Хитачи 6309

Хитачи 6309
	Hitachi 63C09E, версия 6309 с внешней тактовой частотой 3 МГц.
Общая информация
Запущен	1982 год ; 42 года назад
Общий производитель	Хитачи ;
Производительность
Макс. процессора Тактовая частота	от 1 МГц до 5 МГц
Ширина данных	8-битный
Ширина адреса	16-битный
Физические характеристики
Пакеты	40-контактный DIP- разъем ; КГ40, КП44, ФП52, ФП54 ;
История
Предшественник	Моторола 6809

6309 CMOS - — это от Hitachi версия Motorola 6809 микропроцессора , выпущенная в конце 1982 года. Первоначально он продавался как маломощная версия 6809, без упоминания его многочисленных внутренних улучшений.

В «режиме эмуляции» он полностью совместим с 6809. К спецификациям 6809 добавлены более высокие тактовые частоты, расширенные функции, новые инструкции и дополнительные регистры . Большинство новых инструкций было добавлено для поддержки дополнительных регистров, а также 32-битных математических операций, аппаратного деления, манипуляций с битами и передачи блоков. 6309 на 30% быстрее, В обычном режиме чем 6809.

Эта информация никогда не публиковалась Hitachi. Апрельский выпуск журнала Oh! за 1988 год. FM , японский журнал для пользователей персональных компьютеров Fujitsu, содержал первое описание дополнительных возможностей 6309. Позже Хироцугу Какугава опубликовал подробную информацию о новых функциях 6309 и инструкции на сайте comp.sys.m6809. Это привело к разработке NitrOS-9. ^[1] для цветного компьютера Tandy 3 .

Модель программирования

Отличия от Motorola 6809

Модель 6309 отличается от модели 6809 в нескольких ключевых областях.

Технология процесса

Модель 6309 изготовлена по технологии CMOS , а модель 6809 — по технологии NMOS . В результате для работы модели 6309 требуется меньше энергии, чем для модели 6809.

Низкое энергопотребление также означает, что его можно приостановить на срок до 15 циклов, поскольку ему не нужно постоянно обновлять свое внутреннее состояние. Это полезно для прямого доступа к памяти , поскольку позволяет внешним устройствам приостанавливать работу ЦП, чтобы освободить шину памяти , читать или записывать небольшие объемы памяти, а затем снова приостанавливать ЦП. Никакой другой логики не требуется.

Это динамичный дизайн. В таблице данных указана минимальная тактовая частота, и она потеряет свое состояние, когда тактовая частота станет слишком низкой.

Тактовая частота

У 6309 есть версии B (2 МГц), как и у 6809. Однако рейтинг скорости «C» был получен с максимальной тактовой частотой 3,0 или 3,5 МГц, в зависимости от того, на какую таблицу данных ссылаются. (Некоторые японские компьютеры имели процессоры 63C09 с тактовой частотой 3,58 МГц, NTSC частотой цветовой синхронизации , поэтому рейтинг 3,5 кажется наиболее вероятным). Неофициальные и отдельные отчеты показывают, что вариант 63C09 может работать на частоте 5 МГц без каких-либо побочных эффектов. Как и 6809, процессор Hitachi поставляется как с внутренней, так и с внешней тактовой частотой (HD63B/C09 и HD63B/C09E соответственно).

Вычислительная эффективность

При переключении в собственный режим 6309 (в отличие от режима, совместимого с 6809 по умолчанию), многие ключевые инструкции выполняются за меньшее количество тактов. Это часто повышает скорость выполнения до 30%.

Дополнительные регистры

Два 8-битных аккумулятора : «E» и «F». Их можно объединить в 16-битный аккумулятор «W». Существующий 16-битный аккумулятор D 6809 можно объединить с W, чтобы сформировать 32-битный аккумулятор Q. Вполне вероятно, что D — это сокращение от «Double», а Q — от «Quad», количества байтов, которые они содержат.
Регистр передачи «V» для межрегистровых инструкций. На его значение не влияет аппаратный сброс, поэтому оно может сохранять постоянное значение, отсюда и «V».
8/16-битный нулевой регистр «0» для ускорения операций с использованием нулевой константы. Этот регистр всегда читает ноль, и записи в него игнорируются.
Регистр режима «MD» — вторичный регистр кода состояния, который управляет рабочим режимом. Определены только 4 бита этого регистра.

Дополнительные инструкции

Большинство новых инструкций представляют собой модификации существующих инструкций для обработки дополнительных регистров, таких как загрузка, сохранение, добавление и т.п. Подлинные дополнения 6309 включают межрегистровую арифметику, блочную передачу, аппаратное деление и манипуляции на уровне битов. Кроме того, 16-битные регистры D и W могут использоваться для 16-битных арифметических операций с переносом и 16-битными операциями сдвига и вращения. В 6809 эти операции ограничены 8-битными операндами.

Несмотря на удобство дополнительных инструкций, анализ 6809 гуру программирования ^{[ ВОЗ? ]} указывает на то, что многие новые инструкции на самом деле медленнее, чем эквивалентный код 6809, особенно в узких циклах. ^{[ нужна ссылка ]} Необходимо провести тщательный анализ, чтобы убедиться, что программист использует наиболее эффективный код для конкретного приложения.

Большинство новых инструкций используют префиксный код операции, что делает их медленнее на один такт по сравнению с аналогичной инструкцией 6809. С другой стороны, собственный режим 6309 выполняет многие инструкции быстрее на один или несколько циклов. Вот сравнение времени 8-битной инструкции LD для регистра «A» и регистра «E» на 6809 и 6309:

инструкция	6809	6309 режим эмуляции	6309 собственный режим
LDA немедленно	2 цикла	2 цикла	2 цикла
LDE немедленно	н/д	3 цикла	3 цикла
LDA прямой	4 цикла	4 цикла	3 цикла
LDE прямой	н/д	5 циклов	4 цикла
индексируется LDA	4+ цикла	4+ цикла	4+ цикла
индексируется LDE	н/д	5+ циклов	5+ циклов
LDA расширено	5 циклов	5 циклов	4 цикла
расширенный LDE	н/д	6 циклов	5 циклов

Кроме того, межрегистровые операции и новые 16-битные операции представляют собой несколько неоднозначную картину. В зависимости от режима адресации и режима 6309 эквивалентный код 6809 может работать быстрее. Для иллюстрации давайте посмотрим на сроки эксклюзива или инструкции.

инструкция	6809	6309 режим эмуляции	6309 собственный режим
EORA немедленно	2 цикла	2 цикла	2 цикла
ЕОРД немедленно	н/д	5 циклов	4 цикла
ЭОРА прямой	4 цикла	4 цикла	3 цикла
ЕОРД прямой	н/д	7 циклов	5 циклов
индексирован EORA	4+ цикла	4+ цикла	4+ цикла
Индексирован EORD	н/д	7+ циклов	6+ циклов
EORA расширено	5 циклов	5 циклов	4 цикла
EORD продлен	н/д	8 циклов	6 циклов
Межрегистровый EORR	н/д	4 цикла	4 цикла

Как показано в приведенной выше таблице, исключительный или 16-битный регистр D с непосредственным параметром можно заменить двумя 8-битными инструкциями EORA imm, EORB imm, и он будет выполняться быстрее, когда 6309 работает в режиме эмуляции. Хотя следует понимать, что последовательность 8-битных инструкций EORA imm, EORB imm не является точным эквивалентом 16-битной инструкции EORD imm, поскольку код состояния в регистре CC устанавливается в соответствии с результатом 8-битной операции в первом случае и в соответствии с результатом 16-битной операции во втором. случай.

Аналогичная проблема возникает с инструкцией межрегистрового EORR. Он принимает как 8-битные, так и 16-битные операнды и всегда выполняется в течение 4 тактов. Однако для 8-битных операндов быстрее использовать инструкции EORA imm или EORB imm, когда это необходимо. Кроме того, когда 6309 работает в собственном режиме, инструкции EORA Direct, EORB Direct занимают всего 3 цикла, что на один цикл меньше, чем операция между регистрами.

Дополнительные аппаратные возможности

Можно изменить режим работы прерывания FIRQ. Вместо объединения регистров PC и CC (обычное поведение 6809) прерывание FIRQ может быть установлено для объединения всего набора регистров, как это делает прерывание IRQ. Кроме того, 6309 имеет два возможных режима ловушки: один для недопустимой выборки команд, а другой для деления на ноль. Незаконную выборку команд невозможно замаскировать, и многие пользователи цветных компьютеров TRS-80 сообщали, что их 6309 «глючили», хотя на самом деле это было индикатором расширенных и неизвестных функций.

Недокументированные функции

Существует дополнительный регистр M, используемый для временного хранения, который также доступен для использования. ^[2]

Ссылки

^ «Проект НитрОС-9» . СоурсФордж .
^ Дэвид Бэнкс. «Недокументированные действия 6309» .

Внешние ссылки

[1] «Проект НитрОС-9» . СоурсФордж .

[2] Дэвид Бэнкс. «Недокументированные действия 6309» .

[1]

[2]