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Die frühen Intel Prozessoren

Intel ist dank des 1978 eingeführten 8086 Prozessors heute der größte Anbieter von PC Prozessoren. Die Wahl IBMs für diesen Chip ermöglichte Intel erst das Wachstum zu einer so riesigen Firma. Doch dies war nicht immer so. Vor 1980 war der Mikroprozessor nur ein Produkt von vielen das Intel herstellte und die Firma selbst lange nicht so bedeutend wie heute. Dieser Artikel beleuchtet die Geschichte der ersten Intel Mikroprozessoren

Intel vor dem Mikroprozessor

Intel wurde im Jahre 1968 von den ehemaligen Fairchild Managern Robert Noyce und Gordon Moore. Noyce war zwei Jahrzehnte lang Geschäftsführer von Fairchild Semiconductors und Gordon Moor der Entwicklungschef der Firma. Beide gelten als Väter der integrierten Schaltung, die zwar von Jack Kilby bei Texas Instruments erfunden wurde, aber von Fairchild zur Marktreife gebracht wurde. Mitte der sechziger Jahre wechselte aber das Management bei Fairchild und mehr und mehr bestimmten nun kurzfristige Entwicklungen um schnell Kasse zu machen die Produktpalette. Es kam dazu, dass Führungskräfte Fairchild verließen und darunter auch Gordon Moore und Robert Noyce.

Am 16.7.1968 gründeten die beiden Intel. Das Geld dazu bekamen Sie durch ihren Ruf in der Branche innerhalb von einem Nachmittag von Risikokapitalgebern. Der Name Intel war gewählt als Abkürzung für "Integrated Electronics" und sollte klar machen, dass die Firma integrierte Schaltungen herstellen wollte. Noyce und Moore wollten sich auf die Entwicklung konzentrieren und engagierten als Manager Andy Grove. Ziel der Firma war es ein starker Zulieferer für die Industrie zu werden, nicht jedoch an Endkunden zu liefern.

Das erste Produkt welches Intel entwickelte waren Halbleiterspeicher. Damals wurden integrierte Schaltungen schon in Rechnern eingesetzt. Doch der Speicher bestand aus Magnetkernspeichern. Winzigen Eisenringen auf einem Drahtgeflecht, die durch Strom magnetisiert wurden. Intel verfolgte 3 Entwicklungslinien : Multichip Module, bipolare Speicher und statische RAM. Die Entwicklung der Multichipmodule wurde bald abgebrochen. Die Bipolarserie zur Marktreife geführt. Allerdings gab es hier auch andere Firmen, welche diese Speicher herstellten. Erfolgreich wurde die Firma dann durch das Statische RAM, das Intel 1101. Es erschien 1969 und hatte eine Kapazität von 1024 Bit. Sehr bald folgte dem das erste dynamische RAM, das Intel 1103, welches in der Herstellung viel preiswerter als das statische RAM war. Einige Jahre später, etwa zur gleichen Zeit, als der Intel 4004 erschien, brachte Intel das erste EPROM heraus. Dieses entstand als "Abfallprodukt" bei der Untersuchung warum verschiedene Chips immer wieder ausfielen. Man entdeckte, dass der Effekt der dafür verantwortlich war einen neuen Speichertyp möglich machte. Das EPROM entwickelte sich zur Cash-Cow von Intel, denn es gab zuerst keine Konkurrenz und es war sehr gefragt, da man so den Entwicklungsprozess enorm beschleunigen konnte.

Intel war bis Ende der siebziger Jahre vor allem eine Firma die Speicher herstellte : DRAM, EPROM und Speichermodule. Die Mikroprozessorssparte hatte einen kleinen Anteil am Gesamtumsatz. Dies änderte sich erst durch den Eintritt der Japaner in den RAM Markt. Diese produzierten RAM Bausteine billiger als die US Konkurrenz. Erst dann begann sich Intel auf das Mikroprozessorgeschäft zu konzentrieren.

Intel 4004 / 4040

Intel 4004Die Geschichte des Intel 4004 ist legendär. Intel kam durch Zufall zu dem Chip. Die japanische Firma Nippon Calculating Maschines Corporation beauftragte Intel mit dem Entwurf von 8 Schaltungen für eine Tischrechnerserie. Diese sollte unter der Marke "Busicom" vertrieben werden. Ted Hoff, Intel Mitarbeiter der ersten Stunde fand den Vorschlag von Busicom sehr aufwendig. Er reduzierte ihn auf 4 Chips, nämlich einen Festwertspeicher (ROM), einem Speicher für Ergebnisse, einer Recheneinheit und einem Ein/Ausgabebaustein. Ted Hoff erinnert sich: "Ich hatte komplette FORTRAN Programme auf einem PDP-8 Rechner von Digital laufen lassen. Dabei war die Zentraleinheit der PDP-8 erheblich simpler aufgebaut als die Busicom Rechenmaschine. Der Rechner bezog seine ganze Komplexizität aus dem Speicher. Die Raffinesse lag nicht in verlöteten Logikschaltkreisen, sondern im Programm.".

Die zweite wichtige Figur bei dem entwarf des 4004 war Federico Faggin. Der italienische Einwanderer wechselte von Fairchild, wo sich das Betriebsklima laufend verschlechterte und seine Entwicklungen nicht mehr aus dem Labor herauskamen zu Intel. Als er im April 1970 anfing hatte Ted Hoff, das Konzept fertig gestellt, doch dann das ganze aufs Eis gelegt, weil er an dem DRAM weiter arbeiten musste. Einen Tag später war der Besuch von Matasoshi Shima angekündigt, Techniker von Busicom. Schließlich wurden Intel 100.000 Dollar Vorschuss gezahlt und man wollte sehen wie weit die Entwicklung gediehen war. Doch es gab nichts neues zu besichtigen. Das begriff Shima schnell: "Sie alle schlecht. War versprochen ! Sie gesagt Design fertig. Aber Design gar nicht fertig! Nichts da! Ich kommen zu prüfen, aber nichts da zu prüfen!". Faggin erklärte ihm, dass er erst sein einem Tag für das Projekt verantwortlich war und versprach ihm alles zu tun, damit die Chips baldmöglichst fertig wurden. Das gelang ihm auch. Innerhalb von 3 Monaten stellte er zusammen mit dem Ingenieur Mazor das Design der 4 Chips fertig. Das Design sah zunächst folgende Bausteine vor:

Die CPU adressierte ROM und RAM separat. Das ROM konnte maximal 4 Kilobyte groß sein, das RAM nur 640 Byte. Das RAM wurde wie die I/O Ports angesprochen. Als Besonderheit konnten bedingte Sprünge nur im ROM innerhalb von 256 Bytes durchgeführt werden, unbedingte dagegen auch im RAM. Der Stack war fest in der CPU implementiert. Dazu dienten 3 Register zu je 12 Bit Breite. Es gab noch keinen Stackpointer. Die CPU war von den 4 Bausteinen der bei weitem komplexeste.

Intel 4004Für die Ein/Ausgabe gab es 16 I/O Ports von je 4 Bit Breite. Die Register umfassten den Programmzähler von 12 Bit Breite, den Akkumulator von 4 Bit Breite und 16 Indexregister von je 4 Bit Breite, die auch als Paare von 8 Bit zusammengefasst wurden. Die 46 Befehle umfassten Instruktionen um Daten zu bewegen (Adressierungsarten : Register direkt, Speicher direkt, Speicher über Indexregister (nur im ROM), Werte direkt), Addieren, Subtrahieren, Inkrement, Dekrement, Rotieren, Sprünge bedingt und unbedingt und Unterprogrammaufruf, Schreiben/Lesen von Ports, Carry Flag Einbeziehen bei Operationen und BCD Normierung. Die Befehle hatten eine Länge von 1 oder 2 Bytes.

Inzwischen war aber die Konkurrenzsituation schlimmer geworden und in Japan kam man zu dem Schluss, dass sich die Busicom Maschine nicht rentierte, wenn man Intel 100.000 Dollar zahlte. Da Intel im Zeitverzug war bestand man auf einer Rückzahlung eines Teilbetrags. Robert Noyce war von Hoff und Faggin über die Entwicklung verständigt worden und erkannte das Potential des neuen Chips: Durch einfache Änderung des Programms konnte dieser woanders eingesetzt werden, ohne dass man neue Logikbausteine entwickeln musste. Man bot eine Rückzahlung von 60000 Dollar an unter der Bedingung, dass man den Chip selbst produzieren oder das Design an andere Kunden verkaufen könnte. Japan willigte zu unter der Bedingung, dass es nicht an andere Rechenmaschinenhersteller ging. Der Intel 4004 erschien im November 1971. Die meiste Zeit seit dem Auftrag von Busicom im Jahre 1971 hatte man aber nicht an dem Chip gearbeitet.

Technisch gesehen war der Intel 4004 ein einfacher Chip. Intels Vertriebspartner bekamen ihn bei ihren Abnehmern für Speicher nicht los. Die Hersteller von Computern bauten Zentraleinheiten mit 16, 24 oder 32 Bit Breite, Speichergrößen von einigen Hundert Kilobyte bis einigen Megabyte und Rechengeschwindigkeiten von Millionen Instruktionen pro Sekunde. Da war ein 4 Bit Chip mit einem Speicher von 4 KByte und 60.000 Instruktionen pro Sekunde nicht mehr als ein Spielzeug. Doch man fand kleinere Firmen, die den 4004 einsetzten für einfache Steuerungen : In Münzwechsler, Registrierkassen, Blutdruckmessgeräten, Waagen, Mikrowellenherde. Alles was etwas Intelligenz brauchte, aber nicht hochkomplex war, konnte diesen Chip einsetzen.

Außerdem gab es Anschlussaufträge. Jeder Prozessor brauchte noch mindestens ein ROM, ein RAM und einen Ein/Ausgabebaustein. Dies war wohl der Grund warum Intel den Chip weiter entwickelte. Der Intel 4004 wurde in PMOS Technologie hergestellt. Über die Taktfrequenz gibt es widersprüchliche Angaben. Eine Computerzeitschrift die noch von den achtziger Jahren habe spricht von 740 kHz, Intel von 200 KHz. und die Wikipedia von 108 KHz. Die Datenbusbreite betrug 4 Bits (d.h. er konnte nur Zahl von 0 bis 15 in einem Schritt verarbeiten) und die Adressbusbreite 12 Bits. Dadurch konnte er insgesamt 4 KByte RAM/ROM adressieren. Er leistete nur 60000 Befehle pro Sekunde und verfügte über 46 Befehle. Der Prozessor hatte 16 Register mit 4 Bit (oder 8 mit 8 Bit) sowie einen CALL- und RET- Befehl für Unterprogrammaufrufe, mit einem Stack (Stapel) von bis zu vier Rücksprungadressen.. Der Chip konnte eigentlich nur rechnen : Man hatte auf der CPU neben den Registern lediglich noch einen Addierer und einen Stapelspeicher untergebracht.

Die Chipfläche betrug nur 1/8 x 1/6 Zoll - selbst bei den kleineren 2 Zoll Wafern dieser Zeit erhielt man so eine enorme Ausbeute. Dabei wurde der Chip noch in Strukturbreiten von 10 Mikrometern und der langsamen PMOS Technologie realisiert. Der Intel 4004 hatte nur 2250 Transistoren.

Intel 4004

Intel 4040Um dem Chip mehr Anwendungsgebiete zu erschließen wurde im Herbst 1974 eine verbesserte Version, der Intel 4040 herausgebracht. Er verfügte über 16 weitere Befehle (insgesamt 60) und war internetfähig der Programmspeicher auf 8 KByte verdoppelt und die Anzahl der 4-Bit-Register von 16 auf 24 erhöht. Der interne Stack für den Aufruf von Unterprogrammen wurde auf 7 Einträge erweitert. Der Intel 4040 hatten auch 24 Anschlusspins um das Multiplexen von Daten und Adressbus zu verhindern. Um die Architektur weitgehend zu erhalten wurde der Speicher in zwei Bänken von je 4 KB angesprochen zwischen denen umgeschaltet wurde. Dasselbe galt für die neuen 8 Register. Die neuen Befehle erlaubten den Interruptbetrieb und erstmals logische UND ODER Operatoren. Zum Debuggen konnte man die CPU auch in einen STOP Mode versetzen, bei dem sie nach jedem Maschinenbefehl anhielt.

Von beiden Mustern verkaufte Intel etwa 100,000 Prozessoren mit einem durchschnittlichen Verkaufspreis von 200 Dollar. Es lohnte sich also die Rechte zurückzukaufen. Trotzdem waren andere im 4 Bit Markt erfolgreicher. Texas Instruments kam 1972 dazu und wurde bald zum Marktführer. Zum einen weil man die Prozessoren selbst in eigenen Produkten (Taschen- und Tischrechnern) einsetzte, zum anderen weil man den Mikrocontroller entwickelte : Einen auf Basis des 4 Bit Mikroprozessors TMS 1000 entwickelten Chip, der die bei Intel separat erforderlichen Bausteine RAM, ROM und I/O Controller) integrierte.

Der Intel 4004 wurde bis zur zweiten Jahreshälfte 1976 produziert. Seine Taktfrequenz wurde bis auf 740 kHz gesteigert. Maximal 92000 Instruktionen pro Sekunde konnte er abarbeiten. Der mit 3000 Transistoren etwas größere 4040 wurde bis ins Jahr 1980 produziert. Er lief wie der 4040 mit 740 kHz und wurde ebenfalls in 10 Mikrometer PMOS Technologie hergestellt.

Intel 8008

Intel 8008BAnders als Intel es gerne selbst sehen würde, war die Fortentwicklung des 4004 nicht ein Unternehmensziel. Anders als heute entwickelte man nicht den Chip weiter und schuf so den 8 Bit Mikroprozessor. Auch der ersten 8 Bit Mikroprozessor der Intel 8008 war eine Auftragsarbeit. Die Firma Computer Terminals Corporation wollte einen Chip, den sie in ihre Terminals einbauen konnte und der diese steuerte. Ein Terminal ist ein Gerät bestehend aus einem Monitor und einer Tastatur. Die Tastatur speichert die Eingaben des Anwenders und sendet diese über eine Netzwerkverbindung an einen Großrechner sobald der Anwender die Eingabetaste drückt. Der Großrechner schließlich sendet die Ausgabe des Bildschirms an das Terminals, wobei man für die Cursorpositionierung bestimmte Kontrollsequenzen verwandte. Das Terminal selbst rechnet nichts, aber es hat die Aufgabe die Daten des Anwenders zwischenzuspeichern, Eingaben und Ausgaben auf dem Bildschirm darzustellen und den Bildschirminhalt aufzufrischen.

Da nun Zeichen verarbeitet werden mussten, entschloss man sich für eine Adaption des Intel 4004 Designs auf 8 Bit und nannte dies 8008. So konnte auch jeder die Ähnlichkeit zum 4004 erkennen. Der 8008 hatte zwei weitere Vorteile gegenüber dem 4004. Zum einen war der Speicher nun größer und umfasste nun 16 Kilobyte, und zum anderen waren nun auch logische Vergleiche möglich. Es fehlten dem Chip aber zwei heute wesentliche Eigenschaften: Er hatte keinen Programmzähler, denn man verändern konnte und er hatte keinen Stapelzeiger, so dass man den Stack ins RAM legen konnte. So gab es keine Compiler für diesen Prozessor. Paul Allen und Bill Gates versuchten vergeblich BASIC auf dem 8008 zum Laufen zu bringen. Gary Kildall schaffte es einen Subset von PL/1 zum Laufen zu bringen, jedoch war dann der Speicher ausgeschöpft. Weiterhin war der Prozessor trotz einer höheren Taktgeschwindigkeit von 500 und 800 kHz langsamer als der 4004 (In Bezug auf Instruktionen pro Sekunde). Da er aber 8 Bits auf einmal bearbeiten konnte war die Arbeitsgeschwindigkeit bei 8 Bit Operationen etwa 3-5 mal höher als beim 4004. Bei 500 kHz brauchte der 8008 für die Ausführung einer Instruktion typischerweise 20 Mikrosekunden. Instruktionen waren 1-3 Bytes lang.

Wie bei dem 4004 wurde Intel jedoch nicht rechtzeitig mit dem Chip fertig, so dass man die gleiche Strategie anwandte. Man kaufte das Design von CTC zurück. CTC war auch mit dem 8008 nicht zufrieden, da er sehr viele zusätzliche Bausteine zum dekodieren der Bussignale erforderte (Minimum 20 TTL IC's) und als zu langsam erachtet wurde. Intel verkaufte Entwicklungssysteme für den 8008 unter der Bezeichnung "Intellec 8" für 5000 USD und hoffte so auf weitere Verkäufe in Form von RAM, ROM und EPROMS. Der Prozessor selbst wurde für 360 Dollar vertrieben, in Anlehnung an den Verkaufsschlager von IBM, das System/360.

I8008Der Vergleich mit dem Intel 4004 zeigt, dass er ein von 4 auf 8 Bit übertragenes Konzept war. So stieg z.B. die Zahl der Anschlüsse nur von 16 auf 18, trotz des verdoppelten Datenbusses. Wie der Intel 4004 wurde er in 10 Mikrometer PMOS Technologie hergestellt. Der Adressraum betrug 16 Kilobyte, mit max. 80.000 Instruktionen pro Sekunde war er auch nur wenig schneller als der 4004. Das lag daran, dass man so wenige Anschlüsse hatte. Obgleich der Prozessor mehr Daten auf einmal transferierte und der Adressbus größer war, gab es nur 2 neue Anschlüsse. Man musste den Adress-, Daten- und Steuerbus multiplexen, d.h. über ein und dieselben Anschlüsse wurden Daten, Adressen und Steuersignale übermittelt. Daher erforderte der 8008 auch so viele Peripheriebausteine. Sie mussten erkennen welche Daten gerade über den Bus kamen und diese dann entweder an die Datenleistungen zum Speicher oder Adressleistungen legen oder sie zu Ein/Ausgabebausteinen schicken.

Er war jedoch nicht softwarekompatibel und auch kein Nachfolger des 4004, sondern ein 8 Bit Prozessor, der zeitgleich mit dem 4004 entwickelt wurde und zwar einige Verbesserungen hatte, bei dem aber noch viele Mängel des 4004 beibehalten wurden. Sein Befehlssatz war sehr unflexibel und seine Interrupt-Möglichkeiten rudimentär, da es keine Möglichkeit gab, seinen internen Zustand vollständig zu sichern, wie das bei einer sinnvollen Interruptbehandlung eigentlich unabdingbar ist. Außerdem besaß er noch einen CPU-internen Return-Stack von 7 Registern, der durch den Befehlssatz nicht unmittelbar zugreifbar war. Neu war dagegen, dass man die beim 4004 noch vorhandene Trennung von Programm- und Datenspeicher aufgab. Der Speicher von 16 K konnte frei in ROM und RAM aufgeteilt werden. Neu waren auch die Restart (RST) Anweisungen die es erlaubten mit nur einem Befehl an 8 Adressen in den ersten 64 Byte des Speichers zu springen. Diese erweisen sich ideal um dort Sprünge in wichtige Routinen unterzubringen.

Daten hatten eine Größe von 8 und 16 Bit. Waren die Daten Adressen (z.B. bei CALL) so wurden die obersten 2 Bits ignoriert. Es gab 24 Ausgabeports und 8 Eingabeports. Die Register unterteilten sich in den Programmzähler PC, den Akkumulator A, die Register B,C,D,E zum Speichern von Werte und den Registern H und L die zusammengefasst als HL Register auf den Speicher zugreifen konnten (indirekte Adressierung). Das Flagregister kannte nun nicht nur das Carry Bit (wie beim 4004/4040) sondern auch die Flags Zero, Parity und Sign. Die Befehle umfassten Instruktionen für Arithmetik (Addieren, subtrahieren, Inkrement, Dekrement), Logik (UND, OR, XOR, Vergleich, Rotieren), Verzweigungen (Sprung bedingt, unbedingt, Call, Return, Restart), I/O und Halt. Die Adressierungsmodi umfassten die direkte Registeradressierung, die indirekte Registeradressierung und das unmittelbare Laden von Werten.

Der 8008 sollte als Terminalkontroller für das Datapoint 2200 von CTC verwendet werden. Intel fand nach dem Abspringen von CTC andere Kunden die den Chip als Terminalkontroller nutzten. Er verwendete je nach Quelle zwischen 3300 und 3500 Transistoren. Über die Taktfrequenz gibt es verschiedene Angaben. Der Autor fand Daten von 200 kHz, 500 KHz. , 800 KHz. und 1300 kHz. Die Angabe einer maximalen Rechenleistung von 80.000 Befehlen/sec lässt beim Vergleich mit dem 8080 eine Taktfrequenz von 800 kHz als den wahrscheinlichsten Wert erscheinen.. Sowohl Bill Gates wie auch Gary Kildall - Softwarepioniere der frühen Tage schrieben die ersten Programme für den 8008. Allerdings: wegen der hohen Chippreise von Intel konnten sich beide kein 8008 System leisten und programmierten Tiny-BASIC und CP/M auf PDP-8 Rechnern in ihrer Uni, die einen 8008 emulierten... Im Markt hatte er noch zu wenig Chancen, vor allem weil man mit 16 K Adressbereich wenig anspruchsvolles machen konnte, er sehr viele Zusatzchips brauchte und recht langsam war. Dafür war der 8008 sehr schnell nach dem 4004 verfügbar. Er erschien schon im April 1972.

Der 8008 führte die 8 Register B,C,D,E,H und L und den Akkumulator A ein, die es auch bei seinem Nachfolger 8080 gab, dort allerdings mit der Möglichkeit diese zu 16 Bit Register zu kombinieren. Die Registerzahl halbierte sich so von 14 beim 4004 auf 7, im Prinzip hat man also die 14 x 4 Bit Register zu 7 x 8 Bit zusammengefasst. Insgesamt 50 Befehle (andere Quellen 48) standen zur Verfügung. Erstaunlicherweise hat die DDR diesen Baustein als er schon längst veraltet und nicht mehr verfügbar war, im Jahre 1977 unter der Bezeichnung U808D nachgebaut. Allerdings verwandte die DDR neben dem 18 poligen auch ein 24 poliges Gehäuse. Es gibt zwei Versionen den 8008 mit 500 kHz Taktfrequenz und 8008-1 mit 800 kHz Taktfrequenz. Siemens und Microsystems fertigten den Prozessor als Second Source.

Intel 8080 (April 1974) (2-3.125 MHz)

Intel 8080Federico Faggin wurde bald nach der Einführung des 8008 bei seinem Chef Les Valdez vorstellig mit der Bitte den 8008 in NMOS Technologie herstellen zu können. Diese Technologie arbeitete anders als die PMOS Technologie mit negativen Spannungen. Dies hatte zwei Vorteile. Zum einen waren die Ladungsträger im Chip nun Elektronen und nicht Atome mit Elektronendefizit (so genannte "Löcher") und man kam mit geringeren Spannungen zum Schalten aus. (5 anstatt 12 Volt). Der Chip wäre dazu ohne Änderungen doppelt so schnell wie in PMOS Technologie. Doch erst nach 9 Monaten bekam Faggin die Erlaubnis dazu.

Da man für einen neuen Prozess neue Masken benötigte beschloss Faggin zusammen mit Shimo, der von Busicom zu Intel gewechselt war auch den Prozessor zu verbessern. Ein neues Keramikgehäuse erlaubte es nun 40 Pins anzuschließen anstatt wie bisher 16 oder 18. So konnte man Datenbus und Adressbus trennen, dies steigerte die Geschwindigkeit erheblich. Weiterhin brauchte man nun nicht mehr so viele TTL Bausteine um die Signale der mehrfach belegten Pins zu dekodieren.

Man überlegte nun auch einen neuen Befehlssatz mit mehr Möglichkeiten. Dazu gehörten nun der Programmzeiger mit den Möglichkeiten in direkt zu manipulieren, bedingte Sprünge und Unterprogramme. Der Stapelspeicher war nun im RAM untergebracht und wurde über den Stackpointer verwaltet. Man hatte nun 256 Opcodes verfügbar und machte davon Gebrauch indem man zwei Spezialregister verwandte. Die meisten Rechnungen liefen über den Akkumulator und das HL Register konnte auf den Speicher indirekt zugreifen. Neu war auch die Möglichkeit die Register B und C, D und E und H und L jeweils für Rechnungen als ein 16 Bit Register nutzen zu können. Der 8080 erschien zuerst nicht in NMOS. Intel wollte zuerst wegen der Komptabilität ihn in PMOS herstellen, erst 1976 erschien der 8080A in NMOS Technologie. Dies erlaubte es die Transistorenzahl von 4500 auf 4000 zu senken, während man den Takt von 2.5 MHz auf 3 MHz steigern konnte. Mit 56 Befehlen erreichte der 8080 eine Geschwindigkeit von 250.000 Befehlen pro Sekunde und war so 3 mal schneller als sein Vorgänger.

Neu war unter anderem :

Der 8080 hatte zwar einige Marotten (wie die Spezialisierung von Registern, nur einen Interruptmodus, die Forderung nach 3 Betriebsspannungen und die Forderung nach einem separaten Taktgenerator), aber er war anders als der 8008 ein vom Befehlssatz vollwertiger 8 Bit Prozessor. Man brauchte allerdings noch mindestens zwei weitere Bausteine neben RAM und ROM für ein System : Den Taktgenerator Intel 8224 und den Buscontroller 8228 (wegen des Vermischen von Datenbus und I/O Bus).

Der 8080 steckte in vielen der ersten PCs, weil er der erste 8 Bit Prozessor war. Er erschien schon im April 1974. Ein Beispiel dafür ist der Altair 8800. Intel war damit bis 1976 marktbeherrschend, obwohl wenige Monate nach dem 8080 Prozessor die erste Konkurrenz in Gestalt des Motorola MC 6800 erschien. Diese nahm dann Intel Marktanteile weg. Zwar konnte Motorola zwar den besseren Baustein vorweisen (er wird heute noch als Mikrocontroller verkauft), aber es gab nicht die technische Unterstützung die Intel gewährte und eine breite Produktpalette von Zusatzbausteinen zum Prozessor.

8080Dies änderte sich erst 1976, als der 8080 schon zwei Jahre auf dem Markt war. Es gab zwei neue Konkurrenten. Zum einen hatte die Firma MOSTEK einen Prozessor namens 6502 entworfen: Basierend auf dem 6800 Prozessor von Motorola, aber im Design vereinfacht und daher sehr preiswert in der Herstellung. Bis dahin war der Preis des 8080 nur von 360 auf 175 Dollar gefallen (bei geschätzten 5-50 Dollar Fertigungskosten). MOSTEK bot den 6502 für nur 25 Dollar an. Als Folge reduzierte Intel den Preis des 8080 über Nacht auf 79 Dollar. Der 6502 wurde zum Herz von den damals meistverkauftesten Computern, dem Apple II und dem C64.

Der zweite Konkurrent war bedrohlicher: Nach Fertigstellung des 8080 verließen Shimo und Faggin Intel. Faggin wollte nicht nochmals 9 Monate warten bis er die Chance bekam einen neuen Prozessor zu kreieren. Zudem stieß es ihm übel auf, dass er sich wenn er später als 8 Uhr bei Intel ankam in eine Verspätungsliste eintragen musste, egal ob er nach einem 12 Stunden Tag erst um Mitternacht heimgefahren war. Faggin bekam bald Risikokapital von Exxon und gründete die Firma Zilog. Das erste Produkt: Ein Prozessor der Programme des 8080 verarbeiten konnte aber besser war. In nur 9 Monaten wurde er entwickelt und im März 1976 war er verfügbar.

Faggin hatte genau gehört, was die Kunden an dem 8080 bemängelten. Hardwaretechniker bemängelten, dass der 8080 drei Spannungen brauchte, dazu einen Taktgenerator (Intel 8224), den Buscontroller 8228 und man beim Anschluss der preiswerten dynamischen RAMs eine weitere Schaltung den Buscontroller (Intel 8228) für den Refresh brauchte. Dies integrierte man in den neuen Prozessor, den man Z80 nannte. Er kam so mit 2 Spannungen aus und brauchte keine Zusatzbausteine. Softwaretechniker fanden die Programmierung umständlich, weil der 8080 nur eine Interruptquelle kannte und Ein/Ausgabe über einen Adressbereich geschahen. Zudem war für die Spezialisierung von Registern hinderlich für Compilerbauer. Der Z80 verfügte über 256 Interruptquellen, einem eigenen I/O Bus und man nutzte 10 beim 8080 nicht belegte Opcodes um zum einen 2 neue Register und Befehle einzuführen und zum anderen die Spezialisierung des HL Registers aufzuheben, so dass auch das DE und BC Register die gleichen Möglichkeiten hatten. Man konnte sogar auf einen zweiten Registersatz umschalten und viele Computerbauer nutzten dies indem sie in diesen Registern wichtige Werte hielten und diesen Registersatz für das Betriebssystem sperrten.

Faggins Z80 Prozessor wurde im März 1976 für 200 Dollar angeboten und bald schwammen Intel die Kunden weg. Nahezu alle Computerhersteller schwenkten auf den Z80 Prozessor um. Er steckte im TRS-80, Video Genie, den Sinclair Rechnern und dem Amstrad PC. Im Jahre 1980 war Intel auf den fünften Platz bei den Prozessorherstellern zurückgefallen. Dies lag nicht nur an der Konkurrenz, sondern auch daran, dass sich Intel als Zulieferer von größeren Computerherstellern verstand. So gibt Intel als Einsatzgebiet des 8080 auch an, er habe Verkehrsampeln kontrolliert. Intel nahm die kleinen Firmen die rund um den 8080 Computer bauten nicht ernst. Als Intels Ingenieure einen PC rund um den 8080 bauen wollte fragte Gordon Moore nur "Wozu kann den eine Hausfrau brauchen ?" und da nichts als "Rezepte sammeln" als Antwort kam, war das Thema für Intel erledigt. Zwar bekam jeder von Intel einen 8080 Prozessor, aber technischen Support erhielten nur Großauftragsnehmer. Zilog, Motorola und MOSTEK sahen dies anders und als aus kleinen Garagenfirmen schnell große Unternehmen wurden setzten diese alle keinen 8080 Prozessor ein.

Der Intel 8080 wurde später in NMOS Technologie als 8080A angeboten. Er war verfügbar mit den Taktfrequenzen von 2 MHz (8080), 2.6 MHz (8080-1) und 3.1 MHz (8080-2). Eine Military Version (8080M) konnte im Temperaturbereich von -55 bis +125 Grad Celsius arbeiten.

Intel 8085

Intel 8085Intels Antwort auf den Z80 war der 8085. Er erschien im März 1976 vier Monate vor dem Z80. Intel hatte natürlich erfahren, was seine ehemaligen Mitarbeiter vorhatten. Er war der erste Intel Mikroprozessor in NMOS Technologie. Dadurch sank auch die Forderung nach 3 Versorgungsspannungen. Die 5 im Namen bezog sich auf den Fakt, dass der Prozessor nur eine 5-Volt-Betriebsspannung benötigte. (Intel 8080 : -5V, +5V und +12V). Intel hatte die Mängel des 80achtzigerkannt und zumindest auf Hardwareebene den 8080 nachgebessert. Der 8080 integrierte wie der Z80 den Buscontroller und den Taktgenerator auf dem Prozessor. Die Transistorenzahl stieg so auf 6500 an.

Die Interruptmöglichkeiten wurden verbessert. Neben dem 8080 kompatiblen INTR Befehl gab es nun die 3 Befehle RST5.5, RST 6.5 und RST 7.5, bei welchen der Prozessor zu 3 festegelegten Punkten sprang und die Register rettete. Allerdings konnten auch diese neuen Möglichkeiten nicht mit denen des Z80 mithalten, der auf 256 Interruptquellen (und nicht nur 3) reagieren konnte. Neu war auch die serielle Ausgabe.

Es fehlten die neuen Möglichkeiten des Z80 durch weitere Befehle und Register. Weiterhin integrierte der Z80 auch den Refeshcontroller für die damals schon populären DRAMs. So war der 8085 dem Z80 sowohl von der Programmierung wie auch vom hardwaretechnischen Aufwand unterlegen. Intel konnte mit diesem Chip vor allem im industriellen Bereich bei Steuerungen Boden gut machen, während er bei Computern sehr selten verwendet wurde. Der 8085 findet heute noch Anwendung als Mikrocontroller mit max. 6 MHz Taktfrequenz und befand sich z.B. an Bord des Rovers der Mars Raumsonde Pathfinder.

No TextDie Taktfrequenz lag anfangs bei 3 MHz, wurde dann über 5 MHz auf 6 MHz gesteigert. Es gab spezielle Versionen für den militärischen Einsatz und später gab es Versionen in HMOS Technologie. (8085 AH). Diese reduzierten den Befehlszyklus von 1-3 Mikrosekunden beim 8085 auf 0.8 und später auf 0.67 Mikrosekunden. Der 8085 wurde noch sehr lange bis in die neunziger Jahre gebaut, weil er vor allem in industriellen Steuerungen eingesetzt wurde. Als Intel die Produktion einstellte erweiterten die bisherigen "Second-Source" Produzenten wie z.B. Siemens sogar ihre Produktionskapazitäten.

Der für den 8085 ausbleibende Erfolg führte jedoch zur Entwicklung des 8086, bei dem man das 8080 Design auf 16 Bit adaptierte um die Kunden bei Stange zu halten. Doch die Geschichte der 8086 Architektur ist eine andere Story.

Zum Thema Computer ist auch von mir ein Buch erschienen. "Computergeschichte(n)" beinhaltet, das was der Titel aussagt: einzelne Episoden aus der Frühzeit des PC. Es sind Episoden aus den Lebensläufen von Ed Roberts, Bill Gates, Steve Jobs, Stephen Wozniak, Gary Kildall, Adam Osborne, Jack Tramiel und Chuck Peddle und wie sie den PC schufen.

Das Buch wird abgerundet durch eine kurze Erklärung der Computertechnik vor dem PC, sowie einer Zusammenfassung was danach geschah, als die Claims abgesteckt waren. Ich habe versucht ein Buch zu schreiben, dass sie dahingehend von anderen Büchern abhebt, dass es nicht nur Geschichte erzählt sondern auch erklärt warum bestimmte Produkte erfolgreich waren, also auf die Technik eingeht.

Die 2014 erschienene zweite Auflage wurde aktualisiert und leicht erweitert. Die umfangreichste Änderung ist ein 60 Seiten starkes Kapitel über Seymour Cray und die von ihm entworfenen Supercomputer. Bedingt durch Preissenkungen bei Neuauflagen ist es mit 19,90 Euro trotz gestiegenem Umfang um 5 Euro billiger als die erste Auflage. Es ist auch als e-Book für 10,99 Euro erschienen.

Mehr über das Buch auf dieser eigenen Seite.

Hier geht's zur Gesamtübersicht meiner Bücher mit direkten Links zum BOD-Buchshop. Die Bücher sind aber auch direkt im Buchhandel bestellbar (da ich über sehr spezielle Themen schreibe, wird man sie wohl kaum in der Auslage finden) und sie sind natürlich in den gängigen Online-Plattformen wie Amazon, Libri, Buecher.de erhältlich.


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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