Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Fairchild F8
KL Fairchild F3850.jpg
F3850, процессор системы Fairchild F8.
Главная Информация
Запущен1975 г.
Общий производитель (и)
Представление
Максимум. Тактовая частота процессора От 1,00 МГц до 2,00 МГц
Архитектура и классификация
Набор инструкций8-битный
Физические характеристики
Пакет (ы)
  • 40-контактный DIP

Fairchild F8 , представляет собой 8-битовый микропроцессор системы от Fairchild Semiconductor , объявили в 1974 году и отправлен в 1975. [1] [2] оригинальное семейство процессоров включает в себя четыре основных 40-контактный интегральных схем (ИС); 3850 CPU , который был арифметико - логическое устройство , то 3851 Программа Блок хранения (БП) , который содержал 1 КБ программы ПЗУ и обрабатывается декодирование команд, а также 3852 Динамический интерфейс памяти (DMI) или 3853 Интерфейс Статический памяти (ГИУ) для управления дополнительным RAM или ROM, содержащие пользовательские программы или данные. В3854 DMA была дополнительной системой, которая добавляла прямой доступ к оперативной памяти, управляемой 3852.

Минимальная система, содержащая 3850 и 3851, также включала четыре 8-битных порта данных, 64 байта ОЗУ и пользовательскую программу в ПЗУ. Это позволило создавать приложения для микроконтроллеров с использованием всего двух микросхем. Это также означало, что любое приложение, которое не соответствовало простым требованиям, обычно требовало как минимум трех 40-контактных ИС, ЦП, блока питания и 3852 или 3853 вместе с дополнительными микросхемами памяти. В результате этих компромиссов серия F8 нашла широкое распространение на рынке микроконтроллеров, но меньше использовалась в качестве ЦП в компьютерах общего назначения. Сегодня это относительно неясно, так как его встроенное использование редко раскрывает F8 внутри.

В 1977 году Mostek выпустил значительно улучшенную однокристальную реализацию Mostek 3870 . Он объединил 3850 и 3851 и уменьшил количество напряжений питания. Что еще более важно, Mostek перестроил сборочную линию, так что пользовательский код в ПЗУ был добавлен на последнем этапе, что значительно снизило стоимость настройки конструкции для использования контроллера. Модель 3870 пришла на смену оригинальным версиям Fairchild и производилась несколькими компаниями в США и Европе. В Европе STMicroelectronics продолжала производить различные варианты конструкции до середины 1990-х годов.

История [ править ]

Развитие [ править ]

История F8 начинается с проекта разработки микропроцессоров в Olympia-Werke , дочерней компании AEG . Наиболее известная как производитель пишущих машинок , Olympia также имела долгую историю в области механических калькуляторов , которые быстро переводились в электронный формат. Они разрабатывали процессорную систему, известную как C3PF, которую General Instrument (GI) получила у них по лицензии. В рамках лицензионного соглашения GI отправила Дэвида Чанга, руководителя подразделения процессоров GI, в Олимпию для связи со своей командой разработчиков. Вскоре после возвращения в США Чанг ушел из GI и переехал в Fairchild, где стал ведущим конструктором F8 [1] и назван первым изобретателем патента. [3]

Fairchild объявила о введении F8 в сентябре 1974 года, что почти сразу же привело к судебному иску от GI за незаконное присвоение коммерческой тайны . Поскольку дело затягивалось, в феврале 1976 года Fairchild объявила о кросс-лицензионном соглашении с Olympia на F8, что означает, что теперь у них был законный доступ к оригинальной конструкции C3PF, а иск GI был нейтрализован, по крайней мере в технических деталях. Доступно очень мало информации о C3PF, но отраслевые обозреватели широко считают, что C3PF является основой конструкции F8. [4] Судебное дело затянулось до 1980-х годов, но без каких-либо замечательных технических проблем, оно никак не повлияло на продажи F8. [1]

Производство [ править ]

Первые инженерные образцы F8 были отправлены в апреле 1975 года, а массовые поставки начались этой осенью. В то время электронная промышленность требовала предоставления второго источника в качестве гарантии того, что дизайн не исчезнет, ​​если проектная компания обанкротится или просто потеряет интерес к дизайну. Fairchild объявила о таком соглашении с Mostek в июне 1975 года. Соглашение позволило обеим компаниям продолжить независимую разработку дизайна. [1]

F8 был представлен по цене 130 долларов (что эквивалентно 618 долларам в 2019 году), что делает его менее дорогим, чем современные модели, такие как Intel 8080 или Motorola 6800, которые были как минимум вдвое дороже. Кроме того, минимальная система включала четыре 8-битных порта ввода / вывода , небольшой объем ОЗУ и 1 КБ ПЗУ. Вместе они позволили создавать простые приложения всего с двумя микросхемами. Напротив, такие конструкции, как 8080, поддерживали такую ​​функциональность с использованием отдельных специализированных микросхем, часто десятков, поэтому система F8 могла быть реализована с гораздо меньшими общими затратами. В некоторой степени это компенсировалось тем, что ПЗУ программы в блоке питания было замаскировано.на чипы на ранних этапах производственного процесса, что требовало отдельных производственных линий для каждого клиента. В результате плата за установку составила порядка 10–15 тысяч долларов. [1]

Хотя F8 продавался как микропроцессор общего назначения, исторически он представляет собой первый специально разработанный 8-битный микроконтроллер , [а] конструкция, которая реализует полную компьютерную систему на небольшом количестве ИС. Его выпуск оказал глубокое влияние на рынке, и привел к появлению специализированных микроконтроллеров от большинства других производителей, среди которых Intel MCS-48 , Motorola MC6801 и MOS 6510 , все из которых объединены различных систем , ранее оставленных на плату дизайнер реализовать. Эти примеры, однако, продвинули процесс еще на один шаг и реализовали всю систему на одной ИС.

Из-за неумолимого действия закона Мура вскоре 3850 и 3851 также могли быть реализованы в одной микросхеме, которая была выпущена как 3859. [1] Линия также была обновлена ​​с добавлением 3856, 3851 с 2 КБ ПЗУ [5] и 3857, 3856 с дополнительными адресными линиями для доступа к внешнему ПЗУ в дополнение к внутреннему ПЗУ 2 КБ, что устраняет необходимость в отдельном 3853 для многих ролей.

3870 [ править ]

Примерно в то же время, когда был выпущен 3859, Mostek представил свою собственную версию одночипового F8, Mostek 3870. Принимая во внимание, что 3859, по сути, был просто однокристальным 3850/3851, 3870 был значительным достижением; он работал до 4 МГц, что вдвое больше, чем у 3859, и требовал только одного источника питания + 5В вместо +5 и +12. Гораздо более важным изменением было то, что пользовательский код ПЗУ теперь был замаскирован на ИС как самый последний шаг в процессе, поэтому все процессоры были идентичны до конца производственной линии. В результате плата за маску составила порядка 1000 долларов, что сделало ее гораздо менее затратной в реализации. Модель 3870 была настолько развита по сравнению с оригиналом, что Fairchild прекратила производство модели 3859 и лицензировала 3870 для собственных продаж. [1]

Со временем 3870 был модифицирован множеством подверсий. Среди наиболее важных из них было добавление гнезда наверху микросхемы, которое позволяло вставлять СППЗУ без необходимости в других вспомогательных схемах. Это устранило необходимость во встроенном ПЗУ и позволило клиентам производить собственное ПЗУ и полностью исключить сборы за маскировку. Варианты также включали примеры с большим объемом ПЗУ или ОЗУ или другими более незначительными изменениями. [1]

Между тем, перекрестное лицензионное соглашение с Olympia привело к производству в Германии Telefunken , еще одного из многих брендов AEG. В 1979 году Mostek слился с United Technologies , которая вела компанию к основанию и, в свою очередь, продала ее Thomson Semiconducteurs в 1985 году. Thomson объединилась с SGS в 1987 году, чтобы сформировать современную STMicroelectronics , которая продолжала производить 3870 до 1990-х годов. Fairchild также продолжала выпускать версии 3870 до 1980-х годов, когда они были куплены National Semiconductor . [1]

Хотя сегодня о нем мало что известно, «в 1977 году F8 был ведущим микропроцессором в мире с точки зрения продаж процессоров». [6] Дизайн остается несколько неясным, потому что большинство из них использовались в качестве встроенных микроконтроллеров, где чип внутри устройства редко идентифицируется, в отличие от таких продуктов, как домашние компьютеры, где центральный процессор внутри более известен. Среди немногих наиболее известных его применений были Fairchild Channel F в 1976 году и в компьютерной системе VideoBrain в 1977 году. Оба были стерты с рынка после появления Atari 2600 в 1977 году.

Fairchild также произвела ряд инженерных досок и досок для хобби с использованием F8. Комплект 1 представлял собой единую печатную плату с процессором 3850, блоком питания 3851 и SMI 3853. Блок питания содержал программу, известную как «Fairbug», к которой можно было получить доступ с помощью терминала, подключенного к процессору через его 8-битный порт ввода-вывода. [7]

Производство F8 было прекращено в середине 1980-х годов, когда компания Innovative Data Technology, Сан-Диего, Калифорния, в последний раз приобрела его для использования в своем флагманском ленточном накопителе 1/2 дюйма с 9 дорожками серии TD1050, используемом для обмена данными биллинга в телекоммуникационных компаниях. операторы.

Описание [ править ]

Семейство чипов [ править ]

Типичная компьютерная система обычно требует ЦП, некоторой формы ввода / вывода для связи с внешним миром и памяти, содержащей программный код и пользовательские данные. Обычно ввод-вывод будет обрабатываться специальными микросхемами, а доступ к памяти будет осуществляться через адресную шину, выбирающую места во внешней памяти, а затем возвращающие эти данные в ЦП по шине данных . В зависимости от конструкции, ввод-вывод будет связываться с процессором по выделенной шине или, альтернативно, путем помещения данных в память и последующего чтения ЦП. Перемещение данных между всеми этими различными блоками требовало дополнительных «клеевых» схем.

F8 был разработан, чтобы разделить эти обязанности, чтобы сделать возможными минималистичные реализации. [8] Теоретически можно было бы разместить все эти функции на одном чипе, но в эпоху 40-контактных микросхем просто не хватало контактов для соединения всех этих функций. В частности, реализация 8-битной шины данных, 16-битной адресной шины и еще одной 8-битной шины ввода-вывода оставит только 8 дополнительных контактов для каждой другой функции, от источника питания и заземления до различных тактовых сигналов и линий управления. В других конструкциях иногда мультиплексировались строки адреса и данных, так что одни и те же контакты могли использоваться для нескольких функций за счет необходимости большего количества циклов для завершения операции.

F8 решает эту проблему за счет интернализации некоторых функций, таких как добавление небольшого количества ОЗУ в ядро ​​ЦП и перемещение других из ЦП. Лучшим примером этого является минимальная система, состоящая из 3850 CPU и 3851 PSU. В этом случае нет необходимости в адресной шине вообще, ОЗУ содержится в 3850, а ПЗУ для программ - в 3851. Именно блок питания отвечает за отслеживание программного счетчика , считывая инструкции из внутреннего ПЗУ и подает их в 3850 для обработки по выделенной 5-контактной шине команд вместе с любыми связанными данными по отдельной 8-битной шине данных. [8]Это высвободило 11 контактов, которые в противном случае использовались бы для дополнительных адресных линий, что, наряду с другими упрощениями и разделением обязанностей, позволило ЦП иметь две полные шины ввода-вывода. 3851 добавил еще два порта ввода-вывода, так что в минимальной системе было всего четыре порта. [8]

Имея всего 1 КБ ПЗУ и 64 байта ОЗУ, можно управлять только небольшими программами, но для многих систем, таких как кассовые аппараты , бензонасосы и тому подобное, этого более чем достаточно. Если к системе предъявляются более высокие требования, можно использовать 3852 или 3853. [9]Они взаимодействуют с блоком питания и содержат дополнительную логику для обработки связанной с ними памяти; например, 3852 имел полную адресную шину с возможностью доступа к 64 КБ ОЗУ и схемы, необходимые для обновления данных. В этих системах по-прежнему требуется блок питания, а счетчик программ и другие указатели поддерживаются отдельно во всех этих микросхемах, считывая одни и те же линии управления. Основное различие между 3852 и 3853 заключалось в том, что первый включал схему динамического обновления ОЗУ и 3-контактную связь с контроллером DMA 3854, в то время как 3853 удалил их и добавил новый обработчик прерываний и таймер. [10]

Контроллер DMA 3854 был напрямую связан с контроллером ОЗУ 3852 и не использовал 5-контактную шину управления, которая есть в других членах семейства. Он поддерживал свой собственный адресный регистр и отдельный счетчик байтов, которые вместе указывали блок памяти для чтения или записи. [10]

Архитектура набора команд [ править ]

Внутри ЦП содержал 8-битный аккумулятор , 5-битный регистр состояния процессора , 6-битный «регистр косвенного адреса блокнота» или ISAR и 64 байта оперативной памяти «блокнота». К первым двенадцати ячейкам ОЗУ можно получить прямой доступ и использовать их в качестве вторичных накопителей, помеченных от A до J. Доступ к остальной части блокнота осуществляется через ISAR, форму косвенной адресации .

3851/3852/3853 содержат программный счетчик PC0, а также вторичный программный счетчик PC1. PC1 назывался указателем стека, но фактически не использовался для этого, он использовался только для хранения адресов возврата из подпрограмм и не имел каких-либо инструкций push или pop. Если требуется больший стек, это должно быть реализовано программно. Эти микросхемы также имели 16-битный счетчик данных DC0 и связанный с ним буфер счетчика данных DC1. Они использовались в качестве индексных регистров для косвенной адресации, хотя только DC0 мог быть доступен напрямую, а значение в DC1 нужно было поменять местами на DC0 с помощью отдельной инструкции.

Набор команд включал 70 кодов операций, закодированных в 8-битном формате. Как это было типично для той эпохи, многие инструкции имели множество режимов адресации, причем некоторые из них были закодированы в коде операции инструкции . Например, инструкция «Загрузить регистр» (LR) была представлена ​​в 14 различных версиях в зависимости от источника и назначения данных. За версией, начинающейся с $ 00, следовали два нулевых бита, а затем еще два бита, указывающие местоположения в блокноте с 12 по 15, поэтому здесь использовались коды операций с $ 00 по $ 04. $ 0A был другой версией LR, загружающей значение, на которое указывает ISAR. Всего у F8 было восемь режимов адресации. [11]

Машинные инструкции можно сгруппировать в шесть категорий: инструкции накопителя, инструкции ветвления, инструкции обращения к памяти, инструкции адресного регистра, инструкции регистра блокнота, разные инструкции (прерывание, ввод, вывод, косвенный регистр блокнота, загрузка и сохранение). [11]

F8 работал на частоте 1-2 МГц, обеспечивая время цикла 0,5 мкс. В F8 шина управления регулирует использование шины данных с помощью сигналов синхронизации и управления состоянием. Phi-часы делят машинный цикл на дискретные фазы в зависимости от выполняемой инструкции. Пять линий управления состоянием являются функцией выполняемой инструкции. Состояния шины управления регулируют контроль информации в компьютере.

FAIR-BUG [ править ]

Микрокомпьютер Fairchild F8 стал доступен инженерам-разработчикам электроники в конце 1975 года. Плата имеет три крупномасштабных интеграционных устройства, упакованных в 40-контактные ИС: ЦП, блок питания и SMI. Эта печатная плата работала как 8-битный персональный компьютер 64K, подключенный к Teletype. Дизайн допускал дополнительные интерфейсы для гибких дисков и других устройств. Программа под названием Fairbug, которая находилась в блоке питания 1K, позволяла пользователям просматривать и изменять память и регистры, а также тестировать программы, написанные в машинном коде. Это устройство появилось в начале перехода от компьютеров с общим доступом к персональным компьютерам.

Fairchild предоставил комплекты для разработки и оценки для F8, в эти комплекты входил блок питания 3851A (блок памяти программ), который содержал монитор в ПЗУ с маской, вектор которого начинался с адреса 0x8080. [12] При включении питания было введено ПЗУ. Монитор ROM упоминался в литературе Fairchild как FAIR-BUG. [12] Монитор FAIR-BUG - это совокупность процедур, помогающих инженерам-разработчикам продукта, которые взаимодействовали с FAIR-BUG с помощью телетайпа . Fairchild расширил FAIR-BUG как KD-BUG для использования с клавиатурой и дисплеем. [13]

Основные команды FAIR-BUG - это отдельные символы ASCII, взятые из набора {A, B, C, D, E, F, G, I, L, M, N, P, R, S, W}. Ячейки регистров и памяти были введены как параметры сразу после идентификатора команды. Например, команда M02F0-02FF приводит к тому, что телетайп набирает содержимое 16 байт памяти. Команды FAIR-BUG адресуют все ячейки памяти и все регистры. Эти места могут быть проверены или изменены программистом.

FAIR-BUG содержит пять подпрограмм, которые используются для обработки команд: Введите 2 байта ASCII; Выведите 1 байт ASCII; Выведите строку CR, LF, Null; Выведите 1 байт ASCII; Введите 1 байт ASCII с устройства параллельного ввода. FAIR-BUG - это, по сути, процедура управления произвольным доступом ко всей памяти, как RAM, так и ROM, и всем регистрам, включая счетчик программ, счетчик данных и блокнот. Программисту предоставляется возможность помещать любую из более чем 70 инструкций или операндов машинного кода в ячейки памяти. Затем программист может использовать команду G, чтобы загрузить определенный адрес в счетчик программы и выполнить процедуру по этому адресу.

Целью создания подпрограмм FAIR-BUG в 1975 году было помочь инженерам ускорить создание приложений для микросхем F8.

Изобретатель [ править ]

В патентном документе US4086626 Дэвид Х. Чанг указан как изобретатель компьютера, известного нам как Fairchild F8. Дата подачи заявки на патент - 7 июня 1976 года. Изобретение было продолжением инженерных работ, упомянутых в патенте под датой приоритета 7 октября 1974 года. Владельцем патента была Fairchild Camera and Instrument Corporation. Карьера Дэвида Х. Чанга включала должности в Texas Instruments, Fairchild и Sony. [14]

Заметки [ править ]

  1. ^ Texas Instruments TMS 1000 предшествует этой системе, но представляет собой 4-битную систему.

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i CPU 2013 .
  2. ^ "Fairchild F8" . Страница коллекционера антикварных фишек . Проверено 18 августа 2013 года .
  3. ^ Патент: US3984813. Дата подачи: 7 октября 1974 г. Первоначальный правопреемник: Fairchild Camera and Instrument Corporation.
  4. ↑ Певица, Грэм (1 октября 2020 г.). «История микропроцессора и персонального компьютера» . Техспот .
  5. ^ F3851 / F3856 Блок хранения программ (PDF) (Технический отчет).
  6. ^ «8-битные микропроцессоры - F8 (3850)» . Архивировано 17 июля 2011 года . Проверено 18 августа 2013 .CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  7. ^ The One-Card F8 Microprocessor Evaluation System Instruction Sheet, Fairchild Microsystems, 13 февраля 1976 г.
  8. ^ а б в F8 1975 , стр. 1.
  9. ↑ F8 1975 , стр. 5.
  10. ^ а б F8 1975 , стр. 3.
  11. ^ а б F8 1975 , стр. 8.
  12. ^ a b Оборудование для поддержки разработки микропроцессоров F8 (PDF) . Fairchild Semiconductor.
  13. ^ Руководство пользователя KD-BUG (PDF) . Fairchild Semiconductor. 1978 г.
  14. ^ Патентный документ US4086626

Библиография [ править ]

  • «Центральный процессор дня: микропроцессор Fairchild F8» . CPUShack . 8 июня 2013 г.
  • Микропроцессор F8 (PDF) (Технический отчет). Fairchild Semiconductor. 1975 г.
  • Лист данных: http://datasheets.chipdb.org/Fairchild/F8/fairchild-3850.pdf
  • Патент: http://www.google.com/patents/US4086626

Внешние ссылки [ править ]

  • Бесплатный онлайн-словарь по вычислительной технике
  • Великий список процессоров