Krátka história 8-bitových procesorov

Tento článok sa jemne dotýka histórie 8-bitových mikroprocesorov, ktoré umožnili mikropočítačovú revolúciu.

Úplne prvým komerčným samostatným CPU čipom sa stal Intel 4004, ktorý sa na trhu objavil v novembri roku 1971. Tento 4-bitový procesor bol vytvorený pre kalkulačky. Aj keď dokáže spracovať dáta vo veľkosti 4 bitov, jeho inštrukcie sú 8 bitov dlhé. Program a dáta sú separované.

V roku 1972, firma Texax Instruments trocha predbehla Intel 4004/4040 so svojim 4-bitovým TMS 1000, ktorý ako prvý obsahoval dostatok RAM (Random Access Memory) pamäte, a priestor pre programovú ROM (Read Only Memory), a dovoľoval tak prácu bez použitia viacerých externých podporných čipov. Takisto podporoval novú vlastnosť - možnosť pridania vlastných inštrukcií do CPU.

Procesor 8080, nasledovník procesora 8008, bol na trh vypustený v apríli roku 1974. Kým 8008 mal 14-bitové programové počítadlo aj adresovanie, 8080 má 16-bitovú adresovú a 8-bitovú dátovú zbernicu. Vnútorná štruktúra obsahuje sedem 8-bitových registrov na všeobecné použitie, 16-bitový smerník (SP - stack pointer) do operačnej pamäte, ktorý nahradil 8-úrovňový vnútorný zásobník procesora 8008, a 16-bitové programové počítadlo. 8080 disponuje s 256 I/O portami (Input/Output - vstupno/výstupné porty), čiže zariadenia môžu byť pripojené súčasne bez nutnosti ich prepájania alebo rušenia adresného priestoru.

Procesor 8080 bol použitý napr. v počítači Altair 8800, v prvom široko známom osobnom počítači (skôr domácom počítači, keďže definícia “prvého PC” je nie celkom jasná).

Zlepšený návrh firmy Intel vyústil do procesora s označením 8085 (rok 1976), ktorý podporoval ďalšie dve inštrukcie na povolenie/zakázanie troch pridaných pinov prerušení a takisto sériových I/O pinov. Hardvér je zjednodušený tak, aby mu stačilo napätie +5V. Do čipu je pridaný hodinový generátor a obvody radiča zbernice.

Úmyslom vytvorenia procesora Zilog Z-80 v roku 1976, bolo vylepšiť procesor 8080, čo sa aj naozaj podarilo. Tiež používa 8-bitové dáta a 16-bitové adresovanie, a mohol vykonať všetky inštrukcie procesora 8080 (ale nie 8085), no obsahuje o 80 viac inštrukcií. Sada registrov bola zdvojená - dve banky dátových registrov, ktoré mohli byť medzi sebou prepínané. Jednou z výhod bolo rýchle prepínanie medzi operačným systémom a prerušeniami.

Do Z-80 boli tiež pridané dva indexové registre a dva typy relokovateľných vektorových prerušení. To, čo naozaj spôsobilo, že sa tento procesor stal tak populárnym v dizajne, bolo jeho pamäťové rozhranie - CPU generoval vlastné signály pre obnovu obsahu RAM. Znamenalo to jednoduchší návrh a nižšiu cenu systému, čo bol rozhodujúci faktor pri výbere procesora pre počítač TRS-80 Model 1. Táto výhoda spolu s jeho kompatibilitou s 8080, plus použitie CP/M, prvého štandardného operačného systému pre mikropočítače, ho spravili prvou voľbou pre mnoho systémov.

Len krátko po uvedení procesora Intel 8080, v roku 1975, firma Motorola predstavila svoj procesor 6800. Niekoľko návrhárov z tejto firmy odišlo, aby vytvorili spoločnosť MOS Technologies. Táto spoločnosť predstavila sériu procesorov s označením 650x, ktorá zahŕňala procesor 6501 (pinovo kompatibilný s 6800, stiahnutý z trhu skoro okamžite po jeho uvedení kvôli právnym nezhodám) a 6502. Podobné sérii 6800, boli vytvorené varianty, ktoré pridávali do procesorov nové vlastnosti, ako I/O porty, alebo boli lacnejšie s menšími adresovými zbernicami (6507 mal 13-bitovú 8K adresovú zbernicu, použitý v počítači Atari 2600). Procesory 650x používali malý byte-ový endián (najmenej významný byte je uložený na najnižšej adrese, výhodu to malo takú, že nižší byte adresy mohol byť pridaný ku indexovému registru, zatiaľ čo bol vyberaný vyšší byte) a mal úplne odlišnú inštrukčnú sadu ako procesor 6800 s veľkým endiánom (najvýznamnejší byte je uložený na najnižšej adrese).

Návrhár Steve Wozniak z firmy Apple procesory 650x popísal ako prvé čipy, ktoré môžte zohnať za menej ako sto dolárov (čo bolo vtedy asi štvrtina ceny procesora 6800) - čipy sa stali CPU pre mnohé skoršie domáce počítače (8-bitové produkty Commodore a Atari).

Podobne ako 6502, aj procesor 6809 je založený na procesore Motorola 6800, ale tento významne rozšíril jeho dizajn. Procesor 6809 mal dva 8-bitové akumulátory a mohol ich skombinovať do jedného 16-bitového registra. Disponoval dvomi indexovými registrami a dvomi smerníkmi na zásobník (stack pointers), čo umožnilo použitie veľmi pokročilých adresných módov. 6809 bol na úrovni zdrojového kódu kompatibilný s procesorom 6800, aj keď mal 6800 78 inštrukcií a 6809 iba okolo 59. Niektoré inštrukcie boli nahradené viac všeobecnými, ktoré assembler mohol preložiť, a niektoré boli dokonca nahradené adresnými módmi. Kým aj 6800, aj 6502 mali rýchly 8-bitový mód na adresovanie prvých 256 bytov RAM pamäte (jedna “stránka”), procesor 6809 používal 8-bitový Direct Page register na nájdenie tejto “rýchlo-adresnej” stránky nachádzajúcej sa kdekoľvek v 64K veľkom adresnom priestore.

Vývoj procesorov samozrejme pokračoval, tu som uviedol vývoj asi tých najznámejších 8 bitových procesorov, ktoré umožnili mikropočítačovú revolúciu.