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摩托羅拉6800
圖片來自cpu-world

MC6800 是摩托羅拉第一款微處理器摩托羅拉一款1974年投產的8位微處理器，它是M6800微計算機系統的一員，這個系統還包括了其他不同的集成電路、RAM、ROM和芯片。M6800系統發布於1974年3月，當年年底進入大規模生產。6800的架構和指令系統受到了日後流行的迪吉多PDP-11小型計算機的影響。它有一個16位的地址總線和8位的雙向數據總線，最大支持64KB的內存。在7種不同的尋址模式下，它的72條指令可提供192項作業碼。原始版MC6800時鐘頻率可達1MHz，後續版本則提升到了2MHz。M6800系統成員的一個顯著特徵是只需要5伏特的電源，相比之下當時其他一些微處理器需使用3種不同的電壓。。

開發歷史

初期開發

摩托羅拉的微處理器計劃開始於1971年，開發團隊的主要成員為設計師湯姆·班尼特（Tom Bennett），工程主管傑夫·拉韋爾（Jeff LaVell），產品銷售林克·楊以及系統設計師麥克·威爾斯（Mike Wiles）、吉因·施賴伯（Gene Schriber）和道格·鮑威爾（Doug Powell）[1]。他們工作於亞利桑那州的梅瑟[2]。湯姆·班尼特擁有工程控制方面的工作背景，他曾設計過使用zh-cn:MOS管;zh-tw:MOSFET的IC作成電子計算器[3]，1971年他加入摩托羅拉開始了6800的設計工作[4]。

傑夫·拉韋爾在1966年加入摩托羅拉，擁有計算機行業的經驗。1971年他領導了一個團隊去調查惠普、NCR、DEC等大客戶的需求，希望能用低成本的超大規模集成電路來滿足這些要求。調查的結果是誕生了一個由15個模塊組成的系列產品，每個模塊都被集成在一個集成電路之內[5]。M6800內就集成了部分這種模塊，後來傑夫又使用傳統方法設計電路進行比較。為了達到同樣的性能，他用了安裝在5塊25厘米見方電路版上的451個小型TTL芯片。後來通過使用ROM和MSI的邏輯器件進行了精簡，即便這樣還是要用114個集成電路[6]。

惠普原型機

第一塊量產型MC6800生產於1974年2月，工程樣品被交給了制定客戶的手中。同年6月，惠普已經開發出了基於6800的桌面級計算器原型機[7][8]。由於使用了新式單一電壓供電的N溝道MOS管，加工起來頗為困難。M6800微機系統最終於1974年11月投產，摩托羅拉採用了和英特爾8080相同的售價，也就是360美元[9][10]。除了發布完整的外圍芯片之外，摩托羅拉還提供了軟硬件開發系統。用戶可在分時復用的電腦上使用軟件開發工具或是利用內部電腦系統。軟件系統是用典型的匯編語言寫成的，可以運行在微處理器上。開發系統包括文檔編輯器、匯編程序和模擬器[11]。核心設計工作在1974年中期就已經完成了，許多工程師在這之後離開了開發團隊或摩托羅拉。這是由於得克薩斯新工廠帶來的搬遷問題[12]、裁員危機[13]以及摩托羅拉對於開發低成本處理器的消極態度[14] 。最終，楚克·佩德爾（Chuck Peddle）等人離開摩托羅拉加入了MOS科技公司，在那裡他們開發了售價20美元的MOS 6502處理器[15]。

設計

6800以PDP-11的處理器為結構模板 ，兩者都能兼容TTL，擁有8位雙向數據線，16位堆棧指針，16位地址總線可以支持64KB的內存，整個微處理器以40針的DIP結構進行封裝。6800擁有4000個晶體管，2個數據緩存和一個16位的指針緩存。在直接地址模式下可以快速讀取內存中的前256個字節。輸入輸出系統的地址格式同內存一樣，所以沒有特殊的輸入、輸出指令。6800在最高地址上載入程序指針然後在內存中儲存它[16]。 6800使用3態控制器阻止地址總線允許另一個設備使用直接記憶通道。在處理器未加載時磁盤控制器就能將數據存入內存，兩塊6800可以使用同一個內存[17]。

同8080相比，6800處理指令需要的指令周期更少，2MHz的8080處理能力尚且不如1MHz的6800。6800的最低工作頻率可以降到100KHz[18]。

最初，設計人員計劃將6800的核心控制在邊長4.6毫米之內，但最終這一數字上升到了5.4毫米，核心面積為29.0 mm2。對於70年代主流的3英寸晶圓來說，可以切割出190個4.6毫米邊長的芯片，或是140個5.4毫米的芯片[19][20]。不過，1975年在MC6800上使用耗盡模式後，它的核心長度降到了4毫米。更小的核心也帶來了頻率的提升。後續型號MC68A00工作在1.5兆赫茲，MC68B00則工作在2MHz[21][22]。

生產

除了摩托羅拉自己以外，許多其他公司也生產了MC6800，如仙童半導體的F68A00S，湯姆遜的EF6800CM、EF6800P以及 AMI的S6800，S6800的最高頻率甚至可達2.5兆赫茲[23]。

參考文獻

  1. ↑ Malone, Michael S. The Microprocessor: A Biography. New York: Springer-Verlag. 1995: 141–147. ISBN 0387943420. 
  2. ↑ Motorola 6800 Oral History (2008)
  3. ↑ 1964 - First Commercial MOS IC Introduced. Computer History Museum. 2007 [August 9, 2010]. 
  4. ↑ Bennett, Thomas H., "Split low order internal address bus for microprocessor", US Patent 3962682, issued June 8, 1976. Bennett is listed as an inventor on 18 M6800 family patents.
  5. ↑ Motorola 6800 Oral History (2008)
  6. ↑ Electronics April 18, 1974. Photo of boards on page 82, description of circuit on page 93.
  7. ↑ Motorola 6800 Oral History (2008) pp. 9, 15
  8. ↑ HP designs custom 16-bit uC chip (PDF). Microcomputer Digest (Cupertino CA: Microcomputer Associates). October 1975, 2 (4): p. 8. 
  9. ↑ Motorola microprocessor set is 1 MHz n-MOS. Control Engineering. November 1974, 21 (11): p. 11. 
  10. ↑ Intel Corporation; Glynnis Thompson Kaye (Editor). A Revolution in Progress - A History to Date of Intel. Intel Corporation. 1984: 14. Order number:231295. 
  11. ↑ M6800 Microprocessor Programming Manual. Phoenix AZ: Motorola Semiconductor Products. 1975. 
  12. ↑ Hoefler, Don. Backfire. Microelectronics News (Santa Clara, CA). July 3, 1976: p. 3. 
  13. ↑ Waller, Larry. Motorola seeks to end skid. Electronics (New York: McGraw-Hill). November 13, 1975, 48 (23): pp. 96–98. 
  14. ↑ Motorola 6800 Oral History (2008) p. 18
  15. ↑ MOS 6502 the second of a low cost high performance microprocessor family. Computer (IEEE Computer Society). September 1975, 8 (9): pp 38–39. doi:10.1109/C-M.1975.219074. 
  16. ↑ Microprocessors: Designers gain new freedom as options multiply. Electronics (New York: McGraw-Hill). April 15, 1976, 49 (8): pp. 78–100. 
  17. ↑ Motorola 6800 Oral History (2008) pp. 15-16
  18. ↑ Intel's Higher Speed 8080 μP (PDF). Microcomputer Digest (Cupertino CA: Microcomputer Associates). September 1975, 2 (3): p. 7. 
  19. ↑ Wikes, W. E. A Microprocessor Chip Designed with the User in Mind. Computer (IEEE). January 1977, 10 (1): pp. 18–22. doi:10.1109/C-M.1977.217492.  This paper describes the Electronic Arrays EA9002 microprocessor that was 200 by 200 mils and fabricated on a 3 inch silicon wafer.
  20. ↑ Elmasry, Mohamed I. (編). Digital MOS integrated circuits. IEEE Press. 1981. ISBN 9780879421526. 
  21. ↑ Electronics Newsletter: 6800 gains speed, lower prices by summer. Electronics (New York: McGraw-Hill). March 4, 1976, 49 (5): p. 25. 
  22. ↑ Daniels, R. Gary. A Participant’s Perspective. IEEE Micro (IEEE Computer Society). December 1996, 16 (5): pp. 21–31. doi:10.1109/40.546562. 
  23. ↑ Motorola 6800 microprocessor family
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