Kleine Weltgeschichte der Prozessoren (1) – vom TMS1000 bis zum Intel 80286

Wer hat’s erfunden? Man weiß es nicht. Allgemein gilt TMS1000 von Texas Instruments als allererster Mikroprozessor. Aber die Frage ist, ob das überhaupt schon ein Prozessor nach heutigem Verständnis war. Inzwischen bezeichnet man das Ding, das die legendären TI-Taschenrechner befeuerte, eher als Mikrokontroller, weil diverse Funktionseinheiten, die solch ein Maschinchen zum Rechnen braucht, in einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC) zusammengefasst waren. Womit wir schon bei einem Dilemma dieses Artikels sind: die unscharfen Begriffe.

Im Prinzip geht es um das, was allgemein CPU genannt wird (auf Deutsch: Zentraleinheit, zentrale Rechen- oder Verarbeitungseinheit). Dabei handelt es sich in jedem Fall um einen Mikroprozessor, also einen IC, auf dem sowohl die Steuer- als auch die Recheneinheit vorhanden sind. Die Definition für den Begriff Prozessor geht (laut Wikipedia) ungefähr so: „Ein Prozessor ist ein programmierbares Rechenwerk, das gemäß übergebenen Befehlen andere Maschinen oder elektrische Schaltungen steuert und dabei einen Algorithmus (Prozess) vorantreibt.“ Das trifft auf die entsprechenden Einheiten in Konrad Zuse Z3 genauso zu wie auf die Generation der Großrechner wie den legendären ENIAC.

Konrad Zuse und Christian Spanik – der Z3 hatte noch keinen Mikroprozessor

Aber eben auch auf die ab etwa 1971 entwickelten und gefertigten Mikroprozessoren – zum Beispiel auf den 4004, die erste Intel-CPU, in der eben Rechen- und Steuereinheit integriert waren. Der wesentliche Unterschied zwischen dem TMS1000 und dem Intel 4004 war, dass ersterer erst ab 1974 auch für andere Hersteller verfügbar war. Dafür war Intels erster Mikroprozessor aber so leistungsschwach, dass er nie ernsthaft in einem Computer verbaut wurde. Das traf erst auf den 8008 von 1972 und mehr noch den 8080 aus dem Jahr 1974 zu.

Die Intel-Prozessoren waren aber rar und teuer. Und da stoßen wir wieder einmal auf eine dieser Geschichten aus der Wildwestzeit der Computerei. 1974 gründete ein gewisser Federico Faggin die Firma Zilog mit dem Ziel, Mikroprozessoren zu entwickeln und zu vermarkten. Dieser Federico war zuvor Chefarchitekt bei Intel und maßgeblich am Design des 8-Bit-Prozessors 8080 beteiligt. Da fiel es ihm und seiner Mannschaft nicht schwer, eine aufwärtskompatible CPU speziell für die Nutzung in kleinen Computern zu bauen. 1976 kam der Z80 auf den Markt, der sofort in großen Stückzahlen zu ausgesprochen niedrigen Preisen verfügbar war.

Chuck Peddle, der Prozessormagier
Chuck Peddle, der Prozessormagier und Entwickler des 6502 (Foto via Wikimedia)

Das Ding darf für sich in Anspruch nehmen, die Welle der kleinen Geschäfts- und der Homecomputer erst möglich gemacht zu haben. Diese Ehre darf sich der Z80 aber mit dem 6502 von MOS Technology teilen. Den hatte ein Team um Chuck Peddle entworfen und sich dabei vom hochmodernen Motorola 6800 von 1974 inspirieren lassen. Während die 8-Bit-CPU von Motorola kaum je in Computern eingebaut wurde (sondern vorwiegend in kommerziellen Arcade-Maschinen), regte der 6502 sofort die Phantasie der Propheten des Ein-Personen-Computers an. Und weil Jack Tramiel, der Inhaber von Commodore, Chuck Peddle kennen und schätzen gelernt hatte, entschied er sich für den MOS-Technology-Prozessor als Herz seiner Computer – angefangen vom PET 2001 bis zum VC20. Auch im Apple II und dem Atari 800 steckte dieser Chip.

Etwas später fand er sich in diversen Schachcomputern und etlichen Peripheriegeräten wieder. Peddles Leistung war es, das Design konsequent vereinfacht zu haben, was die Fertigungskosten senkte, die Ausschussquote bei der Herstellung senkte und natürlich auch sehr niedrige Preise ermöglichte. Dieses Gestaltungsprinzip fand auch bei den folgenden Mitgliedern dieser CPU-Familie Anwendung, die dann ebenfalls Karriere machten: der 6510 zum Beispiel im Commodore 64, der 6507 in den Atari-Spielkonsolen.

Commodore PET - Komplettsystem mit integrierter Tastatur
Commodore PET – Komplettsystem mit integrierter Tastatur

Aus heutiger Sicht war den 8-Bit-Architekturen keine lange Lebenszeit beschieden. Setzt man den Beginn der Ära mit dem Z80 an und das Ende mit der Markteinführung des Motorola 68000 im Jahr 1980, dann waren es gerade einmal drei Jahre, in denen die Welt der kleinen Computer eine 8-Bit-Welt war. Das ist natürlich eine zugespitzte Sichtweise, denn es dauerte nach dem Start des 68000ers weitere fünf(!) Jahre bis dieser waschechte 16-Bit-Prozessor seinen Weg aus dem Kosmos der Unix-Workstations (Vax, Apollo, Sun, SGI) in den heißen Markt der Homecomputer fand.

Wir Digisaurier, die wir in den Achtzigerjahren komplett auf den Markt der persönlichen Computer fixiert waren, wussten damals wenig von diesen Workstations, die wegen ihrer Unix-Betriebssysteme und ihrer hohen Preise weit außerhalb unserer Reichweite existierten. Tatsächlich aber wurden zwischen 1980 und 1985 große Mengen an 68000er in diesen Maschinen verbaut. Was den feinen Nebeneffekt hatte, dass nach der Ankunft des Atari ST Softwarenentwickler auf eine Menge Erfahrung bei der Anwendungsentwicklung für diese 16-Bit-CPU zugreifen konnten.

Das erste Modell des Atari ST von 1985
Das erste Modell des Atari ST von 1985

Aber eigentlich gehört die Ehre, 16 Bit für Personal Computer erreichbar zu machen, der Firma Intel für den 8086 aus dem Jahr 1978, der einen Quantensprung bei der Integration darstellte und sage-und-schreibe 29.000 Transistoren in der IC vereinigte. Vorgänger wie der 8080 und der Z80 kamen gerade einmal auf 4.500 beziehungsweise 8.500 Transistoren. Während der 8086 mit 16 Bit 64 KByte Speicher adressieren konnte, wurde der 8088 durch seinen nur 8 Bit breiten Datenbus ausgebremst.

Grund dafür: Motherboards mit 8-Bit-Bus waren um ein Vielfaches billiger in der Herstellung. Also wurde der 8088 viel populärer als sein großer Bruder; er war die CPU der ersten IBM-PC-Generation und natürlich auch bei den vielen, vielen PC-Klones, den „IBM-Kompatiblen“. Der Intel 8086 kam dagegen so gut wie gar nicht in persönlichen Computern zum Einsatz sondern zum Beispiel als Zentraleinheit in NASA-Raumsonden.

Ein Tandon 286 PC mit zwei DataPacs
Ein Tandon 286 PC mit zwei DataPacs

1982 kam dann auch von Intel ein echter 16-Bit-Prozessor, der 80286, kurz „Zwosechsundachtziger“ genannt. Aber erst mit der Generation der IBM-AT-Kisten im Jahr 1984 hatte sich die 16-Bit-Architektur dann auch bei den persönlichen Computern durchgesetzt. Trotzdem fand noch so um ein 1986 ein kleiner ideologischer Krieg unter den Homecomputer-Freaks statt, bei denen sich die Traditionalisten der 8-Bit-Welt mit den Heißspornen des 16-Bit-Lagers zofften. Die Trennlinie verlief zwischen den Veteranen der Commodore-64-Szene und den ersten glühenden Atari-ST-Fans. PC und AT waren ohnehin außen vor, denn für die gab es so gut wie keine Spiele.

Tatsächlich aber ging es nicht um Spielchen à la Autoquartett, die größere Bit-Breite brachte jede Menge praktischer Vorteile. So konnte mehr Speicher genutzt werden, was komplexere und bessere Programme ermöglichte. Und weil speziell der Motorola 68000 eine höhere Taktfrequenz vertrug als beispielsweise der schaumgebremste Intel 8088 liefen die Kisten einfach deutlich schneller. Und diese Geschwindigkeit war kein Selbstzweck, sondern öffnete die Tür für eindrucksvolle Grafik- und Soundanwendungen, mit denen die ST-Freunde und die Amiga-Aficionados ihre Umgebung beeindrucken konnten.

Etwa um diese Jahre herum zerfielen die ehemals unter dem Siegel „persönliche Computer“ segelnden Rechner in zwei gegensätzliche Fraktionen: die für kreative und die für geschäftliche Zwecke. Intel hat die Entwicklungen der Motorola-Welt deshalb nie als bedrohlich empfunden und sich mit dem nächsten Schritt, den in die 32-Bit-Zone Zeit gelassen. Darüber reden wir dann im zweiten Teil der kleinen Weltgeschichte der Prozessoren.

[Bildnachweis – Titelbild: Matt Britt at the English-language Wikipedia unter der Lizenz CC BY-SA 3.0;]

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