MOS Technology 6502

MOS Technology 6502 je osmibitový mikroprocesor, který navrhli Chuck Peddle a Bill Mensch pro firmu MOS Technology v roce 1975. V té době se jednalo o nejlevnější plně vybavený mikroprocesor na trhu. Stál okolo 20 $, což bylo méně než šestina ceny konkurenčních návrhů z větších společností, jako např. Motorola a Intel. Byl s nimi plně srovnatelný a stejně jako Z80 Zilog uvedený na trh v roce 1976 vyvolal řadu počítačových projektů, které nakonec vedly k éře domácích počítačů v 80. letech. 6502 měl 4528 tranzistorů (3510 zesilovacích a 1018 zatěžovacích) a byl vyráběn i v provedení pro embedded systémy.

MOS Technology 6502
Mikroprocesor MOS 6502 v plastovém pouzdře DIP-40. Číslo 4585 znamená, že obvod byl vyroben ve 45. týdnu roku 1985.
Specifikace
Kódové značeníMOS 6502
NávrhChuck Peddle a Bill Mensch
VýrobceMOS Technology
Uvedení1975
VýrobciMOS Technology, Rockwell, Synertek
Výrobní procesNMOS
Plocha čipu153 x 168 mils (3,9 x 4,3 mm)
Frekvence1 MHz (později až 3 MHz)
Šířka datové sběrnice8 bitů
Šířka adresní sběrnice16 bitů
Instrukční sada6502
Patice40-pin DIP
Nástupce6509 a 6510
Zapojení vývodů MOS 6502

Procesor 6502 nemá implementován pipelining, tato vlastnost se objevila až u procesorů 6509 a 6510.[1] Zásobník procesoru je pevně svázán s konkrétním blokem paměti o velikosti 256 byte.[2]

Mikroprocesor MOS 6502 byl použit v počítačích Apple I, Apple II, Commodore VIC20 či Atari 800XE/XL.

Technický popis
Registry mikroprocesoru MOS 6502
15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 (číslo bitu)
Hlavní registry
  A Accumulator, střadač
Indexregistry
  X X index
  Y Y index
0 0 0 0 0 0 0 1 SP Stack Pointer, ukazatel zásobníku
Programový čítač
PC Program Counter, programový čítač
Stavový registr
  N V - B D I Z C P Processor flags, příznaky procesoru

6502 je osmibitový mikroprocesor s 16bitovou adresní sběrnicí. Původní verze byly vyráběny pomocí technologie NMOS 8 µm[3] s velikostí čipu 153 x 168 mils (3,9 x 4,3 mm)[4].

Interní logika pracuje na stejném kmitočtu jako externí hodiny, a i přes jejich nízký kmitočet (typicky okolo 1 až 2 MHz) byla výkonnost 6502 srovnatelná s jinými tehdejšími procesory pracujícími s mnohem rychlejšími hodinami. Zčásti je to způsobeno jednoduchým řadičem implementovaným do větší míry kombinační logikou (neřízenou hodinami) než u mnoha jiných procesorů; dvoufázové hodiny (dodávající dvě synchronizace v jednom cyklu) tak mohly řídit celý strojový cyklus přímo. Typické instrukci na 6502 tak mohl stačit jen poloviční počet cyklů v porovnání s jinými tehdejšími mikroprocesory. Stejně jako u většiny jednoduchých procesorů té doby, dynamický čip 6502 není řízen mikrokódem, ale používá PLA (zabírající asi 15 procent plochy čipu) pro dekódování a provádění instrukcí. Jako většina osmibitových mikroprocesorů obvod prováděl omezené překrývání načítání a provádění instrukcí.

Nízký kmitočet hodin zmírňoval požadavky na rychlost paměti a periferních zařízení připojených k CPU, protože přistupovat k paměti bylo možné přibližně jen v polovině hodinového cyklu (kvůli asynchronnímu návrhu se tento zlomek výrazně měnil podle verze čipu). To bylo v době, kdy dostupné paměti měly časy přístupu v rozsahu 250-450 ns, velmi důležité. Původní 6502 byl minimalisticky navržen a efektivně vyroben a proto byl levný, což je důležitý faktor úspěchu na poli herních konzolí a domácích počítačů, které je velmi citlivé na cenu. Stejně jako jeho předchůdce, Motorola 6800, má 6502 jen několik registrů. V době, kdy byl procesor navrhován, byl počet tranzistorů, které mohly být umístěny na čip, velmi omezen (na několik tisíc), takže dávalo smysl využít paměť RAM místo nákladné plochy NMOS čipu pro registry CPU.

Registry

Sada registrů 6502 zahrnuje jeden osmibitový akumulátor (A), dva osmibitové indexregistry (X a Y), osmibitový registr příznaků procesoru (P), osmibitový ukazatel zásobníku (S) a 16bitový programový čítač (PC). Zásobník je vždy umístěn na adresách $0100–$01FF (256–511), protože ukazatel zásobníku je jen osmibitový a jako horní byte adresy se vždy používá hodnota 1. Instrukce pro přístup k zásobníku využívají čtyři implicitní režimy adresování, které umožňují uložení nebo vyzvednutí obsahu akumulátoru nebo stavového registru procesoru. Zásobník se používá také pro ukládání návratových adres z podprogramů v instrukcích JSR (Jump to Subroutine) a RTS (Return from Subroutine) a pro zpracovávání přerušení.

Adresování

6502 používá efektivně indexregistry a ukazatel zásobníku ve spojení s několika režimy adresování, včetně rychlého režimu „přímé“ nebo „nulté stránky“ podobnému adresování na PDP-8, který pro přístup na libovolnou adresu v paměti používá jedinou osmibitovou adresu 0 až 255, na níž je uložena dvoubytová adresa skutečného operandu (což šetří hodinové cykly normálně nutné pro načtení vyššího bytu adresy). 6502 používá nultou stránku prakticky podobně jako jiné procesory používají registry. Některé operační systémy však používají větší část nulté stránky a ponechávají pro uživatele pouze několik málo lokací.

Režimy adresování jsou: implicitní (jednobytové instrukce); absolutní (tříbytové); indexované absolutní (tříbytové); indexované nultou stránkou (dvoubytové); relativní (dvoubytové); akumulátorové (jednobytové); nepřímé s registrem x a nepřímé s registrem y (dvoubytové); a bezprostřední (dvoubytové). Absolutní režim je víceúčelový režim. Instrukce skoku používají osmibitové posunutí se znaménkem od začátku další instrukce; rozsah -128..127 proto se převádí na rozsah 128 bytů zpět nebo 127 byty dopředu od instrukce následující za skokem (což je 126 bytů zpět až 129 bytů za začátkem instrukce skoku). Režim akumulátoru používá obsah akumulátoru jako efektivní adresu a nepotřebuje žádnou bezprostřední hodnotu pro přístup k operandu. Režim immediate používá jako operand osmibitový literál.

Nepřímé adresování

Nepřímé režimy adresování jsou užitečné pro práci s poli a pro programování cyklů. V instrukcích používajících režim adresování „(indirect),y“ trvajích 5 nebo 6 cyklů hodin se adresa operandu v paměti získá přičtením obsahu osmibitového registru Y k 16bitové bázové adrese načtené z adresy uvedené v jednobytové přímém operandu uvedeném za kódem instrukce (to znamená, že tato bázová adresa musí být uložena v prvních 256 bytech paměti na takzvané nulté stránce). Registr Y tedy obsahuje skutečný index (oproti použití registru X na procesorech Motorola 6800, kde se k bázové adrese uložené v paměti přičítá posunutí zadané přímým operandem). Inkrementace indexregistru pro procházení jednotlivých bytů v poli trvá pouze dva hodinové cykly. U méně často používaného režimu „(indirect,x)“ se efektivní adresa operandu získá načtením dvou bytů z nulté stránky z adresy tvořené přičtením druhého bytu instrukce k obsahu registru X. Díky použití indexovaných režimů funguje nultá stránka jako sada 128 přídavných (i když velmi pomalých) adresních registrů.

6502 dovoluje sčítat a odčítat binární i BCD čísla. Přepnutí CPU do BCD režimu provádí instrukce SED (nastav příznak D). $99 + $01 pak dává výsledek $00 a nastavuje příznak přenosu (C). V binárním režimu (do něhož se přepíná instrukcí CLD, smaž příznak D) stejná operace dává výsledek $9A s vynulovaným příznakem přenosu. BCD režim se kromě Atari BASICu používal v aplikacích domácích počítačů jen výjimečně.

Ukázka kódu

Následující zdrojový kód v jazyce symbolických adres 6502 je procedura MEMCPY pro kopírování bloku dat zadané délky z jednoho místa v paměti na jiné.


;
;
;
;
;
;
;

0040            
0040  00 00     
0042  00 00     
0044  00 00

0600            
0600  A4 44     
0602  D0 05     
0604  A5 45     
0606  D0 01     
0608  60        
0609  B1 40     
060B  91 42     
060D  88        
060E  D0 F9     
0610  E6 41     
0612  E6 43     
0614  88        
0615  C6 45     
0617  D0 F0     
0619  60        
061A            

; memcpy --
; Zkopíruje blok paměti z jednoho místa na jiné.
;
; Vstupní parametry
;      SRC - Adresa zdrojového bloku
;      DST - Adresa cílového bloku
;      CNT - Počet bytů, které se mají kopírovat

            ORG     $0040       ;Parametry na adrese $0040
SRC         DW      $0000
DST         DW      $0000
CNT         DW      $0000

            ORG     $0600       ;Kód od adresy $0600
MEMCPY      LDY     CNT+0       ;Načti Y = CNT.L
            BNE     LOOP        ;Jestliže CNT.L > 0, pak smyčka
            LDA     CNT+1       ;Jestliže CNT.H > 0,
            BNE     LOOP        ; pak smyčka
            RTS                 ;Návrat
LOOP        LDA     (SRC),Y     ;Načti ((SRC)+Y) do A
            STA     (DST),Y     ;Ulož A na ((DST)+Y)
            DEY                 ;Decr CNT.L
            BNE     LOOP        ;Jestliže CNT.L > 0, pak smyčka
            INC     SRC+1       ;Incr SRC += $0100
            INC     DST+1       ;Incr DST += $0100
            DEY                 ;Decr CNT.L
            DEC     CNT+1       ;Decr CNT.H
            BNE     LOOP        ;Jestliže CNT.H > 0, pak smyčka
            RTS                 ;Návrat
            END

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku MOS Technology 6502 na anglické Wikipedii.

  1. MOS 6502 family Archivováno 12. 1. 2014 na Wayback Machine na cs.niu.edu, cit. 2014-03-17
  2. CPU structure na cs.niu.edu, cit. 2014-03-17
  3. CORDER, Mike. Big Things in Small Packages [online]. Sun Microelectronics, Spring 1999 [cit. 2012-04-23]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2006-03-12.
  4. CUSHMAN, Robert H. 2-1/2 Generation μP's -$10 Parts That Perform Like Low-End Mini's. EDN. Boston: Cahners Publishing, 1975-09-20. Dostupné v archivu pořízeném dne 2016-04-24."

Literatura
  • LEVENTHAL, Lance. 6502 Assembly Language Programming 2nd Edition. [s.l.]: Osborne/McGraw-Hill, 1986. ISBN 0-07-881216-X.
  • LEVENTHAL, Lance. 6502 Assembly Language Subroutines. [s.l.]: Osborne/McGraw-Hill, 1982. Dostupné online. ISBN 0-931988-59-4.
  • MANSFIELD, Richard. Machine Language For Beginners - Personal Computer Machine Language Programming For The Atari, VIC, Apple, Commodore 64, and PET/CBM Computers. Greensboro, North Carolina: Compute! Publications, 1983. Dostupné online. ISBN 0-942386-11-6.
  • MATTHEWS, Ian. Rise of MOS Technology & 6502 [online]. Running Technologies Inc., 2007-06-04 [cit. 2015-12-02]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2018-10-04.
  • MOS Technology 6500 Series Hardware Manual. 2. vyd. Norristown, PA: MOS Technology, leden 1976. Dostupné online.
  • MOS Technology 6500 Series Programming Manual. 2. vyd. Norristown, PA: MOS Technology, leden 1976. Dostupné online.
  • ZAKS, Rodnay. Programming the 6502. 4. vyd. [s.l.]: Sybex, 1983. Dostupné online. ISBN 0-89588-135-7.
  • ZAKS, Rodnay. Advanced 6502 Programming. [s.l.]: Sybex, 1982. Dostupné online. ISBN 0-89588-089-X.

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.