Zilog Z-80 — Бессмертный восьмидесятник
Ранние годы эпохи персональных компьютеров, начавшиеся еще до появления легендарного IBM PC в 1981, во многом определили картину рынка, сложившуюся в следующем десятилетии, когда крепнущая Intel выводила на рынок продукты, едва ли не мгновенно обрастающие множеством совместимых аналогов — как более доступных, так и более продвинутых, технически интересных. Но еще задолго до того, как компании скрестили мечи в борьбе за покупателей первых 186 и их последователей, конкуренция коснулась и первого ключевого чипа в истории компьютерной индустрии — Intel 8080.
Intel 8080
Выход процессора Intel 8080 стал катализатором развития направления разработки и производства микропроцессоров, нашедших применение в самых различных областях и сферах. Выход различных 8-битных решений (таких, как Motorola 6800 или MOS Technologies 6502), а также производство полностью совместимых решений-клонов (производимых, в частности, и компанией AMD), определило потребности рынка в середине 70-х, что отчасти можно назвать и причиной появления Z-80.
Уволившись из Intel, Федерико Фаджин и Ральф Унгерманн стали обсуждать, какие продукты они могли бы разрабатывать. Унгерманна привлекала идея создания электронных пишущих машинок. А Фаджин хотел использовать концепцию оригинального микропроцессора 4004 в одночиповом микроконтроллере, который содержал бы все устройства памяти и ввода/вывода с процессором на одном кремниевом элементе.
Федерико Фаджин (слева) и Ральф Унгерманн
Слухи об этом дошли до журналистов из «Electronics News», и в очередном номере коммерческого журнала вышла большая статья о том, что Фаджин и Унгерманн собираются вместе заняться процессорным бизнесом.
Через неделю в офис, снятый ими в престижном районе Лос-Альтоса, что в нескольких милях от Пало-Альто, пришел неожиданный посетитель. Он представился сотрудником дочерней компании Exxon, крупнейшей в мире нефтяной компании, основанной для инвестирования в начинающие компании. Exxon Enterprises, как называлась его компания, заинтересовалась Фаджином и Унгерманном. Если они хотят разрабатывать новый микропроцессор, фирма могла бы их поддержать.
Сделку заключили быстро. Компания получала контрольный пакет в 51% в обмен на 1,5 млн. долларов.
Унгерманн придумал неплохое название для нового бизнеса — «Zilog». Это означало, что компания считала себя «последним словом [Z] в интегральной [I] логике [LOG]».
Двумя месяцами позже Фаджину пришла в голову еще одна идея. Он следил за судьбой своего старого проекта — процессора Intel 8080. Из восторженных оценок коммерческих изданий, из того, что компании по всей Америке начинают его использовать, Фаджин понял, что было бы глупо не сделать капитал на волне подъема, начавшегося для микропроцессоров общего назначения. В декабре 1974 года он убедил Унгерманна оставить проект с контроллерами и переключиться на разработку усовершенствованной версии чипа 8080.
Пытаясь восстановить связи с Энди Гроувом, Фаджин приехал в Intel со своими идеями и предложил организовать производство улучшенного 8080-го по контракту с Intel. Однако его предложения были отвергнуты.
Позже к Фаджину с просьбой о приеме на работу обратился Масатоси Сима, инженер, контролировавший проект 4004, а затем перешедший в Intel. Поскольку Сима занимался разработкой подробного чертежа 8080-го, Фаджин с радостью пригласил его.
Масатоси Сима
Новый чип Zilog был создан быстрее, чем Фаджин и Унгерманн ожидали. Занимаясь чипом по 80 часов в неделю, Фаджин завершил разработку его архитектуры меньше чем за девять месяцев.
Поначалу Zilog объединяла только их троих, им помогали несколько чертежников, поэтому вопрос о собственном производстве чипа не стоял. Фаджин рисовал чертеж на миллиметровой бумаге грифелем; Сима следил за созданием шаблонов по чертежам. Готовый набор шаблонов отправляли на производство в компанию Mostek, отделившуюся от Texas Instruments, которая была в то время одним из сильнейших конкурентов Intel на рынке MOS-технологий. К марту 1976 года Zilog получила работающее устройство, способное завоевать мир.
Z-80 является однокристальным микропроцессором третьего поколения, оперирующим 8-разрядными данными и 16-разрядными адресами. Он содержал 8500 транзисторов и производился по 3-микронным технологическим нормам. Площадь кристалла составляла 22,54 мм2. Максимальный объём прямо адресуемой памяти и прямо адресуемого пространства ввода вывода — по 64 Кбайта (пространство ввода-вывода микропроцессора 8080 составляет 256 байт).
Zilog Z-80
Система команд микропроцессора Z80 включает 158 инструкций, из которых 78 полностью аналогичны командам микропроцессора 8080, хотя и имеют другие мнемоники. Помимо традиционных для 8-разрядных микропроцессоров арифметико-логических команд, у Z80 имеются инструкции, работавшие с отдельными битами, а также облегчающие обработку символьной информации.
Выпускались микропроцессоры с различными рабочими тактовыми частотами от 2,5 до 8 МГц (у 8080A — 2,5 МГц), что обеспечивало очень высокое по тем временам быстродействие.
Наконец, на самом кристалле микропроцессора реализован счётчик регенерации динамической памяти, что позволяет резко сократить количество деталей в простых микрокомпьютерах по сравнению с 8080.
Микропроцессор Z-80 выпускался в 40-выводном DIP-корпусе, наиболее распространённом для восьмиразрядных микропроцессоров. В отличие от микропроцессора 8080 фирмы Intel, Z-80 для своей работы не требует специфических дополнительных схем (двухфазного тактового генератора и системного контроллера), что значительно упрощает конструкцию процессорного модуля. Кроме того, для работы Z80 требует единственное напряжение питания +5 В вместо трёх напряжений для 8080 (+5, –5 и +12 В).
При цене всего в 200 долларов Z-80 оказался привлекательным и для отдельных потребителей, которые раньше проводили долгие ночи у любительского радиоприемника, а теперь, благодаря триумфу широкомасштабной интеграции схем, возились с электроникой. Z-80 позволил им впервые задуматься о том, чтобы самим собрать компьютер. В 1974 году компьютеров в мире было меньше, чем самолетов в 1997-м. Поэтому собирать в то время компьютер означало примерно то же, что сегодня строить на заднем дворе «Боинг-767». Впрочем, это было ненамного страшнее.
Потратив на разработку своего чипа 400 тыс. долларов, Zilog не могла себе позволить шедро оплачивать работу армии торговых агентов. Вместо этого компания купила место в журнале «Electronic News» и опубликовала серию рекламных статей.
Из-за распространения Z80 по всему миру, компания Zilog заключала множество контрактов на производство своих микропроцессоров в различных уголках света. После выхода на рынок в 1976 году основными партнерами в США стали компании Synertek и Mostek, производившие первые серии процессоров Z-80 (в конце 1976 года Zilog открыла собственные фабрики, и обеспечивала американский рынок Z80 своими силами). В Японии производство Z80 развернули такие компании, как Toshiba и Hitachi. Из-за невероятной популярности и спроса на Z80, многие производители аналогов работали без лицензии, поэтому суммарно менее половины всех произведенных Z-80 оказались лицензированной продукцией Zilog или её официальных партнеров.
В нашей стране Z80 известен прежде всего по игровым компьютером Sinclair Spectrum, чрезвычайно популярным во второй половине 1980-х годов.
Sinclair ZX Spectrum
Однако спектр применения этого микропроцессора был намного шире. В частности, именно он является «мозгом» французских противокорабельных ракет «Exocet» (в 1982 году такой ракетой аргентинский истребитель «Мираж» потопил английский эскадренный миноносец «Шеффилд» — один из наиболее современных на тот момент боевых кораблей).
Процессор Zilog Z80 не только стал невероятно популярен после выхода на рынок, но и показал себя рекордсменом-долгожителем, — на протяжении десятилетий он присутствует в различных системах в качестве одного из специализированных микропроцессоров, используется в компьютерных, портативных, и бизнес-системах самых различных уровней и предназначений. В 80-х годах он становился частью портативных систем, таких как Sharp PC-1500 и Cambridge Z88, в 90-е стал использоваться в инженерных калькуляторах семейства TI-81 от Texas Instruments.
TI-81
Его использовали и в качестве микропроцессора музыкальных инструментов (например, легендарной MIDI-клавиатуры Prophet-5), а многие встроенные системы до сих пор содержат легендарный микропроцессор в составе своих решений.
Prophet-5
Спустя более чем 40 лет с момента появления на рынке, Zilog Z80 был и остается незаменимым в десятках различных компьютерных систем, и может служить примером того, как компьютерные технологии, появившиеся на заре эпохи персональных компьютеров, всё еще остаются частью нашей повседневной жизни.
Наш видеоролик на основе статьи — ТЫК
Автор статьи Александр Лис.
