Seriál: Historie procesorů x86 – 1. díl

0

Se slzou v oku – osmibity

Se slzou v oku – osmibity

Pro někoho to bude možná překvapivé, ale musíme se vrátit do roku 1971. Malá firmička pro vývoj a výrobu pamětí Intel Corp. získala objednávku na zakázkovou výrobu a návrh elektronické části kalkulátoru od japonské firmy Busicom. Jenže pro tak velkou práci neměl Intel dostatek zaměstnanců. Proto se z nouze vytvořilo řešení kombinované, co nebylo v hardwaru, doplnilo se softwarem.

Mikroprocesor i4004

Tak vznikl první mikroprocesor na světě, známý jako i4004. Byl čtyřbitový, obsloužil až 640 B RAM a jeho využití bylo obdobné, jako současné jednočipy typu 8051 atd. Intel si až zpětně uvědomil, že vytvořil průlomovou součástku. Veškerá práva však měla firma Busicom, která naštěstí krachovala, takže se jí hodil každý dolar (přesněji řečeno japonský jen). Proto souhlasili s nabídkou, že práva na 4004 odkoupí zpět firma Intel za 60 000 USD. Zřejmě jen díky tomu máme současné procesory v tom stavu, v jakém jsou. Od 15. listopadu 1971 se prodávaly za 200 USD za jeden kus.

Unikátní řešení

Tím vše odstartovalo. Půl roku poté Intel rozšířil 4004 na 8 bitů, čímž vznikl i8008 s adresací až 16 KB. Tyto procesory pracovaly na 500 až 800 kHz, chcete-li na 0,5 až 0,8 MHz. Primárním zákazníkem byla firma Computer Terminal Corporation (později známá jako DataPoint). Vznikl ale problém, co s programy napsanými pro 4004? Přece jen i přes velkou příbuznost příkazů jde o 4 versus 8bitový procesor.

Intel vytvořil na svou dobu unikátní řešení. To spočívalo v drobné utilitce, která převáděla zdrojový kód v assembleru pro i4004 na zdroják pro i8008. To se může zdát jako drobnost. Co byste ale řekli šéfovi, když se přechází z jednoho procesoru na nový, odlišný? Hele, náš tým 10 lidí bude tu půlroční práci dělat znovu, takže vás ten přechod na nový procesor bude stát moc peněz? S touto utilitou firmy mohly uspořit náklady za vývoj a navíc výrazně zkrátit příchod nových produktů s i8008 na trh.

Záchrana pro Intel

Také vinou páté arabsko-izraelské války roku 1973 dramaticky stoupla cena ropy, což pomohlo odstartovat hospodářskou krizi. To se Intelu dotklo v nepříjemnou chvíli, a tak vzala za své téměř polovina zaměstnanců. Duben 1974 znamenal velký obrat v historii Intelu; zachraňuje se procesorem i8080, který se stal legendou. Procesor se najednou dostal na vnitřní frekvenci 2 MHz. Umožňoval také díky 16bitové adresaci pracovat přímo až s 64 KB RAM, což byl čtyřnásobek svého předchůdce.

Procesor Intel 8080 byl použit do prvních osobních počítačů typu MITS Altair 8800 z roku 1975 (s 256 B RAM) či IMSAI 8080. To byl základ, na kterém se stavěl následující svět pokročilejších osobních počítačů včetně operačního systému CP/M. Právě kombinace i8080 + CP/M se ukázala jako velmi důležité pro další vývoj. Mimochodem, legenda Space Invaders byla vytvořena v první verzi právě pro 8080. Původně nezáživná hra se stala velmi zajímavou díky realitě, se kterou se nepočítalo. Procesor totiž nezvládal rychlé překreslování takového množství objektů, a tak v počátcích hraní je vše pomalé. Čím je méně nepřátel, tím se hra více a více zrychluje. S tím se původně nepočítalo, ale právě proto se hra stala velmi hratelnou.

První počítač pro všechny

Ještě se vrátím k počítači MITS Altair 8800. Ten by se na trh za standardní ceny nikdy nedostal, protože by byl příliš drahý. Jen samotný procesor totiž stál 360 USD. Proto byl Intel osloven s prosbou, jestli nemá nějakou cestu, jak cenu snížit. Intel využil ty procesory, které pro kosmetické vady byly za plnou cenu neprodejné. Prodal je pro Altair za 75 USD. Jen díky tomu mohl celý počítač stát pouhých 395 USD. Už jen to zaujalo veřejnost tak významně, že začala uvažovat o do té doby neslýchané možnosti: koupit si domů počítač.

Procesor Z80 byl použit i do prvního GameBoye

Procesor Z80 byl použit i do prvního GameBoye

Intel měl další štěstí – procesor i8080 byl uveden dříve, než jeho přímá konkurence, mikroprocesory Motorola 6800 a jeho varianta MOS 6502. Vývojáři 8080 se však od mateřského Intelu odpojili v čele s Federicem Fagginem, aby ve své firmě Zilog vytvořili vylepšeninu 8080 zvanou Z80. A všechny dohromady vytvořily báječný svět domácích počítačů ze 70. a počátku 80. let. Nebo vám možná nic neříkají pojmy jako MITS Altair 8800 a poté Amstrad CPC 464 a další, Apple I / II, Atari 400 / 600 / 800 / 1200 / 132 / 65, Commodore PET / VIC-20 / 64, Sharp 800, Sinclair ZX81 / ZX Spectrum, Miles Gordon Technology SAM Coupé, případně IQ151, Ondra, PMD 85, Didaktik Alfa / Gama, Maťo a spousta dalších?

První konflikt s AMD

Dalším výborným tahem bylo licencování procesorů. Intel neměl na to konkurovat gigantům typu Digital Equipment, Fujitsu, IBM, Data General, HP a dalším. Hodně firem ale chtělo využít právě procesory Intelu. Kde vzít na nové továrny na jejich výrobu a nekrást? Intel proto nabídl nezvyklou možnost – vyrábějte naše procesory (přesně tranzistor vedle tranzistoru naprosto stejně, jako náš originál), ale z každého nám něco dejte. Výsledek? Kdekdo vyráběl mikroprocesor 8080, a Intel inkasoval tisíce a tisíce dolarů. Firma začala pořádně růst. Mimochodem – Tesla vyráběla tento procesor pod názvem MHB 8080A.

 

Procesor od AMD původně vyráběný jako klon Intel 8080. Později byla dosažena s Intelem dohoda o jeho výrobě

Společnost AMD vzala procesor i8080 a okopírovala jej bez licence – tak vznikl v dubnu 1974 jeho klon, mikroprocesor Am9080. Později si obě společnosti odpustily, a tak AMD získala na 8080 licenci.

Drobnou epizodou v historii bylo zlepšení modelu 8080 tak, že se notně zmenšila potřeba okolních obvodů (dnes bychom řekli čipsetu). Onou zlepšenou 8080kou byl mikroprocesor i8085, který místo třech různých napájecích napětí potřeboval jen +5 voltů. Jedná se o poslední 8bitový procesor v této řadě. Protože byl novější, jeho frekvence stoupla na 3 až 6 MHz. Další modely této řady již budou 16bitové.

Intel 8086 a superprocesor od Motoroly

Intel 8086 a superprocesor od Motoroly

Nyní vstupujeme do roku 1978. Máme za sebou první (tedy pardon, čtvrtý) díl hvězdných válek. A 8. června 1978 Intel uvádí svůj první 16bitový mikroprocesor zvaný i8086. To byla v té době řekněme střední třída v nabídce tehdejších procesorů. Pracoval na frekvenci od 5 do 10 MHz podle verze. Měl vnitřní šířku 16 bitů, také externí datová sběrnice byla 16bitová. Právě proto byl jeho čipset poněkud objemnější a dražší, což byl pro případné kupující problém.

A proč tento článek nezačíná rovnou tímto modelem, proč ty řeči o osmibitech? Protože 8086 vznikl na základě předchozích 8bitových modelů. Navíc opět existoval program pro konverzi již existujících aplikací 8bitových procesorů 8080 a 8085 na 16bitový 8086. Kromě toho se tato technika použila i pro konkurenční přechod. Prostě se vzal zdrojový kód řekněme na Motorolu 6800, prohnal se programem – a vznikl zdrojový kód pro mikroprocesory Intelu.

Klíčová výhra

První červen 1979 znamenal příchod ořezané verze modelu 8086 zvané 8088. Byl to první hybrid tohoto druhu. Přestože byl uvnitř 16bitový, tvářil se pro své okolí jako 8bitový. To byla velká výhoda pro hardware a výslednou cenu. Přestože získal zákazník 16bitový výkon a možnost adresovat až 1 MB RAM paměti, mohl použít daleko levnější 8bitový čipset.

Ruský klon koprocesoru i8087

Ruský klon koprocesoru i8087

Jak se později ukázalo, klíčovou výhrou se stala součástka zvaná matematický koprocesor. Je to vlastně podřízený procesor, silně specializovaný na složité matematické operace (sin, cos, tan, násobení a dělení v plovoucí desetinné čárce a velké přesnosti apod.). Onen koprocesor byl nazván i8087 a mohl sloužit pro několik modelů procesorů (i8088, i8086, iAPX 432).

Procesor MC68000 obsahoval i Macintosh Plus

Procesor MC68000 obsahoval i Macintosh Plus

A teď přišla ta katastrofa. Konkurenční Motorola uvedla (později velmi legendární) 32/16bitový mikroprocesor MC68000. Ten se v mnohém podobal modelu i386SX, uvedenému o mnoho let později. Uvědomme si, že Intel měl v té době průměrný 8086 a mírně podprůměrný 8088. A do toho přišla Motorola s procesorem, který předčil veškerou konkurenci o pěkných pár let.

3 000 návrhů

Intelu tedy nezbylo nic jiného, než hrát vabank. Jeho obchodníci dostali za úkol vytvořit 2 000 návrhů různých řešení s modelem 8088. Vše se postavilo na tomto modelu, jehož výhodou oproti MC68000 byla nízká cena počítače i případný extrémně vysoký výkon v matematice, pokud se přidal matematický koprocesor 8087.

A proč zrovna obchodníci? Protože to nebyli obchodníci v dnešním slova smyslu. Musíme si uvědomit, že v té době Intel stále prodával firmám, a tak obchodník musel přesvědčovat technickými argumenty konstruktéry jiných společností. Obchodníci tedy znali velmi dobře potřeby kupujících. Výsledkem bylo 3 000 návrhů, alespoň se to říká.

Zmatek na trhu

Nyní se přesuňme do firmy IBM. Malý tým 13 zapálených lidí dostalo příležitost vytvořit osobní počítač. Když se rozhlédl po trhu s mikroprocesory, líbil se mu (jako tehdy každému) model MC68000. Ale protože tento tým pocházel z IBM, měl několik podmínek, které rozhodly. Mikroprocesor muselo vyrábět více firem včetně IBM a výsledný počítač musel mít vysoký výkon v matematice.

Počítač Compaq s procesorem i8087 na 4,77 MHz s 640KB RAM

Počítač Compaq s procesorem i8087 na 4,77 MHz s 640KB RAM

Motorola ale nejlepší tehdejší procesor nechtěla dát z ruky (ani IBM, ani nikomu jinému). Přestože jejich MC68000 měl vysoký výkon, v matematice nemohl koprocesoru 8087 konkurovat. Motorola navíc FPU neměla ani v té době, ani v blízké budoucnosti. Proto se tedy v osobních počítači IBM 5150 Personal Computer ze srpna 1981 objevil mikroprocesor i8088 s možností doplnit jej koprocesorem i8087. Na trhu to způsobilo zmatek, protože slabší počítače používaly 8bitové procesory, zatímco nejvýkonnější osobní počítače využívaly MC68000 (nebo se k tomu chystaly).

Procesor od Motoroly využily firmy Apple (pro modely Lisa a Macintosh), Atari (pro modely ST a následující), Commodore (Amiga), DEC (VAXstation 100), Hewlett Packard (9000 Series 200), Sharp (X68000), Silicon Graphics (IRIS 1000 a 1200), Sinclair (model QL), Sun Microsystems (Sun-1) nebo Tandy (TRS-80 Model 16, 16B či Tandy 6000).

Zpětné inženýrství v akci

Vedle čistých kopií procesoru se vyráběly i procesory, které nebyly přímou kopií těch od Intelu. Nippon Electric Company neboli NEC podepsal 28. dubna 1976 smlouvu s Intelem o patentech a licencích. Japonská společnost vzala intelácký 8088, zpětně rozložila a na základě zjištěných poznatků a instrukčního kódu novějšího procesoru i80186 vytvořili procesor PD70108, známější jako V20. Při stejném taktu je až o 30 % rychlejší než originál, protože 75 % mikrokódu bylo přepsáno.

Procesor PD70108 neboli NEC V20

Procesor PD70108 neboli NEC V20

Produkce začala od roku 1979. Firma NEC následně licencovala tento procesor pod názvem V20H firmě Sony, která jej vyráběla jako CXQ70108. Obdobu procesoru i8086 pojmenovala firma NEC jako V30 (=PD70116). Ten byl použit například v počítači Psion Series 3. Procesor se začal slučovat s jeho periferiemi (dnes by se řeklo čipsetem). Vznikly tak postupně verze V33, V33A, V50, V41 a V51 (co takhle Olivetti Quaderno XT-20?), případně V53 a V53A.

Počítač Psion série 3c

Počítač Psion série 3c

Při vzniku procesoru NEC V20 bylo použito zpětné inženýrství. Intel se rozhodl bránit soudní cestou (spor C-84-20799 „NEC Corp. & NEC Electronics, Inc. v. Intel Corp.“, severní část Kalifornie, U.S.A.). Dle rozsudku z 6. února 1989 Intel překvapivě spor prohrál (ve 3 ze 4 bodů), protože dle výroku soudu se při použití zpětného inženýrství neporušuje jeho copyright.

Došli jsme od konce roku 1971 sice jen o deset let dál, ale svět mikroprocesorů i mikropočítačů se neuvěřitelně změnil. Najednou hovoříme namísto o stovkách kHz o frekvencích až po 10 MHz. Procesory si namísto stovek bajtů dokáží poradit s RAM pamětí v desítkách MB. Dokonce se hovoří o zkratkách typu CAD/CAM či o počítačových hrách vysoké úrovně. Ale zásadní kroky svět mikroprocesorů teprve čekal. O tom ale až v dalších dílech tohoto seriálu.

Seriál: Historie procesorů x86 – 1. díl

Ohodnoťte tento článek!
3.5 (70%) 2 hlas/ů