如果您使用的是台式机或笔记本电脑,则可能装有Intel 808x系列微处理器,无论计算机运行的是Windows还是Mac,都没有关系。 这些微处理器的绝对优势可以追溯到1978年,当时IBM选择了8088作为其第一台个人计算机 。 但是这种选择一点都不明显。 有人说Intel 8088是当时可用的16位微处理器中最差的选择。

不,那不是最糟糕的选择。 他有一个严肃的选择,但更糟糕的选择。 我之所以知道这一点,是因为我领导了与TI合作的组织TMS9900。 尽管它被用于世界上第一台16位家用计算机 ,但您可能还没有听说过。 正如他们所说,获胜者会写故事。

这一章的历史不仅对TI芯片很重要,而且对它的其他竞争对手Motorola 68000也很有趣,后者在技术上超越了Intel 8088和TMS9900。 尽管如此,仍有68,000人没有使用IBM PC。 消息灵通的消息来源是一个鲜为人知的故事,内容涉及IBM如何选择开发不足的芯片,TI造成了失败者,而摩托罗拉的明显领导者则失败了。

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1978年,作者介绍了TMS9900芯片,该芯片被认为是IBM个人计算机的候选产品。 未收到TI合同。

1972年,我刚毕业后就在TI工作。两年后,我向休斯敦MOS部门经理Jack Carsten作了演讲,该公司的金属氧化物半导体 (MOS)芯片工作基于此。 我是位年轻的工程师,在杰克面前有些胆怯。杰克在整个演讲中都坐着,双腿被举在会议室的桌子上,每次他不同意我说的话时,抽着雪茄,喃喃地说“垃圾”。

当时,三大半导体公司-飞兆半导体,摩托罗拉和TI-正试图从双极芯片转向MOS。 MOS芯片需要完全不同的电路和制造工艺,而像英特尔这样的初创公司的发展速度要比现有公司快得多。 在这三大TI中,过渡取得了最大的成功,这在很大程度上要归功于L.J. Sevin等人,他在1969年离开TI成立了Mostek,然后从事风险资本投资。 Karsten曾在TI担任晶体管晶体管逻辑 (TTL)产品线的高级经理,他也是转向MOS的关键人物。

TI的MOS部门在为快速增长的便携式计算器市场开发逻辑芯片方面取得了最重大的成功。 尽管该公司在开发第一个通用处理器方面遇到了竞争并最终击败了英特尔,但TI工程师对英特尔微处理器(MPs),4位4004和8位8008并不特别感兴趣。TI注意到8080 8位微处理器及其后继的微处理器。 8080A,因为它们比4004更有前景。指示MOS部门同时在MP和DRAM(动态随机存取存储器,比RAM推动更多的存储单元到芯片上,但是需要不断更新以防止数据丢失)中捕获Intel。 )

因此,在TI中,出现了通用MP策略。 该策略的主要假设如下:应用软件将成为这些芯片发展的主要动力,而作为成功的MOS IC系列的拥有者,TI将处于为微型计算机,安全系统和消费产品制定行业标准的绝佳位置。 所有这些行业都是公司快速增长的利润来源。 但是为此,TI需要跳过当前的高级8位开发,例如Intel 8080,并成为第一家销售16位架构的公司。 该策略催生了创建TMS9900的计划。


获胜者:英特尔8088微处理器远非理想之选,但I​​BM选择它们作为其1981年推出的个人计算机。

TI已在1960年代后期的超级计算机竞赛中展示了其计算机技能。 石油公司正在推动这一竞赛,试图在石油勘探中的3D地震分析中获得竞争优势。 TI就是基于这一业务而成立的。 IBM,Control Data Corporation和其他公司参加了这场竞赛,但是TI是第一个销售其Advanced Scientific Computer的公司

因此,对于TI而言,为16位芯片选择架构非常简单。 TI制定了“一家公司,一种计算机体系结构”的战略,旨在利用公司不同部门之间存在的协同效应。 信息系统部门已经推出了一套基于TTL的微型计算机,供整个美国Ramada Inn连锁酒店使用。 因此,TMS9900必须使用与TI微型计算机体系结构非常相似的体系结构。

卡斯滕(Carsten)的团队知道开发TMS9900(以及用于军队的双极版本SBP9900)需要时间,而且芯片可能在1975-1976年之前还没有准备好。 此时,MOS分支需要运行。 他们计划首先复制英特尔8080A,至少将其推向市场,然后开发原始的8位微处理器体系结构(称为TMS5500),最后发展到16位TMS9900。 美国国家半导体已经发布了一套16位的通用逻辑芯片,称为IMP-16 ,但是由于它只是一组芯片而已,因此并未获得普及。

TMS9900有其发展困难和延误的包bag,但最终在1976年准备就绪。 而且,他仍然面临几个主要问题。 首先,没有与之兼容的16位外设芯片。 如果没有外围芯片来进行数据的传输和存储,MP将对系统设计毫无用处。 第二个问题是,类似于TI在微型计算机中使用的9900架构,只有16位的逻辑地址空间-就像当时的8位处理器。 如果不从头开始开发新架构,就无法解决此问题。 最后一个问题是,尽管TI可以在其微型计算机,国防和半导体业务中使用一种MP的技术,但如果这些行业的竞争对手开始采用TI的产品来构建其产品,则它们将处于不利地位。


失败者:困扰TMS9900的主要问题之一是缺少16位外围芯片,这就是为什么MP在系统设计中无用的原因

为了解决缺少16位外设的问题,TI工程师提出了以下创新措施。 为什么不为TMS9900改用8位端口,以便大量现有的专为8位MP设计的外设芯片可以使用? 我相信当时看来,这是合理的。 结果, TMS9980出现在1977年。 将8位外设连接到16位MP消除了16位架构的唯一真正优势:速度。 第9980个处理器需要两个命令周期来执行来自8位外设的命令,其结果是有效速度下降了两倍,这并不比现有的8位MP好。 在实施伟大的TI计划之前,Carsten离开公司,担任英特尔销售与市场副总裁,毫无疑问,英特尔将成为非常重要的竞争对手,这在MP市场上将很难击败。

英特尔自然开发了自己的16位微处理器8086,该微处理器于1978年4月发布。该公司以完全相同的方式解决了缺少兼容的16位外围设备的问题,在MP中增加了8位端口,从而产生了Intel 8088。 TI 9980和Intel 8088都是垃圾,与任何实际系统中的8086相比,其性能下降。 但是,英特尔芯片比TI芯片具有一个根本优势:20位的逻辑地址空间而不是16位。因此,它有机会访问兆字节的内存,而不是像TI 9900那样访问64K的内存。此外,外部寄存器TMS9900和9980其性能进一步恶化。

在英特尔成功为8086开发替代生产资源的同时,TI仍在努力达成类似协议。 当时,大多数客户需要每个新的半导体组件系列至少有两个相互竞争的供应商,以确保负担得起的产品可用性。

同时,一些竞争对手宣布了他们计划创建16位通用处理器的计划。 最雄心勃勃的计划是Motorola68000。尽管它具有16个外部触点,但其内部体系结构为32位,逻辑地址空间为24位。 下一个产品可能使用32个地址位。 流行的8位Z80 MP的创建者Zilog宣布开发带分段存储器的16位Z8000,计划在1978-1979年间进行。 与68000不同,Z8000具有简单的16位架构。


另一个竞争对手:摩托罗拉的16位MP 68000具有32位内部体系结构,但它未能按时退出成为IBM PC的可能选择之一。

1978年10月,即宣布Intel 8086六个月后,我移居TI的MOS部门,成为MP经理。 到那时,公司中的每个人以及公司内部的许多人都知道,MP的16位TI策略已经行不通了。 该部门开发兼容的16位TMS9940微控制器的尝试失败,但到我看来已经通过了5到6次迭代,但结果没有得到解决。 我知道我正在继承一个困难的处境。 那么,为什么我辞去了消费产品开发部门的经理一职呢? 位置,位置,位置。 该微处理器公司位于休斯敦,TI将消费产品移至德克萨斯州拉伯克市 。 拉伯克(Labbock)是一个城市,在这里您可以正确回答“您在这里感觉如何?”这一问题。 将会是“人们在这里很棒”。 在这里长大的乡村歌手马克·戴维斯(Mack Davis)曾经写过一首合唱歌曲“我以为后视镜里的德克萨斯州拉伯克市就是幸福。”

到达休斯敦后不久,我被告知我必须为IBM的一个小组提供有关TMS9900的演示文稿,该小组从事一个非常秘密的项目,需要一个16位微处理器。 该小组来自IBM的一个不寻常的地方:佛罗里达州的博卡拉顿。 我为此做了很长时间的准备,据我认为,已经作了充分准备的演讲,并认真研究了后果。 但是来自IBM的团队并没有表现出太大的热情。 直到1981年,我们才知道我们失去了什么。

IBM总裁兼当时的首席执行官John Opel通过在Boca Raton成立分支机构(后来称为Entry Systems Division)采取了革命性的举措。 他意识到苹果,Commodore,Radio Shack,TI和其他公司的个人计算机可能威胁到IBM在计算机业务中的主导地位。 因此,他委托由菲利普·埃斯特里奇Philip Estridge)领导的博卡拉顿(Boca Raton)小组全权负责开发其产品-来自IBM的个人计算机。 他们可以利用第三方的帮助进行任何事情,包括开发OS和应用程序。 这种态度使系统按IBM标准相当“开放”,并加快了产品进入市场的速度。 但是,欧宝有一个局限性:该产品将以IBM命名,因此它不会损害该公司在质量和可靠性方面的声誉。 因此,IBM内部庞大的质量控制组织必须在开始销售该产品之前签署该产品的发布。


即时成功:IBM 5150 PC于1981年8月发布。在美国,1,565美元不包括显示器,打印机和两个驱动器。

IBM团队没有选择16位MP的争论。 后来被称为Motorola 68K无疑是最受欢迎的产品。 它具有最大的逻辑地址空间,这比最小的16位内部体系结构更为重要。 扩展到完整的32位体系结构很容易。 而且,最重要的是,68K使用“ Big Endian”字节顺序,即从最旧到最小。 它与计算机在内存中存储字节的顺序有关。 16位体系结构来自8位体系结构,工程师必须确定8位字节中的哪个字节将成为16位世界中的第一个。 数码设备公司 选择了从初中到高级(“ Little Endian”)的顺序作为其程序化数据处理器(PDP)和VAX架构。 英特尔也是如此。 但是IBM计算机使用了另一种顺序,即Big Endian。 为了使Big Endian与Little Endian进行通信,必须动态逆转字节顺序。 当时,这样的数据转换并非微不足道。 摩托罗拉的68K不需要转换即可与IBM PC一起使用。 那么,为什么我们今天不使用基于68K的计算机呢?

答案与谁首先进入市场有关。 8088并不完美,但至少它已经准备好了,但是68K还没有。 IBM严格的质量评估流程要求制造商为每个新零件提供数千个产品样本,以便IBM可以对其进行实时测试。 在IBM,数百名工程师负责质量控制,但这需要时间。 1978年上半年,英特尔已经生产了8088的样机。到1978年底,68K尚未完全发布。

对于摩托罗拉而言,不幸的是,博卡拉顿集团希望尽快推出新的IBM PC。 因此,他们只有两个完全现成的16位MP可供选择。 在两个非理想芯片的竞争中,事实证明,英特尔芯片比TI芯片不完美。

在没有得到IBM PC的认可的情况下,TMS9900不会安静地死去。 经理们仍然希望推进公司战略。 当然,仍要发布公告的TI家用计算机必须使用TMS9900?

计算机开发团队无奈地同意给它一个机会。 这个小组是两个部门不幸合并的结果,其中一个部门正在开发游戏机,另一个部门是个人计算机。 所得的混合动力车不适用于任何一个。 但是TI固执己见。 TI-99 / 4于1979年进入市场,随后于1981年TI-99 / 4A进入市场。该公司最终售出280万台,其中大部分处于亏损状态,直到1984年退出人员市场。 。

同时,英特尔8086架构已经发展并克服了这些缺点。 她仍然使用Little Endian字节顺序,但是今天没有任何区别。 摩托罗拉凭借其卓越的技术在过去50年中输掉了最重要的一次开发竞赛。

由于我们是在谈论其他竞争对手,因此我将简单介绍一下IBM PC的操作系统。 16位操作系统的逻辑选择是对流行的CP / M操作系统的扩展,该扩展是由Gary Kildall在数字研究中基于Zilog Z80开发的。 Boca Raton团队意识到CP / M是一个开放标准,因此他们命令Digital Research开发一个称为CP / M-86的版本。 在此过程中,Microsoft提出了有关MS-DOS的提案,有关该提案的内容已经很多。 因此,就操作系统和微处理器而言,个人计算机领域并没有朝着可以首先假定的方向发展。

我们可以从历史中学到什么教训? 一个-如果您要基于快速变化的新技术开发产品,那么最主要的是首先进入市场,而无论您的初始产品有什么限制。 如今,在硅谷,这种方法被称为创建“最小可行的产品”。 如果您的产品具有使其与众不同的新功能,那么您的客户将想出创新的方式来使用它。

第二个教训是,如果您经营一家大型公司,想要在一个孤立的小型部门中创建一个项目,而又不负担任何行李或传统,那么请考虑对其施加的限制。 从长远来看,限制IBM PC的操作系统可能比使产品负担复杂的质量控制程序对公司更有利。 没有人能预测出多少个性化会影响我们的生活,但真正的价值不在于设备,而在于操作系统的兼容性。 如果IBM(而不是Microsoft)控制MS-DOS,Windows等,则计算机的世界将完全不同。

最后,对于站在旁观望而又观看高科技游行的人们,我会说:不要错过机会。 以TI为例,我们在1979年决定TMS9900输掉了通用MP竞赛,并开始展望通用MP之后的未来。 我们的策略集中于狭义的MP,并导致了数字信号处理器TMS320的开发。 他的声明是在1982年2月的一次国际固态电路会议上宣布的,并于次年发表。 320 DSP系列及其衍生产品开始产生TI总利润的近一半,为新一代公司经理做准备,并使TI参与了片上嵌入式处理器竞赛。 在1990年代,这种策略扭转了最好的半导体公司的下滑趋势,并为调制解调器,驱动器控制器和许多其他产品赢得了数十亿美元的芯片销售额。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN406077/


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