Sinclair ZX81

Caractéristiques techniques du Sinclair ZX81

1981 : faire entrer l’ordinateur dans les foyers

Le ZX81 n’apparaît pas soudainement. Depuis plusieurs années, Clive Sinclair cherche à réduire le prix de l’informatique personnelle.

En 1978, le MK14, un petit micro-ordinateur en kit doté d’un clavier hexadécimal et de quelques afficheurs LED, reste encore proche d’une carte de développement destinée aux électroniciens. Deux ans plus tard, le ZX80 franchit une étape décisive : il possède un clavier, se branche sur un téléviseur et démarre directement dans un interpréteur BASIC.

Avec le ZX81, Sinclair va beaucoup plus loin. Le prix de lancement britannique tombe à 49,95 £ pour la version en kit et 69,95 £ pour la machine assemblée.

Ces montants paraissent presque dérisoires aujourd’hui, mais il faut tenir compte de l’inflation. En pouvoir d’achat de 2026, ils correspondent approximativement à 290 € pour le kit et 405 € pour la version assemblée. Le ZX81 reste donc un ordinateur réellement bon marché, sans pour autant coûter l’équivalent de quelques dizaines d’euros actuels.

À cette époque, de nombreux ordinateurs familiaux coûtent encore plusieurs centaines de livres. L’écart est considérable et constitue l’un des principaux arguments de Sinclair.

Le succès suit rapidement. Plusieurs centaines de milliers d’exemplaires trouvent preneur dès la première année et les ventes dépasseront ensuite 1,5 million de machines. Le ZX81 ne gagne donc pas la bataille des caractéristiques techniques. Il change plutôt les règles en rendant l’achat d’un ordinateur envisageable pour un public qui, jusque-là, n’en possédait pas.

Une architecture pour coûter le moins cher possible

Au centre de la machine se trouve le Zilog Z80A. Ce microprocesseur 8 bits, déjà très répandu au début des années 1980, fonctionne ici autour de 3,25 MHz. Toutefois, sa fréquence ne permet pas à elle seule de comprendre le comportement du ZX81. Sinclair l’utilise d’une manière particulièrement originale afin d’économiser des composants.

L’ULA remplace une grande partie de la logique

Le ZX80 utilisait encore plusieurs circuits logiques distincts pour assurer les fonctions nécessaires autour du processeur. Sur le ZX81, Sinclair regroupe une grande partie de cette électronique dans une ULA, pour Uncommitted Logic Array, fabriquée notamment par Ferranti.

La carte mère devient ainsi étonnamment dépouillée. Autour du Z80 se trouvent essentiellement la ROM, la RAM et l’ULA, auxquels s’ajoutent quelques composants annexes. Cette intégration réduit le nombre de circuits, le coût d’assemblage et les dimensions de la carte.

Le boîtier dessiné par Rick Dickinson traduit parfaitement cette philosophie. Petit, noir, très plat et presque dépourvu de commandes physiques, il donne au ZX81 une silhouette immédiatement reconnaissable.

Le processeur doit aussi fabriquer l’image

Le système vidéo constitue sans doute la partie la plus étonnante de la machine. Un ordinateur classique confie généralement l’affichage à un circuit spécialisé capable de lire la mémoire vidéo pendant que le processeur poursuit ses calculs. Sinclair choisit une solution beaucoup plus économique : le Z80 participe directement à la génération de l’image.

Cette décision permet de supprimer du matériel, mais elle coûte du temps processeur. Lorsque le ZX81 maintient une image stable sur le téléviseur, le Z80 consacre une part importante de son activité à cette tâche. Le BASIC propose donc deux modes qui rendent cette contrainte directement visible.

SLOW : travailler tout en gardant l’image

Le mode SLOW conserve l’affichage pendant l’exécution du programme. Le processeur partage alors son temps entre le calcul et la production de l’image. Pour l’utilisateur, tout fonctionne normalement, mais les traitements avancent lentement.

FAST : sacrifier l’image pour accélérer le calcul

Avec FAST, le ZX81 cesse temporairement de maintenir l’affichage pendant les calculs. L’écran disparaît ou devient grisâtre, mais le programme s’exécute beaucoup plus rapidement. Le manuel Sinclair indique un gain pouvant approcher un facteur quatre. Dès qu’une saisie ou un affichage devient nécessaire, la machine peut de nouveau produire l’image.

Cette particularité résume à elle seule la philosophie du ZX81 : Sinclair ne cherche pas à masquer les limites du matériel. Au contraire, le logiciel compose directement avec elles.

1 Ko de RAM : chaque octet compte

La version de base du ZX81 possède seulement 1 024 octets de mémoire vive. À titre de comparaison, une simple photo JPEG actuelle occupe couramment plusieurs millions d’octets. Pourtant, ce kilooctet doit contenir le programme BASIC, ses variables, les données du système et une partie de l’écran.

Sinclair utilise donc plusieurs astuces pour économiser la mémoire. La plus intéressante concerne le display file, la zone qui décrit le contenu affiché.

Même l’écran s’adapte à la mémoire disponible

Avec 1 Ko, le ZX81 ne réserve pas obligatoirement une zone complète correspondant aux 32 caractères de chacune des lignes. Une ligne presque vide peut occuper très peu de place ; elle s’allonge en mémoire lorsque l’utilisateur y ajoute du contenu.

La conséquence paraît étrange aujourd’hui : afficher davantage de caractères peut laisser moins de place au programme BASIC. L’écran et le programme se disputent littéralement la même ressource.

Cette limitation n’est pas seulement théorique. Des utilisateurs se souviennent qu’un programme pouvait devenir si volumineux qu’il ne restait parfois même plus assez de mémoire pour l’afficher confortablement avec LIST. Sur une machine équipée de seulement 1 Ko, le simple fait de montrer davantage de texte à l’écran pouvait donc devenir un problème.

Une extension mémoire atténue largement cette contrainte, mais sur la configuration d’origine elle influence directement la manière de programmer. Le propriétaire apprend rapidement à économiser non seulement les instructions, mais également l’affichage.

Les fameux « 64 × 48 pixels » du ZX81

Les fiches techniques attribuent souvent au ZX81 un mode graphique de 64 × 48. La réalité est un peu plus subtile. Le ZX81 travaille d’abord avec un écran de 32 × 24 caractères. Il ne possède pas, en BASIC, un véritable bitmap dont chaque point serait librement adressable.

Pour dessiner, Sinclair utilise des caractères semi-graphiques découpés en quatre zones. Chaque cellule peut donc représenter deux positions horizontalement et deux verticalement. On obtient ainsi une grille théorique de 64 × 48 blocs.

En pratique, le BASIC réserve les deux dernières lignes de texte aux messages et à la saisie. L’instruction PLOT utilise donc normalement des coordonnées allant de 0 à 63 sur l’axe horizontal et de 0 à 43 sur l’axe vertical. La zone réellement prévue pour ces graphismes est ainsi de 64 × 44 éléments.

Du noir, du blanc et beaucoup d’astuces

Aucune couleur n’est disponible. Le ZX81 peut cependant inverser les caractères afin d’obtenir du blanc sur fond noir. Les programmeurs combinent caractères normaux, caractères inversés et blocs semi-graphiques pour créer des décors, des interfaces et des jeux beaucoup plus lisibles que les caractéristiques brutes ne le laisseraient penser.

Le clavier membrane

Le clavier constitue probablement le compromis le plus visible du ZX81. À la place de véritables touches mécaniques, Sinclair utilise une membrane plate sensible à la pression. Aucun mécanisme ne s’enfonce réellement sous les doigts et le retour tactile reste presque inexistant.

Pour saisir un long listing, l’expérience peut rapidement devenir fatigante. Il faut appuyer précisément sur les zones imprimées et surveiller en permanence ce qui apparaît à l’écran. De nombreux utilisateurs finiront d’ailleurs par acheter ou fabriquer un clavier mécanique.

Les mots-clés BASIC directement sur les touches

Le clavier du ZX81 possède une particularité très caractéristique des machines Sinclair : les instructions BASIC ne sont généralement pas saisies lettre par lettre. De nombreux mots-clés sont directement associés aux touches du clavier.

Le résultat dépend du mode de saisie dans lequel se trouve le curseur. Dans le mode approprié, appuyer sur une touche insère directement une instruction complète. Ainsi, la touche P peut produire PRINT, tandis que d’autres touches donnent directement RUN, LIST, GOTO, LOAD, SAVE, FOR ou encore IF.

Une même touche peut toutefois avoir plusieurs fonctions. Selon le mode actif et l’utilisation de SHIFT, elle peut produire une lettre, un mot-clé BASIC, une fonction mathématique, un symbole ou un caractère graphique. Le clavier du ZX81 ressemble donc presque à une carte des instructions du langage.

Ce système demande un certain apprentissage. Pour une instruction longue comme PRINT, appuyer sur une seule touche est pratique. En revanche, pour un mot très court comme IF, sélectionner le mot-clé peut sembler plus contraignant que de simplement taper les lettres I et F sur un clavier classique.

Cette organisation va de pair avec une autre caractéristique du Sinclair BASIC : les mots-clés sont stockés sous forme de jetons. Une instruction comme PRINT n’est donc pas conservée en mémoire comme cinq caractères indépendants, mais sous une forme codée beaucoup plus compacte. Sur une machine ne disposant que de 1 Ko de RAM, cette économie est particulièrement importante.

Le principe des mots-clés directement accessibles au clavier n’est d’ailleurs pas propre à Sinclair. Quelques années plus tard, le Thomson MO5 propose lui aussi de nombreuses instructions BASIC imprimées sur les touches et accessibles grâce à la touche BASIC. La différence est importante : sur le MO5, l’utilisateur peut également saisir les commandes normalement, lettre par lettre. Sur le ZX81, le système de mots-clés intégrés au clavier fait beaucoup plus directement partie de la manière habituelle de programmer.

Une idée astucieuse qui n’est pas toujours plus rapide

En pratique, cette méthode de saisie demande cependant un véritable apprentissage. Une même touche peut produire une lettre, une instruction BASIC, une fonction ou un symbole selon le contexte et le mode actif.

Pour un mot long comme PRINT, le système peut être pratique puisqu’une seule touche remplace cinq lettres. En revanche, certaines instructions courtes peuvent demander plusieurs manipulations pour atteindre le mot-clé correspondant. Taper du BASIC sur un ZX81 revient donc moins à écrire normalement qu’à apprendre progressivement la cartographie de son clavier.

Un lecteur du site, Stef Code, résume bien cette expérience : il se souvient notamment du caractère frustrant des commandes qu’il fallait sélectionner sur le clavier plutôt que simplement taper. Une instruction aussi courte que IF pouvait ainsi demander davantage de manipulations que les deux lettres I et F sur un clavier classique.

Cette particularité est aujourd’hui l’un des aspects les plus caractéristiques du ZX81 : le clavier fait presque partie du langage de programmation lui-même.

Une touche suffit pour écrire PRINT

En BASIC, l’utilisateur ne tape généralement pas P, R, I, N puis T. Lorsque le curseur se trouve dans le mode correspondant aux mots-clés, une pression sur la touche P insère directement PRINT. D’autres touches donnent LET, RUN, LIST, GOTO, SAVE, LOAD ou encore PLOT.

Selon le contexte, la même touche peut produire une lettre, un mot-clé, une fonction ou un symbole graphique. Le clavier paraît donc extrêmement chargé, mais cette organisation accélère la saisie et limite les erreurs.

Les instructions BASIC sont en outre stockées sous forme de jetons. Un mot comme PRINT n’occupe donc pas cinq caractères indépendants dans le programme. Avec 1 Ko de RAM, quelques octets économisés ne représentent pas un détail.

Un BASIC contenu dans seulement 8 Ko

Au démarrage, le ZX81 arrive directement dans son interpréteur BASIC. Aucun système d’exploitation n’est à charger et aucun menu ne précède la programmation : l’ordinateur attend immédiatement les instructions de l’utilisateur.

Sa ROM de 8 Ko contient à la fois les routines système, l’éditeur et le BASIC. Malgré cette taille réduite, le langage propose les boucles FOR/NEXT, GOTO, GOSUB, les chaînes de caractères, les tableaux, des fonctions mathématiques, PLOT et UNPLOT ainsi que PEEK, POKE et USR pour accéder plus directement à la machine.

Le manuel fourni par Sinclair ne se contente d’ailleurs pas d’énumérer les commandes. Il apprend progressivement à écrire des programmes, à utiliser les sous-programmes, les tableaux, les graphismes ou encore la sauvegarde sur cassette. Pour beaucoup d’acheteurs, le ZX81 constitue ainsi autant un ordinateur qu’un cours pratique de programmation.

La cassette : SAVE, LOAD et beaucoup de patience

Sinclair laisse également le stockage à l’utilisateur. Un simple magnétophone à cassette se branche sur les prises EAR et MIC. Le ZX81 peut ensuite enregistrer un programme avec SAVE et le récupérer avec LOAD.

En théorie, le système paraît simple. Dans la pratique, le réglage du volume du magnétophone joue un rôle essentiel. Un niveau trop faible ou trop fort suffit à faire échouer le chargement. Le manuel consacre donc plusieurs pages à la recherche du bon réglage, au nettoyage des têtes et aux essais à effectuer en cas d’erreur.

Les utilisateurs se souviennent aussi des motifs qui envahissent l’écran pendant les transferts. Ces zébrures ne sont pas un écran de chargement conçu pour faire patienter : elles découlent directement du fonctionnement très particulier de la machine.

Le RAM Pack 16 Ko : indispensable et redouté

Un kilooctet permet d’apprendre et d’écrire de petits programmes. Pour aller plus loin, l’extension 16K RAM Pack change complètement la machine. Avec 16 Ko, les jeux deviennent plus ambitieux, les tableaux plus importants et les listings beaucoup moins contraints.

Sinclair choisit une solution très simple : le boîtier mémoire s’enfiche directement dans le connecteur d’extension situé à l’arrière. Malheureusement, la fixation manque de rigidité.

Le fameux RAM Pack wobble

Un choc sur la table ou un déplacement de l’extension peut provoquer un mauvais contact. Le ZX81 se bloque alors immédiatement et le contenu de la mémoire disparaît. Le problème devient suffisamment célèbre pour recevoir le surnom de RAM Pack wobble.

Des utilisateurs sécurisent l’extension avec du ruban adhésif ou du double-face, tandis que des sociétés tierces commercialisent rapidement des solutions plus robustes. Les documents d’époque décrivent déjà très clairement ce défaut.

La ZX Printer : petite machine, petite imprimante

Sinclair propose également une imprimante conçue pour accompagner ses ordinateurs. La ZX Printer reste fidèle à la philosophie générale : petite, originale et relativement économique.

Elle utilise un papier métallisé spécial et un procédé électrosensible plutôt qu’une tête d’impression matricielle classique. Le résultat paraît rudimentaire, mais il permet enfin de conserver un listing autrement qu’en le recopiant à la main.

Le BASIC prévoit directement les instructions LPRINT, LLIST et COPY. LPRINT envoie du texte à l’imprimante, LLIST imprime un programme BASIC et COPY reproduit le contenu de l’écran.

Le ZX81 en France : moins de 1 000 francs

Le ZX81 trouve également son public en France. Au début de 1982, des publicités proposent la machine autour de 985 francs assemblée et 764 francs en kit. À ce tarif s’ajoutent cependant rapidement les accessoires : une extension mémoire de 16 Ko peut coûter environ 650 francs et la ZX Printer près de 690 francs.

Deux ans plus tard, le marché a déjà beaucoup changé. Dans le numéro de décembre 1983 d’ORDI-5, un revendeur affiche encore le ZX81 à seulement 580 francs.

Cette chute de prix raconte à elle seule la vitesse de l’évolution. Entre 1981 et 1983, les acheteurs découvrent le ZX Spectrum, l’Oric, le Commodore 64 et d’autres machines dotées de davantage de RAM, de couleur et de meilleurs claviers. L’ordinateur exceptionnellement accessible de 1981 paraît déjà ancien deux ans plus tard.

En France, même la télévision pose problème

Le ZX81 ne possède pas de sortie vidéo moderne : il envoie un signal RF destiné à la prise antenne d’un téléviseur. Or les standards utilisés en Grande-Bretagne et en France diffèrent.

En mars-avril 1982, Micro-Systèmes explique par exemple que la version britannique travaille avec une modulation vidéo négative tandis que le standard français concerné utilise une modulation positive. La revue publie même un montage électronique permettant d’inverser le signal et d’améliorer le contraste.

Ce problème aujourd’hui oublié rappelle une réalité importante : au début des années 1980, importer un micro-ordinateur britannique ne signifie pas forcément pouvoir le brancher immédiatement sur le téléviseur français du salon.

Un ordinateur que les utilisateurs transforment

Le ZX81 devient rapidement bien plus que la petite machine vendue par Sinclair. Son connecteur d’extension expose suffisamment de signaux pour permettre à des électroniciens et à de petites sociétés de lui ajouter de nouvelles fonctions.

Des claviers mécaniques remplacent la membrane d’origine. Des extensions mémoire apparaissent. Certains boîtiers accueillent directement la carte mère avec plusieurs interfaces supplémentaires. D’autres fabricants proposent des imprimantes, des cartes d’entrées-sorties ou des systèmes audio.

En avril 1984, Électronique Pratique présente encore plusieurs périphériques conçus pour le ZX81 : huit entrées analogiques, un synthétiseur vocal, une carte mémoire 16 Ko et une interface à EPROM.

Trois ans après son lancement, la machine reste donc une plateforme appréciée des électroniciens. Pour certains propriétaires, le ZX81 d’origine finit même par disparaître dans un nouveau boîtier équipé d’un vrai clavier et de multiples extensions.

L’époque où l’on achetait un jeu sous forme de listing

Posséder un micro-ordinateur au début des années 1980 implique souvent de programmer soi-même. Les magazines et les livres publient des pages entières de BASIC que le lecteur doit recopier sur son clavier. Avant même de jouer, il faut parfois passer une heure à saisir des dizaines de lignes, vérifier les numéros, traquer une parenthèse oubliée ou une instruction mal recopiée.

En France, Hebdogiciel incarne particulièrement cette culture. Lancé en octobre 1983, cet hebdomadaire consacre une grande partie de ses pages à des programmes envoyés par ses lecteurs et publiés sous forme de listings.

Les livres fonctionnent de la même manière. Jeux électroniques – Battlegames, publié par Hachette Jeunesse en 1983, propose par exemple des programmes pour plusieurs familles de micro-ordinateurs. L’ouvrage indique les lignes à modifier pour les adapter au ZX81. Le lecteur ne reçoit donc pas un logiciel prêt à lancer : il reçoit son code source sur papier.

L’erreur fait inévitablement partie de l’expérience. Une lettre mal saisie, un numéro de ligne incorrect ou un symbole oublié suffit à empêcher le programme de fonctionner. Il faut alors relire le listing, comparer chaque ligne et comprendre ce qui ne va pas. Sans forcément chercher à devenir programmeurs, des milliers d’utilisateurs apprennent ainsi les variables, les boucles, les tests et les sous-programmes simplement parce qu’ils veulent faire fonctionner un jeu.

C’est l’une des grandes différences avec l’informatique actuelle : sur un ZX81, jouer et programmer restent souvent très proches. Le logiciel n’est pas encore une boîte noire téléchargée en quelques secondes. On peut le lire, le modifier, tricher, changer le nombre de vies ou transformer les règles. Pour toute une génération, cette proximité avec le code a constitué une véritable école de programmation.

Que peut-on vraiment faire avec 1 Ko ?

Beaucoup plus qu’on pourrait le croire. En 1984, Électronique Pratique publie encore un Jeu de l’oie destiné au ZX81 avec seulement 1 Ko de RAM. Le programme doit évidemment rester compact, mais il gère déjà les déplacements, les tirages aléatoires et l’affichage du déroulement de la partie.

Les programmeurs apprennent à recycler les variables, raccourcir les instructions et exploiter les particularités du BASIC. La contrainte devient presque un jeu en elle-même : combien peut-on faire tenir dans 1 024 octets ?

L’arrivée des extensions 16 Ko libère ensuite les développeurs. Certains programmes deviennent étonnamment ambitieux. 3D Monster Maze, réalisé par Malcolm Evans, reste l’exemple le plus célèbre : le joueur explore un labyrinthe représenté en perspective tout en essayant d’échapper à un tyrannosaure. Sur le papier, rien dans la fiche technique du ZX81 ne semble prédestiner la machine à produire une telle expérience.

Du ZX81 au ZX Spectrum

La carrière du ZX81 paraît longue dans les souvenirs, mais elle se déroule en réalité très vite. Dès 1982, Sinclair lance le ZX Spectrum. Toujours basé sur un Z80, le nouveau modèle ajoute beaucoup plus de mémoire, la couleur et des capacités graphiques nettement supérieures.

Dans le même temps, le marché s’emballe. Le Commodore 64, puis le Amstrad CPC 464 et le Thomson MO5 proposent des dizaines de kilooctets de mémoire, des graphismes en couleur et des possibilités sans commune mesure avec celles du petit Sinclair.

Techniquement, le ZX81 devient donc très vite obsolète. Historiquement, c’est exactement l’inverse : plus le marché progresse, plus son rôle de machine de transition apparaît clairement.

Pourquoi le ZX81 compte encore aujourd’hui

Le ZX81 mérite sa place dans l’histoire non pas malgré ses limitations, mais en grande partie grâce à elles. Sinclair cherche systématiquement ce qu’il peut retirer sans empêcher la machine de rester un véritable ordinateur programmable.

Le téléviseur remplace le moniteur. Le magnétophone familial sert de stockage. La membrane remplace un clavier mécanique. L’ULA supprime une grande partie des circuits logiques. Le Z80 aide à fabriquer l’image. Enfin, un seul kilooctet de RAM suffit pour commencer à programmer.

Ce minimalisme rend possible un prix que peu de concurrents peuvent alors atteindre. Pour des centaines de milliers de familles, le ZX81 représente ainsi le premier ordinateur que l’on peut raisonnablement envisager d’acheter pour découvrir l’informatique.

Son héritage ne tient donc pas à ses performances. Il tient à ce qu’il a rendu possible : poser un ordinateur sur la table du salon, le brancher au téléviseur et commencer à programmer quelques minutes plus tard.

Pour une génération entière, l’informatique personnelle a parfois commencé ainsi : un petit boîtier noir, 1 Ko de RAM, un clavier presque plat et un curseur qui attendait la première instruction BASIC.

Repères chronologiques

• 1978 : Science of Cambridge commercialise le MK14.
• 1980 : lancement du ZX80.
• 5 mars 1981 : lancement officiel du Sinclair ZX81.
• 1981 : prix britannique de 49,95 £ en kit et 69,95 £ assemblé.
• 1981 : apparition du RAM Pack 16 Ko et développement rapide d’une bibliothèque de logiciels.
• 1981 : sortie de 3D Monster Maze de Malcolm Evans.
• 1982 : forte diffusion du ZX81 en France.
• 1982 : lancement du ZX Spectrum.
• 1982 : commercialisation nord-américaine du Timex Sinclair 1000.
• Décembre 1983 : le ZX81 est encore proposé à 580 F par un revendeur français.
• 1984 : magazines et électroniciens continuent de publier programmes et extensions pour la machine.

Sources

• Sinclair Research, ZX81 BASIC – Cours de programmation, Steven Vickers.
• Sinclair Research, documentation technique du Sinclair ZX81.
• The Home Computer Course, dossier consacré au ZX81.
• Micro-Systèmes, « Doublez les possibilités graphiques de votre ZX81 », mars-avril 1982.
• Jeux électroniques – Battlegames, Hachette Jeunesse, 1983.
• ORDI-5, n°6, décembre 1983.
• Électronique Pratique, n°70, avril 1984.