20世纪60年代末到70年代初，电子行业掀起了一场规模宏大的技术革命，目标是将计算器的所有功能集成到单一芯片上。这种所谓的“计算器芯片”不仅极大地减少了计算器所需的组件数量，也推动了计算器进入更小巧、便宜和大众化的新时代。本文将带您深入了解单芯片计算器的发展历程，解析其背后的技术创新，并且介绍几家关键企业的贡献及产品演变历程。 初期的计算器通常由大量的电路板和元件构成，典型的1968年佳能Canola 130S计算器就需要13块电路板。到1970年，随着集成电路技术的进步，夏普（Sharp）推出了QT-8B，其采用由Rockwell公司制造的四芯片方案，已大幅缩减复杂度。尽管如此，这仍然离将所有计算功能放入单个芯片还很遥远。
真正的突破来自于Mostek公司。这是一家成立不到两年的初创企业，急需通过创新产品打开销路。Busicom公司，作为一家日本计算器制造商，委托Mostek挑战集成度极限，尝试将整个计算器电路设计在一个芯片上。尽管Mostek最初预计设计时间只需六周，却因设计难度大幅延长至三个月。最终，他们于1970年11月推出了世界上第一个“单芯片计算器”——Mostek MK6010。 这款芯片尺寸约为4.6毫米见方，内含超过2100个晶体管。
它承载了四则运算逻辑，在当时属于极高的集成度技术。MK6010主要应用于Busicom Junior小型桌面计算器，将原先需要22个中规模集成电路的系统，压缩成仅需一个芯片，并将电路板数量降至一块。虽然高压显示驱动仍需分立元件支持，但“计算器芯片”的诞生彻底革新了设备结构。 Mostek采用了p沟道MOS技术，工作电压为负12至负24伏，与当时的计算器电源兼容。后续通过离子注入技术降低阈值电压，催生了低功耗的MK6010L芯片，为真正的便携式电池供电计算器创造了可能。Busicom随后推出了全球首款贴身携带的口袋计算器LE-120A “HANDY”，它不仅小巧便携，还采用了首次应用于计算器的LED显示技术，标志着计算器进入消费电子时代。
然而，尽管技术先进，早期单芯片口袋计算器价格仍然高昂，售价高达395美元的LED版本对普通消费者来说并不友好。液晶显示版本虽然成本较低，但始终未能投入生产与市场推广。随着成本的逐渐降低，后续更具成本效益的塑料外壳型号陆续问世，推动了计算器价格的进一步下探与普及。 与此同时，德州仪器（Texas Instruments，简称TI）也快速响应这场技术革命。早在Mostek发布单芯片之前，TI已积极研发降低芯片数量的解决方案，并且设想能将整台计算器功能实现于一片芯片中，目标售价凌驾于百美元级别，使电子计算器真正面向大众市场。TI的这一目标后来催生了TMS1802微控制器芯片，亦称TMS0102。
此芯片内置8位BCD算术逻辑单元，结合多个寄存器及只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM），实现了程序可编程性，能通过改变ROM掩膜满足不同功能需求。TI推出了一款通用的库存芯片，很快被应用于包括Sinclair Executive、Texet 1及Advance Wireless World等多款计算器中。它的设计允许执行浮点数和定点数运算，支持自动舍入及前导零消除等高级功能，堪称早期集成化与智能化水平最为领先的计算器芯片之一。 与Mostek的定制芯片不同，TI的芯片系列为通用库存产品，可供各制造商直接购买应用。该特性令TI迅速拓展市场，进而推出了包括TMS0101、TMS0103、TMS0106和TMS0118在内的九款标准计算器芯片，覆盖不同位数和输入方式，满足从手持到台式的多样化市场需求。此系列芯片在1970年代被广泛采用，极大推动了低价高性能计算器的普及。
与TI和Mostek类似，另一家重要的电子厂商General Instrument及其分拆的子公司Pico Electronics也积极投身“计算器芯片”领域。在1970年，Pico团队基于此前在GI积累的设计经验自主开发了GI 250芯片，配合RAM和ROM集成，实现一定程度的程序靈活性。GI 250成为了Litton公司Royal Digital III计算器的核心单元，其4位数字的真空荧光显示及不同寻常的触控笔键盘设计为当时计算器界带来新鲜感。 GI及Pico的设计方案虽未如TI和Mostek那样大规模普及，却在功能性和硬件集成度方面为行业提供了另一条技术路线，也促发了各大厂商之间的激烈算计器战争。通过不断降低制造成本与提高芯片集成度，70年代前半叶计算器价格经历了史无前例的快速下滑，逐渐归于普通消费者可接受的水平，电子计算器最终从实验室和办公室走入千家万户。 纵观单芯片计算器的发展历程，我们能清晰看到技术创新推动产业变革的轨迹。
Mostek凭借首创的MK6010芯片揭开了计算器微缩的新篇章，TI的通用芯片产品将市场从定制转向标准化，使计算器产品能够规模化生产。GI和Pico的方案则丰富了竞争格局，为多样化的产品设计提供了可选择的技术支撑。单芯片计算器不仅象征着芯片制造技术的进步，更是智能化电子设备普及的关键起点。 随着时间推移，TI在单芯片计算器技术基础上演进出了TMS1000微控制器系列，这一系列成为通用微控制器领域的重要代表，广泛应用于日后高性能计算器及各种嵌入式设备中。至此，单芯片计算器技术不再局限于计算机，而是为后续电子智能设备的微型化奠定了坚实基础。 历史证明，单芯片计算器的成功不仅在于技术本身，更在于如何满足市场的实际需求——小巧、便携、低价以及功能的智能化。
现今，智能手机和手持设备中蕴含的计算能力远非1970年代的端点逻辑可比，但单芯片计算器的使用案例和商业模式依然在塑造现代微电子设计理念中发挥深远作用。 总结来看，单芯片计算器的诞生是半导体技术和电子设计史上的里程碑。它体现了工程师们对极致集成的追求，也展示了计算设备向大众市场迈进的不懈努力。那些探索、设计和制造单芯片计算器的企业与个人，成为了现代计算时代的重要开拓者，为后续信息技术的发展种下了坚实的种子。
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