40 lat temu powstał procesor Intel 8086 i zaczęła się epoka x86

Początek kariery Intela, w roli producenta procesorów, sięga 1971 roku i 4-bitowych procesorów. 15 listopada 1971 na rynku pojawił się układ Intel 4004 (2300 tranzystorów, proces technologiczny 10 mikrometrów, zegar 740 kHz). Pierwszy mikroprocesor zgodnie z wytycznymi architektury harwardzkiej, oddzielał pamięć danych (maksymalnie 640 bajtów) od pamięci programów (do 4 KB). Rozszerzona wersja, oznaczona symbolem 4040 ukazała się trzy lata później, w 1974 roku. W tym okresie Intel pracował już nad zupełnie inną jednostką, która ujrzała światło dzienne w kwietniu 1972 roku – to 8-bitowy mikroprocesor 8008, zbudowany na zamówienie Computer Terminal Corporation, w który docelowo miały być wyposażone terminale Datapoint 2200. Ostatecznie kontrakt nie został zrealizowany, CTC zamiast zapłacić Intelowi 50 000 dolarów, pozostawiło prawa do własności intelektualnej związanej z procesorem 8008.

1201 to oznaczenie, które niewiele mówi właścicielom komputerów z procesorami x86, a jednak właśnie ta cyfra jest związana z linią procesorów które stały się podstawą dla późniejszych układów scalonych.

Intel 8008, foto: Science Museum Group

Zbieg okoliczności, który doprowadził do tego że prawa do układu scalonego 8008 (pierwotnie oznaczonego cyfrą 1201) trafiły do Intela zmienił cały świat. Układ scalony 1201, zaprojektowany na zlecenie i zgodnie z wytycznymi firmy Computer Terminal Corporation został wyprodukowany przez Texas Instruments na podstawie schematów przedstawionych przez Intela. Zawierał jednak błędy, co sprawiło że ostatecznie Datapoint 2200 otrzymał logikę zbudowaną na bazie układów TTL, natomiast Intel zamiast obiecanego wynagrodzenia - zdobył prawa do wykorzystania technologii opracowanej dla CTC. Tak narodził się 8-bitowy Intel 8008.

PureRetro: 35 lat IBM XT - 4,77 MHz, 128 KB RAM i 10 MB HDD

Terminal Datapoint 2200, grafika koncepcyjna, foto: The Computer Museum of America

Za komercyjną wersję Intela 8008 (3500 tranzystorów, proces technologiczny 10 mikrometrów, zegar 500 kHz) trzeba było w 1972 roku zapłacić 120 dolarów. To właśnie ten układ scalony stał się bazą dla późniejszych modeli procesorów x86, jednak nie jest on w pełni kompatybilny na poziomie kodu maszynowego z późniejszymi 8086. Zanim jednak ujrzeliśmy 8 czerwca 1978 roku Intela 8086 (wycenionego na niecałe 90 dolarów), cztery lata wcześniej Intel wypuścił na rynek procesor oznaczony liczbą 8080 (4500 tranzystorów, proces technologiczny 6 mikrometrów, zegar 2-4 MHz). To 8-bitowy układ scalony opracowany na bazie 8008 przez Federico Faigina, Masatoshi Shimę i Stana Mazora. Adresował do 64 KB RAM, oferował m.in. opcję składowana danych na zewnętrznym stosie w RAM, stał się też bazą dla wielu ówczesnych komputerów: Altaira 8800, IMSAI 8080 oraz CompuColor II.

PureRetro: Pierwsza polska konsola do gier skończyła 40 lat

Altair 8800, foto: Michael Holley

Intel 8080 był też jednym z pierwszych układów scalonych kopiowanych, m.in. przez AMD (jako układ 9080A) oraz inne przedsiębiorstwa, na przykład Naukowo Produkcyjne Centrum Półprzewodników CEMI (układ MCY7880, stosowany m.in. w polskich mikrokomputerach Elwro 500, Elwro 600 oraz MK 45). Rosjanie również produkowali swoje klony 8080 w fabrykach Electropirbor i Qvazar. Kopia układu 8080 w wydaniu AMD powstała na bazie analizy konstrukcji Intela w 1975 roku. Dopiero umowa pomiędzy Intelem i AMD, zawarta w 1976 roku, umożliwiła oficjalną produkcję procesorów 8080 przez Advanced Micro Devices.

PureRetro: minęło 25 lat od premiery pierwszego smartfona

Układ MCY7880 - polska kopia Intela 8080, zarazem jedyny produkowany w Polsce w latach 80. procesor

W tym czasie AMD dysponował już innym, ciekawym rozwiązaniem: to modułowa architekturą bit-slice, którą zapoczątkował 4-bitowy procesor Am2901. Stał się on później bazą dla automatów arcade Atari – m.in. maszyn z grafiką wektorową (Tempest, Battlezone, Red Baron) i I, Robot, pozornie przeciętnej gry, ale zasługującej na uwagę z jednego powodu: na ekranie w 1984 roku można było zobaczyć wypełniane wielokąty. Głównym procesorem w I, Robot była Motorola 6809, za grafikę odpowiadały cztery układy Am2901, dźwięk rozpoznaliby posiadacze komputerów Atari - to cztery układy POKEY). Na ekranie o pionowej orientacji (256x232 piksele) takie wyposażenie umożliwiło płynne wyświetlenie do 2000 wypełnianych wielokątów.

PureRetro: upłynęło 46 lat od premiery procesora Intel 4004

I, Robot - gra arcade z wypełnianą grafiką wektorową z 1984 roku, w której wykorzystano cztery procesory AMD Am2901 w roli układów odpowiedzialnych za przetwarzanie grafiki

W 1975 roku wielką nadzieją Intela był produkt z zupełnie innej rodziny – 32-bitowy układ 8800, znany też pod nazwą iAPX 432 (od Intel Advanced Performance Architecture), implementujący na poziomie mikrokodu procesora wielozadaniowość i wsparcie dla języków wysokiego poziomu (podstawę stanowiła ADA, w której napisano system operacyjny iMAX 432 dla 8800). Intel w materiałach marketingowych 8800 nazywał swój procesor mikromainframe’em – nawiązując do wydajności i możliwości układu, porównywalnych jedynie z ówczesnymi mainframe’ami. W tym okresie z Intela odchodzi jednak grupa najważniejszych inżynierów: Federico Faggin, Ralph Ungermann oraz Masatoshi Shima, którzy zakładają w 1974 roku konkurencyjną firmę Zilog. Tak, to ten sam Zilog, który rozpętał na świecie modę na Z80.

PureRetro: 34 lata temu Bill Gates pokazał światu Windows 1.0

Zilog wyprodukował w 1976 roku układ Z80 (8500 tranzystorów), bazujący na architekturze 8080. Procesor Ziloga był jednak tańszy, zgodny na poziomie kodu z 8080, bardziej wydajny, przez co błyskawiczne zyskał popularność, stając się stałym elementem konstrukcji ZX81, ZX Spectrum, Amstrada CPC, komputerów zgodnych ze standardem MSX i podstawą dla systemów CP/M. Z80 siedzi także w automatach z Pac-Manem, zarządza Segą Master System, Game Gearem, a Nintendo Game Boyem doczekał się zaskakującej hybrydy 8080 i Z80 opracowanej przez Sharpa (samych Game Boyów jest na świecie ponad 100 milionów). Podobnie jak układ 8080 doczekał się wielu nieoficjalnych klonów, które stały się bazą dla konstrukcji radzieckich klonów ZX Spectrum. Procesory i mikrokontrolery zbudowane na bazie Z80 są produkowane do dziś.

PureRetro: ZX Spectrum i emulatory, które same przechodzą gry

Za sukcesem najlepiej rozpoznawalnego symbolu na rynku procesorów, x86, stoi Stephen Morse, inżynier oprogramowania który zwrócił uwagę Intela na błędy w konstrukcji układów 8800. Po raz pierwszy, do pracy nad układem zatrudniono inżyniera od software’u, powierzając projekt w ręce zespołu złożonego ze Stephena Morse’a, Billa Pohlmana, Jima McKevitta i Bruce’a Ravenela. Cel postawiony przed nimi był jeden: opracować do połowy 1978 roku układ zgodny z 8080, który będzie w stanie zaadresować 128 KB RAM. Docelowo miał to być znacznie bardziej innowacyjny układ od Intela 8085 z 1976 roku, w którym zmodyfikowano jedynie zasilanie, dodano kilka instrukcji oraz port I/O, a także poprawiono wydajność poprzez podniesienie taktowania zegarów. Właściwie 8086 miał wypełnić na rynku lukę, która powstała w wyniku opóźnień w pracach nad układem 8800 (wspomnianym wcześniej, 32-bitowym iAPX 432).

PureRetro: Zbiór 100 godzin syntetycznej muzyki z Commodore 64

Intel 8086 stał się pierwszym elementem rodziny x86 oraz pierwszym 16-bitowym procesorem Intela z 20-bitową szyną adresową. Ze względu na 16-bitowe rejestry indeksowe, umożliwiające adresowanie do 64 KB pamięci RAM wykorzystano dodatkowe rejestry segmentowe, co umożliwiło wykorzystanie przestrzeni adresowej 1 MB, podzielonej na 64-kilobajtowe segmenty. Układ scalony, złożony z 29 000 tranzystorów, wykonany w 3-mikrometrowym procesie technologicznym, był początkiem serii sukcesów Intela na polu mikrokomputerów.

PureRetro: 25 lat Intel Pentium - pierwszego superskalarnego CISC-a

Początkowo nic nie wskazywało na to, że nowy procesor Intela będzie miał jakiekolwiek szanse w starciu z MOS Technology 6502 (który zdobył rynek niską ceną, wynoszącą 25 dolarów, za 245 dolarów można było zdobyć kompletny komputer do samodzielnego montażu, nazwany KIM-1), panoszącą się w komputerach i automatach do gier Motorolą 6800, i Zilogiem Z80, którego płynął na fali popularności systemy operacyjnego CP/M. Warto zaznaczyć, że w tym samym czasie świat poznał już superkomputery - na amerykańskim rynku w 1976 roku na rynku zadebiutował Cray 1. W czasie, gdy Steve Jobs i Steve Woźniak konstruują w garażu pierwszego Apple’a z 6502 na pokładzie, Commodore buduje kompletne maszyny do pracy i nauki (PET, również z MOS 6502), Tandy Radio Shack tworzy w USA nowy standard tanich maszyn z Z80 na pokładzie, a Paul Allen i Bill Gates zakładają firmę Microsoft, Intel musiał wyszukać solidnego partnera, który jednocześnie otworzyłby rynek zbytu dla nowych procesorów 8086.

PureRetro: Sega Dreamcast - smutna historia świetnej konsoli

KIM-1 - komputer do samodzielnego montażu sprzedawany w połowie lat 70. przez MOS Technology, wyposażony w procesor 6502, klawiaturę, pamięć oraz wyświetlacz LCD

Pod koniec lat 70. rzeczywiście zawiązała się współpraca pomiędzy dwoma dobrze znanymi, amerykańskimi korporacjami: Intelem i IBM. To właśnie w IBM 5150 debiutował układ 8088, okrojona edycja Intela 8086 z 8-bitową szyną danych. Do współpracy pomiędzy IBM a Intelem doszło jednak już wcześniej, przy okazji tworzenia komputera IBM System/23 Datamaster, w którym wykorzystano układ Intel 8085. Datamaster był jednak potężną, kosztowną maszyną biurową (zestaw z drukarką w 1981 roku kosztował 9800 dolarów), a IBM znalazł się w niekomfortowej pozycji producenta minikomputerów, w świecie mikrokomputerów. Próbując ugryźć kawałek tortu, którego kawałki zjadło już Tandy, Atari, Commodore i Apple, IBM poszukiwał solidnego, wiarygodnego partnera, który umożliwiłby opracowanie względnie taniego, komputera osobistego. Ze względu na konieczność zapewnienia dostaw procesorów, IBM wymagał dodatkowego źródła zaopatrzenia. W ten sposób doszło do umowy o wymianie technologicznej pomiędzy Intelem a AMD. Pod koniec 1981 roku narodził się IBM 5150 – pierwszy osobisty komputer IBM-a, poprzednik wprowadzonego na rynek dwa lata później IBM PC XT/IBM 5560 (również z procesorem Intel 8088).

PureRetro: Historia Commodore 64, czyli 8-bitowej legendy

IBM System/23 Datamaster - pierwsza maszyna IBM z procesorem Intela

Architektura x86, której korzenie sięgają technologii opracowanej w związku z zamówieniem Computer Terminal Corporation i procesorów 8008 (1972 rok) swoją długą drogę do dzisiejszych pojedynków na wielordzeniowe procesory rozpoczęła 8 czerwca 1978 roku. Upłynęło 40 lat. Od tego momentu układ oznaczony symbolem 8086 doczekał się kilku rozszerzeń zestawu instrukcji. Pierwszą poważną zmianą było wprowadzenie rozkazów 32-bitowych wraz z 80386 w 1985 roku (oraz wstrzymanie współpracy z AMD w zakresie wymiany technologicznej). 1993 stoi pod symbolem superskalarnych procesorów Pentium i rozszerzenia MMX. Epokę 64-bitów sygnuje za to AMD Opteron z 2009 roku, bazujący na jądrze AMD K8.

PureRetro: Historia Pegasusa, pirackiej wersji Nintendo NES

Ścieżka technologiczna x86, której popularność zawdzięczamy w znacznym stopniu Computer Terminal Corporation, nagłym zwrotom akcji (inżynierowie Intela zakładający Ziloga, opóźnienia w projekcie 8800), zastosowaniu procesorów 8088 w IBM 5150 i późniejszych modelach oraz decyzji IBM dotyczącej upublicznienia technologii PC, mogła przecież przebiegać zupełnie inaczej. Warto pamiętać o roli Ziloga, który przez wiele lat rozwijał 16-bitowe edycje Z80 (Z800X). Również Western Design Center, bazując na rdzeniu 6502, stworzył 16-bitowe edycje popularnego procesora oznaczone symbolem 65816. Co się stało z Intelem 8800? Po nieudanej próbie stworzenia swojego pierwszego 32-bitowego procesora, amerykańska korporacja poświęciła wiele środków na projekty RISC-ów – to m.in. układy 80960 i 80860. Podobną drogą podążało AMD, tworząc serię procesorów 29000, 29040, 29040 oraz 29050.

PureRetro: Amiga 1200 skończyła 25 lat! Przypominamy jej historię

Architektura x86 stała się nieodzownym elementem naszego życia. Z horyzontu zniknęły obiecujące konstrukcje Motoroli, Z80 i 6502 stały się składową komputerów jednoukładowych (do dziś można znaleźć rozwiązana bazujące na tej technologii), zmysły elektroników-pasjonatów pochłaniają konstrukcje oparte na Arduino i Raspberry Pi, albo wymienna logika osadzona wewnątrz Cyclone FPGA (Intel). Nawet jeśli nasz współczesny świat w znacznej mierze składa się z elektroniki bazującej na architekturze ARM, która powoli zdobywa niedostępne jeszcze do niedawna obszary, takie jak notebooki to nasze cyfrowe życie wciąż przetwarzane jest gdzieś w chmurze obliczeniowej, w której dominują rozwiązania wykorzystujące Intel Xeon, a większość współczesnych gier bez x86 nie zadziała. U podstaw tej technologii tkwi 40-letnia architektura x86. Warto pamiętać, że ma ona wiele wspólnego z Zilogiem Z80.

PureRetro: 35 lat przetykania rur z braćmi Mario i Luigim

Zilog Z80, 8500 tranzystorów