Zilog

Son succès dépasse largement le seul marché des ordinateurs personnels. Au fil des décennies, les processeurs et microcontrôleurs conçus par Zilog trouvent également leur place dans les systèmes industriels, les périphériques, les télécommunications et de nombreux équipements embarqués.

Fiche rapide

• Entreprise : Zilog
• Fondation : 1974
• Fondateurs : Federico Faggin et Ralph Ungermann
• Secteur : semi-conducteurs, microprocesseurs et microcontrôleurs
• Produit emblématique : Zilog Z80
• Lancement du Z80 : 1976
• Architecture du Z80 : 8 bits
• Domaines historiques : micro-informatique, systèmes embarqués, électronique industrielle et grand public

1974 : la naissance de Zilog

Pour comprendre la naissance de Zilog, il faut revenir aux débuts du microprocesseur.

Federico Faggin joue auparavant un rôle majeur chez Intel dans le développement des premiers microprocesseurs de l’entreprise. Il participe notamment au développement du 4004 puis travaille sur les générations suivantes, dont l’Intel 8080.

À la fin de l’année 1974, il quitte Intel et fonde Zilog avec Ralph Ungermann, lui aussi ancien de l’entreprise.

Le projet est ambitieux : développer une nouvelle génération de microprocesseurs capable de profiter de l’écosystème logiciel déjà constitué autour de l’Intel 8080 tout en proposant aux concepteurs de machines une architecture plus complète.

Masatoshi Shima, qui avait déjà travaillé avec Faggin sur les microprocesseurs Intel, rejoint Zilog en 1975 et participe directement à la conception du nouveau processeur.

D’où vient le nom Zilog ?

Le nom Zilog est généralement expliqué comme une contraction de « Z integrated logic ».

Le choix de la lettre Z renvoie à l’idée du « dernier mot » en matière de logique intégrée : l’entreprise entend alors développer des circuits fortement intégrés capables de remplacer une partie de la logique auparavant répartie entre plusieurs composants.

1976 : le Z80

Le produit qui va véritablement faire connaître l’entreprise est le Zilog Z80, commercialisé en 1976.

Il s’agit d’un microprocesseur 8 bits conçu pour conserver une forte compatibilité avec l’Intel 8080. Cette décision est stratégique : les constructeurs et les programmeurs peuvent profiter d’une grande partie des logiciels déjà développés pour le processeur Intel tout en bénéficiant des possibilités supplémentaires offertes par le Z80.

Le Z80 ne constitue donc pas simplement une copie du 8080. Zilog enrichit considérablement l’architecture.

Ce que le Z80 apporte

Parmi ses caractéristiques importantes figurent :

• un jeu d’instructions plus étendu que celui de l’Intel 8080 ;
• deux ensembles de plusieurs registres généraux, permettant de basculer rapidement d’un ensemble à l’autre ;
• deux registres d’index supplémentaires, IX et IY ;
• plusieurs modes de gestion des interruptions ;
• un mécanisme intégré facilitant le rafraîchissement de la mémoire dynamique DRAM ;
• un espace d’adressage de 16 bits permettant d’adresser directement jusqu’à 64 Ko de mémoire.

Le rafraîchissement de la mémoire

L’un des choix techniques intéressants du Z80 concerne la mémoire dynamique, ou DRAM.

Une cellule de DRAM ne conserve pas indéfiniment son information. Sa charge électrique doit être régulièrement restaurée : c’est ce que l’on appelle le rafraîchissement de la mémoire.

Avec certains processeurs, la conception de ce mécanisme nécessite une logique électronique supplémentaire autour du processeur.

Le Z80 intègre au contraire un registre de rafraîchissement. Lors de l’exécution du programme, le processeur génère automatiquement une partie des informations nécessaires au rafraîchissement de la DRAM.

Pour un constructeur de micro-ordinateur, cette intégration présente un avantage concret : elle peut contribuer à réduire le nombre de composants nécessaires autour du processeur et donc simplifier la conception de la machine.

Des registres pensés pour les programmes complexes

Le Z80 dispose également d’une organisation des registres plus riche que celle de nombreux microprocesseurs 8 bits contemporains.

On retrouve notamment les registres :

• A, utilisé comme accumulateur ;
• F, contenant les indicateurs d’état ;
• B et C ;
• D et E ;
• H et L ;
• IX et IY, utilisés pour l’adressage indexé ;
• SP, le pointeur de pile ;
• PC, le compteur ordinal.

Une particularité du processeur est de posséder des registres alternatifs :

AF′, BC′, DE′ et HL′.

Le programme peut basculer rapidement entre l’ensemble principal et l’ensemble alternatif. Cette possibilité est particulièrement utile dans certaines routines d’interruption, où le processeur doit sauvegarder ou changer rapidement de contexte.

Pourquoi le Z80 rencontre-t-il un tel succès ?

Le succès du Z80 ne repose pas sur une seule caractéristique. Il résulte de la combinaison de plusieurs avantages.

• Il reprend une grande partie de l’environnement logiciel existant autour de l’Intel 8080.
• Son jeu d’instructions est plus riche.
• Ses nombreux registres facilitent certains types de programmation en assembleur.
• Son système d’interruptions est élaboré.
• Le rafraîchissement de la DRAM est en partie pris en charge par le processeur.
• Il peut être intégré dans des systèmes relativement simples et économiques.

Le Z80 arrive ainsi au bon moment : la micro-informatique se développe rapidement et les constructeurs recherchent des processeurs à la fois abordables, suffisamment puissants et faciles à intégrer.

Zilog et l’essor de la micro-informatique

À la fin des années 1970 puis durant les années 1980, le Z80 devient l’un des processeurs les plus répandus de la micro-informatique 8 bits.

Il est utilisé dans des machines très différentes :

• les ordinateurs TRS-80 ;
• les Sinclair ZX80, ZX81 et ZX Spectrum ;
• de nombreux ordinateurs compatibles avec le standard MSX ;
• de nombreux systèmes utilisant CP/M ;
• les micro-ordinateurs Amstrad ;
• les ordinateurs de traitement de texte Amstrad PCW ;
• ainsi que de nombreuses machines industrielles et spécialisées.

Cette diversité est importante : le Z80 n’est pas associé à une seule marque ou à un seul type d’ordinateur. Il constitue une véritable plateforme matérielle commune utilisée par de nombreux constructeurs.

Le Z80 au cœur des Amstrad CPC

La famille Amstrad CPC constitue un bon exemple de la longévité et de la polyvalence du processeur.

Le CPC 464, commercialisé en 1984, utilise un Z80A fonctionnant à environ 4 MHz.

La même architecture générale est conservée sur le CPC 664 puis sur le CPC 6128.

Le cas du CPC 6128 est particulièrement intéressant : la machine possède 128 Ko de RAM, alors que le bus d’adresses 16 bits du Z80 ne lui permet d’en adresser directement que 64 Ko à la fois.

Amstrad contourne cette limitation grâce à un système de commutation de banques mémoire : différentes portions de la mémoire physique peuvent être rendues visibles dans l’espace d’adressage du processeur.

Cet exemple montre comment les constructeurs réussissent à prolonger la vie d’une architecture 8 bits en ajoutant autour du processeur des mécanismes matériels adaptés.

Le Z80 et l’écosystème CP/M

La compatibilité du Z80 avec l’environnement logiciel de l’Intel 8080 lui donne également accès à un écosystème déjà existant.

Cet avantage se révèle particulièrement important avec CP/M, l’un des systèmes d’exploitation majeurs des micro-ordinateurs professionnels de la fin des années 1970 et du début des années 1980.

De nombreux constructeurs peuvent ainsi concevoir une machine autour du Z80 tout en bénéficiant rapidement d’un ensemble de logiciels existants : assembleurs, compilateurs, traitements de texte, outils de développement et applications professionnelles.

Le succès d’un microprocesseur ne dépend donc pas uniquement de ses performances électroniques. Il dépend également des logiciels qu’il permet d’utiliser.

Zilog ne se résume pas au Z80

Le succès considérable du Z80 tend parfois à masquer le reste de l’activité de l’entreprise.

Zilog développe également d’autres familles de circuits, notamment :

• le Z8000, une architecture 16 bits destinée à des systèmes plus puissants ;
• la famille de microcontrôleurs Z8 ;
• les processeurs Z180, qui prolongent l’univers du Z80 avec davantage de fonctions intégrées ;
• plus tard, la famille eZ80, destinée notamment aux systèmes embarqués.

Cette diversification montre que Zilog ne cherche pas uniquement à fournir le processeur central d’un ordinateur personnel. L’entreprise développe progressivement des circuits destinés à être intégrés au cœur d’équipements électroniques beaucoup plus variés.

Des micro-ordinateurs aux systèmes embarqués

À partir de la fin des années 1980 et durant les années 1990, le marché de l’ordinateur personnel évolue profondément. Les architectures compatibles avec le PC et la famille x86 prennent une place dominante.

Zilog se concentre alors davantage sur les microcontrôleurs, les circuits spécialisés et les systèmes embarqués.

Dans ce domaine, les critères ne sont pas nécessairement les mêmes que pour un ordinateur personnel. Une architecture peut rester utilisée pendant de nombreuses années si elle offre :

• un coût maîtrisé ;
• une consommation adaptée ;
• une bonne fiabilité ;
• des outils de développement stables ;
• une compatibilité logicielle durable.

C’est précisément ce type de marché qui permet aux architectures issues de Zilog de conserver une longue durée de vie après la disparition des micro-ordinateurs 8 bits du marché grand public.

Une entreprise qui change de dimension

L’histoire industrielle de Zilog connaît ensuite plusieurs évolutions.

En 2010, Zilog devient une filiale du fabricant de semi-conducteurs IXYS. Cette opération intègre les microcontrôleurs et solutions embarquées de Zilog dans une gamme plus large de composants électroniques.

En 2018, IXYS est à son tour acquis par Littelfuse. La marque Zilog continue néanmoins d’exister et reste associée à des microcontrôleurs, des systèmes sur puce, des outils de développement et des solutions destinées aux applications embarquées.

La fin commerciale du Z80 classique

La longévité du Z80 est exceptionnelle dans l’industrie des semi-conducteurs.

Près d’un demi-siècle après son apparition, Zilog annonce en 2024 la fin de vie commerciale de la famille classique Z84C00. Les différentes références correspondantes sont désormais indiquées comme EOL (End of Life) par le fabricant.

La disparition commerciale du composant d’origine ne signifie toutefois pas la disparition de son architecture. Le Z80 reste étudié, émulé et utilisé dans le domaine de la rétro-informatique, tandis que son influence demeure visible dans des décennies de logiciels et de matériels conçus autour de lui.

Pourquoi Zilog est-elle importante dans l’histoire de l’informatique ?

L’importance historique de Zilog ne tient pas uniquement au nombre de Z80 produits.

L’entreprise illustre plusieurs phénomènes essentiels de l’histoire de la micro-informatique :

• le passage rapide des premiers microprocesseurs à des architectures plus élaborées ;
• l’importance de la compatibilité logicielle dans le succès d’un processeur ;
• la recherche d’une réduction du nombre de composants nécessaires à la construction d’un ordinateur ;
• la constitution d’écosystèmes matériels et logiciels autour d’une architecture commune ;
• la capacité d’une architecture à survivre longtemps après le marché pour lequel elle avait initialement été conçue.

Avec le Z80, Zilog fournit l’un des composants qui accompagnent directement l’essor de la micro-informatique personnelle à la fin des années 1970 et pendant les années 1980.

Mais son héritage dépasse les ordinateurs comme le ZX Spectrum ou les Amstrad CPC. Il montre surtout qu’en informatique, la réussite d’un processeur dépend autant de son architecture, de son coût d’intégration et de son écosystème logiciel que de sa seule puissance de calcul.

À retenir

• Zilog est fondée en 1974 par Federico Faggin et Ralph Ungermann.
• Masatoshi Shima participe au développement du Z80.
• Le Z80 est commercialisé en 1976.
• Il conserve une forte compatibilité avec l’Intel 8080 tout en proposant une architecture enrichie.
• Il équipe de nombreux ordinateurs, notamment les Sinclair ZX Spectrum, les systèmes MSX et les Amstrad CPC.
• Zilog poursuit ensuite son activité dans les microcontrôleurs et les systèmes embarqués.
• La famille classique Z84C00 atteint sa fin de vie commerciale en 2024, près d’un demi-siècle après l’apparition du Z80.

Sources documentaires

• Z80 CPU User Manual, Zilog, UM0080.
• Computer History Museum, notice biographique de Federico Faggin.
• Computer History Museum, notice biographique de Masatoshi Shima.
• Computer History Museum, ressources historiques consacrées à Zilog et au Z80.
• Documentation et archives produits Zilog.