Сигнетик 2650

Сигнетик 2650

Сигнетик 2650AN
Общая информация
Запущен	1975 год ( 1975 )
Общий производитель	Сигнетикс , Филипс
Производительность
Макс. процессора Тактовая частота	1,2 МГц
Ширина данных	8
Ширина адреса	15
Физические характеристики
Упаковка	40-контактный DIP- разъем

Signetics 2650 — 8-битный микропроцессор, представленный в июле 1975 года. Согласно Адама Осборна книге «Введение в микропроцессоры, том 2: некоторые реальные продукты» , это был «самый миникомпьютерный » из микропроцессоров, доступных в то время. Сочетание отсутствующих функций и странного доступа к памяти ограничивало ее привлекательность, и система не нашла широкого применения на рынке.

Разработка

Рекламная реклама Signetics 2650, 30 октября 1975 г.

В 1972 году Джек Кертис из Signetics нанял Джона Кесслера из IBM , чтобы тот возглавил разработку нового однокристального процессора, призванного составить конкуренцию миникомпьютерным системам. Кесслер выбрал IBM 1130 в качестве модели для нового дизайна. Модель 1130, выпущенная в 1965 году, представляла собой 16-битный мини-компьютер , который имел много общих конструктивных особенностей с другими мини-компьютерами той эпохи.

Пока Кесслер разрабатывал архитектуру, Кент Андреас разрабатывал ЦП, используя недавно разработанный ионной имплантации процесс NMOS . В отличие от гораздо более распространенного процесса PMOS того времени, NMOS потреблял меньше энергии и рассеивал меньше тепла. Это позволило чипу работать на более высоких скоростях, чем процессоры PMOS, и первые 2650 работали на той же частоте 1,25 МГц, что и современные модели 1130.

Когда он был разработан в 1972 году, 2650 был одним из самых передовых проектов на рынке, легко превосходя по производительности и превосходя по характеристикам Intel 4004 и 8008 той же эпохи. Несмотря на это, в производство модель не была запущена. В то время Signetics активно сотрудничала с Dolby Laboratories , разрабатывая интегральные схемы Dolby , реализующие набор систем шумоподавления . Производство 2650 было отложено, и ЦП не был официально представлен до июля 1975 года. К 1975 году было представлено несколько новых ЦП, с самого начала спроектированных как 8-битные машины, а не имитирующие старую конструкцию, и преимущества 2650. уже не были столь убедительными.

В 1975 году Philips приобрела Signetics, и с этого момента версии 2650 можно найти как под брендом Signetics, так и под брендом Philips.

В марте 1976 года Signetics заключила соглашение о вторичном производстве с Advanced Memory Systems (AMS). В то время большинство фирм, производящих процессоры, были очень маленькими, и никто не стал бы покупать проект у компании, которая могла обанкротиться. Вторичный источник был важной гарантией того, что в этом случае конструкция останется доступной. AMS уже выступала в качестве второго источника для RCA 1802 , усовершенствованной конструкции CMOS , а NMOS 2650 рассматривалась как полезное дополнение, которое не могло напрямую конкурировать с 1802. К сожалению, в ноябре AMS была куплена компанией Intersil , которая имела собственный Intersil 6100 , однокристальная версия PDP-8 mini. Intersil прекратила производство 2650.

Signetics повторила попытку в 1977 году с National Semiconductor , которая планировала представить версии в последнем квартале года. По неизвестным причинам этого, похоже, никогда не происходило, и был найден только один экземпляр версии NS из Франции.

Signetics продолжила разработку 2650, представив в 1977 году две новые модели. 2650A представляла собой переработанную версию исходной компоновки, призванную повысить производительность и, следовательно, снизить стоимость. Скорость осталась неизменной: 1,25 МГц для базовой модели и 2 МГц для версии -1. 2650B был основан на A, в него были добавлены две новые инструкции и улучшена производительность ряда существующих инструкций.

Описание

Чип Signetics 2650A увеличен.

Регистры Signetics 2650

1 4

1 3

1 2

1 1

1 0

0 9

0 8

0 7

0 6

0 5

0 4

0 3

0 2

0 1

0 0

(битовая позиция)

Основные регистры общего назначения

РЕГ0

РЕГ1

РЕГ2

РЕГ3

Альтернативные регистры общего назначения

РЕГ1'

РЕГ2'

РЕГ3'

Инструкция Адресный регистр

Страница

Стек адресов возврата подпрограммы

S0

С1

С2

С2

С4

С5

S6

S7

Слова состояния программы

С

Ф

II

Параметр стека

блок питания

СС

ИДЕНТИФИКАТОР

РС

Туалет

ОВ

СМ

С

ПСЛ

Общий дизайн 2650 был основан на IBM 1130 . Таким образом, 2650 обладает рядом функций, которые были распространены на миникомпьютерах 1960-х годов , но редко встречались в новых микропроцессорах 1970-х годов. Среди них, например, были биты состояния, которые использовались для отслеживания состояния устройств ввода/вывода , что упрощает написание кода интерфейса. Еще одной мини-функцией было использование векторных прерываний , которые позволяли устройствам вызывать правильный код обработчика прерываний , помещая его ячейку памяти на шину данных и затем вызывая прерывание. Это позволяет избежать необходимости писать централизованный обработчик прерываний, который считывает дополнительные данные из шины, определяет, какой драйвер устройства вызывается, а затем вызывает его; 2650 может перейти непосредственно к правильному коду, который потенциально хранится на самом устройстве.

2650 Регистры процессора были разделены на наборы: один глобальный регистр R0, используемый в качестве аккумулятора , и два набора по три индексных регистра , оба с именами R1, R2 и R3, всего семь регистров. В любой момент один из двух наборов индексов был виден ЦП. То, какой набор был виден, контролировалось битом в регистре состояния PSW. Можно было легко переключаться между двумя наборами регистров с помощью одной инструкции. Это позволило быстро переключать значения во время вызовов подпрограмм, переключения операционной системы или обработки прерываний. В отличие от 1130, ширина регистров была всего 8-битной, а не 16-битной, но в 2650 было два набора, а не один в 1130.

Еще одной мини-функцией была обширная поддержка косвенной адресации для большинства инструкций. Многие инструкции требуют, чтобы данные были считаны из определенного места в памяти. В большинстве процессоров той эпохи это был один байт данных, хранящийся в памяти, на которую указывает 16-битная ячейка. В 2650 старший бит этой 16-битной ячейки указывал на косвенность, то есть данные находились не в этой ячейке памяти, а в тех, которые закодированы в остальных 15 битах адреса. Этот стиль доступа позволял легче получить доступ к блокам данных, чем в системах, которые обеспечивали косвенное обращение исключительно с помощью специальных инструкций или индексных регистров. Можно перемещаться по памяти, увеличивая значение адреса, хранящееся в этом единственном месте памяти. Это также привело к тому, что к адресам применялось значительное количество математических инструкций, и для повышения производительности этих операций в 2650 был включен второй арифметико-логический блок только для вычислений адреса.

Обратной стороной этого подхода было то, что старший бит больше не был частью адреса, а это означало, что адресное пространство составляло всего 15 бит, и машина могла получить доступ только к 32 КБ памяти. Адресное пространство было дополнительно ограничено за счет использования еще двух бит адреса для указания режима индексации для всех логических и арифметических (т.е. непереходных) инструкций. Эти биты управляют функциями, например, должен ли адрес быть пост-инкрементирован или предварительно декрементирован, что чрезвычайно полезно для построения циклов. Но поскольку все эти биты уже учтены, для адресов в этих инструкциях было доступно только 13, то есть только 8 КБ можно было адресовать напрямую. Это означало, что основная память была разбита на четыре блока по 8 КБ. Чтобы получить доступ к памяти за пределами 8 КБ, где находилась инструкция, байты данных, на которые указывали, должны были содержать косвенный адрес, указывающий на какое-то другое место в памяти. Это приведет к повторному циклу чтения памяти, что снизит производительность.

Когда в 1972 году был разработан процессор 2650, эти ограничения адресного пространства не были существенными из-за небольшого размера и высокой стоимости статической оперативной памяти, обычно используемой с этими процессорами. В то время машины обычно имели 2 или 4 КБ ОЗУ. Но с ростом использования динамической оперативной памяти с середины 1970-х годов машины с 8 и 16 КБ ОЗУ, а в конечном итоге и с 64 КБ, стали обычным явлением, и система адресации на 2650 стала серьезным препятствием.

2650 также содержал встроенный стек вызовов вместо более распространенного решения, которое выделяет место в памяти для хранения стека. Указатель стека содержался в трех битах PSW. Стек на кристалле работает намного быстрее, поскольку к данным можно получить прямой доступ, не дожидаясь их чтения из внешней памяти, но он также занимает место на кристалле и всегда ограничен по размеру из-за практических компромиссов. В 2650 стек адресов возврата состоял из восьми 15-битных записей. Это позволило программам вкладывать подпрограммы до восьми уровней.

Хотя существовало девять различных режимов адресации , отсутствие 16-битных регистров и 13–15-битного адресного пространства препятствовало широкому использованию. Несмотря на это, операционная система («2650 DOS») был доступен вместе с интерпретаторами BASIC объемом 8 КБ и 12 КБ (продаваемыми Central Data Corporation USA) и многими играми в стиле Hunt the Wumpus . Большинство программ были написаны на языке ассемблера .

Использование

Оценочная плата PC1001

на базе 2650 Signetics продала платы разработки микропроцессоров , сначала PC1001. а затем его преемник, «Адаптируемый бортовой компьютер» PC1500, цена которого варьировалась от 165 до 400 австралийских долларов. Сам чип продавался примерно за 20 австралийских долларов. Несколько проектов по созданию аппаратного обеспечения и статей по программированию были опубликованы в таких журналах, как Electronics Australia и Elektor , а соответствующие комплекты продавались в магазинах электроники. Эти факторы привели к его использованию рядом любителей во многих странах, таких как Австралия, США, Великобритания, Нидерланды и Германия.

В двух типах игровых консолей использовались Signetics 2650 или 2650A. Первая группа приставок построена на базе Signetics 2636 контроллера видеодисплея ; К этой группе относятся усовершенствованная программируемая видеосистема 1292 и близкородственный ей видеокомпьютер Interton 4000 . Они были выпущены в Германии в 1976 и 1978 годах соответственно. Вторая группа консолей была основана на Signetics 2637 в качестве контроллера видеодисплея ; Emerson Arcadia 2001 , выпущенный в 1982 году и использовавший Signetics 2650, работающий на частоте 0,895 МГц, в качестве ЦП принадлежит к этой группе вместе со многими другими, совместимыми с программным обеспечением (Leonardo, Hanimex MPT-03 и т. д.).

Комплект микропроцессора Signetics 2650

В 1970-х годах было выпущено как минимум шесть видеоигр с монетоприемником, в которых использовался процессор 2650: Atari, Inc. Quiz Show , Meadows Games 3D Bowling , Meadows Games Gypsy Juggler , Meadows Games Lazer Command , Cinematronics Embargo и клон Space 1978 года. Invaders от Zaccaria под названием The Invaders (в оригинале Taito используется процессор Intel 8080 ).

Итальянский производитель игр Zaccaria выпустил 28 автоматов для игры в пинбол на базе процессора 2650. Их компания-преемник, MrGame, выпустила четыре дополнительных автомата для игры в пинбол с использованием 2650. Заккария , похоже, также передал лицензию на свой дизайн компании Technoplay, и еще несколько автоматов для игры в пинбол были выпущены с использованием вариаций Заккарии конструкции печатной платы .

По крайней мере, две видеоигры с монетоприемником были выпущены в 1980-х годах с использованием 2650. Hunchback и Hunchback Olympic .

Процессор также использовался в Signetics Instructor 50 , небольшом компьютере, предназначенном для обучения использованию и программированию процессора Signetics 2650.

2650 также использовался в некоторых крупных единицах оборудования, таких как Tektronix 8540, система разработки программного обеспечения для микропроцессоров, которая поддерживала различные внутрисхемные эмуляторы , карты памяти трассировки и логические анализаторы для отладки микропроцессорных систем в реальном времени, как это практиковалось в 1980-х годах. . Модель 2650 обеспечивала базовые функции операционной системы, передачу данных и интерфейс с главным компьютером или последовательным компьютерным терминалом.

Процессор больше всего подходил в качестве микроконтроллера из-за широкой поддержки ввода-вывода:

• Однобитовые контакты ввода-вывода на процессоре (биты смысла/флага)
• Сигналы для прямой адресации двух 8-битных портов ввода-вывода (порты управления и данных) с использованием однобайтовых инструкций ( порт ввода-вывода ). Это позволило обойти сложное аппаратное обеспечение, необходимое другим системам для ввода-вывода с отображением в памяти.
• Сигналы для адресации еще 256 портов ввода-вывода с использованием 8-битного адреса и двухбайтовых инструкций, что опять же ограничивает количество необходимого оборудования (декодирование адреса). Компания Philips подчеркнула это использование в качестве микроконтроллера, выпустив демонстрационную программу, показывающую, как 2650 управляет интеллектуальной системой лифта. Кроме того, на выставках они показали модель 2650, управляющую миниатюрным роботом-сортировщиком.

Промышленная микрокомпьютерная система – IMS

Компьютерная система Philips IMS 2650 Eurocard

В течение короткого времени, начиная с 1979 года, Philips продавала модульный компьютер 2650 под названием «IMS» — промышленная микрокомпьютерная система. на основе формата Eurocard в 19-дюймовой стойке. Она включала в себя CPU , PROM, RAM , модули ввода, вывода и телетайпа. Эта система задумывалась как более интеллектуальный программируемый логический контроллер . Для разработки позже добавили DEBUG, DISPLAY, INTERRUPT и Модули MODEST (программатор (E)PROM).

Архитектура

Модель 2650 поставлялась в 40-контактном пластиковом или керамическом корпусе DIL . Требовались внешний однофазный тактовый сигнал и один источник питания 5 В.

У 2650 было много необычных особенностей по сравнению с другими микропроцессорами того времени:

• Это был полностью статический 8-битный микропроцессор NMOS. Статическая природа была необычной для того времени и означала, что процессор можно было остановить, просто остановив тактовый сигнал. Программисты с благодарностью воспользовались этой функцией, чтобы «за один шаг» выполнить программу, используя кнопочный переключатель для генерации тактовых импульсов.
• Уникальным был 8-уровневый стек шириной 15 бит для адресов возврата подпрограмм и прерываний, который был интегрирован в процессор. Указатель стека использовал 3 бита верхнего регистра состояния. Это означало, что подпрограммы и прерывания могли быть вложены только на 8 уровней.
• Процессор имел только 13 реальных адресных линий, еще 2 адресные линии были подключены к 2-битному «страничному регистру», в результате чего получалось адресное пространство размером 32 КБ. Страничный регистр устанавливался при выполнении инструкции абсолютного (прямого) перехода, которая использовала полный 15-битный адрес. Все логические и арифметические инструкции использовали 13-битный адрес, дополненный содержимым страничного регистра, тем самым ограничивая их объем страницей размером 8 КБ. Эти две верхние адресные строки также использовались (мультиплексировались) для выбора соответствующего порта ввода-вывода во время операций ввода-вывода (порт управления, порт данных или расширенный порт).
• Хотя у 2650 был только один вход прерывания, это было «векторное» прерывание - прерывающее устройство должно было поместить на шину данных смещение относительно нуля, которое использовалось бы в качестве операнда ZBSR (нулевая ветвь относительно подпрограммы). инструкция перехода к указанной процедуре прерывания. Следовательно, при использовании косвенной адресации в первых 64 байтах памяти можно сохранить максимум 30 векторов прерываний. (Первые три байта были необходимы для хранения безусловного перехода к процедуре «сброса»). Это векторное прерывание также напоминает PDP-11 миникомпьютер .

Набор инструкций

Хотя 2650 по сути является 8-битным микропроцессором, 64 кода операций на самом деле являются 9-битными, а еще 32 кода операций — 11-битными (с использованием битов в поле адреса). Из оставшихся 128 8-битных опкодов реализованы 124 (126 в 2650B), что дает в общей сложности 444 (446) инструкций.

Доступно гораздо больше инструкций, поскольку поведение стандартных инструкций можно изменить, установив или очистив биты состояния: WC (с переносом или без него) и COM (логическое или арифметическое сравнение). Это удвоило количество инструкций вращения, сложения, вычитания и сравнения.

Набор команд строго ортогонален : все логические и арифметические инструкции могут использовать все девять режимов адресации:

• зарегистрироваться
• немедленный
• Относительный ПК и косвенный относительно ПК
• абсолютный и абсолютный косвенный
• абсолютная индексация, абсолютная индексация с автоинкрементом и абсолютная индексация с автодекрементом, как прямая, так и косвенная

Самый старший бит всех относительных и абсолютных адресов используется для обозначения косвенности .

Единственным исключением являются случаи, когда опкоды бессмысленных операций используются для других целей:

• код операции для нулевого регистра И с нулевым регистром используется для инструкции HALT.
• код операции для сохранения нуля регистра в нулевом регистре используется для инструкции NOP .

Хотя команда ЗАГРУЗИТЬ нулевой регистр с нулевым регистром могла бы показаться бессмысленной и официально не поддерживаться, она действительно устанавливала код условия и часто использовалась для определения состояния этого регистра. . Вместо этого Ассемблер Signetics сгенерировал код так, как если бы это была инструкция IORZ,R0.

Индексирование

Во всех арифметических и логических инструкциях, использующих абсолютную (прямую) адресацию, биты 14 и 13 поля адреса используются для указания режима индексации следующим образом:

• 00 нет индексации
• 01 индексация с автоинкрементом
• 10 индексация с автоматическим уменьшением
• 11 только индексация

Если указана индексация, регистр, определенный в инструкции, становится индексным регистром, а источником/назначением неявно является нулевой регистр. Для косвенной индексации используется Post-индексация, т. е. сначала из памяти извлекается косвенный адрес, а затем к нему добавляется индекс.

Ветвление

Вероятно, наиболее похожим на мини-компьютер аспектом 2650 является огромное количество (62) инструкций перехода (перехода); все эти инструкции также могут использовать косвенность:

• BIRR и BIRA: увеличение регистра и ветвление, если оно не равно нулю (R0, R1, R2 или R3) с относительной или абсолютной адресацией.
• BDRR и BDRA: уменьшение регистра и переход, если он не равен нулю (R0, R1, R2 или R3), с относительной или абсолютной адресацией.
• BRNR и BRNA: ветвление, если регистр ненулевой (R0, R1, R2 или R3) с относительной или абсолютной адресацией.
• BCTR и BCTA: переход по условию True (ноль, больше, меньше или безусловно) с относительной или абсолютной адресацией.
• BCFR и BCFA: ветвление по ложному условию (ноль, больше или меньше) с относительной или абсолютной адресацией.
• ZBRR: переход относительно нулевого адреса
• BXA: ветка проиндексирована

Как и Intel 8080 , 2650 имел инструкции для условного перехода к подпрограмме и возврата из нее:

• BSTR и BSTA: переход к подпрограмме при условии True (ноль, больше, меньше или безусловный) с относительной или абсолютной адресацией.
• BSFR и BSFA: переход к подпрограмме при условии False (ноль, больше или меньше) с относительной или абсолютной адресацией.
• BSNR и BSNA: переход к подпрограмме, если регистр ненулевой (R0, R1, R2 или R3) с относительной или абсолютной адресацией.
• RETC: возврат из подпрограммы при условии True (ноль, больше, меньше или безусловный)
• RETE: возврат из прерывания при условии True (ноль, больше, меньше или безусловный)
• ZBSR: переход к подпрограмме относительно нулевого адреса.
• BSXA: индексированный переход к подпрограмме

Только инструкции ветвления, использующие абсолютную адресацию, использовали в качестве адреса все 15 бит поля адреса. Таким образом, использование такой инструкции ветвления было единственным способом установить два бита в страничном регистре (управляющие биты 14 и 13 адресной шины) и изменить текущую страницу размером 8 КБ.

Версии

• 2650 оригинальная версия с максимальной тактовой частотой 1,25 МГц
• Улучшенная версия 2650A (незначительные изменения в конструкции для повышения стабильности) Максимальная тактовая частота 1,25 МГц
• 2650A-1 как 2650A с максимальной тактовой частотой 2 МГц
• 2650Б
• 2650B-1 как 2650B с максимальной тактовой частотой 2 МГц

В 2650B были внесены следующие изменения и улучшения по сравнению с 2650A:

• Два новых сигнала – «Включение шины» на контакте 15 и «Последний цикл» на контакте 25.
• Слово состояния программы. Верхние биты 3 и 4 представляют собой устанавливаемые и проверяемые пользовательские флаги (не используются в 2650A).
• Две новые инструкции STPL и LDPL для сохранения и восстановления нижнего регистра состояния из памяти, чтобы упростить обработку прерываний.
• Инструкции однобайтового регистра R0 выполняются быстрее (один цикл вместо двух).

Вторые источники

Филипс MAB2650A

В 1975 году Signetics была продана компании Philips , а модель 2650 позже была включена в линейку Philips Semiconductors . Они выпустили версию 2650 под названием MAB2650A. Valvo, дочерняя компания Philips, продала 2650 в Германии. Valvo также продавала одноплатный компьютер VA200 (Eurocard) 2650 с 4 КБ PROM/EPROM, 1 КБ RAM и четырьмя портами ввода-вывода.

Другими производителями лицензионных копий чипа были Harris и Intersil .

Периферийные чипы

Модель 2650 поставлялась с полным набором периферийных чипов:

• Видеокодер 2621 (PAL)
• Видеокодер 2622 (NTSC)
• Программируемый видеоинтерфейс 2636
• 2637 Универсальный видеоинтерфейс
• Программируемый интерфейс связи 2651
• Схема многопротокольной связи 2652 (включая управление синхронным каналом передачи данных (SDLC))
• 2653 Генератор полиномов/проверка
• Программируемый периферийный интерфейс 2655
• 2656 SMI (Интерфейс системной памяти)
• 2657 Прямой доступ к памяти
• 2661 Расширенный программируемый интерфейс связи (EPCI)
• Генератор отображаемых символов и графики 2670
• Программируемая клавиатура и контроллер связи 2671
• Программируемый контроллер синхронизации видео 2672
• 2673 Контроллер атрибутов видео

Многие из этих периферийных чипов были разработаны таким образом, чтобы их можно было использовать с другими микропроцессорами, например, в таблице данных 2672 предлагается использовать их с Intel 8048 микроконтроллером .

В техническом примечании Philips 083 описывается, как подключить 2651 PCI к различным другим микропроцессорам, таким как 8080, 8085, Z80, 8048 и 6800.

Потомки микросхем последовательной связи 2651/2661 до сих пор продаются как серия Philips SC26.

2656 Интерфейс системной памяти

2656 был специально разработан для расширения и взаимодействия с 2650 и создания двухчипового компьютера. В нем было все, чего не хватало 2650 для полноценного компьютера:

• 2 КБ 8-битной ПЗУ, программируемой по маске, программной памяти
• 128 байт 8-битной оперативной памяти
• Тактовый генератор с кристаллом или RC-сетью
• Сброс при включении питания
• Восемь контактов ввода/вывода общего назначения.

Выводы ввода-вывода можно использовать как 8-битные порты ввода-вывода или запрограммировать для генерации сигналов включения дополнительных портов ОЗУ, ПЗУ или ввода-вывода. Это было достигнуто путем программирования по маске программируемой логической матрицы в 2656.

Чтобы разработать и протестировать конструкцию перед запуском ее в производство, Philips продала PC4000, плату эмулятора 2656, использующую PROM и FPLA для эмуляции ПЗУ и PLA в 2656.

Ссылки

Библиография

• Роу, Джеймисон (сентябрь 1976 г.). «Сигнетикс 2650» (PDF) . Электроника Австралия .

Внешние ссылки

• 2650 Эмуляторы
• Техническая спецификация
• Семейство Signetics 2650 Мир процессоров
• Инструктор 50 Old-computers.com
• Система разработки адаптивного бортового компьютера в комплекте с монитором PipBug емкостью 1 КиБ и 512 байтами оперативной памяти.
• 2650 на www.cpu-museum.com (в архиве)
• Плата Electronics Australia 2650 на сайте вчерашнего дня технологии.com
• Signetics 2650: ретроспектива IBM on a Chip в музее CPUSHACK (16 октября 2016 г.)
• Заккария Захватчики в Музее игры
• Кросс-ассемблер 2650 доступен по адресу https://shop-pdp.net/index.php.