Zilog Z80 исполняется 50 лет: хроника 8-битных процессоров, которые не хотят умирать

Пятьдесят лет спустя после своего выпуска процессор Zilog Z80 всё ещё производится под заказ, работает в десятках открытых проектов и до сих пор «обитает» в эмуляторах. Вспоминаем о чипе, который сформировал наше детство.

Комната подростка, кассетный магнитофон, Z80

Мы все помним, так или иначе, звук кассетного магнитофона, загружающего игру — долгие минуты синего и жёлтого на ZX Spectrum, разноцветные пиксели Amstrad CPC или мелодию загрузки японского MSX. То, что объединяло эти машины из трёх разных экосистем, не было ни их экраном, ни клавиатурой, ни страной — это был маленький квадратный чип с 40 выводами: Zilog Z80.

Спустя пятьдесят лет после выпуска Z80 празднует свой полувековой юбилей. И это достаточно редкий случай, чтобы отметить: он всё ещё производится (Zilog объявил о завершении жизненного цикла в 2024 году, но эквиваленты вроде Z84C00 и переиздания остаются доступными), он работает в активных проектах с открытым исходным кодом, он питает сообщество ретро, которое отказывается превращать его в музейный экспонат.

Откуда он взялся

Z80 вышел в июле 1976 года. Его разработал Федерико Фаггин, итальянец, бывший инженер Intel, где он руководил созданием 4004 и затем 8080 — первого в мире 8-битного микропроцессора общего назначения. Фаггин покинул Intel в 1974 году, основал Zilog вместе с Ральфом Унгерманном и атаковал своего бывшего работодателя на его же поле: Z80 двоично совместим с 8080 (он выполняет его набор инструкций), но расширяет его дополнительными регистрами (знаменитые альтернативные регистры A', BC', DE', HL'), улучшенной обработкой прерываний и, главное, встроенным обновлением DRAM — процессор может управлять динамической памятью без внешних схем, что снижает стоимость системы.

Успех был моментальным на промышленном уровне. Z80 стал стандартным процессором для CP/M, операционной системы, правившей на профессиональных микрокомпьютерах до появления MS-DOS. Затем он перешёл в массовый сегмент.

Машины, которые его прославили

• Sinclair ZX80, ZX81, ZX Spectrum (Великобритания, 1980–1982) — доступ к компьютерам для целого поколения европейцев по невиданным ценам.
• Amstrad CPC 464, 664, 6128 (Франция/Великобритания, 1984–1985) — семейный компьютер с кассетами, а затем дискетами, огромная программная экосистема.
• MSX / MSX2 (Япония, 1983 — стандарт, продвигаемый ASCII и Microsoft Japan) — стандарт, который должен был унифицировать японские бытовые компьютеры, поддерживался Sony, Panasonic, Sanyo, Toshiba, Yamaha. Z80 был обязательным процессором для этого стандарта.
• TRS-80 (США, 1977) — компьютер от Tandy/Radio Shack.
• Sega Master System, Game Gear — Z80 как основной процессор.
• Sega Mega Drive / Genesis — Z80 как сопроцессор аудио (управление чипами YM2612 и SN76489).
• Nintendo Game Boy / Game Boy Color — процессор Sharp LR35902, ядро, вдохновлённое Z80 (не полностью совместимо, но очень близко).
• Neo Geo Pocket / Pocket Color — Z80 для аудио.

Что он оставил гикам

Z80 обучил целое поколение ассемблеру. Его архитектура — простые и читаемые инструкции, хорошо названные регистры, документированные такты процессора — делает его и сегодня отличным педагогическим инструментом для понимания того, что такое процессор. Проекты [курсы по архитектуре ретро-CPU] почти всегда используют либо Z80, либо его родственника 6502 в качестве учебного пособия.

С точки зрения живого сообщества: экосистема homebrew остаётся плотной. Домашние картриджи для MSX и Master System выпускаются регулярно. Эмуляторы (Fuse для Spectrum, RetroArch для всего остального) достигают цикл-экзактной точности. Существуют современные платы на базе Z80 — RC2014, набор для сборки компьютера, вдохновлённый микрокомпьютерами S-100 70-х, стоит около 200–300 € и позволяет изучать архитектуру, держа паяльник в руках.

Почему он не умирает

Три причины объясняют долголетие Z80:

1. В индустрии он до сих пор используется в простых встраиваемых системах (электронные игрушки, калькуляторы TI-83/84, работающие на производных Z80, недорогие промышленные контроллеры). Низкая цена и зрелый инструментарий делают замену Z80 на ARM Cortex-M0 более дорогой в плане системных затрат, чем экономия.
2. В геек-культуре демосцена, чиптюн-творчество (YM2612 Mega Drive управляется через Z80), соревнования по написанию ассемблерного кода на 256 байт — всё это поддерживает живой огонь интереса.
3. В сохранении наследия оригинальная документация Zilog полная, общедоступная, а программы того времени продолжают компилироваться в современных toolchain (z88dk, sdcc).

Наша дань уважения

Пятьдесят лет — это больше, чем профессиональная жизнь одного инженера. Это два поколения, которые, в свою очередь, научились программировать на этом маленьком чипе. Z80 — идеальный контрпример программируемому устареванию: он делал ровно то, что от него требовалось, исправно, и продолжает делать это до сих пор. Мы ему обязаны — в прямом смысле — нашими первыми программами, нашими первыми багами, нашими первыми моментами, когда мы говорили себе «ага, работает».

С днём рождения, Z80. До встречи через десять лет.