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Zilog Z8000

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El Zilog Z8000 es una arquitectura de microprocesador de 16 bits diseñada por Zilog e introducida a principios de 1979. Inicialmente se lanzaron dos chips, que se diferenciaban únicamente en el ancho del bus de direcciones; el Z8001 tenía un bus de 23 bits, mientras que el Z8002 tenía un bus de 16 bits.

Bernard Peuto diseñó la arquitectura, mientras que Masatoshi Shima se encargó de la lógica y la implementación física, con la ayuda de un pequeño grupo. A diferencia de la mayoría de los diseños de la época, el Z8000 no utiliza microcódigo , lo que permitió su implementación con tan solo 17 500 transistores. El Z8000 no es compatible con el Z80 , pero incorpora varios elementos de diseño de este último, como la combinación de dos registros en uno con el doble de bits. El Z8000 amplió las funcionalidades del Z80 al permitir que dos registros de 16 bits funcionaran como un registro de 32 bits, o cuatro como un registro de 64 bits.

Aunque tuvo cierto uso a principios de la década de 1980, nunca fue tan popular como el Z80. Se lanzó después del 8086 de 16 bits (abril de 1978) y al mismo tiempo que el 8088 , menos costoso , y solo unos meses antes del 68000 (septiembre de 1979) con una arquitectura de conjunto de instrucciones de 32 bits , que es aproximadamente el doble de rápido. El Z80000 fue un diseño sucesor de 32 bits que llegó a una fase de muestreo de prueba en 1986 sin llegar a comercializarse. [ 1 ]

Historia

Z80

A principios de la década de 1970, la dirección de Intel no veía el microprocesador tanto como un producto independiente, sino como una forma de generar demanda para sus otros productos, como la RAM estática y la ROM . Una reorganización a principios de 1974 diluyó aún más el papel del microprocesador en la empresa. El diseñador del Intel 4004 y del Intel 8080 , Federico Faggin , decidió abandonar la empresa y fundar una dedicada al diseño de microprocesadores. Faggin se marchó el 31 de octubre de 1974, y se le unieron Ralph Ungermann y, posteriormente, el diseñador lógico Masatoshi Shima . [ 2 ]

Inicialmente trabajando en un concepto para un microcontrolador simple , Faggin concluyó que la economía de la industria exigía que introdujeran un producto de gama alta, no de gama baja. Esto dio lugar a un nuevo concepto conocido inicialmente como "Super 80", pero que finalmente evolucionó hasta convertirse en el Zilog Z80 . El Z80 representó un avance significativo con respecto al 8080, ya que funcionaba con una única fuente de alimentación de +5 V y añadía varias características interesantes del Motorola 6800. Lanzado en 1976, pronto se convirtió en un gran éxito. [ 3 ]

Diseño de 16 bits

Mientras Shima seguía trabajando en el diseño del Z80, Faggin comenzó a considerar su futura sustitución por un diseño de 16 bits, con el objetivo de ser la primera empresa en lanzar al mercado un nuevo diseño de chip único de 16 bits. Para entonces, ya existían varios microprocesadores multichip de 16 bits, pero todos se basaban en diseños de minicomputadoras existentes y, en general, eran demasiado caros para su uso general. Surgieron versiones de un solo chip de estos, pero seguían siendo costosas. [ 4 ] Consideraba que ampliar el Z80 a 16 bits no era apropiado; el mayor tamaño de palabra de la computadora significaba que se podían ofrecer muchas más funciones en el conjunto de instrucciones , y las instrucciones deliberadamente simples de los diseños anteriores darían lugar a chips cuyo rendimiento sería superado por los nuevos diseños de 16 bits. [ 5 ]

En enero de 1976, Faggin contrató a Bernard Peuto, anteriormente de Amdahl Corporation . Peuto había estudiado y publicado extensamente sobre el tema de la longitud de palabra, los conjuntos de instrucciones y la densidad de código. Las reuniones iniciales sobre el concepto se llevaron a cabo a finales de marzo, momento en el que Faggin le comunicó a Peuto que quería que la arquitectura estuviera terminada en tres meses. El diseño de Peuto incluía la capacidad de trabajar con datos de 8, 16 y 32 bits, modos de direccionamiento flexibles y soporte para coprocesador dedicado. [ 6 ]

El conjunto de instrucciones se entregó a tiempo, pero entonces llegó el momento de convertirlo en un diseño completo. [ 7 ] Fue durante este tiempo que Ungermann le explicó a Peuto la economía de la industria de los chips, que estaba fuertemente influenciada por el tamaño del chip. En ese momento, la mayoría de los procesadores usaban paquetes DIP (Dual In-line Packages ) de 40 pines, pero algunos usaban paquetes de 28 pines para sistemas de menor costo, mientras que otros usaban paquetes de 48 o 64 pines para sistemas más potentes como las minicomputadoras. La necesidad de equilibrar el costo y la potencia finalmente llevó a la idea de tener dos versiones del chip, el Z8001 con 23 pines de bus de direcciones en un chip de 48 pines, y el Z8002 con 16 pines de direcciones en un chip de 40 pines. [ 6 ]

Para disponer de un único conjunto de instrucciones que pudiera utilizarse en ambos diseños, optaron por usar memoria segmentada . [ 6 ] En este concepto, el conjunto de instrucciones básicas utiliza direcciones de 16 bits, que podían ejecutarse en cualquiera de las versiones del chip. Para acceder a mayores cantidades de memoria, un conjunto de instrucciones independiente podía establecer un "número de segmento" de 7 bits. En las versiones de 23 pines, el número de segmento de 7 bits se enviaba simultáneamente con la dirección base de 16 bits, creando una única dirección de 23 bits. Esta decisión de diseño inicial tendría, en última instancia, un profundo impacto en la popularidad de la serie Z8000. [ 8 ]

Shima sería el responsable de convertir el diseño conceptual en uno físico, y una vez completado el diseño básico, Shima comenzó a considerarlo el 11 de junio de 1976. En ese momento, el sistema iba a tener ocho registros de 16 bits, y Shima comenzó a diseñar dicho sistema. Pero muy avanzada la fase de diseño, el equipo concluyó que se necesitaban más registros, y cuando le preguntaron en octubre, Shima afirmó que había diseñado el sistema con suficiente espacio restante como para duplicar el número de registros. [ 9 ]

Introducción

En junio de 1978, mientras Shima aún trabajaba en el diseño del Z8000, Intel presentó el Intel 8086. Zilog había perdido la oportunidad de ser la primera empresa con un nuevo diseño dedicado de 16 bits. En algunos aspectos, el 8086 era similar al Z8000, incluyendo el uso de memoria segmentada, pero en general era un diseño menos avanzado con menos registros de procesador y una memoria máxima mucho menor de 1 megabyte en lugar de los 8 MB del 8000. [ 9 ]  

No fue hasta principios de 1979 que se lanzaron las primeras muestras de producción del Z8000. Zilog afirmó que el Z8001 y el Z8002 eran simplemente versiones con encapsulados diferentes del mismo chip Z8000, "la diferencia se logró mediante una opción de unión durante la fabricación". [ 10 ]

Incluso con 48 pines, no había suficientes conexiones para permitir un bus de datos completo de 16 bits y un bus de direcciones de 24 bits, ya que eso dejaría solo 8 pines libres, lo cual no es suficiente para otras necesidades de interfaz como alimentación, relojes e interrupciones. Para solucionar esto, el Z8001 multiplexó los pines de dirección y datos. Durante un ciclo de memoria, la dirección se presenta al principio del ciclo T1 y luego es capturada por un latch transparente como un 74LS373. Los datos se transfieren posteriormente a la mitad de T3, coincidiendo con la temporización de un bus no multiplexado. [ 11 ]

Zilog ya tenía una estrategia para abordar este problema: el controlador de memoria Zilog 8010. El 8010 combinaba automáticamente las partes de 7 y 16 bits de la dirección en una única dirección de 23 bits, además de ofrecer varias funciones de mapeo de memoria que lo hacían útil para admitir la multitarea y la memoria virtual . Sin embargo, el 8010 no estaba listo cuando se presentó el 8001. Esto significó que, durante 18 meses, Intel tuvo una solución de un solo chip que podía acceder a 1  MB, mientras que la serie 8000 seguía prácticamente limitada a 64  kB. El 8010 finalmente se lanzó casi un año después, e incluso entonces, requería dos chips para hacer lo que el 8086 hacía con uno. [ 12 ]

Los retrasos con el 8010 fueron particularmente perjudiciales. En septiembre de 1979, Motorola presentó el Motorola 68000 , que contaba con un bus de direcciones completo de 24 bits, lo que le permitía acceder hasta 16  MB sin segmentación. También ofrecía todas las características que Zilog anunciaba como más avanzadas que el 8086, como más registros y un amplio conjunto de modos de direccionamiento. El mercado generalmente optó por Intel para las ofertas de gama baja y el 68000 para las de gama alta. Shima dejó la compañía para regresar a Japón en 1980, y Faggin se marchó poco después. [ 13 ]

Versiones posteriores

Posteriormente, la serie se amplió para incluir las versiones actualizadas Z8003 y Z8004 de las Z8001 y Z8002, respectivamente. Estas versiones se diseñaron para ofrecer una mejor compatibilidad con la memoria virtual , añadiendo nuevos registros de estado para indicar fallos de segmentación (prueba y activación) y proporcionar una función de aborto.

Arquitectura

Registros

Hay dieciséis registros de 16 bits , etiquetados de R0 a R15. Estos registros se pueden concatenar en ocho registros de 32 bits, etiquetados como RR0/RR2/../RR14, o en cuatro registros de 64 bits, etiquetados como RQ0/RQ4/RQ8/RQ12. Los primeros ocho registros también se pueden subdividir en dieciséis registros de 8 bits, etiquetados como RL0 a RL7 para el byte inferior y RH0 a RH7 para el byte superior (alto). El registro R15 se designa como puntero de pila . En el Z8001, el registro R14 se utiliza para incluir un segmento fijo en el puntero de pila, y el contador de programa se expande a 32 bits para incluir un segmento similar.

Existe un modo de usuario ( normal ) y un modo supervisor , seleccionados mediante el bit 14 del registro de indicadores. En el modo supervisor, los registros de pila apuntan a la pila del sistema y todas las instrucciones privilegiadas están disponibles. En el modo de usuario, los registros de pila apuntan a la pila normal y todas las instrucciones privilegiadas generarán un fallo. Disponer de modos y pilas separados mejora considerablemente el rendimiento de los cambios de contexto entre los programas de usuario y el sistema operativo . [ 14 ] : 6.1

Matriz de Zilog Z8002

Manejo de memoria

Al igual que el Z80, el Z8000 incluye un sistema para actualizar automáticamente la RAM dinámica . En la mayoría de los sistemas, esto normalmente lo gestiona el controlador de la pantalla de vídeo o lógica externa. Esto se implementó mediante un registro de contador de actualización (RC) independiente que almacenaba la página de memoria que se estaba actualizando. La función se activa configurando el bit más significativo del RC, el bit 15, a 1. Los siguientes seis bits, del 14 al 9, indican una frecuencia, medida en términos de cada 4 ciclos de reloj. Con un  reloj estándar de 4 MHz, la actualización se puede realizar cada 1 a 64  microsegundos. Los 8 bits restantes seleccionan una fila de memoria para actualizar. [ 14 ] : 6.5, 6.28

El Z8000 tiene un mapa de memoria segmentado , con un "número de segmento" de 7 bits y un desplazamiento de 16 bits. Ambos números están representados por pines en el Z8001, lo que significa que puede direccionar directamente una memoria de 23 bits, u 8  MB. [ 14 ] : 6.19 Las instrucciones solo pueden acceder directamente a un desplazamiento de 16 bits. Esto permite que el formato de instrucción sea más pequeño; un sistema con acceso directo a una dirección de 23 bits necesitaría leer tres bytes (24 bits) de la memoria por cada dirección a la que se hace referencia en el código, lo que requeriría dos lecturas en un bus de 16 bits. Con los segmentos, las direcciones solo necesitan una única lectura de 16 bits que luego se suma a un número de segmento para producir la dirección completa. El número de segmento solo necesita actualizarse cuando los datos cruzan los  límites de 16 bits/64 KB. [ 14 ] : 6.3

Internamente, todas las direcciones son de 32 bits: una palabra superior de 16 bits con un 0 inicial en el bit 15, el número de segmento de 7 bits y luego 8 ceros. Esto requiere más memoria para almacenar, ya que cada dirección de 23 bits utiliza 32 bits de espacio de registro, pero permite que las direcciones se almacenen de forma limpia en los registros de 16 bits y se pueden insertar y extraer de la pila más fácilmente, lo que ocurre en palabras de 16 bits. [ 14 ] : 6.6

La unidad de gestión de memoria (MMU) Z8010 opcional de 48 pines amplía el mapa de memoria a 16  MB mediante la traducción de la dirección de 23 bits de la CPU a una de 24 bits. Un Z8010 tiene 64 registros descriptores de segmento, cada uno de los cuales contiene una dirección física base de 16 bits , un límite de 8 bits y un conjunto de atributos de 8 bits. Cuando la CPU intenta acceder a un segmento específico (un valor de 7 bits), el Z8010 utiliza los 6 bits inferiores del número de segmento para seleccionar un registro descriptor de segmento, compara el desplazamiento de 16 bits en el segmento con el valor límite de ese registro y verifica los bits de permisos en los atributos para determinar si el acceso está permitido. Si el acceso está permitido, suma la dirección física base al desplazamiento del segmento para generar una dirección física. Esto permite que varios programas se distribuyan en la RAM física, cada uno con su propio espacio de trabajo, aunque cree que está accediendo a los 8  MB completos de RAM. Los segmentos son de longitud variable, expandiéndose hasta 64  KB para permitir el acceso a toda la memoria desde 64 segmentos. Si se necesitan más de 64 segmentos, se pueden usar varios Z8010, y el bit superior del número de segmento de 7 bits selecciona qué Z8010 se utiliza. [ 15 ] [ 16 ] El Z8010 no estaba disponible en el momento del lanzamiento y, finalmente, se retrasó entre nueve meses y un año. [ 17 ]

Con el lanzamiento de los Z8003/Z8004, se incorporó el Z8015 a la gama, añadiendo soporte para memoria paginada . La principal diferencia radica en que el Z8015 divide la memoria en 64  bloques de 2 KB, mientras que el Z8010 la divide en 64 bloques de tamaño variable, de hasta 64  KB cada uno. Además, el Z8015 amplía el número de segmento de 7 a 12 bits y los utiliza como los bits más significativos de la dirección global de 23 bits, sobrescribiendo los bits superiores del desplazamiento original de 16 bits. La ventaja de este esquema de acceso es que facilita la lectura y escritura  de bloques de 2 KB en un disco duro , por lo que este patrón se ajusta mejor a lo que ocurrirá en caso de fallo de página . [ 15 ]

Código de ejemplo

El siguiente código fuente en lenguaje ensamblador del Z8000 corresponde a una subrutina MEMCPYque copia un bloque de palabras de datos de una ubicación a otra. El bloque de datos se copia palabra por palabra, y la lógica de movimiento y bucle de datos utiliza operaciones de 16 bits. Muestra diversas instrucciones, pero en la práctica no se codificaría de esta manera, ya que el Z8000 dispone de una única instrucción que reemplaza toda esta subrutina: LDIR. El código de ejemplo mueve una palabra cada 34 ciclos. Sustituyendo la LDIRinstrucción, se mueve una palabra en tan solo 9 ciclos.

Otras características

Una característica del Z8000, comúnmente asociada con las minicomputadoras, es la compatibilidad directa con interrupciones vectorizadas . Los dispositivos externos utilizan las interrupciones para notificar al procesador que se ha cumplido alguna condición; un uso común es indicar que los datos de un proceso lento, como la lectura de un disquete , ya están disponibles y la CPU puede cargarlos en la memoria.

Normalmente, en máquinas pequeñas, una interrupción provoca la ejecución de un código especial que examina diversos bits de estado y ubicaciones de memoria para determinar qué dispositivo la generó y por qué. En algunos diseños, especialmente en aquellos destinados a la computación en tiempo real , se reserva un área de memoria como un conjunto de punteros, o vectores, al código que gestiona un dispositivo específico. Los dispositivos que generan la interrupción establecen un estado, generalmente mediante pines de la CPU, para indicar un número de interrupción N. Cuando se produce la interrupción, la CPU salta inmediatamente a la entrada N de la tabla, evitando así la necesidad de decodificarla. Esto puede acelerar considerablemente el procesamiento de interrupciones al evitar la ejecución de operaciones adicionales, a la vez que simplifica el código de gestión de interrupciones.

En el Z8000, un nuevo registro admite vectores: el puntero del área de estado del programa (Program Status Area Pointer). Este era similar a una dirección de memoria en un registro, compuesto por dos valores de 16 bits, donde los 8 bits superiores contenían el número de segmento. Los 16 bits inferiores se dividían por la mitad: los 8 bits superiores contenían un desplazamiento y los 8 bits inferiores se ponían a cero. Para llamar a un vector específico, el dispositivo externo presentaba los 8 bits inferiores (o 9 en algunos casos) en el bus de direcciones/datos, y la dirección completa del vector se construía a partir de los tres valores. [ 14 ] : 6.8

Chips de soporte

Zilog

Afilado

  • LH8010/LH8010A: Unidad de gestión de memoria compatible con Z8010/Z8010A [ 24 ]
  • LH8036/LH8036A: Contador/temporizador y unidad de E/S paralela compatible con Z8036/Z8036A [ 25 ]
  • LH8072: controlador combinado serie-paralelo con FIFO interna de 128 bytes [ 26 ]
  • LH8073: Controlador GPIB [ 27 ]
  • LH8090: Controlador periférico universal compatible con Z8090. [ 28 ]

Sistemas basados ​​en CPU Z8000

A principios de la década de 1980, la CPU Zilog Z8000 era popular para ordenadores Unix de sobremesa . Estos sistemas Unix de bajo coste permitían a las pequeñas empresas ejecutar un verdadero sistema multiusuario y compartir recursos (disco, impresoras) antes de que las redes fueran comunes. Por lo general, solo contaban con puertos serie RS-232 (4-16) y puertos paralelos para impresoras, en lugar de gráficos integrados, como era habitual en los servidores de la época.

Los sistemas informáticos basados ​​en Z8000 incluían la propia serie System 8000 de Zilog, así como los de otros fabricantes:

  • 1980: El C8002 fabricado por Onyx Systems utilizaba el Z8002, ejecutaba la versión 7 de Unix y disponía de compiladores para C, FORTRAN 77 y COBOL. Tenía ocho puertos serie para conexiones de terminal, una unidad de cinta QIC y costaba aproximadamente 25 000 dólares. El procesador principal descargaba las operaciones de E/S de disco, cinta y serie a un procesador Z80 en una segunda placa. [ 29 ]
  • 1980-1986: Olivetti Linea 1 S1000, S6000, M30, M40, M50, M60, M70. Todos estos miniordenadores de Olivetti ejecutaban BCOS/COSMOS. [ 30 ]
  • 1981: El sistema de desarrollo para programadores Zilog Systems Z-Lab 8000, disponible como un sistema Modelo 20 con 256  KB de RAM y  un disco duro único de 24 MB, con un precio de 27 000 dólares, o un sistema Modelo 30 con 512  KB de RAM y dos discos duros, con un precio de 33 950 dólares, ejecutaba la versión mejorada Zeus de Unix de Zilog. [ 31 ] Zilog continuó con la Serie 8000, un sistema empresarial multiusuario que, al igual que el Z-Lab 8000, se basaba en el  Z8001A de 6 MHz con tres unidades de gestión de memoria Z8010A. [ 32 ]
  • 1981-1982: Plexus Computers P/40 empleó el Z8001 [ 33 ] junto con varios controladores periféricos diseñados para maximizar el rendimiento de la transferencia de datos, afirmando un rendimiento de acceso directo a memoria de hasta 3  MB por segundo. Una "configuración típica de P/40 para ocho usuarios" con 512  KB de RAM y  un disco duro de 72 MB costaba $49,500, con una licencia de Unix que costaba $5,000 adicionales. [ 34 ] Plexus continuó con el P/25 en 1982, afirmando un rendimiento similar al de un sistema PDP-11/70. [ 35 ] Un modelo posterior de Plexus, el P/60, empleó el Z8000 como controlador de entrada/salida pero introdujo el Motorola 68000 como CPU principal. [ 36 ] El Plexus P/35 conservó esta arquitectura general. [ 37 ]
  • 1982: Bleasdale Computer Systems ofreció el BDC-600 en una configuración que incluía el Z8000 con Xenix, 256  KB de RAM, una unidad de disquete y un  disco duro de 10 MB, compatible con ocho puertos de entrada/salida. Basándose en el estándar Multibus , también se anunciaron otras configuraciones de procesador que utilizaban placas con los procesadores 68000, Z80, 6809 y 8086. [ 38 ] Posteriormente, Bleasdale se centró en la arquitectura 68000 con su serie BDC-680. [ 39 ] : 8
  • 1982: Olivetti M20 , un PC no compatible con IBM que ejecutaba Olivetti PCOS, un derivado de COSMOS o CP/M 8000. [ 30 ]
  • 1982-1983: Los modelos C5002A, C8002A y Sundance-16 de Onyx Systems utilizaban el Z8001 y ejecutaban Unix System III . [ 40 ] [ 41 ]
  • 1983: La serie 8000 Two de Zilog Systems incorporaba un  procesador Z8001B más rápido de 11,1 MHz con 32  KB de memoria caché, disponible en tres modelos con 512  KB de RAM ampliables a 2  MB en el modelo base y a 4  MB en los demás modelos, con precios para configuraciones mínimas que oscilaban entre 19.950 y 29.950 dólares. Estos sistemas ejecutaban Unix System III. [ 42 ]
  • 1983: Exxon Office Systems series 500 y 8400. [ 43 ] [ 44 ]
  • 1984: el sistema de oficina integrado Wordplex 8000 incluía un procesador Z8001A compatible con hasta 24 procesadores Z80 "administradores de estaciones de trabajo", cada uno de los cuales atendía una estación de trabajo individual, ejecutando el sistema operativo propietario Gemini, que permitía a cada estación de trabajo ejecutar dos aplicaciones simultáneamente con la impresión en segundo plano. [ 45 ] [ nota 1 ]
  • 1985: el proyecto de computadora Commodore 900 fue cancelado.
  • 1986: VEB Robotron produjo el A 5120.16 basado en el clon alemán oriental U8000 del Z8000.
  • 1987–1989: la empresa alemana oriental EAW ( Elektro-Apparate-Werke ) produjo la estación de trabajo/sistema multiusuario P8000 basada en el clon alemán oriental U8000 del Z8000. [ 46 ]

El ordenador Zilog S8000 se lanzó con una versión de Unix llamada ZEUS (Zilog Enhanced Unix System). ZEUS era una adaptación de Unix versión 7 e incluía las denominadas «mejoras de Berkeley». ZEUS también incluía una versión de COBOL llamada RM/COBOL (Ryan McFarland COBOL). La disponibilidad de RM/COBOL permitió adaptar rápidamente muchas aplicaciones comerciales al ordenador S8000, aunque esto no contribuyó a su éxito a largo plazo. El S8000 sí tuvo cierto éxito entre el IRS y los preparadores de impuestos en Estados Unidos, quienes utilizaron el modelo para el procesamiento de declaraciones de impuestos presentadas electrónicamente. [ 47 ]

El Z8000 apareció en el proyecto Trump Card de Steve Ciarcia para su columna Circuit Cellar en la revista Byte , proporcionando una tarjeta de expansión con el procesador Z8001 y 512  KB de RAM adecuada para su uso con una PC compatible con IBM. [ 48 ] Se suministraron compiladores para BASIC y C con la placa, junto con un ensamblador y un emulador Z80 que podía ejecutar programas escritos para CP/M-80. Se preveía que Unix también estaría disponible para Trump Card. [ 49 ]

Existía una versión del sistema operativo Xenix para Z8000 . [ 50 ] En 1982, Digital Research y Zilog anunciaron un acuerdo para que CP/M estuviera disponible para el Z8000. [ 51 ]

Otras aplicaciones

Namco utilizó la serie Z8000 en sus juegos arcade Pole Position y Pole Position II . Las máquinas empleaban dos procesadores Z8002, las  versiones de 64 KB del Z8000.

Raster Technologies utilizó el Z8002 para cálculos de gráficos vectoriales en su controlador gráfico Model One, justificando la elección frente a los microprocesadores de 8 bits al indicar que "el Z8002, orientado a registros, está optimizado para la rápida aritmética de registro a registro necesaria para los cálculos de coordenadas". El controlador utilizaba  chips de RAM de 64 kilobits, relativamente nuevos en aquel entonces, para admitir hasta 24 planos de bits y, por lo tanto, color de 24 bits con una resolución de píxeles de 512 × 512 , o una pantalla de alta resolución de 1024 × 1024 en color de 6 bits orientada a aplicaciones de gráficos vectoriales. [ 52 ]

En un caso, el Z8001 se utilizó para implementar una arquitectura basada en capacidades, empleando el número de segmento en el modelo de direccionamiento del Z8001 para indicar un registro de capacidad en un procesador virtual. Dichos procesadores virtuales se proporcionaron mediante la ampliación del Z8001 con un "dispositivo de memoria inteligente", que proporcionaba funciones de gestión de memoria y cambio de contexto, con soporte para instrucciones adicionales relacionadas con las capacidades a través de la emulación. [ 53 ]

La inclusión del dispositivo en diseños militares [ 54 ] podría explicar la persistencia del Z8000, en forma de las CPU Zilog Z16C01/02. Además, el Standard Central Air Data Computer (SCADC) utilizaba el Z8002 [ 55 ] . Sin embargo, Zilog envió el aviso de fin de vida útil en 2012 [ 56 ].

Recepción

Aunque el Z8000 se utilizó en cierta medida a principios de la década de 1980, fue reemplazado relativamente rápido por otros diseños. [ 57 ]

Federico Faggin , entonces director ejecutivo de Zilog, sugirió posteriormente que esto se debía al acuerdo de financiación de Zilog con Exxon Enterprises, la división de capital riesgo de Exxon. Enterprises había realizado varias inversiones en el sector informático y, a principios de la década de 1980, se estaba posicionando como competidor de IBM en el ámbito de los grandes sistemas. Faggin sugirió que, por lo tanto, IBM veía a Zilog como un competidor y, en consecuencia, se negó a considerar el Z8000. [ 57 ]

Sin embargo, Faggin admitió que la arquitectura segmentada del Z8000 representaba una desventaja para las aplicaciones emergentes basadas en gráficos, donde sistemas como el Apple Macintosh necesitaban acceder fácilmente a más de 64  KB de memoria en un único espacio de direcciones. También reconoció que el proceso de lanzamiento al mercado, más largo de lo previsto, contribuyó a su escasa adopción. Faggin señaló que "ser el primero, contar con la mejor estrategia de marketing y el mayor impulso", como lo había hecho Intel con el 8086, habría sido la única vía de éxito para un producto de este tipo. [ 58 ]

Un análisis de las opciones disponibles para los diseñadores a principios de la década de 1980 sugiere que existen varias razones prosaicas por las que la Z8000 no fue más popular:

Al comparar las versiones en lenguaje ensamblador del Byte Sieve , se observa que los 1,1 segundos del Z8000 de 5,5  MHz son impresionantes en comparación con los diseños de 8 bits que reemplazó, incluyendo el Z80 de 4 MHz de Zilog con 6,8 segundos y el popular MOS 6502 de 1 MHz con 13,9. Incluso el más reciente Motorola 6809 de 1 MHz fue mucho más lento, con 5,1 segundos. [ 59 ] También se desempeña bien frente al Intel 8086 de 8 MHz , que registró un tiempo de 1,9 segundos, o el más económico Intel 8088 de 5 MHz con 4 segundos. [ 59 ]      

Si bien los procesadores Intel fueron superados fácilmente por el Z8001, estos últimos venían en encapsulados DIP de 40 pines, lo que los hacía menos costosos de implementar que el Z8001 de 48 pines. El Z8002 también utilizaba un encapsulado de 40 pines, pero tenía un bus de direcciones de 16 bits que solo podía acceder a 64  KB de RAM, mientras que los procesadores Intel tenían un bus de 20 bits que podía acceder a 1 MB de RAM. Internamente, las direcciones de 23 bits del Z8000 también eran más complejas de procesar que el sistema más simple de Intel, que utilizaba direcciones base de 16 bits y registros de segmento separados. Para quienes buscaban una opción de bajo costo capaz de acceder a (lo que entonces era) grandes cantidades de memoria, los diseños de Intel eran competitivos y estaban disponibles más de un año antes. [ 59 ]

Para quienes buscaban el máximo rendimiento, el Z8000 era la CPU más rápida disponible a principios de 1979. Sin embargo, esto solo duró unos pocos meses. El Motorola 68000 de  16/32 bits y 8 MHz llegó al mercado ese mismo año y obtuvo un tiempo de 0,49 segundos en la misma prueba Sieve, más del doble de rápido que el Z8000. [ 59 ] Aunque utilizaba un encapsulado DIP de 64 pines aún mayor, para quienes estaban dispuestos a usar más de 40 pines, este era un precio bajo a pagar por el que era, con diferencia, el procesador más rápido de su época. Sus instrucciones y registros de 32 bits, combinados con un bus de direcciones de 24 bits con direccionamiento plano de 16 MB, también lo hicieron mucho más atractivo para los diseñadores, algo que Faggin reconoce. [ 57 ] 

Para colmo de males, cuando se lanzó el Z8000, contenía varios errores. Esto se debía a su complejo decodificador de instrucciones, que, a diferencia de la mayoría de los procesadores de la época, no utilizaba microcódigo y dependía de la lógica implementada directamente en la CPU. Esto permitió eliminar el almacenamiento de microcódigo y la lógica de decodificación asociada, lo que redujo el número de transistores a 17 500. [ 60 ] En contraste, el Intel 8088 contemporáneo utilizaba 29 000 transistores, [ 61 ] mientras que el Motorola 68000 , lanzado unos meses después, utilizaba 68 000. [ 62 ]

A pesar de una recepción algo positiva como "un supermicro razonablemente rápido con un rendimiento generalmente bueno para el precio", las limitaciones arquitectónicas de 16 bits del Z8000, con manejo de segmentos necesario para acceder a más de 64  KB en un proceso, generaron dudas sobre la longevidad de los productos de la Serie 8000 a medida que las arquitecturas de procesadores de 32 bits de Motorola y National Semiconductor se adoptaban más ampliamente. [ 63 ] Zilog Systems finalmente adoptó el procesador WE32100 de 32 bits de AT&T , introduciéndolo en un nuevo producto, el System 8000/32, junto con actualizaciones de 32 bits para sus modelos existentes de la Serie 2 del System 8000. Esto permitió la introducción de Unix System V en los productos de Zilog Systems. [ 64 ]

La adopción del WE32100 por parte de la División de Sistemas de Zilog, en lugar de seguir utilizando productos de la División de Componentes de Zilog, se debió a requisitos divergentes. Zilog buscaba introducir su sucesor de 32 bits del Z8000, el Z80000, para aprovechar el éxito del producto de 16 bits en aplicaciones militares y gráficas, mientras que su División de Sistemas priorizaba el soporte para Unix y las aplicaciones comerciales. Se llegó a la conclusión de adoptar el WE32100 como "el chip UNIX de referencia". [ 65 ] Posteriormente, Zilog anunció un acuerdo para fabricar el chipset WE32100 durante un período de cinco años, convirtiéndose en la primera fuente alternativa de estos productos. [ 66 ]

Fuentes secundarias

Varias terceras partes fabricaron el Z8000, incluyendo AMD , [ 67 ] SGS-Ates , Toshiba y Sharp . [ 68 ] Según se informa, Commodore obtuvo una licencia "para fabricar el Z8000 y circuitos de soporte periférico relacionados para su uso en sus microcomputadoras" junto con la gama abandonada Commodore 900. [ 69 ]

Notas

  1. ↑ En el artículo se indica erróneamente el modelo Z80001A, lo que quizás evidencia la torpeza de la nomenclatura de productos de Zilog.

Referencias

Citas

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