Мост 5065

Мост 5065

Общая информация
Запущен	февраль 1974 г.
Общий производитель	Мост
Производительность
Макс. процессора Тактовая частота	3 мкс
Ширина данных	8 бит
Ширина адреса	15 бит
Физические характеристики
Упаковка	40-контактный DIP- разъем

Mostek MK5065 — 8-битный микропроцессор, представленный компанией Mostek в начале 1974 года. Первоначально этот дизайн был разработан Motorola для использования в Olivetti электронном калькуляторе и был лицензирован Mostek для использования в целях, не связанных с калькулятором. Он имел три набора регистров процессора, что позволяло ему переключаться на обработчик прерываний за один цикл, и режим ожидания данных, который способствовал прямому доступу к памяти .

Несмотря на относительно низкую стоимость (для того времени) в 58 долларов за партию из 100 экземпляров, 5065, похоже, мало использовался. Fairchild F8 был представлен примерно в то же время и нацелен на те же рынки. F8 имел ряд преимуществ перед 5065 благодаря более современному дизайну. В июне 1975 года компания Mostek лицензировала F8 по соглашению о втором источнике . 5065 исчез из каталога Mostek 1975 года, в котором упоминается только их F8, MK3850.

Все еще убежденные в том, что им нужен микропроцессор, и извлекая уроки из своего опыта работы с 5065, Motorola приступила к разработке своего Motorola 6800 почти сразу после лицензирования 5065 компании Mostek.

История

Модель 5065 начиналась как специальный процессор PMOS , разработанный Motorola для настольного калькулятора, создаваемого Olivetti . Разработку дизайна возглавили Род Оргилл и Билл Менш , производившие 5065. Существующие фабрики Motorola оказались неспособны создать эту конструкцию, и они были вынуждены передать лицензию на нее компании Mostek. при условии, что они не будут продаваться на рынке калькуляторов. Компания Mostek выпустила свою версию в феврале 1974 года. К началу 1975 года она производилась серийно и продавалась по цене 58 долларов партиями от 100 до 499.

В сентябре 1974 года Fairchild Semiconductor выпустила Fairchild F8 , поставки образцов начались в апреле следующего года, а полное производство — позже в том же году. F8 был почти идентичен по назначению 5065, первоначально разработанный как процессор калькулятора для Olympia-Werke , немецкого конкурента Olivetti. F8 имел ряд конструктивных особенностей, которые упрощали его реализацию: для типичных конструкций требовалось всего два чипа для обеспечения всего необходимого ПЗУ, ОЗУ, тактовой частоты и ввода-вывода. Он также улучшил 5065 тем, что это был чип на основе NMOS , что позволило изготовить его с меньшим размером элемента, что снизило его стоимость и позволило ему работать намного быстрее.

В июне 1975 года компания Mostek лицензировала дизайн F8 у Fairchild и внедрила его в свою новую линейку NMOS . Упоминания о 5065 исчезают к моменту выхода каталога 1975 года, в котором упоминается только версия F8, MK3850. В следующем году компания Mostek агрессивно снизила цену на свой F8, достигнув 10 долларов в пластиковой упаковке. к 1976 году.

Описание

Базовый дизайн

Регистры моста 5065

1 5	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)
Уровень 1
																аккумулятор
ПЧ				ПКЛ												ПК
															л	Связь
Уровень 2
																аккумулятор
ПЧ				ПКЛ												ПК
															л	Связь
Уровень 3
																аккумулятор
ПЧ				ПКЛ												ПК
														А	л	Вспомогательный/ссылка
Указатель стека
0	0	0	0	0	0	0	0									Регистр указателя

В начале 1970-х годов идея использования микропроцессора в качестве основы для автономного компьютера еще не была распространена, и конструкции той эпохи обычно включали функции, призванные облегчить их использование в том, что сегодня будет известно как область микроконтроллеров , процессоры. которые используются для управления таким устройством, как кассовый аппарат или бензонасос . Эти системы должны быстро реагировать на различные входные данные, что обычно достигается с помощью прерываний . Поскольку это обычная операция в таких условиях, многие проекты были сосредоточены на способах улучшения производительности или реализации прерываний.

В случае 5065 это было достигнуто за счет предоставления трех отдельных наборов регистров для аккумулятора , счетчика программ и внутреннего регистра «основной связи», а также флага переноса . При получении прерывания процессор завершал текущую инструкцию и затем указывал на выбранный набор этих регистров или, как их называли, «уровней». Это позволило системе отслеживать три отдельных участка кода, соответствующие нормальной работе и двум уровням прерываний. Внешние устройства могут вызвать прерывание на двух выводах. INT 1 и INT 2, оба из которых можно включить или отключить в программном обеспечении. Так, например, если INT 2 был включен и запущен, процессор в ответ выполнил текущую инструкцию, переключился на регистры уровня 2 и продолжил работу. Нормальной работой был уровень 3, на который он возвращался при вызове инструкции возврата из прерывания. Это делает обслуживание прерываний очень быстрым, поскольку информация о состоянии сохраняется автоматически за один цикл, тогда как во многих конструкциях требуется, чтобы эта информация сохранялась с использованием написанного пользователем кода, для завершения которого может потребоваться несколько циклов.

Эту же систему можно также использовать для быстрых вызовов подпрограмм вместо необходимости сохранять содержимое регистра. Поскольку состояние процессора сохранялось отдельно, в коде нужно было явно прописывать только адрес возврата. первые 256 ячеек памяти, нулевая страница использовались В данном случае в качестве стека вызовов . Чтобы это работало, эта область памяти должна была быть реализована в той или иной форме записываемой памяти. Страница могла содержать до 128 16-битных адресов, причем текущее значение указывалось «регистром указателя», который был бы известен как указатель стека . в других конструкциях

Для облегчения реализации прямого доступа к памяти (DMA) в систему включена функция WAIT вывод, который был поднят внешним устройством, которому требовался доступ к памяти. Когда этот сигнал будет получен, процессор продолжит выполнение текущей инструкции, включая любое необходимое чтение и запись из памяти. Когда инструкция будет завершена, она поднимет DMA PIN-код, указывающий, что он был готов, а затем перешел в состояние паузы. Затем внешнее устройство выполнит операции DMA, а затем отключится. WAIT когда оно было закончено. Тогда процессор сбросил бы DMA закрепите, снимите паузу и продолжите с того места, где остановились.

Инструкции и адресация

Всего было 51 инструкция и 81 код операции. Инструкции существуют во многих форматах, но большинство из них имеют двухбайтовые пары опкод - операнд . Небольшое количество однобайтовых инструкций использовалось для таких вещей, как возврат из подпрограммы или сдвиг влево , для которых не требуется никакой дополнительной информации.

Те инструкции, которые использовали память (в отличие от регистров), использовали двухбайтовый формат с кодом операции в старших 6 битах первого байта. Младшие 2 бита управляют типом доступа к памяти. Первый (бит 1) указывал, был ли следующий 8-битный операнд прямым или косвенным адресом. Второй (бит 0) контролировал, было ли 8-битное значение смещено от текущей страницы памяти, определенной программным счетчиком, или от нулевой страницы. Следующий байт операнда содержит 8-битный адрес. Это означает, что при использовании прямой адресации данные должны находиться в пределах 256 байт текущей инструкции или в пределах первых 256 байт памяти. доступ к большей оперативной памяти , необходимо использовать косвенную адресацию. Если необходим

Косвенные адреса использовали двухэтапный шаблон доступа. Сначала процессор считывает младшие 8 бит инструкции и смотрит на бит 0, чтобы определить, какое смещение использовать. Затем он считывает байт в этом месте и следующий за ним байт, создавая 16-битное значение, хранящееся в специальном буфере. Затем он будет читать или записывать данные в это 16-битное место. Этот шаблон часто можно было увидеть на мини-компьютерах того времени, поскольку он упрощал реализацию определенных форм циклического перебора данных.

Самый старший бит каждого адреса, хранящегося в памяти, использовался для указания того, был ли это прямой или косвенный адрес, в результате чего для фактического адреса оставалось 15 бит, что позволяло использовать до 32 КБ памяти. Поскольку для адреса, на который указывает косвенный адрес, также может быть установлен старший бит, косвенные адреса могут образовывать цепочки. Этот стиль цепного доступа также наблюдался в миникомпьютерных системах, таких как IBM 1620 , HP 2100 и Data General Nova , но был необычен для микропроцессоров.

Для ветвей, вызовов подпрограмм и переходов использовался второй формат, где код операции использовал старшие 4 бита, а младшие 4 бита вместе с 8-битным операндом образовывали 12-битный адрес. Это означало, что код мог вызывать другой код только в пределах «блока» размером 4 КБ. Было много других форматов инструкций для специальных целей.

Ввод/вывод обрабатывался с помощью специальных инструкций и не отображался в памяти . Верхние 4 бита кода операции содержали инструкции ввода-вывода (ввод, вывод, состояние и т. д.), а нижние 4 бита представляли собой «свободное поле». Программа может поместить любое значение в эти 4 бита и использовать его как специальное поле данных для отправки инструкций устройству. Запуск инструкции привел к четырехтактному процессу. В первом цикле младшие 6 бит команды, включая 4-битное свободное поле, были помещены на шину H, а значение аккумулятора - на шину L. Затем устройство могло прочитать оба, чтобы декодировать свою инструкцию. Во втором цикле, если ЦП должен был отправить данные устройству для вывода, 8-битное значение помещалось на шину. В третьем случае любые данные, отправляемые в ЦП, возвращались на шину. Четвертый указывал на конец цикла ввода-вывода.

Другие детали

Основная шина была мультиплексной, всего 16 контактов использовались как для адресации, так и для данных. Шина была разделена на «высокую» (H) и «низкую» (L) стороны, обе 8-битные. Во время доступа к памяти 15-битный адрес будет размещен на старшей и младшей сторонах, а затем данные в этом месте читаются или записываются только с использованием шины L. Это означало, что доступ к памяти требовал двух циклов, что делало его медленнее, чем конструкции с отдельными (немультиплексированными) шинами адресов и данных.

Созданный на основе технологии PMOS , которая была распространена в начале 1970-х годов, 5065 требовал трех уровней напряжения питания: -12 В (V GG ), +5 В (V SS ), -5 В (V DD ) и заземления. Он был упакован в 40-контактный DIP- разъём , как это было принято для большинства процессоров той эпохи. Использование мультиплексной шины сократило использование контактов до такой степени, что пять контактов остались неподключенными. Как и в большинстве конструкций PMOS, внешний тактовый чип требовался также планировалось выпустить адаптер периферийного интерфейса (PIA). , в данном случае MK5009. В конце 1975 года

Система была выпущена с системой оценки, двухплатной GEMS-8, сокращением от General Evaluation Microprocessor System. Сюда входили драйвер часов, 512 байт ПЗУ, от 1 до 12 КБ ОЗУ и UART для использования с компьютерным терминалом . ПЗУ содержало «Program Aid Routine», небольшой инструмент разработки системы и утилиту отладчика. Плата процессора и ПЗУ PAR стоили 597 долларов, карта ОЗУ 12 КБ — еще 597 долларов, или оба вместе — 995 долларов. Кросс -ассемблер также был доступен для неопределенного «16-битного миникомпьютера».

Тактовые частоты 5065 не упоминаются ни в каких сохранившихся источниках. Время инструкций указано от 3 до 16 мкс. Хотя указано время выполнения инструкций от 3 до 16 мкс, можно использовать тактовую частоту 1 МГц.

Ссылки

Библиография

• Фрэнкс, Кирк (16 мая 2023 г.), Личный опыт проектирования и создания системы на базе MK5065, бывший инженер компании Mostek.
• Сакс, Джейсон (18 июня 2022 г.). «Развитие МОП-технологии 6502: историческая перспектива» . Встроенное связанное .
• Микалопулос, Деметриос (октябрь 1975 г.). «Новые продукты: «Мостэк» анонсирует микрокомпьютерную систему «GEMS-8» . IEEE-компьютер . дои : 10.1109/CM.1975.218783 . S2CID   2862689 .
• «Мостек 5065 к тысяче» (PDF) . Микрокомпьютерный дайджест . Том. 1, нет. 8. Февраль 1975 г.
• «Мостэк снижает цены на F8» (PDF) . Микрокомпьютерный дайджест . Октябрь 1976 года.
• Руководство по интегральным схемам . Том. 3. Мостэк. 1974.
• Руководство по интегральным схемам . Мостэк. 1975.
• Наир, Б. Соманатан (2002). Цифровая электроника и логический дизайн . Обучение PHI.
• Сильва, Майк (18 сентября 2013 г.). «Введение в микроконтроллеры — Прерывания» . Встроенное связанное .
• «Введение в микроконтроллеры: обработка прерываний» . Ренесас .
• «Программирование цикла с косвенной адресацией» . Сименс . 29 января 2007 г.