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20.04.1990

Chip-Karriere: Vom 4004 über den 80586 zum RISC

20.04.1990

Die Geschichte der klassischen PCs und hier speziell ihrer Prozessoren - das ist ohne Zweifel vor allem die Geschichte eines einzigen Unternehmens. Und zwar des amerikanischen Halbleiter-Konzerns Intel, der weithin geradezu als "Erfinder" der kleinen Silizium-IC-Computer gefeiert wird.

Intel hat schon 1971 - un damit zehn Jahre vor Erscheinen des ersten IBM-PCs - die Vorläufer aller heutigen Silizium-Rechenzwerge präsentiert. 1971 - in diesem denkwürdigen Jahr erhielt nicht nur der damalige Bundeskanzler Willi Brandt den Friedensnobelpreis und trat - ein erstes Menetekel über Brandts Regierung - Finanzminister Alex Möller zurück; damals sorgte der stürzende Dollar für eine globale Währungskrise, auch stellten Franzosen und Russen der Öffentlichkeit die ersten Überschall-Passagierflieger der Typen Concorde und TU-144 vor.

1971 - in jenem entscheideden Pionier-jahr, in dem Int übrigens schon den Gang an die Börse wagte - war das Unternehmen selbst gerade erst drei Jahre alt: eine Firma mit anfangs zwölf Mann, die im ersten Geschäftsjahr bescheidene 2672 Dollar umgesetzt hatte. Und die seit 1969 einen Auftrag des japanischen Unternehmens Busicom bearbeitete, das für ein Reihe druckender Tischrechner einen Satz völlig neuer, billiger Kalkulator-Chips wünschte.

In der Entwicklungsphase für dieses Projekt erkannte der zuständige Ingenieur, ein gewisser Marcian E. "Ted" Hoff, daß es wohl bessere Wege geben dürfte, als alle nötigen Rechenfunktionen auf speziell entwickelte Chips in kompliziert-festvedrahteter Logik unterzubringen. Denn, so seine zündende Idee, man könnte doch auch einfach ein universelles Kalkulier-Schaltwerk entwerfen, dazu ferner eine Steuerung und einen Programmspeicher - und somit die gewünschten Funktionen statt in Form fester Schaltungen in Gestalt einzelner Rechenprogramme bereitstellen: ganz nach den Prinzipien also, nach denen damals wie heute jeder Standardcomputer aufgebaut ist und arbeitet.

Aufgrund dieser Überlegungen entstand innerhalb von neun Monaten, was fortan den Ruhm beansprucht, der erste Mikroprozessor der Welt zu sein: der Intel-Chip 4004 mit vier Bit Wortbreite, der 2300 "PMOS"-Transistoren umfaßte und pro Sekunde 60 000 logische 4-Bit-Operationen bewerkstelligen konnte. - Das ist zwar, gemessen an heutigen Megatransistor-Chips vom Schlage eines 80486 mit seinen Millionen von 32-Bit-Instruktionen pro Sekunde, lächerlich wenig, stellte damals aber dennoch eine beachtliche Leistung dar. Denn damit leistete erstmals ein winziges Stückchen Silizium für 200 Dollar im Kern das gleiche wie einst das Röhren-Kalkuliermonster Eniac aus dem Jahre 1946 - eine Maschine mit 18000 Elektronenröhren und dem Stromverbrauch einer kleinen Fabrik.

Zwar dachte in jenen Tagen noch kein Mensch an die schier utopische Situation, daß jedermann über einen kompletten PC verfügen könnte, doch mit dem 4004 war der Grundstein gelegt - und die Entwicklung konnte ihren Lauf nehmen. Schon ein Jahr später folgte der 8008 mit acht Bit Wortbreite. Bald hielt er in Verkehrsampeln, Taxametern oder auch Waagen Einzug. Doch nicht nur dort: Schon sehr früh machten sich ausgesprochene Freaks und Elektronik-Bastler Gedanken über Mittel und Wege, rund um diese kleinen Rechenmeister veritable Primitiv-Computer mit der vollen Funktionsbreite eines damaligen Einfach-Minicomputers zusammenzustellen.

Vor allem durch den 8008-Nachfolger 8080, der ab 1974 für lange Jahre ein ausgesprochener Standard-Chip der Industrie werden sollte, aber auch durch seine Konkurrenten aus anderen Chip-Küchen entstand mit der Zeit eine regelrechte Kultur der Bastler und ihrer Computer-Bausätze. Kurz sei hier an längst vergessene Namen wie etwa Mits/Altair-8800 auf 8080-Basis oder auch an Imsai und Ohio Scientific erinnert. Das weiterentwickelte Derivat des Intel-8080, der Z80 von Zilog, war 1978 Grundstock für den ersten persönlichen Kleinrechner von Tandy/Radio Shack, den TRS-80: einen echten Einfachst-8-Bit-PC mit Musikkassetten-Laufwerk statt einer Disketteneinheit, der aber - endlich - schon komplett mit vollständiger Tastatur und normalem Bildschirm geliefert wurde statt nur mit ein paar Schaltern und Lämpchen. Er war als eines der ersten sozusagen schlüsselfertig gelieferten Geräte für Elektronik-Laien durchaus dazu geeignet, kurze

Texte zu verarbeiten. Mit ihm lernte damals auch so mancher, einfache Programme in der Anfängersprache Basic zu verfassen.

Der 8080 war bereits erheblich leistungsfähiger als seine beiden Vorläufer, übertraf er mit 290 000 8-Bit-Operationen pro Sekunden den 8008 doch glatt um das Zehnfache. Die Tatsache, daß Intel damit von der langsamen PMOS-Technik mit den sogenannten p-Kanal-Transistoren auf n-Kanal-"NMOS"-Tansistoren überging, die sich erheblich dichter packen ließen, verschaffte diesem Prozessor gewichtige Vorteile. Doch noch viel größer sollte dann der Schritt sein, den Intel vier Jahre später tat, als das Unternehmen nämlich den ersten 16-Bit-Mikroprozessor der Welt herausbrachte: den NMOS-8086 mit 29 000 Transistoren und wiederum der zehnfachen Leistung des 8080, wie Zeugen jener Innovation sich noch erinnern werden.

Es war dieser Prozessor, beziehungsweise dessen Variante 8088 mit ihrem extern nur acht Bit breiten Datenpfad, der sich gut in Standard-Systemkonzepte einpassen ließ, den IBM zur Basis ihres ersten - und dann sogleich weltweit kopierten - PCs erkor. Diese Maschine übrigens sollte lustigerweise einer erheblich teureren Entwicklung aus einer anderen Abteilung des Hauses gründlich das Wasser abgraben: Von der annähernd gleich leistungsstarken, jedoch eher klobigen IBM-Maschine Modell 23 ward fortan kaum mehr etwas vernommen...

Die Pflicht des Chronisten gebietet an dieser Stelle, kurz auch auf einen Irrweg einzugehen, den Intel bald nach Vorstellung des 8086 einschlug. Es handelt sich um das Projekt "iAPX 432", dessen Ziel theoretisch ausgesprochen interessante 32-Bit-Chips waren, mit denen man vor allem fehlertolerante Mehrprozessor-Systeme für die - damals selbst noch ganz neue und heiß diskutierte - Programmsprache Ada sollte zusammenstellen können. Doch obwohl gerade die besten unter den Mikroprozessor-Experten in aller Welt sich mit Feuereifer auf diese neuen Konzepte innovativer Chips konzentrierten, mußte Intel seine Fans am Ende doch bitter enttäuschen: Die damalige Halbleiter-Produktionstechnik gestattete noch nicht den Bau von Chips, die die für eine komplexe 432-Architektur notwendige Leistung hätten erbringen können. Jedenfalls dann nicht, wenn unter dem Strich noch ein Gewinn verbleiben sollte.

Doch kehren wir zurück zum IBM-PC, der fortan nicht nur die Intel-Prozessoren als Standard-Chips aller kleinen Privat-Rechner etablieren sollte, sondern der auch gleich einen weiteren Standard einführte, nämlich das Betriebssystem MS-DOS. Obwohl von Fachleuten anfangs nicht eben geschätzt, konnte es den zuvor dominierenden Konkurrenten CP/M von Digital Research aus dem Felde schlagen. Mit der Entscheidung für MS-DOS präsentierte IBM der Welt erstmals ein komplettes System, auf das jeder Anbieter von Programmen seine Produkte abstimmen konnte, wollte er am Erfolg des prompt weltweit einsetzenden PC-Booms teilhaben.

War die Entwicklung des 432 eine Sackgasse, so erwies sich der 8086er-Nachfolger 80286 aus dem Jahre 1982 mit seinen 130 000 Transistoren bald um so erfolgreicher. Er blieb softwarekompatibel zu seinem Vorgänger - was jener gegenüber dem 8080 ja nicht ist -

und bot nun erstmals in der Intel-Mikroprozessorwelt die Möglichkeit des Mehrprogrammbetriebs (Multitasking). Auch verfügte er über besondere Mechanismen zur Sicherung von Daten gegen unzulässiges Überschreiben. Dadurch wurde es nun beispielsweise - theoretisch - möglich, mit einem Prozessor sowohl DOS- als auch Unix-Programme zu bearbeiten, wie Intel stolz betont.

In einer Liste, mit der sich Intel vor Einführung des 286er zu möglichen Einsatzfeldern äußerte, war zwar von Farbgrafik-Systemen und der Steuerung lokaler Netze die Rede, mit keiner Silbe aber wurden PCs oder die neu konzipierten Hochleistungs-ATs erwähnt, deren Steuerung heute die Hauptaufgabe der Chips ist - Ironie der an Überraschungen nicht eben armen Geschichte der DOS-PCs.

Wie sehr Intel mit dieser Erwartung daneben lag, zeigte sich Spätestens 1988. Gegen Ende des Jahres arbeiteten weltweit an die 15 Millionen PCs auf der 286er-Basis. Eine den PC-Architekten kurz zuvor präsentierte Weiterentwicklung des 8086 mit integrierten Peripherieschaltungen - sie nannte sich 186 - vermochte dagegen nur abseits der Haupt-PC-Linie zu reüssieren.

Intel verrechnet sich bei den Einsatzfeldern

Während der 286er unbeirrt auf Erfolgskurs steuerte, geriet Intel - im Gleichschritt mit der ganzen Halbleiter-Branche - in den Jahren 1985 und '86 in den Sog einer ernsten Rezession. Doch ausgerechnet im Krisenjahr 1985 war die nächste Novität fällig: der Prozessor 80386 i mit erstmals voller 32 Bit-Struktur. Mit diesem Prozessor konnte sich Intel in Sachen 32-Bit-Technik dem Erzrivalen Motorola annähern. Dessen schon längst eingeführte 32-Bit-68000er-Serie war vor allein bei Workstations oberhalb der PC-Ebene beliebt.

Der 386er glänzt mit 275 000 Transistoren, was gut dem Hundertfachen des Ahnherrn 4004 gleichkommt, und bringt es in der Spitze auf fünf Millionen Befehle pro Sekunde. Er kann DOS- und Unix-Programme quasi gleichzeitig nebeneinander betreiben und wurde in den letzten Jahren zum Standard-Chip der PC-Oberklasse, jeden falls solange Intel die innovationslüsterne Fachwelt auf den Nachfolger 486 warten ließ. Dieser Chip mit 1,2 Millionen Transistoren, der 1989 vorgestellt wurde, sollte gegen Ende letzten Jahres schon in ersten Platinen und PC-Varianten auftauchen - und das, obwohl seinem breiten Einsatz zunächst ein Schaltungsfehler entgegenstand, den Intel erst noch eliminieren mußte.

Ehe allerdings die Fachwelt diesen 486er, der übrigens vorzugt in Rechnern mit den neuartigen internen Bussen nach IBM-Mikrokanal- beziehungsweise nach Compaq-EISA- Rezept Einsatz finden wird, bewundern konnte, stellte Intel noch eine interessante Interimslösung zwischen 286er und 386er vor. Und zwar den 386SX, der nur gut die halbe Leistung des "echten" 386ers erreicht wiewohl er unaufmerksamen PC-Käufern heute gern "386er-Maschine" verkauft wird. Er scheint langfristig als Ablösung des 286er zu fungieren

und kann - anders als jener - auch 32-Bit-Programme bearbeiten, wie Intel betont.

Der kurze Rückblick auf fast ein Jahrzehnt PC beziehungsweise auf bald schon zwei Jahrzehnte Mikroprozessoren wäre kaum vollständig, würde man nicht auch die zahllosen Zusatz-Chips kurz erwähnen, die Intel rund um die spektakulären Glanzstücke, also die viel beachteten Zentraleinheiten, auch noch entwickelt hat. So etwa die speziellen Gleitkomma-Zusatzprozessoren, die einer ganzen Reihe der hier skizzierten Universal-Mikros erst so richtig zu jenem Tempo verhalfen und verhelfen, das in Arithmetik-intensiven Einsatzgebieten gefordert wird. Oder auch die verschiedenen Zusatzprozessoren zur effizienten Verwaltung der Speichereinheiten sowie zur schnellen Ein- und Ausgabe, um nur ein paar der wichtigsten kurz anzuführen.

Nicht nur die ebenso oft vergessenen wie unverzichtbaren Zusatz-Prozessoren stehen meist bescheiden im Schatten der prominenten Zentral-Chips, auch sogenannte Controller müssen das Dasein eines unbeachteten Aschenputtels fristen. Sie sind - wie etwa ihr Ahnherr, der 8-Bit -Typ 4748 - allesamt von den prominenten Kollegen abgeleitet. Auf dem Chip besitzen sie aber noch zusätzliche Speicher und sind deshalb für Aufgaben gedacht, bei denen sie relativ kleine Programme wieder und wieder auszufahren haben, wie etwa beim Steuern einer Waschmaschine oder auch eines Industrieroboters.

Fähigkeiten zur Parallelverarbeitung

Solche Controller werden in weitaus größeren Mengen verkauft als die Basis-Mikros. Bei lntel stellen vor allem die 8-Bit-Typen 8048 und 8051 als direkte Nachkommen des 4748, aber auch der 16-Bit-Pionier 8096 aus dem Jahre 1984 die wichtigsten Mitglieder ausgedehnter Familien mit zahlreichen Varianten dar. In jüngster Zeit erlangte der erste 32-Bit-Controller besondere Prominenz, nämlich der 1988 vorgestellte 80960.

Abseits der Hauptlinie der 8086er-Chips, die übrigens einen 80586er und sogar einen 80686er hervorbringen soll, entwickelte Intel, ungeachtet der unschönen Erfahrungen mit dem 432er-Konzept, auch Prozessoren, die nach dem innovativen Prinzip der RISC-Maschinen arbeiten. Die Rede ist von den 64-Bit-Prozessoren 860, denen bald schon eine verbesserte Weiterentwicklung, der 870er, mit besonderen Fähigkeiten zur Parallelverarbeitung folgen soll, wie Beobachter zu spekulieren wissen.

Und so kommt es, daß heute immer wieder gern Wetten abgeschlossen werden, ob Intel der bewährten 80n86er-Serie wohl bis in alle Ewigkeit die Treue halten wird. Oder ob das Unternehmen sein Mäntelchen nicht doch irgendwann endgültig nach dem Wind hängen wird, der heute vor allem in Richtung RISC zu blasen scheint.

Intel auf einen Blick

1968 - Gründung der Intel Corp. im kalifornischen Mountain View durch Gordon E. Moore und Robert N. Noyce, Mitbegründer von Fairchild Semiconductor.

Das Unternehmen startet mit 12 Mitarbeitern. Erster Jahresumsatz: 2672 Dollar. Mann der ersten Stunde ist auch Andrew S. Grove, ebenfalls zuvor bei Fairchild Semiconductor tätig. Er ist heute unter Chairman Moore President und Chief Executive Officer.

1969 - Die Kalifornier bringen ihr erstes Produkt auf den Markt: den Schottky-Bipolar-64-Bit-SRAM (Static Random Access Memory).

Wenige Monate später folgt mit dem 1101 ein 256-Bit-SRAM, der bereits auf Intels neu geschaffenem MOS-Entwicklungsverfahren basiert.

Intel springt zudem über den Atlantik und eröffnet in der Schweiz die erste europäische Niederlassung.

1970 - Intel produziert seinen ersten DRAM-Baustein, den 1103. Gründung des zweiten Europa-Büros in Brüssel.

1971 - Das Jahr des 4004. Zusammen mit seinen Kollegen Frederico Faggin und Stan Mazor entwickelt Marcian E. ("Ted") Hoff den ersten Mikroprozessor der Welt - ein Silizium-Chip mit 4 Bit Wortbreite, 2300 PMOS-Transistoren und einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von 60 000 Instruktionen pro Sekunde.

Im gleichen Jahr wagt sich Intel an die Börse. Im August schafft das Unternehmen erneut eine Weltneuheit. Dov Frohman entwickelt den ersten Eprom (Erasable programmable read-only memory). Zwei weitere Niederlassungen werden in Paris und Oxford aus der Taufe gehoben. Auch nach Asien streckt das Unternehmen seine Fühler aus. In Tokio wird ein Vertriebsbüro eingerichtet.

1972 - Intel kommt nach Deutschland. In München-Solln wird das erste Büro mit sieben Mitarbeitern für die Geschäftsaktivitäten im Bundesgebiet eröffnet.

Ende des Jahres stellen die Kalifornier mit dem 8008 einen neuen Mikroprozessor mit 8 Bit Wortbreite vor.

1974 - Der 8080-Chip wird geboren. Mit 290 000 Operationen pro Sekunde übertrifft er seinen Vorgänger 8008 um das Zehnfache. Neu auch die Technik: Nach der PMOS- ist jetzt NMOS-Technik angesagt.

1976 - Die deutsche Intel-Zentrale wird nach Feldkirchen verlegt.

1978 - Vorstellung des 8086-Chips, ein 16-Bit-Mikroprozessor, der mit 29 000 Transistoren die Leistung des 8080 wiederum um das Zehnfache übertrifft.

1979 - Intel entwickelt den 8088-Mikroprozessor, dem der Computerriese IBM später zum Durchbruch verhelfen wird.

1980 - Mother Blue beschließt, den 8088 zum "Herz" ihres ersten PCs zu machen. 1982 - Der Armonker Computerkonzern beteiligt sich zu 95 Prozent an Intel durch

Aufkäufe von Intel-Aktien im Wert von 250 Millionen Dollar. Durch diese Finanzspritze und das Festhalten der IBM an der Intel-Chip-Architektur konnten sich die Kalifornier konsolidieren. Noch im gleichen Jahr kündigte der Chip-Hersteller mit dem 80286 den 16-Bit-Nachfolger des 8088 an. Dieser Mikroprozessor, softwarekompatibel zum 8088, bot erstmals die Möglichkeit des Mehrprogrammbetriebes. Die IBM baute ihn in ihren neuen PC, den AT, ein.

1985 - Intel steigt aus dem DRAM-Chip-Business aus. D starke japanische Konkurrenz ließ den US-Anbietern kaum noch Chancen, mit dynamischen Speicherchips Geld zu verdienen.

Viele von ihnen suchten sich dadurch neue Geschäftsfelder. Intel brachte noch im gleichen Jahr den 32-Bit-Mikroprozessor 80386 mit 275 000 Transistoren.

1987 - Die IBM stößt ihre letzten Intel-Aktien ab.

1989 - Mit dem 80486, einem Chip, der über 1,2 Millionen Transistoren verfügt, setzt Intel wiederum neue Mikroprozesor-Maßstäbe.

Für 1988 weisen die Kalifornier einen Umsatz von 2,87 Miliarden Dollar und einen Gewinn von 452,9 Millionen Dollar aus.