シンクレア ZX81（Sinclair ZX81）は、シンクレア・リサーチが開発し、スコットランドでタイメックスが生産したホームコンピューターである。
概要 1981年3月、シンクレアのZX80の後継としてイギリスで発売されたもので、一般家庭に安価にコンピュータを提供するべく設計されている。大成功を収め、販売終了までに150万台以上を売り上げた。イギリス以外でも成功を収めており、特にアメリカ合衆国ではタイメックスがライセンス提供を受けて製造販売した。後にタイメックスはZX81を独自に改変した Timex Sinclair 1000 と Timex Sinclair 1500 をアメリカ市場で販売した。一部の国ではシンクレアの許可を得ずにクローンを製造販売していた。
小さく単純で、何よりも安価になるよう設計されており、なるべく部品点数を減らして原価低減を図っている。表示には専用モニターではなくテレビを採用した。プログラムやデータはデータレコーダ（オーディオ・カセットテープ）にセーブし、そこからロードする。基板には4個のICチップしかなく、メモリは1KiBしか搭載していない。電源スイッチや一般的なキーボードなどの可動部品はなく、入力手段としてはタッチセンシティブなメンブレンキーボードを使用する。シンクレアが徹底的にコストを下げるという方針で設計した結果、ZX81は非常に機能が限られていたため、これを拡張・強化する周辺機器をサードパーティがこぞって販売した。
組立キットか組立済みの完成品の形で通信販売で売られていた。また、イギリスでは初めて繁華街にある小売店で販売されたホームコンピュータであり、W・H・スミスがまず販売し、まもなく他の小売業者も倣った。イギリスでは、それまで仕事や趣味でコンピュータを扱っていた人々以外の一般大衆が初めてコンピュータに触れるきっかけとなった。シンクレア・リサーチの創業者クライブ・シンクレアは、この成功で巨万の富を築き、ナイトに叙された。
特徴と機能 thumb|left|ZX81のキーボードのクローズアップ ZX81は1KiBのメモリを内蔵しており、公式には外付けで16KiBまで拡張できる。回路基板は1枚のみで、楔形の黒いプラスチックケースに収められており、外形は奥行きが167mm、高さが40mmである。メモリは4118RAMチップ（1024ビット×8）が1個か、2114RAMチップ（1024ビット×4）が2個で構成されている。基板上には他に、日本電気製の3.5MHzのZ80A8ビットマイクロプロセッサ、フェランティ製のULAチップ、単純なBASICインタプリタを搭載した 8KiB ROMチップという3個のチップしかない。総重量はわずか350gだった。初期の拡張RAMモジュールはメモリチップを寄せ集めて15KiBを搭載していた。後期バージョンでは16KiB分のチップを搭載し、アドレス空間の先頭1KiBについては使用しないようにしていた。
ケース上面には40キーのメンブレンキーボードが組み込まれていて、20種類の図形文字と54種類の反転表示文字が描かれている。個々のキーには最大5つの機能があり、SHIFTキーとFUNCTIONキーを使ったり、状態に応じてそれら機能にアクセスする。例えば、Pのキーには、文字 'P'、ダブルクォート文字 (")、BASIC言語のPRINTコマンドとTABコマンドが対応している。キー配列は標準のQWERTY配列だが、アルファベット以外のキーは現代の目から見ればあまり馴染みがないものもある。例えば、DELETEキーの代わりにRUBOUTキーがあり、RETURNやENTERの代わりに NEW LINE キーがある。キーボードの機構は非常に単純で、圧力パッド型のスイッチ40個と8個のダイオードで、8×5の格子状に配線されている。
主たる入出力はケース左端にある4つのソケットで提供されている。内蔵RFモジュレータ経由でUHFのテレビ受像機に接続し、モノクロで表示する。24行×32文字を表示でき、図形文字で1文字を2×2ピクセルとして64×48ピクセルのグラフィックスモードを提供でき、BASICでPLOTコマンドやUNPLOTコマンドを使って描画可能である。3.5mmジャックを2つ、EAR（出力）ソケットとMIC（入力）ソケットに接続し、カセットレコーダーをZX81に接続すると、250ボーでデータのセーブ/ロードが可能となる。ZX81本体内にはデータを永続的に記録する手段がなく、カセットテープが唯一の記憶媒体だった。電源は420mAで7Vから11Vの直流で、シンクレア製の 9V ACアダプタ が付属していた。
ZX81のマニュアルでは、ULAチップをシステムの "dogsbody"（下っ端）と表現しており、通常なら複数の集積回路で構成する以下のような機能を担当している。 画面表示の同期 6.5MHzのクロック信号生成。これを半分にした3.25MHzのクロック信号をプロセッサに供給する。 SAVEモードにて、カセットレコーダーに音声信号を出力する。 LOADモードにて、カセットレコーダーからの音声信号を受け取って処理する。 キーボード押下を検出する。 CPUがバスに出力したメモリアドレスを使い、ROMやRAMの活性化タイミングを決定する。 システム全般のタイミングを制御する。
内蔵RFモジュレータは走査線625本のテレビ（モノクロでもPAL方式のカラーでもよい）向けのUHF信号を出力する（イギリス、オーストラリア、西ヨーロッパの大半の国で使われていた規格）。SECAM方式のフランスでは若干修正したバージョンを必要とした。NTSCの北米ではULAチップとRFモジュレータを違うものにする必要があり、走査線525本のテレビ向けのVHF信号を出力した。ZX81とそれ以前のZX80には、表示出力の処理方法に重大な欠点があった。どちらもフルスピードで動作しつつ同時表示を維持できるほど十分な処理能力を持っていなかった。そのためZX80ではCPUが計算を実行中は画面に何も表示されなくなり、キー押下などに対応した割り込み処理をする間も同様なので、画面にちらつきが発生する。
thumb|ZX81の左側面と後面。エッジ・コネクタ、3つの入出力ソケット (TV, EAR, MIC) 、9V DC 電源ソケットがある。 ZX81ではより洗練された方式を採用し、SLOWモードとFASTモードという2つのモードを用意した。SLOWモードあるいは "compute and display" モードでは表示の維持を優先し、プログラムの実行を約4分の1の時間だけ行う。そのため処理性能が約4分の1になるが、実際のSLOWモードとFASTモードの性能差は実行中の計算内容に依存する2つのモードの性能比較としては、 がある。。FASTモードではCPUがプログラム実行中は画面表示をあきらめるので、ZX80と同様の動作となる。
また、カセットレコーダーとのセーブ/ロードを実行中、画面にジグザグに動く縞模様が現れるという奇妙な特徴がある。これはULAチップの1つのピンをビデオ信号にもカセットレコーダー向け音声信号にも使っているためである。また、データ転送のボーレートを一定に保つ必要があるため、セーブ/ロード中は画面表示を保持できない。
メモリを拡張していない場合、1KiBという制約の中でプログラミングしなければならない。画面全体に表示するだけで最大768バイト、システム変数に125バイトを要し、プログラムと入力バッファとスタックを残りのメモリ内に収める必要がある。それにもかかわらず、1KiBの制約内で巧妙なプログラムを書くプログラマが多数存在した。例えば、David Home の 1K ZX Chess はチェスの複雑なルールをわずか672バイトに凝縮し、未拡張のZX81でチェスを実行することに成功している。メモリを節約するためにBASICのコマンドは1バイトのトークンに変換され、ASCIIとは異なる独自文字セットの「文字」として格納される。
メモリーを節約するため、表示内容を保持する手法が独特である。画面上の全位置に対応したバイトが存在するのではなく、例えばある行が途中までしか文字が書かれていないときは残りの部分は省略され、次の行の内容が書かれた。そのため、なるべく表示を左上にまとめるようにプログラムを書くのが当たり前となっていた。メモリを他に使うと、表示が途中で途切れることもあった。
後面にあるエッジコネクタは、主回路基板の拡張インタフェースである。アドレス、制御、データの線があり、外部機器との通信に使用できる。愛好家やサードパーティは様々なアドオンの開発にこのインタフェースを利用した。
当時の他のコンピュータとの比較 次の表は、ZX81と当時の他の競合していたコンピュータの機能を比較したものである。定価は1982年12月時点のものである。
名称 標準RAM 最大RAM CPU 記憶媒体 大文字/小文字表示 定価 表示色数 最大解像度 サウンド Apple II Plus 16 KiB 64 KiB MOS 6502 @ 1 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大143KiB） No $1330 16 280×194 スピーカーからクリック音 Atari 800 16 KiB 48 KiB MOS 6502 @ 1.78 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大92KiB） Yes $899.95 256 320×192 4声/4オクターブ Commodore PET 16 KiB / 32 KiB 32 KiB MOS 6502 @ 1 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大1024KiB） Yes $995 モノクロ 80×50 1声/3オクターブ Commodore VIC-20 5 KiB 32 KiB MOS 6502 @ 1.02 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大170KiB） Yes $260 16 176×184 3声/ホワイトノイズ IBM PC 16 KiB 512 KiB Intel 8088 @ 4.77 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大320KiB） Yes $1265 16 640×200 1声 Radio Shack TRS-80 III 16 KiB 48 KiB Zilog Z80 @ 1.78 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大175KiB） Yes $699 モノクロ 128×96 カセットインタフェースを流用 Radio Shack Color Computer 4 KiB 64 KiB Motorola M6809E @ 0.894 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大153KiB） No $399 8 256×192 1声 TI-99/4A 16 KiB 48 KiB TI TMS9900 @ 3.0 MHz カセットテープ/フロッピーディスク（最大90KiB） Yes $299 16 256×192 3声/ホワイトノイズ ZX81 / TS1000 1 KiB / 2 KiB 64 KiB Zilog Z80 @ 3.25 MHz / NEC Z80 @ 3.25 MHz カセットテープ No $99.95 モノクロ 64×48 なし
歴史 背景 right|thumb|150px|薄型電卓 Sinclair Executive (1972) クライブ・シンクレアは1962年、最初の会社 Sinclair Radionics を創業。主にホビイスト（電子工作愛好家）向けの様々な安価なエレクトロニクス製品を製造販売した。例えば、アンプ、ラジオ、回路計などをオーディオやエレクトロニクスのホビイスト向けに組立キットの形で販売した。1972年、薄型電卓 Sinclair Executive を投入し、新たな市場に参入。これが大いに当たり、同社は様々な電卓を発売。1975年にはヨーロッパ最大の電卓企業となった。
1970年代後半になると、日本から液晶ディスプレイを使った新世代の電卓が流入し、LEDを使っていて消費電力が相対的に大きく機能も貧弱だったため、同社は財政的に苦境に陥った。ポケットテレビとデジタル腕時計を開発したが、大失敗に終わった。1975-76年には35万ポンドの赤字となり、破産寸前となった。1977年7月、 (NEB) が財政支援を行い、73%の株式を取得して事実上国営化した。
クライブ・シンクレアとNEBは会社経営方針で対立をかかえていた。Radionicsはホームコンピュータの開発プロジェクトを始めていたが、NEBは唯一利益を上げていた機器事業への集中を求めていた。シンクレアは「コンシューマ・エレクトロニクスには未来は無い」として、その方針に大反対した。他にも論争を起こしたため、シンクレアは1979年7月にRadionicsから離れることになった。
NEBとやりあっているころ、クライブ・シンクレアは1973年に設立しておいた自由にできる企業 Ablesdeal Ltd を救難ボートとして使うことにし、後に同社を Science of Cambridge と改称した。そこで、NEBから干渉されずに独自のプロジェクトを進めた。後に成功を収めたにもかかわらず、シンクレアは後々までコンピュータを単なる手段と見ていた。1985年4月、サンデー・タイムズ紙に掲載された記事で「他のビジネスに出資するためにコンピュータに関与しただけだった」と述べ、大失敗に終わったポケットテレビ TV80 や電気自動車 C5 が主眼だったとしている。Practical Computing 誌のインタビューで、シンクレアは次のように述べている。
前身: MK14 と ZX80 right|thumb|Science of Cambridge MK14 (1978) – シンクレアの最初のコンピュータ。組立キットとして販売し、購入者が組み立てた。（手前の1台のみがオリジナルで、それ以外は後の複製品） 1970年代後半、Appleなどのアメリカ企業が単純なホームコンピュータのキットを製造しはじめていた。イギリスの電子工作ホビーストもこれに関心を持っていたが、アメリカの製品は高価なため実際に購入するのはまれだった。市場には完成品のパーソナルコンピュータもハイエンド製品として登場していたが、こちらはさらに高価だった。例えばオリベッティの製品は2,000ポンド、1979年のコモドールPETは700ポンドで、市場にはホビースト向けのローエンド製品が存在しなかった。シンクレアはこれを商売の機会ととらえ、ローエンド製品を投入することにした。
シンクレアの最初のホームコンピュータは組立キットの MK14 で、1978年6月に発売した。これが大量生産された製品となるまでには長い道のりがあった。MKは "Microcomputer Kit" の略で、当初からホビースト向けにホビーストによって開発された製品であることを示している。出力はLEDの7セグメントディスプレイだけである（Science of Cambridge は UHF TV に出力するアドオン・モジュールを開発している）。ケースはなく、むきだしの回路基板だけであり、メモリも256バイトしかなく、恒久的な記録装置もない。入力は20キーの十六進法キーボードを使用する。非常に機能が貧弱だが、1万から1万5000台を売り上げており、例えば1978年、市場がより大きいアメリカでずっと高価な Apple II は9,000台しか売れていない。この成功によりクライブ・シンクレアは未開拓の低価格コンピュータ市場で利益を上げられると確信した。
シンクレアはMK14に続いてZX80を、当時世界最小で最も安いコンピュータとして開発し、1980年1月に99.95ポンドで発売した。会社は発売前の市場調査を全く行わなかったが、クライブ・シンクレアは一般大衆が十分な興味を持ってくれるだろうと予感していたという。実際、組立セット10万台の予約が入り、当初から大量生産が可能となった。
left|thumb|Sinclair ZX80 (1980)。ZX81の1つ前の製品で、設計上の多くの特徴が共通している。 ZX80の設計は多くの点でZX81に受け継がれている。シンクレア自身は後に「ZX80はZX81に向けての重要な踏み石だった」と述べている。設計は価格を最重要ポイントとしてなされた。100ポンド以下に価格設定しても十分な利益が得られることを目標としている。特徴的な白い楔形のケースに回路を収め、メンブレンキーボードを装備したデザインは、シンクレアが雇った若い工業デザイナーが生み出した。ディッキンソンは後にシンクレアのやり方について「すべてがコスト最優先だった。そのデザインはマシンの顔だった」と述べている。その簡略なキーボードはシンクレアのコスト削減の結果である。タイプライター型のキーボードよりずっと単純で安価だが、タイピングの感覚や使いやすさの面では問題が多い。
中身はさらにZX81と似ている。どちらもZ80Aマイクロプロセッサを採用し、1KiBのRAMしか搭載していない。BASICインタプリタを内蔵したROMチップを搭載し、テレビ受像機をディスプレイとして使える。また、通常のカセットレコーダーをデータ記録に使用する。両者の最大の違いは、内部のソフトウェアである。ZX81がリリースされるとZX80にZX81のROMを搭載するだけでアップグレード可能であることが判明した。
ZX80は成功を収め、発売9か月で2万台を売り上げた。Science of Cambridge は1980年末まで月産9,000台のペースでZX80を生産し、18か月で10万台を売り上げた。ZX80の成功により、後継機種を出さないわけにはいかなくなった。シンクレアは1980年11月、社名をシンクレア・コンピューターズとして中心事業を明確化し、1981年3月にはシンクレア・リサーチに改称した。
BBC Micro 事件 ZX81誕生には、英国放送協会 (BBC) が1982年に放送開始を予定していた番組の計画が関わっている。それはコンピュータとプログラミングの普及を目的とした番組だった。BBCは番組と連携した教材となるホームコンピュータを既存企業に製造委託することにした。シンクレアはこれを1980年12月に聞きつけ、ZX80の新たなバージョン ZX81 を1981年春に発表する予定であることをBBCに知らせた。ZX81はZX80の問題をいくつか解決し、より安価でより進んだものになるとしていた。シンクレアはZX81がBBCの候補となることを望んでおり、そのために働きかけを行った。彼はZX80が既に4万人のユーザーを獲得していると指摘し、番組が始まるころにはZX81のユーザーは10万人に達しているだろうと主張した。なお、この主張は少なく見積もりすぎており、実際にはその頃のユーザーの数は40万人以上に達していた。
1981年1月、ZX81のプロトタイプがBBCの代表者に対して披露された。一方ライバルのエイコーン・コンピュータは をベースにした Proton というコンピュータを提案していたが、その時点ではプロトタイプも存在しなかった。結局エイコーンが契約を勝ち取り、BBC Micro はエイコーンから1982年1月に発売された。番組プロデューサー Paul Kriwaczek は1982年3月の Your Computer 誌のインタビューで次のように説明している。
シンクレアはBBCの決定を辛辣に批判した。エイコーンがBBCの契約を勝ち取った直後、イギリス政府は学校で購入する際に半額を補助する推奨コンピュータの一覧を発行。シンクレアのコンピュータはその一覧に掲載されなかった。これに対してシンクレアは学校向けにZX81を半額で提供するキャンペーンを展開し、16KiBの拡張RAMモジュール付きで60ポンド、プリンターも半額でつけて総額90ポンドで販売した。政府の推奨システムは最低でも130ポンドであり、シンクレアのキャンペーンで2,300台が学校に売れた。
開発と製造 260px|thumb|ZX81のマザーボード。Issue One バージョン。左にあるチップがフェランティ製ULA、中央にあるのがNEC製μPD780C-1。左端にRFモジュレータがある。下端右にあるリボンケーブルでキーボードと接続する。 ZX81は、ZX80発売前から開発が始まっていた。シンクレアのチーフエンジニアであるは、ZX80の部品点数を減らしコスト削減する仕事を指示された。また、ZX80で指摘されている問題点の改善にも努めた。ウェストウッドらはZX80で使用している18個のICを1つのULAにまとめることで大幅にコストダウンできると結論した。ULAはゲートアレイとも呼ばれ、回路素子は予め決まった配置でダイ（チップ）上に形成されており、顧客の指定した回路を金属配線層で構築することでコストダウンを図るものである。フェランティはウェストウッドの設計を新たな技術革新として歓迎し、その新チップの製造を請け負った。ZX81は4チップだけで構成されており、例えばTRS-80は44個のチップで構成されていた。ULA上の論理ゲートは70%しか使われない予定だったが、シンクレアは全論理ゲートを使用してULAを最大限に生かすと決定した。しかし、このために動作中のULAが異常に発熱する結果となった。ZX81を冷やすために、ケースの上に冷えたミルクを載せたという言い伝えもある。
ZX81のROMはZX80の倍の8KiBとなった。これにより、ANSI Minimal BASIC をより完全に実装可能となった。これを Sinclair BASIC と呼んだ。クライブ・シンクレアは、ZX80のROMソフトウェアを開発した Nine Tiles という企業に ZX81 用のROMの中身の開発を依頼した。コーディングしたのは同社オーナーのジョン・グラントと、1980年1月に入社したである。グラントがZX81のハードウェアを駆動する部分を担当し、ヴィッカーズが新しいBASICとマニュアルを担当した。シンクレアからの指示は大雑把だったが、ZX80の主要問題点への対処を第一とし、プログラミングと計算に実用的に使えることを課題とした。ヴィッカーズは後に次のように述べている。
新ROMはZX80にはなかった浮動小数点演算機能を搭載し、三角関数なども実装した。ZX80では整数しか扱えなかった。グラントが導入した新機能としてBASICコードの文法チェッカーがある。当時、BASICプログラムは実行してみないとエラーになるかどうかわからなかったが、ZX81ではプログラム入力時に文法をチェックしてエラーを表示できた。ヴィッカーズは、平方根の計算を間違えるというバグを作りこんでしまった。0.25の平方根を計算すると、1.3591409 という間違った値が出力されるバグである。これは ZX Printer 用のコードをROMに統合した際に生じたバグだった。後に修正されたが、バグの存在が論争を呼び、シンクレアは一部の初期出荷版ZX81のROMを交換することになった。ヴィッカーズの執筆したマニュアルは好評で、1983年には「BASICの古典的教科書の1つ」と言われるようになった。
ZX81の外観のデザインは以前と同様リック・ディッキンソンが行い、ZX80の楔形ケースをアップデートしたものを生み出した。今回は射出成形が使えるようになり、より高品質なケースが製造可能となった。当初ディッキンソンはZX81の後ろに数珠繋ぎに周辺機器を接続して拡張するという方法を描いていたが、この方向性はとりやめになった。デザインには全部で6か月かかった。
left|thumb|ZX81のデザイン用にリック・ディッキンソンが書いた絵の1つ。後ろに各種周辺機器を数珠繋ぎにする手法の一部としてデザインされている。 ZX81は1981年3月5日、完成品と組み立てキットの2つのバージョンで発売された。どちらもタイメックスがスコットランドのダンディーの工場で生産した。タイメックスは機械式腕時計で知られた製造業者だが、エレクトロニクス製品の製造経験がなく、製造を請け負わせる業者としては最良の選択ではなかった。腕時計市場にデジタル時計とクォーツ時計が登場し、機械式時計を主力としていたタイメックスは利益がほとんどゼロという苦境にたたされ、1980年代の初めに経営危機に陥っていた。タイメックスのはこの流れを読み、新たな事業分野への進出が必要だと判断した。
タイメックスのこの方針転換はシンクレアにとって理想的なタイミングだった。ZX80は予想より大量に売れ、シンクレアの既存の生産委託先だった小さな会社では需要に応えるだけの生産能力がなかった。タイメックスは1980年後半からZX80の生産を引き継いだ。これはシンクレアとタイメックス双方にとってうまくいき、タイメックスはZX81の生産も請け負うことになり、ダンディー工場の主な収入源となった。シンクレアは当初月産1万台を予定していたが、発売後1年以内に月産3万台に増やすことになった。しかしタイメックスは当初、需要を満たすだけのZX81を生産するのに様々な問題を抱えていた。その結果、通信販売でZX81を注文してから配達されるまで最長9週間かかることになった。注文後28日以内に届けるというのが当初からの約束だったが、これを守れるようになったのは発売から5か月後の1981年9月のことである。ZX80を既に購入していた顧客に対しては、20ポンドでZX81のROMだけを購入し、ZX80の回路基板にそれをはんだ付けするだけでZX81と同等になるという選択肢があった。
ZX81の信頼性は議論を呼ぶ問題だった。主要販売業者の1つであるW・H・スミスは、ZX81を3分の1ほど多く注文し、故障したマシンを十分に交換できるだけの在庫を確保するという方針を採用した。アメリカでも同様の問題が報告されており、出荷されたZX81のうち正しく動作したのは3分の1程度だったと示唆する当時の報告書もある。しかしシンクレアの公表したデータでは、組立キットの返品率は13%だが、完成品の返品率はわずか2.4%だとしている。クライブ・シンクレアは信頼性問題を強く否定していた。
組立キットの故障率が高いのは、部品の挿入やはんだ付けで間違いを犯し、回路を壊してしまったからだとされた。ただしシンクレアは、キットと完成品の両方について電源装置に問題を抱え続けていたことを認めている。より大きな問題はシンクレアのアフターサービスの欠如だった。ニュー・サイエンティスト誌でロビン・クラークは「史上最悪のアフターサービス体制の1つ」と評している。フィナンシャル・タイムズ紙は「クライブ・シンクレアのオフィスは返品されたコンピュータであふれており、修理には何か月もかかる」と記した。返品に対して代替品を送る遅さや新規注文への配達の遅さにより、シンクレア・リサーチは顧客サービスが貧弱だというやっかいな評判を得たことを意味する。
マーケティング ZX81のマーケティングは、シンクレアが長年（1971年から1985年まで）使ってきたマーケティングエージェンシー Primary Contact（現在はオグルヴィ&メイザーの一部）が請け負った。シンクレアが勃興期のホームコンピュータ市場に参入することは Primary Contact にとっても大きな挑戦だった。それは、ストだけでなく、コンピュータに触ったこともない一般大衆にどうやってこの製品を売るかという問題だった。MicroScope 誌のデイヴィッド・オライリーは、そのやり方を一途な「ユーザーフレンドリー戦略」と評した。Primary Contact のクリス・フォークスは「我々は神童でなくとも使えることを示すことで、パーソナルコンピュータを大衆市場にもたらした」と説明している。クライブ・シンクレアは1982年、Your Computer 誌のインタビューで次のように述べている。