Signetics 2650 - Signetics 2650

Signetika 2650
KL Signetics 2650AN.jpg
Signetika 2650AN
Obecná informace
Spuštěno 1975 ; Před 46 lety ( 1975 )
Běžní výrobci
Výkon
Max. Taktovací frekvence CPU 1,2 MHz
Šířka dat 8
Šířka adresy 15
Fyzické specifikace
Balíčky

Signetics 2650 byl 8-bit mikroprocesor představen v červenci 1975. Podle Adam Osborne ‚s kniha je úvodem do Microprocessors Vol 2: Některé skutečné produkty , to bylo‚největší minipočítač like‘z mikroprocesory jsou k dispozici v té době. Kombinace chybějících funkcí a lichého přístupu do paměti omezovala jeho přitažlivost a systém na trhu viděl jen malé využití. Signetics se stal známější jako dodavatel druhého zdroje pro MOS 6502 .

Dějiny

Úvodní reklama Signetics 2650, 30. října 1975

V roce 1972 najal Jack Curtis společnosti Signetics Johna Kesslera z IBM, aby vedl návrh nového jednočipového CPU určeného ke konkurenci minipočítačovým systémům. Kessler vybral jako model pro nový design IBM 1130 . 1130, vydaný v roce 1965, byl 16bitový minipočítač, který sdílel mnoho konstrukčních prvků s dalšími minisérie své doby.

Zatímco Kessler navrhl architekturu, Kent Andreas rozvrhl CPU pomocí nedávno vyvinutého procesu iontové implantace NMOS . Na rozdíl od mnohem běžnějšího procesu PMOS té doby, NMOS spotřebovával méně energie a odváděl méně tepla. To umožnilo spuštění čipu vyšší rychlostí, než navrhovaly CPU PMOS, a prvních 2650 běželo stejnou rychlostí 1,25 MHz jako současné modely 1130.

Když byl model 2650 v roce 1972 navržen, patřil k nejpokročilejším designům na trhu a snadno překonával a překonával Intel 4004 a 8008 stejné éry. Navzdory tomu nebyl návrh uveden do výroby. V té době byla společnost Signetics silně zapojena do společnosti Dolby Laboratories a vyvíjela integrované obvody, které implementovaly sadu systémů redukce šumu společnosti Dolby . Výroba 2650 byla odsunuta a CPU bylo formálně představeno až v červenci 1975. V roce 1975 bylo představeno několik nových CPU, které byly od začátku navrženy spíše jako 8bitové stroje, než aby napodobovaly starší design, a výhody 2650 už nebyly tak přesvědčivé.

V roce 1975 společnost Philips koupila společnost Signetics a od té doby lze verze 2650 nalézt se značkou Signetics nebo Philips.

V březnu 1976 dosáhla společnost Signetics dohody s druhým zdrojem s Advanced Memory Systems (AMS). V té době byla většina CPU firem velmi malá a nikdo by nekoupil design od společnosti, která by mohla zkrachovat. Druhé získávání zdrojů bylo důležitou zárukou, že design zůstane v tomto případě k dispozici. AMS již fungoval jako druhý zdroj pro RCA 1802 , pokročilý design CMOS , a NMOS 2650 byl považován za užitečný doplněk, který by přímo nekonkuroval 1802. Bohužel v listopadu AMS koupil Intersil , který měl vlastní Intersil 6100 , jednočipovou verzi PDP-8 mini. Intersil snížil výrobu 2650.

Signetics to zkusil znovu s National Semiconductor v roce 1977, který plánoval představit verze v posledním čtvrtletí roku. Z neznámých důvodů se zdá, že k tomu nikdy nedošlo a byl nalezen pouze jediný příklad verze NS z Francie.

Společnost Signetics pokračovala ve vývoji modelu 2650 a představila dva nové modely v roce 1977. Model 2650A byl přepracovanou verzí původního rozvržení, která měla zlepšit výtěžnost a tím snížit náklady. Rychlost zůstala beze změny na 1,25 MHz pro základní model a 2 MHz pro verze -1. 2650B byl založen na A, přidal řadu nových instrukcí a zlepšil výkon řady stávajících instrukcí.

Popis

Zvětšený čip Signetics 2650A.

Celkový design 2650 byl založen na IBM 1130 . 2650 jako takový má řadu funkcí, které byly běžné u minipočítačů šedesátých let , ale jen zřídka se vyskytovaly u nově navržených mikroprocesorů sedmdesátých let. Mezi nimi například byly stavové bity, které byly použity ke sledování stavu vstupních/výstupních zařízení, což zjednodušuje zápis propojovacího kódu. Další mini podobnou funkcí bylo použití vektorových přerušení , které umožňovalo zařízením volat správný kód obsluhy přerušení vložením umístění paměti na datovou sběrnici a následným vynucením přerušení. Tím se vyhnete potřebě psát centralizovaný obslužný program přerušení, který čte další data ze sběrnice, určuje, který ovladač zařízení je vyvolán a poté jej zavolá; 2650 může přeskočit přímo na správný kód, potenciálně uložený na samotném zařízení.

Stejně jako 1130 byly procesní registry 2650 rozděleny do sad, přičemž jako akumulátor byl použit jeden globální registr R0 a dvě sady indexových registrů , obě pojmenované R1, R2 a R3, pro celkem sedm registrů. V každém okamžiku byla pro CPU viditelná jedna ze dvou sad indexů. Která sada byla viditelná, byla ovládána bitem ve stavovém registru PSW. Mezi dvěma sadami registrů lze snadno přepínat jedinou instrukcí. To umožnilo rychlé přepínání hodnot během volání podprogramů, přepínačů operačního systému nebo zpracování přerušení. Na rozdíl od 1130 byly registry pouze 8bitové spíše než 16bitové a v 1130 byly pouze dvě sady spíše než tři.

Další z jeho mini podobných funkcí byla rozsáhlá podpora pro nepřímé adresování většiny pokynů. Mnoho instrukcí vyžaduje, aby byla data čtena z místa v paměti, ve většině procesorů té doby by to byl jeden bajt dat, který je uložen v paměti, na kterou odkazuje 16bitové umístění. V 2650 indikoval vysoký bit tohoto 16bitového umístění indirection, což znamená, že data nebyla umístěna na tomto místě v paměti, ale byla zakódována ve zbývajících 15 bitech adresy. Tento styl přístupu umožňoval snadnější přístup k blokům dat než v systémech, které poskytovaly indirection pouze prostřednictvím speciálních instrukcí nebo výhradně prostřednictvím indexových registrů. Dalo by se projít pamětí zvýšením hodnoty adresy uložené v paměti. To také vedlo k tomu, že na adresy bylo aplikováno značné množství matematických instrukcí, a aby se zlepšil výkon těchto operací, 2650 obsahoval druhou aritmetickou logickou jednotku právě pro výpočty adres.

Temnější stránkou tohoto přístupu bylo, že high-bit již nebyl součástí adresy, což znamená, že adresní prostor byl pouze 15 bitů a stroj měl přístup pouze k celkem 32 KB paměti. Adresní prostor byl dále omezen použitím dalších dvou bitů adresy k označení režimu indexování pro všechny logické a aritmetické (tj. Nevětvové) instrukce. Tyto bity ovládají funkce, jako například zda má být adresa dodatečně zvýšena nebo předem snížena, což je velmi užitečné pro konstrukci smyček. Ale když již byly všechny tyto bity započítány, bylo pro adresy v těchto pokynech k dispozici pouze 13, což znamená, že přímo bylo možné adresovat pouze 8 kB. To znamenalo, že hlavní paměť byla rozdělena na čtyři bloky 8 kB. Pro přístup k paměti mimo 8 kB, kde byla instrukce umístěna, musely datové bajty, na které se ukazovalo, obsahovat nepřímou adresu směřující na jiné místo v paměti.

Když byl v roce 1972 navržen procesor 2650, tato omezení adresního prostoru nebyla významná kvůli malým rozměrům a vysokým nákladům na statickou paměť RAM, která se u těchto procesorů obvykle používá. V té době počítače obvykle obsahovaly 2 nebo 4 kB RAM. Ale s rostoucím využíváním dynamické paměti RAM od poloviny 70. let 20. století se stroje s 8 a 16 KB RAM a nakonec 64 KB staly běžnými a adresovací systém na 2650 se stal významnou překážkou.

2650 také obsahoval zásobník hovorů na místě , spíše než běžnější řešení, které vyčlenilo místo v paměti pro uložení zásobníku. Ukazatel zásobníku byl v PSW držen ve třech bitech. Zásobník na desce je mnohem rychlejší, protože k datům lze přistupovat přímo, aniž by se čekalo na jejich čtení z externí paměti, ale také zabírá místo na matrice a je vždy omezena velikostí v důsledku praktických kompromisů. V roce 2650 měl zásobník pouze osm 15bitových záznamů, což je obecně příliš malé na to, aby se dalo použít pro jazyky na vysoké úrovni .

I když existovalo devět různých režimů adresování , nedostatek 16bitových registrů a 13–15bitový adresní prostor bránily širokému použití. Navzdory tomu byl k dispozici operační systém („2650 DOS“) spolu s 8 KB a 12 KB BASIC tlumočníky (prodává Central Data Corporation USA) a mnoha hrami ve stylu Hunt the Wumpus . Většina programů byla napsána v jazyce sestavení .

Využití

Zkušební deska PC1001

Společnost Signetics prodala 2650 mikroprocesorových vývojových desek založených na počítači, nejprve PC1001 a poté jeho nástupce, PC1500 „Adaptable Board Computer“, v ceně od 165 do 400 dolarů. Samotný čip se prodával za přibližně 20 USD. Několik projektů stavby hardwaru a články o programování byly publikovány v časopisech jako Electronics Australia a Elektor a související soupravy prodávaly obchody s elektronikou. Tyto faktory vedly k jeho použití řadou fandů v mnoha zemích, jako je Austrálie, USA, Velká Británie, Nizozemsko a Německo.

Dva typy herní konzole používaly Signetics 2650 nebo 2650A. První skupina konzolí vychází z řadiče zobrazení videa Signetics 2636 ; 1292 Advanced Programmable Video systém a úzce souvisí s Interton Video Computer 4000 patří do této skupiny. Ty byly vydány v Německu v roce 1976 a 1978, resp. Druhá skupina konzolí vycházela ze Signetics 2637 jako ovladače zobrazení videa ; Do této skupiny patří Emerson Arcadia 2001, která byla vydána v roce 1982 a která používala jako procesor Signetics 2650 běžící na 3,58  MHz , spolu s mnoha dalšími softwarově kompatibilními (Leonardo, Hanimex MPT-03 atd.).

Mikroprocesorová sada Signetics 2650

V sedmdesátých letech bylo vydáno nejméně pět videohier na mince, které využívaly procesor 2650- Atari Quiz Show , Meadows Games 3D Bowling , Meadows Games Gypsy Juggler , Cinematronics Embargo a klon Space Invaders od Zaccaria s názvem The Invaders (1978) (originál od Taito používal procesor Intel 8080 ).

Italský výrobce her Zaccaria vydal 28 hracích automatů založených na CPU 2650. Jejich nástupnická společnost, MrGame, uvolnila pomocí modelu 2650 další čtyři hrací automaty. Zdá se, že Zaccaria licencoval svůj design také společnosti Technoplay a několik dalších pinballových strojů bylo vydáno s použitím variací designu obvodových desek Zaccaria .

V 80. letech byly pomocí stroje 2650 vydány nejméně dvě videohry na mince. Hrbáč a Hrbáč olympijský .

Procesor byl také použit v programu Signetics Instructor 50 , což byl malý počítač navržený pro výuku používání a programování CPU Signetics 2650.

2650 byl také použit v některých velkých položkách vybavení, jako je Tektronix 8540, systém pro vývoj mikroprocesorového softwaru, který podporoval různé emulátory v obvodu , trasovací paměť a karty logického analyzátoru pro ladění mikroprocesorových systémů v reálném čase, jak se praktikovalo v 80. letech . 2650 poskytoval funkce základního operačního systému, přenos dat a rozhraní do hostitelského počítače nebo sériového počítačového terminálu.

Procesor byl nejvhodnější jako mikrokontrolér díky své rozsáhlé podpoře I/O:

  • Jednobitové I/O piny na procesoru (bity sense/flag)
  • Signály přímo adresující dva 8bitové I/O porty (řídicí a datové porty) pomocí jednobajtových instrukcí ( port i/o ). Tím se obešel propracovaný hardware, který ostatní systémy potřebovaly pro I/O mapované v paměti
  • Signály pro adresování dalších 256 I/O portů pomocí 8bitové adresy a dvoubajtových instrukcí, opět omezující množství potřebného hardwaru (dekódování adresy). Společnost Philips zdůraznila toto použití jako mikrořadič s ukázkovým programem, který ukazuje, jak 2650 ovládá inteligentní výtahový systém. Na veletrzích také ukázali, že 2650 ovládá miniaturní robot „třídit a skládat“

Průmyslový mikropočítačový systém - IMS

Počítačový systém Philips IMS 2650 Eurocard

Počínaje rokem 1979 společnost Philips na krátkou dobu prodala modulární počítač 2650 s názvem „IMS“ - ​​průmyslový mikropočítačový systém založený na formátu Eurocard v 19palcovém stojanu. Obsahuje moduly CPU , PROM, RAM , vstupní, výstupní a dálnopisný modul. systém byl myšlen jako inteligentnější programovatelný logický řadič.Pro vývoj později přidali moduly DEBUG, DISPLAY, INTERRUPT a MODEST ((E) PROM programator).

Architektura

2650 byl dodáván ve 40pólovém plastovém nebo keramickém krytu DIL . Byl zapotřebí externí jednofázový hodinový signál a jediné 5V napájení.

2650 měl ve srovnání s jinými mikroprocesory té doby mnoho neobvyklých funkcí:

  • Jednalo se o plně statický 8bitový mikroprocesor NMOS. Statická povaha byla na tu dobu neobvyklá a znamenala, že procesor lze zastavit jednoduše zastavením hodinového signálu. Programátoři vděčně využili této funkce k „jedinému kroku“ prostřednictvím programu pomocí tlačítka pro generování hodinových impulzů.
  • Unikátní byl 8úrovňový 15bitový široký zásobník pro podprogram a návratové adresy přerušení, který byl integrován do procesoru. Ukazatel zásobníku použil 3 bity horního stavového registru. To znamenalo, že podprogramy a přerušení mohly být vnořeny pouze o 8 úrovní hlouběji.
  • Procesor měl pouze 13 řádků skutečné adresy, další 2 řádky adresy byly připojeny ke 2bitovému „registru stránek“, což vedlo k adresnímu prostoru 32 kB. Registr stránky byl nastaven, když byla provedena absolutní (přímá) větevová instrukce, která používala úplnou 15bitovou adresu. Všechny logické a aritmetické instrukce používaly 13bitovou adresu rozšířenou o obsah registru stránek, čímž omezovaly jejich rozsah na stránku o velikosti 8 KB. Tyto 2 řádky horní adresy byly také použity (multiplexovány) k výběru příslušného I/O portu během I/O operací (řídicí port, datový port nebo rozšířený port).
  • Ačkoli 2650 měl pouze jeden vstup přerušení, toto bylo 'vektorované' přerušení-přerušovací zařízení potřebné k vložení nulového relativního posunu na datovou sběrnici, které by bylo použito jako operand ZBSR (nulová větev na podprogram relativní) pokyn k větvení do zadané rutiny přerušení. Proto pomocí nepřímého adresování mohlo být uloženo maximálně 30 vektorů přerušení v prvních 64 bajtech paměti. (První tři bajty byly potřeba k udržení bezpodmínečné větve rutiny „reset“). Toto vektorové přerušení připomíná také minipočítač PDP-11 .

Instrukční sada

Přestože je 2650 v podstatě 8bitový mikroprocesor, 64 operačních kódů je ve skutečnosti 9bitových a dalších 32 operačních kódů je 11bitových (pomocí bitů v adresním poli). Ze zbývajících 128 8bitových operačních kódů je implementováno 124 (126 v 2650B), což dává celkem 444 (446) instrukcí.

K dispozici je mnoho dalších pokynů, protože chování standardních pokynů lze upravit nastavením nebo vymazáním stavových bitů: WC (s nebo bez přenosu) a COM (logické nebo aritmetické srovnání). Tím se zdvojnásobil počet pokynů k otočení, sčítání, odčítání a porovnávání.

Sada instrukcí je silně ortogonální : všechny logické a aritmetické instrukce mohou používat všech devět režimů adresování:

  • Registrovat
  • bezprostřední
  • PC relativní a PC relativní nepřímý
  • absolutně a absolutně nepřímo
  • absolutně indexováno, absolutně indexováno s automatickým přírůstkem a absolutně indexováno s automatickým snižováním, přímé i nepřímé

Nejvýznamnější bit ze všech relativních a absolutních adres se používá k indikaci přesměrování .

Výjimkou jsou pouze případy, kdy jsou operační kódy nesmyslných operací použity k jiným účelům:

  • pro instrukci HALT se použije operační kód pro AND nula registru s nulou registru.
  • pro instrukci NOP se používá operační kód pro nulu registru STORE do nuly registru .

Ačkoli instrukce Načíst registr nula s nulovým registrem by vypadala nesmyslná a byla oficiálně nepodporována, nastavila kód podmínky a byla často používána k určení stavu tohoto registru.

Indexování

Se všemi aritmetickými a logickými instrukcemi využívajícími absolutní (přímé) adresování se bity 14 a 13 pole adresy používají k označení režimu indexování následujícím způsobem:

  • 00 žádné indexování
  • 01 indexování s automatickým přírůstkem
  • 10 indexování s automatickým snížením
  • 11 pouze indexování

Když je zadáno indexování, registr definovaný v instrukci se stane indexovým registrem a zdroj/cíl je implicitně Register zero. Pro nepřímé indexování se používá Post indexování, tj. Nepřímá adresa se nejprve načte z paměti a poté se do ní přidá index.

Větvení

Asi nejvíce minipočítačovým aspektem 2650 je enormní počet (62) instrukcí větve (skoku); všechny tyto instrukce by mohly také použít indirection:

  • BIRR a BIRA: Přírůstkový registr a větev, pokud je nenulová (R0, R1, R2 nebo R3) s relativním nebo absolutním adresováním
  • BDRR a BDRA: Zmenšuje registr a větev, pokud je nenulový (R0, R1, R2 nebo R3) s relativním nebo absolutním adresováním
  • BRNR a BRNA: větev, pokud je nenulová (R0, R1, R2 nebo R3) s relativním nebo absolutním adresováním
  • BCTR a BCTA: větev za podmínky True (nula, větší než, menší než nebo bezpodmínečná) s relativním nebo absolutním adresováním
  • BCFR a BCFA: větev za podmínky False (nula, větší než nebo menší než) s relativním nebo absolutním adresováním.
  • ZBRR: větev vzhledem k adrese nula
  • BXA: větev indexována

Stejně jako Intel 8080 měl i 2650 instrukce k podmíněnému větvení a návratu z podprogramu:

  • BSTR a BSTA: větev na podprogram za podmínky True (nula, větší než, menší než nebo bezpodmínečná) s relativním nebo absolutním adresováním
  • BSFR a BSFA: větev na podprogram za podmínky False (nula, větší než nebo menší než) s relativním nebo absolutním adresováním
  • BSNR a BSNA: větev na podprogram, pokud je registr nenulový (R0, R1, R2 nebo R3) s relativním nebo absolutním adresováním
  • RETC: návrat z podprogramu za podmínky True (nula, větší než, menší než nebo bezpodmínečná)
  • RETE: návrat z přerušení za podmínky True (nula, větší než, menší než nebo bezpodmínečná)
  • ZBSR: větev na podprogram vzhledem k adrese nula
  • BSXA: větev na podprogram indexována

Pouze instrukce větve používající absolutní adresování používaly jako adresu všech 15 bitů pole adresy. Použití takové větvové instrukce bylo tedy jediným způsobem, jak nastavit dva bity v registru stránek (ovládání bitů 14 a 13 adresové sběrnice) a změnit aktuální stránku 8 KB.

Verze

  • Původní verze 2650 s maximální taktovací frekvencí 1,25 MHz
  • Vylepšená verze 2650A (drobné výrobní změny pro zlepšení stability) Maximální taktovací frekvence 1,25 MHz
  • 2650A-1 jako 2650A s maximální taktovací frekvencí 2 MHz
  • 2650B
  • 2650B-1 jako 2650B s maximální taktovací frekvencí 2 MHz

2650B měl oproti 2650A následující změny a vylepšení:

  • Dva nové signály - „Bus Enable“ na pinu 15 a „Cycle Last“ na pinu 25.
  • Program Status Word Horní bity 3 a 4 jsou nastavitelné a testovatelné uživatelské příznaky (na 2650A nepoužívány).
  • Dva nové pokyny pro uložení a obnovení spodního stavového registru za účelem zjednodušení zpracování přerušení.
  • Jednobajtové registry R0 se provádějí rychleji (jeden cyklus místo dvou).

Druhé zdroje

Die Synertek 2650-P-02
Philips MAB2650A

V roce 1975 byla společnost Signetics prodána společnosti Philips a 2650 byla později začleněna do řady Philips Semiconductors . Vyrobili verzi 2650 s názvem MAB2650A. Valvo, dceřiná společnost společnosti Philips, prodala 2650 v Německu. Valvo také prodal počítač VA200 single board (Eurocard) 2650 se 4 KB PROM/EPROM, 1 KB RAM a čtyřmi I/O porty.

Dalšími producenty licencovaných kopií čipu byli Harris a Intersil .

Periferní čipy

2650 přišel s úplnou řadou periferních čipů:

  • 2621 Video kodér (PAL)
  • 2622 video kodér (NTSC)
  • 2636 Programovatelné video rozhraní
  • Univerzální video rozhraní 2637
  • 2651 Programovatelné komunikační rozhraní
  • Komunikační obvod 2652 s více protokoly (včetně řízení synchronního datového spojení (SDLC))
  • 2653 Polynomiální generátor / kontrola
  • 2655 Programovatelné periferní rozhraní
  • 2656 SMI (rozhraní systémové paměti)
  • 2657 Přímý přístup do paměti
  • 2661 Vylepšené programovatelné komunikační rozhraní (EPCI)
  • 2670 Generátor znaků a grafiky
  • 2671 Programovatelný ovladač klávesnice a komunikace
  • 2672 Programovatelný řadič časování videa
  • 2673 Ovladač atributů videa

Mnoho z těchto periferních čipů bylo navrženo tak, aby mohly být použity také s jinými mikroprocesory, například list 2672 navrhuje použití s mikrokontrolérem Intel 8048 .

Technická poznámka společnosti Philips 083 popisuje, jak propojit 2651 PCI s různými dalšími mikroprocesory, jako jsou 8080, 8085, Z80, 8048 a 6800

Potomci sériových komunikačních čipů 2651/2661 se stále prodávají jako řada Philips SC26.

Rozhraní systémové paměti 2656

2656 byl speciálně navržen tak, aby rozšířil a propojil s 2650 a umožnil 2čipový počítač. Obsahoval vše, co 2650 chybělo k vytvoření kompletního počítače:

  • 2 KB 8bitová paměť ROM programovaná v masce
  • 128bitová 8bitová paměť RAM
  • Generátor hodin s krystalovou nebo RC sítí
  • Reset při zapnutí
  • Osm univerzálních I/O pinů

I/O piny mohly být použity jako 8bitový I/O port nebo naprogramovány tak, aby generovaly signály povolení pro další RAM, ROM nebo I/O porty. Toho bylo dosaženo maskovým programováním programovatelného logického pole v 2656.

Aby vyvinul a otestoval design před jeho uvedením do výroby, prodal Philips PC4000, emulační desku 2656 s použitím PROM'S a FPLA k emulaci ROM a PLA v 2656.

Poznámky

Reference

Citace

Bibliografie

externí odkazy