Печатка 2650

Печатка 2650

Сигнетика 2650AN
Общая информация
Запущен	1975 ; 46 лет назад ( 1975 )
Общий производитель (и)	Signetics , Philips
Спектакль
Максимум. Тактовая частота процессора	1,2 МГц
Ширина данных	8
Ширина адреса	15
Физические характеристики
Пакет (ы)	40-контактный DIP

Signetics 2650 был 8-разрядный микропроцессор введен в июле 1975 г. ^[1] Согласно Адама Осборна книги «S Введение в Микропроцессоры Том 2: некоторые реальные продукты , это был„самый миникомпьютер -как“микропроцессоров , доступных на время. Сочетание отсутствующих функций и случайного доступа к памяти ограничивало его привлекательность, и система не использовалась на рынке. Signetics стала более известной как поставщик второго источника для MOS 6502 .

История [ править ]

Вводная реклама Signetics 2650, 30 октября 1975 г.

В 1972 год Signetics' Джек Кертис ^[а] нанял Джон Кесслер из IBM , чтобы возглавить проект нового однокристального процессора предназначен , чтобы конкурировать с микрокомпьютерными системами. Кесслер выбрал IBM 1130 в качестве модели для нового дизайна. 1130, выпущенный в 1965 году, был 16-битным мини - компьютером, который разделял многие конструктивные особенности с другими мини-компьютерами той эпохи. ^[2]

В то время как Кесслер разрабатывал архитектуру, Кент Андреас разработал ЦП, используя недавно разработанный процесс ионной имплантации NMOS . В отличие от гораздо более распространенного процесса PMOS того времени, NMOS потреблял меньше энергии, требовал только одного напряжения по сравнению с тремя для PMOS и рассеивал меньше энергии. Эта последняя функция позволяла чипу работать на более высоких скоростях, и первые 2650 работали на той же частоте 1,25 МГц, что и современные модели 1130. ^[2]

Когда он был разработан в 1972 году, 2650 был одним из самых передовых разработок на рынке, легко превосходя Intel 4004 и 8008 той же эпохи. К сожалению, в то время Signetics активно участвовала в Dolby Laboratories , разрабатывая интегральные схемы, которые реализовали набор систем шумоподавления Dolby . В результате производство 2650 было отложено, а ЦП не был официально представлен до июля 1975 года. К 1975 году было представлено несколько новых ЦП, изначально спроектированных как 8-битные машины, а не имитирующие старую конструкцию. и преимущества 2650 перестали быть столь убедительными. ^[2]

В 1975 году Philips приобрела Signetics, и с этого момента можно найти версии 2650 как с фирменными знаками Signetics, так и с Philips. ^[2]

В марте 1976 года Signetics достигла соглашения о втором источнике с Advanced Memory Systems (AMS). В то время большинство производителей ЦП были очень маленькими, и никто не покупал дизайн у компании, которая могла обанкротиться. Второй источник был важной гарантией того, что дизайн останется доступным в этом случае. AMS уже выступал в качестве второго источника для RCA 1802 , усовершенствованной конструкции CMOS , а NMOS 2650 рассматривался как полезное дополнение, которое не будет напрямую конкурировать с 1802. К сожалению, в ноябре AMS была куплена Intersil , у которого была собственный Intersil 6100 , однокристальная версия PDP-8 mini. Intersil прекратил выпуск модели 2650. ^[2]

Signetics снова попробовала с National Semiconductor в 1977 году, которая планировала представить версии в последнем квартале года. По неизвестным причинам, похоже, этого никогда не происходило, и был найден только один экземпляр версии NS из Франции. ^[2]

Signetics продолжила разработку 2650, представив две новые модели в 1977 году. 2650A была переработанной версией первоначальной компоновки, предназначенной для повышения урожайности и, следовательно, снижения стоимости. Скорость осталась неизменной - 1,25 МГц для базовой модели и 2 МГц для версии -1. 2650B был основан на A, добавил ряд новых инструкций и улучшил производительность ряда существующих инструкций. ^[2]

Описание [ править ]

Общий дизайн 2650 был основан на IBM 1130. Таким образом, 2650 имеет ряд функций, которые были обычными для миникомпьютеров 1960-х годов , но редко встречались в новых микропроцессорах 1970-х. Среди них, например, были биты состояния, которые использовались для отслеживания состояния устройств ввода / вывода , что упрощало написание кода интерфейса. ^[2] Другой мини-функцией было использование векторных прерываний , которые позволяли устройствам вызывать правильный обработчик прерываний , помещая его ячейку памяти на шину данных.

Как и в 1130, регистры процессора 2650 были разделены на наборы, с одним глобальным регистром R0, используемым в качестве аккумулятора , и двумя наборами индексных регистров , оба с именами R1, R2 и R3, всего семь регистров. ^[3] В любой момент один из двух наборов индексов был видим для ЦП, и какой набор был видим, контролировался битом в регистре состояния , PSW. Можно легко переключаться между двумя наборами регистров с помощью одной инструкции. ^[4] Это позволило быстро переключать значения во время вызовов подпрограмм, переключений операционной системы или обработки прерываний.. В отличие от 1130, регистры были только 8-битными, а не 16-битными, и в 1130 было только два набора, а не три ^[2].

Другой его миниатюрной особенностью была обширная поддержка косвенной адресации для большинства инструкций. Многие инструкции требуют, чтобы данные считывались из области памяти, в большинстве процессоров того времени это был бы один байт данных, который хранится в памяти, на которую ссылается 16-битная ячейка. В 2650 старший бит этого 16-битного местоположения указывает косвенное обращение, что означает, что данные не были расположены в этом месте в памяти, а были закодированы в оставшихся 15 битах адреса. ^[4]Такой стиль доступа позволял легче получить доступ к блокам данных, чем в системах, которые обеспечивали косвенное обращение исключительно с помощью специальных инструкций или исключительно через индексные регистры. 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 вычисления адресов. ^[3]

Обратной стороной этого подхода было то, что старший бит больше не был частью адреса, то есть адресное пространство составляло всего 15 бит, а машина могла получить доступ только к 32 КБ памяти. Адресное пространство было дополнительно ограничено использованием еще двух битов адреса для указания режима индексации для всех логических и арифметических (т. Е. Без ветвлений) инструкций. Эти биты управляют функциями, например, должен ли адрес быть увеличен пост-инкрементным или пре-декрементным, что чрезвычайно полезно для построения циклов. Но с учетом того, что все эти биты уже учтены, в этих инструкциях для адресов было доступно только 13, то есть только 8 КБ можно было адресовать напрямую, а основная память была разбита на четыре блока по 8 КБ. ^[3]Чтобы получить доступ к памяти за пределами 8 КБ, где находилась инструкция, указанные байты данных должны были содержать косвенный адрес, указывающий на какое-то другое место в памяти. ^[4]

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

2650 также содержал стек вызовов на кристалле , а не более распространенное решение, которое выделяет место в памяти для хранения стека. Указатель стека был проведен в три бита в PSW. Стек на кристалле работает намного быстрее, поскольку к данным можно получить доступ напрямую, не дожидаясь их чтения из внешней памяти, но он также занимает место на кристалле и всегда ограничен в размере в результате практических компромиссов. В 2650 стек состоял всего из восьми 15-битных записей ^[3], что, как правило, слишком мало для использования в языках высокого уровня .

Хотя существовало девять различных режимов адресации , отсутствие 16-разрядных регистров и 13–15-разрядного адресного пространства препятствовало широкому использованию. Несмотря на это, была доступна операционная система («2650 DOS»), а также интерпретаторы BASIC размером 8 КБ и 12 КБ (продаваемые Central Data Corporation USA) и многие игры в стиле Hunt the Wumpus . Большинство программ написано на ассемблере .

Использует [ редактировать ]

Signetics продала микропроцессорные отладочные платы на базе 2650 , сначала PC1001 ^{[5] [6],} а затем его преемника, PC1500 «Adaptable Board Computer», по цене от 165 до 400 австралийских долларов. Сам чип продавался примерно за 20 австралийских долларов. Несколько проектов по созданию оборудования и статей по программированию были опубликованы в таких журналах, как Electronics Australia и Elektor, а соответствующие наборы продавались в магазинах электроники. Эти факторы привели к его использованию многими любителями во многих странах, таких как Австралия, США ^[7], Великобритания, Нидерланды ^[8] и Германия. ^[9]

Два типа игровых приставок использовали Signetics 2650 или 2650A. Первая группа консолей основана на контроллере видеодисплея Signetics 2636 ; 1292 Advanced Programmable Видеосистема и тесно связаны Interton Video Computer 4000 принадлежат к этой группе. 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, в котором в качестве процессора использовалась Signetics 2650, работающая на частоте 3,58  МГц. принадлежат к этой группе вместе со многими другими программно-совместимыми (Leonardo, Hanimex MPT-03 и т. д.).

В 1970-х годах было выпущено по меньшей мере пять видеоигр с монетоприемником, в которых использовался процессор 2650 - Atari Quiz Show , Meadows Games 3D Bowling , Meadows Games Gypsy Juggler , Cinematronics Embargo и клон Space Invaders от Заккарии под названием The Invaders (1978). (в оригинале Taito использовался процессор Intel 8080 ).

Итальянский производитель игр Zaccaria выпустил 28 автоматов для игры в пинбол на базе процессора 2650. Их компания - преемник, MrGame выпуск четырех дополнительных игровые автоматы , использующие 2650. Захария , кажется, лицензированный его дизайн для Technoplay , а также и несколько более игровые автоматы были выпущены с использованием вариаций Захария в 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 CPU Signetics 2650.

2650 также использовался в некоторых крупных элементах оборудования, таких как Tektronix 8540, система разработки программного обеспечения микропроцессора, которая поддерживала различные внутрисхемные эмуляторы , память трассировки и карты логического анализатора для отладки микропроцессорных систем в реальном времени, как это практиковалось в 1980-х годах. . 2650 обеспечивает базовые функции операционной системы, передачу данных и интерфейс с главным компьютером или последовательным компьютерным терминалом.

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

• Однобитовые контакты ввода-вывода на процессоре (биты считывания / флага)
• Сигналы для прямой адресации двух 8-битных портов ввода-вывода (порта управления и данных) с использованием однобайтовых инструкций ( порт ввода-вывода ). Это позволило обойти сложное оборудование, необходимое для ввода-вывода с отображением в память.
• Сигналы для адресации еще 256 портов ввода-вывода с использованием 8-битного адреса и двухбайтовых инструкций, опять же, ограничивая количество необходимого оборудования (декодирование адреса). Philips подчеркнула это использование в качестве микроконтроллера в демонстрационной программе, демонстрирующей, как 2650 управляет интеллектуальной лифтовой системой. Также на выставках показали модель 2650, управляющую миниатюрным роботом «сортировка и штабелирование».

Промышленная микрокомпьютерная система - IMS [ править ]

В течение короткого времени, начиная с 1979 года, Philips продал модульный компьютер 2650 под названием «IMS» - Промышленная микрокомпьютерная система ^[10], основанный на формате Eurocard в 19-дюймовой стойке. Он включал ЦП , ППЗУ, ОЗУ , ввод, вывод и телетайп. Эта система задумывалась как более интеллектуальный программируемый логический контроллер.Позже для разработки были добавлены модули DEBUG, DISPLAY, INTERRUPT и MODEST (программатор (E) PROM).

Архитектура [ править ]

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

2650 имел много необычных функций по сравнению с другими микропроцессорами того времени:

• Это был полностью статический 8-битный микропроцессор NMOS. Статический характер был необычным для того времени и означал, что процессор можно было остановить, просто остановив тактовый сигнал. Программисты с благодарностью использовали эту функцию для «пошагового выполнения» программы с помощью кнопочного переключателя 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 использует 3 бита верхнего регистра состояния. Это означало, что подпрограммы и прерывания могли быть вложенными только на 8 уровней.
• У процессора было только 13 реальных адресных строк, еще 2 адресные строки были подключены к 2-битному «страничному регистру», в результате чего получилось адресное пространство 32 КБ. Регистр страницы был установлен при выполнении инструкции абсолютного (прямого) перехода, которая использовала полный 15-битный адрес. Все логические и арифметические инструкции использовали 13-битный адрес, дополненный содержимым регистра страницы, тем самым ограничивая их объем страницей 8 КБ. Эти 2 верхние адресные строки также использовались (мультиплексированы) для выбора соответствующего порта ввода-вывода во время операций ввода-вывода (порт управления, порт данных или расширенный порт).
• Хотя 2650 имел только один вход прерывания, это было `` векторное '' прерывание - устройство прерывания, необходимое для установки нулевого относительного смещения на шину данных, которое будет использоваться в качестве операнда ZBSR (переход от нуля к относительной подпрограмме) инструкция для перехода к указанной программе прерывания. Следовательно, при косвенной адресации в первых 64 байтах памяти можно сохранить максимум 30 векторов прерываний. (Первые три байта были необходимы для безусловного перехода к процедуре «сброса»). Это векторное прерывание также напоминает миникомпьютер PDP-11 .

Набор инструкций [ править ]

Хотя 2650 в основном является 8-битным микропроцессором, 64 кода операции фактически являются 9-битными, а еще 32 кода операции являются 11-битными (с использованием битов в поле адреса). Из оставшихся 128 8-битных кодов операций реализованы 124 (126 в 2650B), что дает в общей сложности 444 (446) инструкций.

Доступно гораздо больше инструкций, поскольку поведение стандартных инструкций может быть изменено путем установки или сброса битов состояния: WC (с переносом или без него) и COM (логическое или арифметическое сравнение). Это удвоило количество команд поворота, сложения, вычитания и сравнения.

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

• регистр
• немедленный
• Относительный ПК и относительный ПК косвенный
• абсолютное и абсолютное косвенное
• абсолютное индексирование, абсолютное индексирование с автоматическим увеличением и абсолютное индексирование с автоматическим уменьшением, как прямое, так и косвенное

Старший бит всех относительных и абсолютных адресов используется для обозначения косвенного обращения .

Единственное исключение - это когда коды операций бессмысленных операций используются для других целей:

• код операции для нулевого регистра И с нулевым регистром используется для инструкции HALT.
• код операции для ЗАПИСИ нулевого регистра в нулевой регистр используется для инструкции NOP .

Хотя инструкция ЗАГРУЗИТЬ регистр ноль с регистром ноль казалась бы бессмысленной и официально не поддерживалась, она действительно устанавливала код условия и часто использовалась для определения состояния этого регистра.

Индексирование [ править ]

Когда все арифметические и логические инструкции используют абсолютную (прямую) адресацию, биты 14 и 13 поля адреса используются для обозначения режима индексации следующим образом:

• 00 без индексации
• 01 индексация с автоматическим приращением
• 10 индексация с автоматическим декрементом
• 11 только индексация

Когда указана индексация, регистр, определенный в инструкции, становится индексным регистром, а источником / получателем неявно является нулевой регистр. Для косвенного индексирования используется пост-индексирование, т. Е. Косвенный адрес сначала извлекается из памяти, а затем к нему добавляется индекс.

Ветвление [ править ]

Вероятно, наиболее мини-компьютерным аспектом 2650 является огромное количество (62) инструкций перехода (перехода); все эти инструкции могут также использовать косвенное обращение:

• BIRR и BIRA: регистр увеличения и переход, если не равен нулю (R0, R1, R2 или R3) с относительной или абсолютной адресацией
• BDRR и BDRA: регистр уменьшения и переход, если не равен нулю (R0, R1, R2 или R3) с относительной или абсолютной адресацией
• BRNR и BRNA: переход, если регистр ненулевой (R0, R1, R2 или R3) с относительной или абсолютной адресацией
• BCTR и BCTA: переход при условии Истина (ноль, больше, меньше или безусловное) с относительной или абсолютной адресацией
• BCFR и BCFA: переход при условии False (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 безусловное) 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 Истина (ноль, больше, меньше или безусловное)
• RETE: возврат из прерывания при условии Истина (ноль, больше, меньше или безусловный)
• ZBSR: переход к подпрограмме относительно нулевого адреса
• BSXA: переход к подпрограмме проиндексирован

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

Версии [ править ]

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

2650B имеет следующие изменения и улучшения по сравнению с 2650A: ^[11]

• Два новых сигнала - «Bus Enable» на выводе 15 и «Cycle Last» на выводе 25.
• Слово состояния программы Верхние биты 3 и 4 являются настраиваемыми и тестируемыми пользовательскими флагами (не используются в 2650A).
• Две новые инструкции для сохранения и восстановления нижнего регистра состояния для упрощения обработки прерываний.
• Команды однобайтового регистра R0 выполняются быстрее (на один цикл, а не на два).

Вторые источники [ править ]

В 1975 году Signetics была продана Philips, а модель 2650 позже была включена в линейку Philips Semiconductors . Они сделали версию 2650 под названием MAB2650A. Valvo, дочерняя компания Philips, продала 2650 в Германии. Valvo также продала одноплатный компьютер VA200 (Eurocard) 2650 с 4 КБ PROM / EPROM, 1 КБ RAM и четырьмя портами ввода / вывода. ^[12]

Другими производителями лицензионных копий чипа были Harris и Intersil .

Периферийные микросхемы [ править ]

2650 поставляется с полным набором периферийных микросхем:

• 2621 Видеокодер (PAL)
• 2622 Видеокодер (NTSC)
• 2636 Программируемый видеоинтерфейс
• 2637 Универсальный видеоинтерфейс
• 2651 Программируемый интерфейс связи
• 2652 Многопротокольный канал связи (включая синхронное управление 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)
• 2670 Генератор отображаемых символов и графики
• 2671 Программируемая клавиатура и контроллер связи
• Программируемый контроллер синхронизации видео 2672
• 2673 Контроллер атрибутов видео

Многие из этих периферийных микросхем были разработаны таким образом, чтобы их можно было использовать с другими микропроцессорами, например, таблица данных 2672 предлагает использовать его с микроконтроллером Intel 8048 .

Техническая записка Philips 083 описывает, как подключить 2651 PCI к различным другим микропроцессорам, таким как 8080, 8085, Z80, 8048 и 6800.

Потомки микросхем последовательной связи 2651/2661 все еще продаются как серия Philips SC26.

2656 Интерфейс системной памяти ^[13] [ править ]

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

• 2 КБ 8-битной памяти программ ПЗУ с программированием по маске
• 128 байт 8-битная оперативная память
• Тактовый генератор с кристаллом или RC-цепочкой
• Сброс при включении
• Восемь контактов ввода / вывода общего назначения

Контакты ввода-вывода могут использоваться как 8-битные порты ввода-вывода или запрограммированы для генерации разрешающих сигналов для дополнительных портов ОЗУ, ПЗУ или портов ввода-вывода. Это было достигнуто путем программирования программируемой логической матрицы по маске в 2656.

Чтобы разработать и протестировать дизайн перед тем, как передать его в производство, Philips продала PC4000, плату-эмулятор 2656, использующую PROM и FPLA для эмуляции ROM и PLA в 2656.

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

Библиография [ править ]

• Роу, Джеймисон (сентябрь 1976 г.). "Сигнетика 2650" (PDF) . Электроника Австралии .

Внешние ссылки [ править ]

• Техническая спецификация
• Семейство Signetics 2650 CPU World
• Инструктор 50 Old-computers.com
• Адаптивная система разработки настольных компьютеров с монитором PipBug 1 КиБ и 512 байт ОЗУ
• 2650 на www.cpu-museum.com (в архиве)
• Плата Electronics Australia 2650 на сайте yesterdaystechnology.com
• Signetics 2650: ретроспектива IBM on a Chip в музее CPUSHACK (16 октября 2016 г.)
• [1] Заккария Захватчики в Музее игры
• Кросс-ассемблер 2650 доступен по адресу https://shop-pdp.net/index.php