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Articulo de referencia

Matrices electrónicas 9002

El Electronic Arrays 9002 , o EA9002 , fue un microprocesador de 8 bits lanzado en 1976. Fue diseñado para ser fácil de implementar en sistemas con pocos chips de soporte necesa...

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El Electronic Arrays 9002 , o EA9002 , fue un microprocesador de 8 bits lanzado en 1976. Fue diseñado para ser fácil de implementar en sistemas con pocos chips de soporte necesarios. Incluía 64 bytes de RAM integrada y podía conectarse directamente a dispositivos TTL . Venía encapsulado en un DIP de 28 pines, lo que lo hacía menos costoso de implementar que diseños contemporáneos como el MOS 6502 de 40 pines y el Zilog Z80 . Hoy en día se le conocería como un microcontrolador , aunque ese término no existía en aquel entonces. [ a ]

El diseño de 28 pines no tenía suficientes pines disponibles para implementar un bus de direcciones de 16 bits, por lo que contaba con 12 líneas de dirección que limitaban la memoria principal a 4096 bytes. Esto no representaba una limitación significativa en aquel momento, ya que la memoria aún era muy cara y el mercado objetivo solía conformarse con la RAM interna. Disponía de un único acumulador de 8 bits para operaciones aritméticas y ocho registros de 8 bits para almacenar valores temporales. Estos se complementaban con otros ocho registros de 4 bits que actuaban como los bits más significativos de los registros de 8 bits, extendiéndolos a 12 bits para la indexación y otras operaciones de manipulación de direcciones.

Electronic Arrays (EA) tuvo problemas con la nueva línea de fabricación de lógica NMOS de carga por agotamiento y dificultades con las entregas. Para 1977, los circuitos integrados 6502 y Z80 habían acaparado gran parte del mercado, y en noviembre EA dejó de comercializar este diseño. La empresa fue vendida a NEC al año siguiente.

Historia

Electronic Arrays tuvo su primer gran éxito en 1970 con un conjunto de chips para calculadoras electrónicas de seis chips , que fueron mejorando progresivamente a lo largo de varias etapas hasta llegar a un formato de un solo chip. [ 2 ] Sin embargo, otras compañías se les adelantaron continuamente en el mercado con un menor número de chips, primero Mostek y Texas Instruments , y más tarde varias empresas de electrónica japonesas. A mediados de la década de 1970, la compañía necesitaba urgentemente una nueva línea de productos y comenzó el desarrollo de una CPU. [ 3 ]

Cuando se diseñó el 9002, el microordenador aún no se había consolidado como un mercado importante y los procesadores de la época se utilizaban principalmente en electrónica integrada, como calculadoras electrónicas , cajas registradoras , surtidores de gasolina y aplicaciones similares. [ 4 ] Para estos usos, el programa informático se almacenaba normalmente en memoria de solo lectura (ROM) y la cantidad de memoria de acceso aleatorio (RAM) necesaria era muy pequeña  , por ejemplo, para llevar un registro de la cantidad de galones surtidos y el coste total. Esto llevó a los diseñadores a desarrollar sistemas que incluyeran la mayor cantidad posible de estas funciones en un solo chip, de modo que se redujera el número total de chips en un sistema completo.

A mediados de la década de 1970, la RAM dinámica aún no se había consolidado como la principal forma de memoria principal , y la mayoría de los sistemas utilizaban la RAM estática , mucho más costosa . Para los controladores integrados, esto podía representar un costo significativo, por lo que era conveniente que los diseñadores añadieran una pequeña cantidad de "RAM de acceso rápido" al sistema para evitar tener que agregar chips de RAM adicionales a la placa. Dado que la mayoría de los sistemas tendrían poca o ninguna RAM externa y programas pequeños en ROM, también era común utilizar espacios de direcciones más pequeños , ya que esto permitía reducir el número de pines, lo que simplificaba el diseño de la placa de circuitos . [ 5 ]

Otro cambio importante que tuvo lugar a mediados de la década de 1970 fue la introducción del diseño lógico NMOS de carga de agotamiento . Los sistemas de fabricación anteriores que utilizaban circuitos de "carga de enriquecimiento" requerían tres voltajes de entrada, uno de los cuales era típicamente +12V. [ 6 ] Esto no solo hacía que el diseño del circuito fuera más complejo y a menudo requería también una fuente de alimentación más compleja, sino que también hacía más difícil la interfaz con circuitos de soporte externos que se basaban principalmente en lógica transistor-transistor (TTL) que funcionaba a +5V. La interfaz de los chips más antiguos con la amplia variedad de componentes TTL generalmente requería biestables adicionales , pero los nuevos diseños de carga de agotamiento funcionaban a +5V e interconectaban directamente, lo que reducía el costo y la complejidad.

El 9002 fue diseñado para aprovechar todos estos conceptos emergentes. Incluía 64 bytes de RAM de memoria temporal y un espacio de direcciones de 12 bits, lo que permitía su empaquetado en un paquete DIP ( Dual In-line Package ) de 28 pines, [ 7 ] en comparación con el empaquetado de 40 pines de la mayoría de los diseños de la época, como el Zilog Z80 o el MOS 6502. También incluía una pila de llamadas separada de siete niveles con direcciones de 12 bits, por lo que las llamadas a subrutinas no tenían que usar la memoria temporal. [ 8 ] Esto permitió implementar un controlador simple en dos chips, el 9002 y una ROM, junto con cualquier hardware de interfaz necesario, como un Intel 8212 o incluso un simple flip-flop. [ 9 ] [ 3 ]

Desafortunadamente para Electronic Arrays, la puesta en marcha de la línea de fabricación de carga de agotamiento no tuvo el mismo éxito que para empresas como MOS Technology , y a finales de 1976 seguían teniendo problemas con los rendimientos. [ 10 ] [ 11 ] Al año siguiente, chips como el 6502 y el Z80 alcanzaron su ritmo de producción y el EA9002 seguía sin obtener victorias de diseño significativas . [ 12 ] La empresa finalmente se dio por vencida y canceló la línea en noviembre de 1977. [ 12 ] Con problemas financieros, [ 13 ] Electronic Arrays fue comprada por NEC al año siguiente y posteriormente se fusionó con NEC Electronics USA, junto con otras dos subsidiarias de NEC, en 1981. [ 14 ]

Una empresa de electrónica, la Pro-Log Corporation de Monterey, California , utilizó el 9002 en una computadora de placa única a principios de 1977. [ 15 ] En la primera edición de An Introduction to Microcomputers , Adam Osborne dedicó un capítulo al 9002. Lo describió como una combinación del Fairchild F8 y el RCA COSMAC , ya que tenía la memoria de bloc de notas y el concepto general del F8 con los múltiples registros de propósito general del COSMAC. Sin embargo, para cuando se publicó la segunda edición en 1977, los capítulos que cubrían el EA9002 y el Rockwell PPS-8 fueron eliminados, ya que el primero había sido cancelado y el segundo nunca se lanzó. [ 16 ]

Descripción

Modelo de programación

El 9002 tiene 55 instrucciones, [ 18 ] basadas en el Intel 4040. [ 19 ] La mayoría de ellas tenían un formato de una dirección, en cuyo caso el código de operación de la instrucción normalmente se dividía en dos, con cinco bits que especificaban la operación y los otros tres un registro. Por ejemplo, la instrucción ADD tiene un código de operación de 0x80 (80 hexadecimal), y los tres bits menos significativos (LSB) especifican cuál de los registros se debe sumar al acumulador, del 0 al 7. De manera similar, el código de operación SUB es 0x88, y los tres LSB especifican el registro. [ 18 ]

Solo existen unas pocas instrucciones de dos bytes, generalmente para especificar una dirección o usar un valor inmediato. Por ejemplo, LAI (código de operación 0D ) carga un valor inmediato en el acumulador, seguido de un segundo byte con el valor inmediato de 8 bits. LRI hace lo mismo para los demás registros, donde los bits menos significativos indican qué registro usar. Los saltos y bifurcaciones también usan el formato de dos bytes, proporcionando el desplazamiento de dirección dentro de una "página". Lo mismo ocurre con IRJ y DRJ , que incrementan o decrementan un registro seleccionado y luego saltan si no es cero. El segundo byte especifica la ubicación del salto. [ 18 ]

El direccionamiento normalmente se realiza en dos pasos: primero, cargar los 8 bits menos significativos de la dirección en uno de los registros de "propósito general", y luego, cargar los 4 bits más significativos de la dirección en el "registro de página". El material introductorio utiliza este ejemplo: [ 20 ]

LAI 08 ; LAI=load-acc-immediate - copia el número de página, 8, en el acumulador CAP 4 ; CAP=copy-acc-to-page-register - almacena ese 8 en la parte de página del registro 4 LRI 4 , 00 ; LRI=load-reg-immediate - carga el valor 0 en la parte inferior del registro 4

Esto establece la dirección en el registro 4 a la primera ubicación en la página 8. Luego, se pueden cargar o guardar datos en el acumulador usando INP ut o OUT put y especificando el registro 4. [ 18 ]

También se necesitan instrucciones separadas para leer y escribir la RAM interna de memoria temporal, que de otro modo funcionaba como una memoria externa y debía cargarse y guardarse a través del acumulador usando RDS y WRS . Una característica curiosa es que la memoria temporal también podía usarse directamente como operando en operaciones de suma y resta, usando las operaciones ADS y SUS , evitando así tener que cargar el valor en el acumulador, guardarlo en un registro y luego sumarlo. [ 20 ]

La unidad aritmético-lógica (ALU) admitía tanto aritmética binaria como decimal codificado en binario empaquetado (BCD), como era común en la época. [ 1 ] Esta opción se activaba con SED y se desactivaba con SEB . [ 18 ]

Velocidad de ejecución

El 9002 normalmente funcionaba a 4  MHz. Tiene un tiempo de búsqueda y ejecución de instrucciones de 2 microsegundos [ 21 ] [ 22 ] para instrucciones de un byte y de 4 microsegundos para instrucciones de dos bytes. Requiere ocho relojes por ciclo de máquina. [ 17 ]

Código de ejemplo

El siguiente código fuente en lenguaje ensamblador corresponde a una subrutina memcpyque copia un bloque de bytes de memoria temporal de un tamaño determinado de una ubicación de memoria temporal a otra. Esta rutina se puede modificar para copiar memoria externa IMPsustituyendo RDSy OUTpor WRS.

Sistemas de soporte

Como el sistema no se desarrolló durante mucho tiempo antes de su cancelación, había pocos chips de soporte disponibles. EA sí tenía una línea de ROM y RAM estática, y casi al mismo tiempo introdujo una nueva ROM de 32Kx8 (4K bytes) que a menudo se ilustraba usándose con el 9002. [ 23 ] El único circuito integrado controlador que introdujeron fue el controlador de teclado EA2000 de 99 teclas. [ 24 ]

El desarrollo se llevó a cabo con un ensamblador macro que se ejecutaba en el IBM System/360, el cual también estaba disponible en línea con National CSS . Un emulador de sistema formaba parte del paquete, y también se disponía de una placa de arranque simple. [ 24 ] ASM/GEN y SIM/GEN, sistemas para el desarrollo de ensambladores cruzados y simuladores en FORTRAN IV , admitían el EA9002 como plataforma de destino. [ 25 ]

Notas

  1. ↑ Aunque la empresa sí utilizó el término "controlador" de forma destacada en sus descripciones. [ 1 ]

Referencias

Citas

  1. 1 2 Wickes 1976 , pág. 36.
  2. ↑ "EE. UU. lanza el primer ataque contra el liderazgo japonés en calculadoras" (PDF) . Electrónica . 44 (4). McGraw-Hill: 37–38 . 15 de febrero de 1971.
  3. 1 2 Cushman 1975 .
  4. ↑ Weissberger, Alan; Jack Irwin; Soo Nam Kim (8 de julio de 1976). "Familia de procesadores especializada en control dedicado" (PDF) . Electronics . 49 (14). McGraw-Hill: 84–89 .
  5. ↑ Bagnall, Brian. Commodore . Variant Press. El 6507, que era un subconjunto del [6502], podía fabricarse a un precio más económico. Fue diseñado para ser un paquete realmente pequeño.
  6. ↑ Jerry C. Whitaker (2005). Microelectrónica (2.ª ed.). CRC Press. págs. 6-7–6-10. ISBN   978-0-8493-3391-0.
  7. ↑ Wickes 1976 , pág. 41.
  8. ↑ Wickes 1976 , pág. 42.
  9. ↑ Wickes 1976 , pág. 46.
  10. ↑ "Matrices electrónicas" . Boletín de microelectrónica . Integrated Circuit Engineering Corporation. 18 de septiembre de 1976. pág. 1. Consultado el 12 de junio de 2018 a través de la Institución Smithsonian. 
  11. ↑ Hoefler, Don C. (18 de septiembre de 1976). "Reveses" . Microelectronics News con Manager's Casebook . pág. 4 – vía Smithsonian Institution. 
  12. 1 2 Cushman, Robert (20 de noviembre de 1977). "Cuarto Directorio Anual de Microprocesadores de EDN" (PDF) . EDN . pág. 45. Recuperado el 23 de junio de 2018. EA9002 : El personal del proyecto en Electronic Arrays asociado con este μP se ha disuelto y el esfuerzo de marketing se ha cerrado. La empresa entró en el mercado demasiado tarde y era demasiado pequeña para emprender un esfuerzo de ventas competitivo. 
  13. ↑ Encarnation, Dennis J. (2018). Rivals Beyond Trade . Cornell University Press. pág. 126. ISBN  9781501723919.
  14. ↑ "Nippon fusiona US Arms y forma NEC Electronics" . Computerworld . Vol. 15, n.º 16. 20 de abril de 1981. pág. 78.   
  15. ↑ "PRO-LOG ANUNCIA LA TARJETA 9002" (PDF) . Microcomputer Digest . Vol. 3, n.º 7. Enero de 1977. pág. 11. Archivado del original (PDF) el 25 de julio de 2020. Consultado el 12 de junio de 2018 .   
  16. ↑ Osborne 1978 , pág. xliii.
  17. 1 2 Moulton, Kern (1976). Manual del usuario de EA9002 (PDF) . Electronic Arrays, Inc. Recuperado el 14 de diciembre de 2025 .
  18. 1 2 3 4 5 Wickes 1976 , pág. 48.
  19. ↑ Davies, Anthony J. (31 de enero de 1979). «Microprocesadores y su uso en física» . Advances in Electronics and Electron Physics . 47. Academic Press: 113. ISBN 978-0-08-057712-8.
  20. 1 2 Wickes 1976 , pág. 52.
  21. ↑ Savon, Karl (mayo de 1976). "Estado del estado sólido" (PDF) . Radio-Electrónica : 69.
  22. ↑ «Nuevo microprocesador de 8 bits de gama baja» (PDF) . Microcomputer Digest . Vol. 2, n.º 6. Diciembre de 1975. págs. 1, 4. Archivado del original (PDF) el 24 de marzo de 2020. Consultado el 12 de junio de 2018 .   
  23. ↑ McCoy 1976 , pág. 66.
  24. 1 2 Wickes 1976 , pág. 54.
  25. ↑ Johnson, GR; Mueller, RA (enero de 1977). "Generación automatizada de software multisistema para microcomputadoras". Computer . 10 (1): 23– 31. Bibcode : 1977Compr..10a..23J . doi : 10.1109/cm.1977.217493 . ISSN 0018-9162 . S2CID 14427753 .  

Bibliografía

  • McCoy, Michael (22 de enero de 1976). Un microprocesador diseñado pensando en el usuario (PDF) . Actas de la Conferencia sobre Aplicaciones de Circuitos Integrados de Microprocesadores/Memoria. Electronic Engineering Times. págs. 36–54 . 
  • Wickes, William (22 de enero de 1976). Presentación de la memoria de solo lectura de 32k (PDF) . Actas de la Conferencia de Aplicaciones de Circuitos Integrados sobre Microprocesadores/Memoria. Electronic Engineering Times. págs. 55–67 . 
  • Osborne, Adam (1978). Introducción a los microordenadores: Volumen II, Algunos productos reales (PDF) .
  • Cushman, Robert H. (20 de septiembre de 1975). "Microprocesadores de segunda generación y media  : componentes de 10 dólares que rinden como los miniprocesadores de gama baja" (PDF) . EDN . 20 (17). Cahners Publishing: 36–42 . Archivado del original (PDF) el 24 de abril de 2016. Recuperado el 12 de junio de 2018 .