Motorola 6800
El 6800 ("sesenta y ochocientos") es un microprocesador de 8 bits diseñado y fabricado por primera vez por Motorola en 1974. El MC6800 El microprocesador formaba parte del sistema de microcomputadora M6800 (último denominado 68xx) que también incluía circuitos integrados de interfaz serial y paralelo, RAM, ROM y otros chips de soporte. Una característica de diseño significativa fue que la familia de circuitos integrados M6800 requería solo una fuente de alimentación de cinco voltios en un momento en que la mayoría de los otros microprocesadores requerían tres voltajes. El sistema de microcomputadora M6800 se anunció en marzo de 1974 y estaba en plena producción a fines de ese año.
El 6800 tiene un bus de direcciones de 16 bits que puede acceder directamente a 64 KB de memoria y un bus de datos bidireccional de 8 bits. Tiene 72 instrucciones con siete modos de direccionamiento para un total de 197 códigos de operación. El MC6800 original podría tener una frecuencia de reloj de hasta 1 MHz. Las versiones posteriores tenían una frecuencia de reloj máxima de 2 MHz.
Además de los circuitos integrados, Motorola también proporcionó un sistema completo de desarrollo de lenguaje ensamblador. El cliente podría usar el software en una computadora remota de tiempo compartido o en un sistema de minicomputadora interno. El Motorola EXORciser era una computadora de escritorio construida con los circuitos integrados M6800 que podían usarse para crear prototipos y depurar nuevos diseños. Un extenso paquete de documentación incluía hojas de datos de todos los circuitos integrados, dos manuales de programación en lenguaje ensamblador y un manual de aplicación de 700 páginas que mostraba cómo diseñar una terminal de punto de venta (una caja registradora computarizada) alrededor del 6800.
El 6800 era popular en periféricos informáticos, aplicaciones de equipos de prueba y terminales de punto de venta. También encontró uso en juegos de arcade y máquinas de pinball. El MC6802, presentado en 1977, incluía 128 bytes de RAM y un oscilador de reloj interno en el chip. El MC6801 y el MC6805 incluían RAM, ROM y E/S en un solo chip y eran populares en aplicaciones automotrices. El Motorola 6809 fue un diseño compatible actualizado.
Historia
La historia de Motorola en semiconductores
Galvin Manufacturing Corporation fue fundada en 1928; el nombre de la empresa se cambió a Motorola en 1947. Comenzaron la producción comercial de transistores en una nueva instalación de US $ 1,5 millones en Phoenix en 1955.
Los transistores y circuitos integrados de Motorola se usaban internamente para sus productos de comunicación, militares, automotrices y de consumo, y también se vendían a otras empresas. Para 1973, la División de Productos Semiconductores (SPD) tenía ventas por $419 millones y era la segunda compañía de semiconductores más grande después de Texas Instruments.
A principios de la década de 1970, Motorola inició un proyecto que desarrolló su primer microprocesador, el MC6800. A esto le siguieron los microcontroladores de un solo chip como el MC6801 y el MC6805.
Equipo de desarrollo
Motorola no relató el desarrollo del microprocesador 6800 de la forma en que lo hizo Intel para sus microprocesadores. En 2008, el Museo de Historia de la Computación entrevistó a cuatro miembros del equipo de diseño del microprocesador 6800. Sus recuerdos pueden ser confirmados y ampliados por artículos de revistas y diarios escritos en ese momento.
El proyecto del microprocesador de Motorola comenzó en 1971 con un equipo compuesto por el diseñador Tom Bennett, el director de ingeniería Jeff LaVell, el comercializador de productos Link Young y los diseñadores de sistemas Mike Wiles, Gene Schriber y Doug Powell. Todos estaban ubicados en Mesa, Arizona, en el área metropolitana de Phoenix. Cuando terminó el proyecto, Bennett tenía 17 diseñadores de chips y gente de diseño trabajando en cinco chips. LaVell tenía de 15 a 20 ingenieros de sistemas y había otro grupo de ingeniería de aplicaciones de tamaño similar.
Tom Bennett tenía experiencia en controles industriales y había trabajado para Victor Comptometer en la década de 1960 diseñando la primera calculadora electrónica que usaba circuitos integrados MOS, la Victor 3900. En mayo de 1969, Ted Hoff le mostró a Bennett los primeros diagramas del Intel 4004 para ver si satisfaría sus necesidades de calculadora. Bennett se unió a Motorola en 1971 para diseñar circuitos integrados para calculadoras. Pronto fue asignado como arquitecto principal del proyecto de microprocesador que produjo el 6800. Otros se atribuyeron el mérito de diseñar el 6800. En septiembre de 1975, Robert H. Cushman, editor de microprocesadores de la revista EDN, entrevistó a Chuck Peddle sobre MOS Technology. 39;s nuevo microprocesador 6502. Luego, Cushman le pidió a 'Tom Bennett, maestro arquitecto del 6800', que comentara sobre este nuevo competidor. Después del proyecto 6800, Bennett trabajó en aplicaciones automotrices y Motorola se convirtió en un importante proveedor de microprocesadores utilizados en automóviles.
Jeff LaVell se incorporó a Motorola en 1966 y trabajó en la organización de marketing de la industria informática. LaVell había trabajado anteriormente para Collins Radio en su computadora C8500 que se construyó con circuitos integrados ECL de pequeña escala. En 1971, dirigió un grupo que examinó las necesidades de sus clientes existentes, como Hewlett-Packard, National Cash Register, Control Data Corporation (CDC) y Digital Equipment Corporation (DEC). Estudiarían los productos del cliente e intentarían identificar funciones que podrían implementarse en circuitos integrados más grandes a un costo menor. El resultado de la encuesta fue una familia de 15 bloques de construcción; cada uno podría implementarse en un circuito integrado. Algunos de estos bloques se implementaron en la versión inicial de M6800 y se agregaron más en los años siguientes. Para evaluar la arquitectura 6800 mientras se diseñaba el chip, el equipo de LaVell construyó un circuito equivalente utilizando 451 circuitos integrados TTL de pequeña escala en cinco placas de circuito de 25 x 25 cm (10 x 10 pulgadas). Más tarde, redujeron esto a 114 circuitos integrados en una placa mediante el uso de dispositivos lógicos ROM y MSI (integración de escala media).
John Buchanan era diseñador de memorias en Motorola cuando Bennett le pidió que diseñara un duplicador de voltaje para el 6800. Los circuitos integrados MOS típicos de canal n requerían tres fuentes de alimentación: -5 voltios, +5 voltios y +12 voltios.. La familia M6800 debía usar solo uno, +5 voltios. Fue fácil eliminar el suministro de -5 voltios mediante el uso de un inversor de voltaje interno, pero la lógica del modo mejorado también necesitaba un suministro de 10 a 12 voltios. Para abordar esto, el diseño agregó un duplicador de voltaje en el chip. Buchanan realizó el diseño, análisis y disposición del circuito para el microprocesador 6800. Recibió patentes sobre el duplicador de voltaje y el diseño del chip 6800. Rod Orgill ayudó a Buchanan con los análisis y el diseño del chip 6800. Más tarde, Orgill diseñaría el microprocesador MOS Technology 6501 que era compatible con el socket 6800.
Bill Lattin se unió a Motorola en 1969 y su grupo proporcionó las herramientas de simulación por computadora para caracterizar los nuevos circuitos MOS en el 6800. Lattin y Frank Jenkins asistieron a UC Berkeley y estudiaron simuladores de circuitos de computadora con Donald Pederson, el diseñador de SPICE. simulador de circuito El simulador de Motorola, MTIME, era una versión avanzada del simulador de circuito TIME que Jenkins había desarrollado en Berkeley. El grupo publicó un documento técnico, "Modelado de dispositivos MOS para implementación informática" en 1973 describiendo una "tecnología de canal n de suministro único de 5 V" funcionando a 1 MHz. Podrían simular un circuito de 50 MOSFET en una computadora central IBM 370/165. En noviembre de 1975, Lattin se unió a Intel para trabajar en su microprocesador de próxima generación.
Bill Mensch se unió a Motorola en 1971 después de graduarse de la Universidad de Arizona. Trabajó varios años como técnico en electrónica antes de obtener su título de BSEE. El primer año en Motorola fue una serie de rotaciones de tres meses en cuatro áreas diferentes. Mensch hizo un diagrama de flujo para un módem que se convertiría en el 6860. También trabajó en el grupo de aplicaciones que estaba definiendo el sistema M6800. Después de este año de capacitación, fue asignado al equipo de desarrollo del adaptador de interfaz periférica (PIA) 6820. Mensch fue uno de los principales contribuyentes al diseño de este chip y recibió una patente sobre el diseño de IC y fue nombrado co-inventor de otras siete patentes del sistema M6800. Posteriormente Mensch diseñaría el microprocesador MOS Technology 6502.
Mike Wiles era ingeniero de diseño en el grupo de Jeff LaVell y realizó numerosas visitas a clientes con Tom Bennett durante la fase de definición del producto 6800. Aparece como inventor en dieciocho patentes 6800, pero es más conocido por un programa informático, MIKBUG. Este era un monitor para un sistema informático 6800 que permitía al usuario examinar el contenido de la RAM y guardar o cargar programas en cinta. Este programa de 512 bytes ocupaba la mitad de una ROM MCM6830. Esta ROM se usó en el kit de evaluación de diseño Motorola MEK6800 y en los primeros kits de computadora para pasatiempos. Wiles se quedó en Motorola, se mudó a Austin y ayudó a diseñar el microcontrolador MC6801 que se lanzó al mercado en 1978.
Chuck Peddle se unió al equipo de diseño en 1973 después de que se terminó el diseño del procesador 6800, pero contribuyó al diseño general del sistema y a varios chips periféricos, particularmente la interfaz paralela 6820 (PIA). Peddle figura como inventor en dieciséis patentes de Motorola, la mayoría tiene seis o más co-inventores. Al igual que los demás ingenieros del equipo, Peddle visitó a clientes potenciales y solicitó sus comentarios. Peddle y John Buchanan construyeron una de las primeras tablas de demostración 6800. En agosto de 1974, Chuck Peddle dejó Motorola y se unió a una pequeña empresa de semiconductores en Pensilvania, MOS Technology. Allí dirigió el equipo que diseñó la familia de microprocesadores 6500.
Diseño del microprocesador MC6800
El Motorola 6800 y el Intel 8080 se diseñaron al mismo tiempo y tenían funciones similares. El 8080 era una extensión y mejora del Intel 8008, que a su vez era una implementación LSI del diseño de CPU basado en TTL utilizado en el Datapoint 2200. La arquitectura 6800 era un diseño LSI compatible con TTL inspirado en el procesador DEC PDP-11.
El 6800 tenía un bus de datos bidireccional de 8 bits, un bus de direcciones de 16 bits que podía manejar 64 KB de memoria y venía en un paquete DIP de 40 pines. El 6800 tenía dos acumuladores de 8 bits, un registro de índice de 16 bits y un puntero de pila de 16 bits. El modo de direccionamiento directo, a menudo conocido como página cero en otros procesadores, permitió un acceso rápido a los primeros 256 bytes de memoria. Los dispositivos de E/S se direccionaban como memoria, por lo que no había instrucciones de E/S especiales. Cuando se restableció el 6800, cargó el contador de programa desde la dirección más alta y comenzó la ejecución en la ubicación de memoria almacenada allí.
El 6800 tenía un control de tres estados que deshabilitaba el bus de direcciones para permitir que otro dispositivo tuviera acceso directo a la memoria. Por ejemplo, un controlador de disquete podría cargar datos en la memoria sin requerir ningún apoyo de la CPU. Incluso era posible tener dos procesadores 6800 accediendo a la misma memoria. Sin embargo, en la práctica, los sistemas de tal complejidad generalmente requerían el uso de transceptores de bus externos para controlar el bus del sistema; en tales circuitos, el control de bus en el procesador se deshabilitó por completo a favor de utilizar capacidades similares del transceptor de bus. Por el contrario, el 6802 prescindió por completo de este control en el chip para liberar pines para otras funciones en el mismo paquete de 40 pines que el 6800, pero esta funcionalidad aún podría lograrse utilizando un transceptor de bus externo.
Los circuitos integrados MOS generalmente usaban señales de reloj dual (un reloj de dos fases) en la década de 1970. Estos se generaron externamente para el 6800. El 6800 tenía una frecuencia de reloj mínima de 100 kHz e inicialmente funcionaba a una frecuencia máxima de 1 MHz. Las versiones de mayor velocidad del 6800 se lanzaron en 1976.
Otras divisiones de Motorola desarrollaron componentes para la familia M6800. El Departamento de Productos de Componentes diseñó el IC de reloj de dos fases MC6870, y el grupo de Productos de Memoria proporcionó una línea completa de ROM y RAM. El generador de tasa de bits MC14411 del grupo CMOS proporcionó un reloj de 75 a 9600 baudios para la interfaz serial MC6850. Los búferes para los buses de direcciones y datos eran productos estándar de Motorola. Motorola podría suministrar todos los circuitos integrados, transistores y diodos necesarios para construir una computadora basada en MC6800.
CI MOS
Los chips semiconductores de óxido de metal (MOS) de primera generación usaban transistores de efecto de campo de canal p, conocidos como MOSFET de canal p (el canal p describe la configuración del transistor). Estos circuitos integrados se utilizaron en calculadoras y en el primer microprocesador, el Intel 4004. Eran fáciles de producir, pero lentos y difíciles de interconectar con los populares circuitos integrados de lógica digital TTL. Un circuito integrado MOS de canal n podía operar dos o tres veces más rápido y era compatible con TTL. Eran mucho más difíciles de producir debido a una mayor sensibilidad a la contaminación que requería una línea de producción ultra limpia y un control de proceso meticuloso. Motorola no tenía una capacidad de producción de MOS de canal n y tuvo que desarrollar una para la familia 6800.
Los circuitos integrados de prueba MOS de canal n de Motorola se completaron a fines de 1971 e indicaron que la velocidad del reloj se limitaría a 1 MHz. Estos utilizaron el "modo de mejora" Transistores MOS. Había una tecnología de fabricación más nueva que usaba "modo de agotamiento" Transistores MOS como cargas, lo que permitiría circuitos más pequeños y rápidos (esto también se conocía como nMOS de carga de agotamiento). El "modo de agotamiento" el procesamiento requería pasos adicionales, por lo que Motorola decidió quedarse con el "modo de mejora" para el nuevo diseño de voltaje de suministro único. La frecuencia de reloj de 1 MHz significaba que los diseñadores de chips tendrían que idear varias innovaciones arquitectónicas para acelerar el rendimiento del microprocesador. Estos circuitos resultantes eran más rápidos pero requerían más área en el chip.
En la década de 1970, los semiconductores se fabricaban en obleas de silicio de 75 mm (3 pulgadas) de diámetro. Cada oblea podría producir de 100 a 200 chips o troqueles de circuitos integrados. La literatura técnica indicaría la longitud y el ancho de cada chip en "mils" (0,001 pulgadas). La práctica actual de la industria es indicar el área del chip. El procesamiento de las obleas requería varios pasos y aparecían fallas en varios lugares de la oblea durante cada paso. Cuanto más grande sea el chip, más probable es que encuentre un defecto. El porcentaje de virutas de trabajo, o el rendimiento, disminuyó considerablemente para las virutas de más de 160 mils (4 mm) de lado.
El tamaño objetivo para el 6800 era de 4,6 mm (180 mils) en cada lado, pero el tamaño final era de 5,4 mm (212 mils) con un área de 29,0 mm2. A 180 mils, una oblea de 3 pulgadas (76 mm) tendrá alrededor de 190 chips, 212 mils reduce eso a 140 chips. Con este tamaño, el rendimiento puede ser del 20% o 28 chips por oblea. El informe anual de Motorola de 1975 destaca el nuevo microprocesador MC6800 pero tiene varios párrafos sobre los "problemas de rendimiento de MOS". El problema del rendimiento se resolvió con una revisión del diseño iniciada en 1975 para utilizar el modo de agotamiento en los dispositivos de la familia M6800. El tamaño del troquel 6800 se redujo a 160 mils (4 mm) por lado con un área de 16,5 mm2. Esto también permitió velocidades de reloj más rápidas, el MC68A00 funcionaría a 1,5 MHz y el MC68B00 a 2,0 MHz. Las nuevas piezas estuvieron disponibles en julio de 1976.
Introducción a la familia M6800
La edición del 7 de marzo de 1974 de Electronics tenía una historia de dos páginas sobre el microprocesador Motorola MC6800 junto con el adaptador de interfaz periférica MC6820, el adaptador de interfaz de comunicaciones asincrónicas MC6850, la memoria RAM de 128 bytes MCM6810 y la ROM MCM6830 de 1024 bytes. A esto le siguió un artículo de ocho páginas en la edición del 18 de abril de 1974, escrito por el equipo de diseño de Motorola. Este número también tenía un artículo que presentaba el Intel 8080.
Tanto el procesador Intel 8080 como el Motorola MC6800 comenzaron a diseñarse alrededor de diciembre de 1972. Los primeros chips 8080 en funcionamiento se produjeron en enero de 1974 y el primer anuncio público fue en febrero de 1974. El 8080 utilizó el mismo proceso MOS de canal N de tres voltajes que Intel& Los chips de memoria existentes de # 39 permiten que la producción completa comience en abril.
Los primeros chips MC6800 en funcionamiento se produjeron en febrero de 1974 y se entregaron muestras de ingeniería a clientes selectos. Hewlett-Packard en Loveland, Colorado, quería la MC6800 para una nueva calculadora de escritorio y tenía un sistema prototipo funcionando en junio. El MC6800 utilizó un nuevo proceso MOS de canal N de voltaje único que resultó ser muy difícil de implementar. El sistema de microcomputadora M6800 finalmente estuvo en producción en noviembre de 1974. Motorola igualó el precio de Intel por un solo microprocesador, $360. (El IBM System/360 era una computadora muy conocida en ese momento). En abril de 1975, se ofreció el kit de diseño de microcomputadora MEK6800D1 por $ 300. El kit incluía los seis chips de la familia M6800 más los manuales de aplicación y programación. El precio de un solo microprocesador MC6800 era de $175.
Link Young fue el comercializador de productos que desarrolló el enfoque de sistema total para el lanzamiento de la familia M6800. Además de lanzar un conjunto completo de chips de soporte con el microprocesador 6800, Motorola ofreció un sistema de desarrollo de software y hardware. Las herramientas de desarrollo de software estaban disponibles en computadoras remotas de tiempo compartido o el código fuente estaba disponible para que el cliente pudiera usar un sistema informático interno. El software que se ejecutaría en un sistema de microprocesador generalmente estaba escrito en lenguaje ensamblador. El sistema de desarrollo consistió en un editor de texto, ensamblador y un simulador. Esto permitió al desarrollador probar el software antes de que se completara el sistema de destino. El desarrollo de hardware fue una computadora de escritorio construida con CPU de la familia M6800 y periféricos conocidos como EXORcisor. Motorola ofreció un curso de diseño de microprocesadores de tres a cinco días para el hardware y software 6800. Este enfoque orientado a los sistemas se convirtió en la forma estándar en que se introdujeron los nuevos microprocesadores.
Desintegración del equipo de diseño
El principal esfuerzo de diseño de la familia M6800 se completó a mediados de 1974 y muchos ingenieros abandonaron el grupo o la empresa. Varios factores llevaron a la ruptura del grupo de diseño.
Motorola había abierto una nueva instalación de semiconductores MOS en Austin, Texas. Todo el equipo de ingeniería estaba programado para mudarse allí en 1975. A muchos de los empleados les gustaba vivir en Mesa, un suburbio de Phoenix, y desconfiaban mucho de mudarse a Austin. Los líderes del equipo no tuvieron éxito con sus súplicas a la alta gerencia sobre el aplazamiento de la mudanza.
Una recesión golpeó a la industria de los semiconductores a mediados de 1974 y provocó miles de despidos. Una edición de noviembre de 1974 de la revista Electronics informa que Motorola había despedido a 4500 empleados, Texas Instruments a 7000 y Signetics a 4000. La División de Productos Semiconductores de Motorola perdería treinta millones de dólares en los próximos 12 meses y había rumores de que el grupo IC sería vendido. Motorola no vendió la división pero sí cambió la gerencia y la organización. A finales de 1974, Intel despidió a casi un tercio de sus 3.500 empleados. El negocio de MOS IC se recuperó, pero la seguridad laboral no se dio por sentada en 1974 y 1975.
Chuck Peddle (y otros ingenieros de Motorola) habían estado visitando a los clientes para explicarles los beneficios de los microprocesadores. Tanto Intel como Motorola habían fijado inicialmente el precio de un solo microprocesador en $360. Muchos clientes dudaban en adoptar esta nueva tecnología de microprocesador con un precio tan alto. (El precio real de las cantidades de producción era mucho más bajo). A mediados de 1974, Peddle propuso un microprocesador simplificado que podía venderse a un precio mucho más bajo. La 'familia total de productos' de Motorola La estrategia no se centró en el precio de MPU sino en reducir el costo total de diseño del cliente. Su objetivo inmediato era poner en producción su sistema completo y trabajarían en mejoras en 1975.
Peddle siguió trabajando para Motorola mientras buscaba inversores para su nuevo concepto de microprocesador. En agosto de 1974, Chuck Peddle dejó Motorola y se unió a una pequeña empresa de semiconductores en Pensilvania, MOS Technology. Le siguieron otros siete ingenieros de Motorola: Harry Bawcom, Ray Hirt, Terry Holdt, Mike James, Will Mathis, Bill Mensch y Rod Orgill. El grupo de Peddle en MOS Technology desarrolló dos nuevos microprocesadores que eran compatibles con los chips periféricos de Motorola como el 6820 PIA. Rod Orgill diseñó el procesador MCS6501 que se conectaría a un zócalo MC6800 y Bill Mensch hizo el MCS6502 que tenía el circuito de generación de reloj en el chip. Estos microprocesadores no ejecutarían programas 6800 porque tenían una arquitectura y un conjunto de instrucciones diferentes. El objetivo principal era un microprocesador que se vendería por menos de $25. Esto se haría eliminando características no esenciales para reducir el tamaño del chip. Se utilizó un puntero de pila de 8 bits en lugar de uno de 16 bits. Se omitió el segundo acumulador. Los búferes de direcciones no tenían un modo de tres estados para las transferencias de datos de acceso directo a la memoria (DMA). El objetivo era reducir el tamaño del chip a 153 mils x 168 mils (3,9 mm × 4,3 mm).
Chuck Peddle fue un portavoz muy eficaz y los microprocesadores de MOS Technology recibieron una amplia cobertura en la prensa especializada. Uno de los primeros fue un artículo de página completa sobre los microprocesadores MCS6501 y MCS6502 en la edición del 24 de julio de 1975 de la revista Electronics. Las historias también se publicaron en EE Times (24 de agosto de 1975), EDN (20 de septiembre de 1975), Electronic News (3 de noviembre de 1975) y Byte (noviembre de 1975). Los anuncios del 6501 aparecieron en varias publicaciones la primera semana de agosto de 1975. El 6501 estaría a la venta en la feria comercial WESCON en San Francisco, del 16 al 19 de septiembre de 1975, por $20 cada uno. En septiembre de 1975, los anuncios incluían los microprocesadores 6501 y 6502. El 6502 solo costaría $25.
Motorola respondió al microprocesador $20 de MOS Technology al reducir inmediatamente el tamaño de una sola unidad precio del microprocesador 6800 de $175 a $69 y luego demandó a MOS Technology en noviembre de 1975. Motorola afirmó que los ocho ex ingenieros de Motorola usaron información técnica desarrollada en Motorola en el diseño de los microprocesadores 6501 y 6502. El otro negocio de MOS Technology, los chips de calculadora, estaba en declive debido a una guerra de precios con Texas Instruments, por lo que su patrocinador financiero, Allen-Bradley, decidió limitar las posibles pérdidas y vendió los activos de MOS Technology a los fundadores. La demanda se resolvió en abril de 1976 cuando MOS Technology dejó caer el chip 6501 que se conectaría a un zócalo Motorola 6800 y obtuvo la licencia de los chips periféricos de Motorola. Motorola redujo el precio unitario del 6800 a $35.
La demanda de MOS Technology vs. Motorola ha desarrollado una narrativa de David y Goliat a lo largo de los años. Un punto fue que Motorola no tenía patentes sobre la tecnología. Esto era técnicamente cierto cuando se presentó la demanda a fines de 1975. El 30 de octubre de 1974, antes de que se lanzara el 6800, Motorola presentó numerosas solicitudes de patentes sobre la familia de microprocesadores y, posteriormente, se concedieron más de veinte patentes. El primero fue para Tom Bennett el 8 de junio de 1976, para el bus de direcciones internas 6800. El segundo fue para Bill Mensch el 6 de julio de 1976, para el diseño de chips 6820. Muchas de estas patentes nombraron a varios de los ingenieros salientes como co-inventores. Estas patentes cubrían el bus 6800 y cómo los chips periféricos interactuaban con el microprocesador.
Mudarse a Austin
Gary Daniels estaba diseñando circuitos integrados para relojes de pulsera electrónicos cuando Motorola cerró su unidad de electrónica de relojes. Tom Bennett le ofreció un trabajo en el grupo de microprocesadores en noviembre de 1974. Bennett no quería dejar el área de Phoenix, por lo que Gary Daniels dirigió el desarrollo de microprocesadores en Austin. (Daniels fue el gerente de diseño de microprocesadores durante los siguientes diez años antes de ser ascendido a vicepresidente).
La primera tarea fue rediseñar la 6800 MPU para mejorar el rendimiento de fabricación y operar a un reloj más rápido. Este diseño utilizó tecnología de modo de agotamiento y se conocía internamente como MC6800D. La cantidad de transistores pasó de 4000 a 5000, pero el área de matriz se redujo de 29,0 mm2 a 16,5 mm2 (permitiendo que el precio de la CPU se redujera a 35 $). La frecuencia de reloj máxima para partes seleccionadas se duplicó a 2 MHz. Los otros chips de la familia M6800 también se rediseñaron para usar tecnología de modo de agotamiento. El adaptador de interfaz periférico tuvo un ligero cambio en las características eléctricas de los pines de E/S, por lo que el MC6820 se convirtió en el MC6821. Estos nuevos IC se completaron en julio de 1976.
En 1977 se lanzó un nuevo chip generador de reloj de bajo costo, el MC6875. Reemplazó al IC híbrido MC6870 de $35. El MC6875 venía en un paquete de inmersión de 16 pines y podía usar cristal de cuarzo o una red de condensadores de resistencia.
Otro proyecto fue incorporar 128 bytes de RAM y el generador de reloj en un solo chip de 11 000 transistores. El microprocesador MC6802 se lanzó en marzo de 1977. El chip complementario MC6846 tenía una ROM de 2048 bytes, un puerto bidireccional de 8 bits y un temporizador programable. Esta era una microcomputadora de dos chips. El 6802 tiene un oscilador en chip que utiliza un cristal de cuarzo externo de 4 MHz para producir el reloj de dos fases de 1 MHz. La RAM interna de 128 bytes se podía desactivar conectando a tierra un pin y los dispositivos con RAM defectuosa se vendían como MC6808.
En 1978 se introdujo una serie de chips periféricos. El contador programable MC6840 tenía tres contadores binarios de 16 bits que se podían usar para medir frecuencias, contar eventos o medir intervalos. El controlador de acceso directo a la memoria MC6844 podría transferir datos desde un controlador de E/S a la RAM sin cargar el microprocesador MC6800. El controlador CRT MC6845 (CRTC) proporcionó la lógica de control para una terminal de computadora basada en caracteres. El 6845 tenía soporte para un lápiz óptico, una alternativa a un mouse de computadora.
El MC6845 era un chip muy popular: incluso se usó en el adaptador de pantalla monocromática de IBM original y en el adaptador de gráficos en color de IBM original para la PC de IBM y sus sucesores, donde el 6845 se usó con una CPU Intel 8088. Durante la época de los embargos tecnológicos de la Guerra Fría, se produjo en Bulgaria un clon 6845 llamado CM607. La última tarjeta IBM Enhanced Graphics Adapter (EGA) contenía un chip IBM personalizado (el EGA CRTC) que reemplazó al Motorola 6845, agregando muchas mejoras, de una manera en su mayoría compatible. IBM Video Graphics Array (VGA), que se hizo omnipresente (hasta el punto de que todavía se emula como la funcionalidad básica de la mayoría de los chips adaptadores de video para PC modernos) incorpora un superconjunto casi compatible de EGA CRTC, aún en su mayoría compatible con el MC6845 (pero en este punto sin el soporte de lápiz óptico, que retuvo EGA CRTC).
La MC6801 era una microcomputadora de un solo chip (que hoy también se llamaría microcontrolador) que incorporaba una CPU 6802 con 128 bytes de RAM, una ROM de 2 KB, un temporizador de 16 bits, 31 líneas de E/S paralelas programables, y un puerto serie. (El MC6803 era el mismo excepto que sin la ROM y con menos configuraciones de bus diferentes). También podía usar las líneas de E/S como buses de datos y direcciones para conectarse a periféricos M6800 estándar. El 6801 ejecutaría el código 6800, pero tenía diez instrucciones adicionales y se redujo el tiempo de ejecución de las instrucciones clave. Los dos acumuladores de 8 bits podrían actuar como un único acumulador de 16 bits para sumas, restas y multiplicaciones de doble precisión. Inicialmente fue diseñado para uso automotriz, con General Motors como cliente principal. La primera aplicación fue una computadora de viaje para el Cadillac Sevilla de 1978. Este chip de 35.000 transistores era demasiado caro para su adopción a gran escala en los automóviles, por lo que se diseñó una microcomputadora de un solo chip MC6805 de función reducida.
El MC6801 fue uno de los primeros microprocesadores con una instrucción de multiplicación.
La Hitachi HD6303 (que no debe confundirse con la Hitachi 6309) es una reimplementación de segunda fuente de la Motorola MC6803, con algunas instrucciones adicionales y una implementación un poco más rápida de la instrucción de multiplicación 8x8. El Hitachi HD6303 se utiliza en la primera PDA, la Psion Organiser de 1984. La Hitachi HD6303 también se utilizó en el 'Pocket Telex' de 1983.
El Motorola MC6803 también se usó en el TRS-80 MC-10 y el Matra Alice estrechamente relacionado.
El MC6809 fue el microprocesador de 8 bits más avanzado producido por Motorola. Tenía un nuevo conjunto de instrucciones que era similar al 6800 pero abandonaba la compatibilidad con el código de operación para mejorar el rendimiento y el soporte de idiomas de alto nivel; el 6809 y el 6800 eran compatibles con el software en el sentido de que los ensambladores podían (y generalmente lo hacían) generar un código equivalente a los códigos de operación del 6800 que el 6809 no emulaba directamente. En ese sentido, el 6809 era compatible hacia arriba con el 6800. El 6809 tenía dos registros de índice de 16 bits, dos punteros de pila de 16 bits y muchas instrucciones para realizar operaciones de 16 bits, incluida la primera instrucción de multiplicación de 8 bits (generando un producto de 16 bits) en un microprocesador. Otros puntos clave del diseño del 6809 fueron la compatibilidad total tanto con el código independiente de la posición (código de objeto que puede ejecutarse dondequiera que esté cargado en la memoria) como con el código de reentrada (código de objeto que se puede volver a invocar cuando se interrumpe o se llama a sí mismo de forma recursiva), características que antes solo se veían en máquinas mucho más grandes, como los mainframes IBM 360.
Uso en ordenadores personales
La MITS Altair 8800, la primera computadora personal exitosa, usó el microprocesador Intel 8080 y apareció en la portada de enero de 1975 de Popular Electronics. Las primeras computadoras personales que usaban el Motorola 6800 se introdujeron a fines de 1975. Sphere Corporation de Bountiful, Utah, publicó un anuncio de un cuarto de página en la edición de julio de 1975 de Radio-Electronics para un $650 USD kit de computadora con un microprocesador 6800, 4 kilobytes de RAM, placa de video y teclado. Esto mostraría 16 líneas de 32 caracteres en un televisor o monitor. Los kits de computadora Sphere comenzaron a enviarse en noviembre de 1975. Southwest Technical Products Corporation de San Antonio, Texas, anunció oficialmente su sistema informático SWTPC 6800 en noviembre de 1975. Wayne Green visitó SWTPC en agosto de 1975 y describió el kit de computadora SWTPC completo con fotos de un equipo en funcionamiento. system en la edición de octubre de 1975 de 73. El SWTPC 6800 se basó en el conjunto de chips del kit de evaluación de diseño Motorola MEK6800 y utilizó el software MIKBUG ROM. El MITS Altair 680 apareció en la portada de la edición de noviembre de 1975 de Popular Electronics. El Altair 680 usaba un microprocesador 6800 y, a diferencia de la máquina SWTPC, también tenía un panel frontal con interruptores de palanca y LED. El diseño inicial tuvo que ser revisado y las primeras entregas del Altair 680B fueron en abril de 1976.
Sphere era una pequeña empresa emergente y tenía dificultades para ofrecer todos los productos que anunciaba. Se declararon en bancarrota del Capítulo 11 en abril de 1977. El Altair 680B era popular, pero MITS centró la mayoría de los recursos en su sistema informático Altair 8800 y abandonaron el mercado de pasatiempos en 1978. La computadora Southwest Technical Products fue la computadora personal basada en 6800 más exitosa. computadora. Otras empresas, por ejemplo, Smoke Signal Broadcasting (California), Gimix (Chicago), Midwest Scientific (Olathe, Kansas) y Helix Systems (Hazelwood, Missouri), comenzaron a producir placas y sistemas completos compatibles con el bus SWTPC 6800. Technical Systems Consultants de West Lafayette, Indiana, suministró software basado en cinta para las computadoras basadas en 6800 (y luego 6809) y, después de que los sistemas de disco estuvieron disponibles, también los sistemas operativos y el software de disco. Los sistemas 8080 fueron mucho más populares que los 6800.
El sistema de computación de gráficos Tektronix 4051 se presentó en octubre de 1975. Era una computadora de escritorio profesional que tenía un microprocesador 6800 con hasta 32 KB de RAM de usuario, almacenamiento de cinta magnética de 300 KB, BASIC en ROM y gráficos de 1024 por 780 mostrar. El Tektronix 4051 se vendió por $7000 (equivalente a $35,300 en 2021), bastante más que las computadoras personales que usan el 6800.
El procesador 6800 también se usó en la consola de juegos APF MP1000. La serie Matsushita JR utilizó un microprocesador Panasonic MN1800A NMOS, compatible con el MC6802.
La arquitectura y el conjunto de instrucciones del 6800 eran fáciles de entender para los principiantes y Heathkit desarrolló un curso de microprocesador y el entrenador ET3400 6800. El curso y el entrenador demostraron ser populares entre las personas y las escuelas.
La arquitectura de microprocesador de 8 bits de próxima generación de Motorola, el MC6809 (1979), no era un código binario compatible con el 6800, pero casi todo el código ensamblador se ensamblaría y ejecutaría en el 6809; Los chips periféricos de la familia 6800 funcionaron como una cuestión de rutina.
Código de ejemplo
El siguiente código fuente en lenguaje ensamblador 6800 es para una subrutina llamada memcpy que copia un bloque de bytes de datos de un tamaño determinado de una ubicación a otra. El bloque de datos se copia byte a byte, de la dirección más baja a la más alta.
; memcpy...; Copiar un bloque de memoria de un lugar a otro.; Called as a subroutine, note return to save PC addr on exit; Parámetros de entrada; cnt - Número de bytes para copiar; src - Dirección del bloque de datos fuente; dst - Dirección del bloque de datos objetivocnt ♪ $0000 ; pone a un lado el espacio para el addr de memoriasrc ♪ $0000 ; pone a un lado el espacio para el addr de memoriadst ♪ $0000 ; pone a un lado el espacio para el addr de memoriamemcpy público ldab cnt+1 ;Set B = cnt.L beq cheque ;Si cnt.L=0, cheque de gotobucle ldx src ;Set IX = src lda ix ; Carga A de (src) inx ;Set src = src+1 stx src ldx dst ;Set IX = dst sta. ix ;Store A to (dst) inx ;Set dst = dst+1 stx dst decb ; Diciembre B bne bucle ; Repetir el buclecheque tst cnt+0 ; Si cnt.H=0, beq hecho ; luego dejar de dec cnt+0 ;Decr cnt. H ; volver y hacer 256*(cnt.H+1) más copias (B=0) sujetador bucle ; Repetir el buclehecho rts ; RetornoPeriféricos
Lista de n#34;Motorola Microcomputer Components ", noviembre de 1978
| Parte | Descripción | Imagen |
|---|---|---|
| MCM6810 | RAM estática de 128 byte | Folleto |
| MC6820 | Adaptador de interfaz periférico (PIA) | Folleto |
| MC6821 | Adaptador de interfaz periférico (PIA) | Folleto |
| MC6828 | Controlador Interrupto Prioritario (PIC) | Folleto |
| MCM6830 | 1024 byte ROM | Folleto |
| MC6840 | Módulo de temporizador programable (PTM) | Folleto |
| MC6843 | Controlador de discos flotantes (FDC) | Folleto |
| MC6844 | Controlador de acceso directo a la memoria (DMAC) | Folleto |
| MC6845 | CRT Controller (CRTC) | Folleto |
| MC6846 | ROM-I/O-Timer | Folleto |
| MC6847 | Generador de pantalla de vídeo (VDG) | |
| MC68488 | Adaptador de interfaz de propósito general (GPIB) IEEE488 | Folleto |
| MC6850 | Adaptador de interfaz de comunicación asincrónico (ACIA) | Folleto |
| MC6852 | Adaptador de datos serie sincronizado (SDAA) | Folleto |
| MC6854 | Controlador de Enlace de Datos Avanzados (ADLC) | Folleto |
| MC6859 | Dispositivo de seguridad de datos (DSD) | |
| MC6860 | 0–600 bit/s Modo digital | Folleto |
| MC6862 | 2400 bit/s Modulador | Folleto |
| MC6870 | Microprocesador de dos fases Reloj | Anuncio |
| MC6875 | Clock Generator | Folleto |
| MC6883 | Synchronous Address Multiplexxer (SAM) |
Segundas fuentes
Un requisito común para las empresas de fabricación era exigir dos o más fuentes para cada parte de los productos que fabricaban. Esto aseguró que pudieran obtener piezas si un proveedor tenía problemas financieros o un desastre. Inicialmente, Motorola seleccionó a American Microsystems Inc (AMI) como segunda fuente para la familia M6800. Posteriormente se agregaron Hitachi, Fujitsu, Fairchild, Rockwell y Thomson Semiconductors.
Rochester Electronics recibió la autorización de Freescale/Motorola en 2014 para continuar fabricando cualquiera de los periféricos de 8 bits y procesadores de 8 bits de esta era. Rochester se especializa en la duplicación de dispositivos totalmente autorizada. Freescale ha proporcionado todos los archivos de diseño fuente para habilitar Rochester Electronics para este producto y otros. A fines de 2016, Rochester estaba completamente calificado y envió el procesador MC6802, el MC6840 PTM y el procesador MC6809 (incluidas las versiones MC68A09 y MC68B09) y todavía se pueden comprar hoy.
AMI S6800 MPU
Atari 90-6001
Fairchild F6802P y AMI S6820 PIA
Hitachi HD46800
Historias orales
- "Intel 8080 Microprocessor Oral History Panel" Steve Bisset, Federico Faggin, Hal Feeney, Edward Gelbach, Ted Hoff, Stan Mazor, Masatoshi Shima, Computer History Museum, 26 de abril de 2007, moderador: David House.
- "Zilog Z80 Microprocesador Panel de Historia Oral" Federico Faggin, Masatoshi Shima, Ralph Ungermann. Museo de Historia Informática, 27 de abril de 2007, moderador: Michael Slater.
- "Motorola 6800 Oral History Panel" Thomas H. Bennett, John Ekiss, William (Bill) Lattin, Jeff Lavell. Computer History Museum, 28 de marzo de 2008, moderador: David Laws.
- Entrevista con William Mensch Stanford y el Proyecto Silicon Valley, 9 de octubre de 1995. Transcripción
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