Alcune CPU particolari e poco note - Weird and forgotten CPUs
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Più di tre decenni di evoluzione dei microprocessori hanno portato prima alla nascita di un notevole numero di architetture e famiglie di CPU diverse, poi ad una sorta di selezione naturale che ha relegato molte di esse in ruoli di nicchia poco noti al pubblico, la cui attenzione si concentra quasi esclusivamente sui processori x86 (Intel o AMD che siano) e su pochi altri (PowerPC, ad esempio). Fuori dalla ristretta cerchia di addetti ai lavori ed appassionati si conosce ben poco delle numerosissime altre CPU realizzate ed in molti casi scomparse dalla scena in tutto questo tempo. Per mostrare a chi sta leggendo queste pagine che non esistono solo gli Intel Core e Centrino oppure l’AMD Phenom (tanto per citarne tre), abbiamo raccolto qui alcuni esempi di microprocessori non troppo famosi ed oggi quasi del tutto dimenticati. La scelta non è stata facile ed alla fine si è concentrata sulle seguenti CPU: 1) Texas Instruments TMS9900; 2) Motorola 6809; 3) Zilog Z8001; 4) microcomputer NEC D7809; 5) bitslice AMD Am2903 e le sue evoluzioni a 16 bit Am29116 ed a 32 bit Am29332; 6) il processore HP Micro XE per minicomputer HP 3000; 7) la CPU dei minicomputer Honeywell Bull DPS6000; 8) lo SCAMP di Unisys; 9) il RISC AMD 29050; 10) l’NS32032 di National Semiconductor; 11) il RISC Motorola 88000 ed infine 12) l’8x300 di Signetics. Consapevoli che tale selezione possa essere discutibile sotto certi aspetti (ad esempio qualcuno potrebbe obiettare che il processore del DPS6000 non è un microprocessore single chip vero e proprio) abbiamo pensato a queste CPU perché danno un’idea: di come erano realizzati tanti computer negli anni Settanta ed Ottanta (Am2903); dell’impatto che hanno avuto le tecnologie LSI/VLSI nel mondo dei computer (Micro XE, SCAMP); dell’esistenza negli anni Ottanta di CPU a 16 (TMS9900, Z8001) ed 32 bit (NS32032) alternative alle famiglie Intel e Motorola nonché della varietà di CPU RISC sviluppatasi tra la metà degli anni Ottanta e quella dei Novanta (29050, 88110).
Primo vero microprocessore single chip a 16 bit - First true single chip 16-bit microprocessor
Microprocessore Texas Instruments TMS9900NL (1982) – Il TMS9900, introdotto nel 1976, è stato il primo microprocessore commerciale single chip a 16 bit (l’IMP-16 ed il PACE di National Semiconductor sono precedenti però non possono essere considerati vere e proprie CPU single chip). Qui sopra si vede la versione NL con package plastico. E’ stato progettato come una versione in forma di microprocessore del minicomputer Texas Instruments 990; realizzato con tecnologia NMOS, ha un bus dati a 16 bit, un bus indirizzi a 15 bit ed i registri interni sono anch’essi a 16 bit. Una particolarità di questa CPU consiste nel fatto che i registri di uso generale sono contenuti non all’interno del processore ma nella memoria RAM. Negli anni Settanta era possibile adottare questa soluzione perché la RAM era più veloce dei microprocessori. Il 9900, processore dalle ottime prestazioni rispetto ai concorrenti (Intel 8086), durante gli anni Ottanta è stato impiegato nella realizzazione di svariati sistemi, ad esempio l’home computer TI-99/4. Purtroppo il 9900 è stato scarsamente supportato da Texas Instruments, il che ne ha decretato la precoce uscita di scena.
Processore TMS9900 nella versione "JDL" con package DIP ceramico.
http://www.cpu-collection.de/?tn=&l0=cl&l1=TMS9900
http://smithsonianchips.si.edu/texas/t_190.htm
http://smithsonianchips.si.edu/texas/micro.htm
http://pytheas.club.fr/english/TI99_history.html
http://www.scribd.com/doc/882205/Tech-History-Xerox-TMS9900-DataManual
http://chung.yikes.com/~leonard/mirrors/ti99/9900story.html
http://electronicdesign.com/Articles/ArticleID/2839/2839.html
http://www.cpushack.net/chippics/TI/9900/TITMS9900JL.html
http://www.vintage-computer.com/vcforum/showthread.php?t=538&page=4
http://www.pc-history.org/texas.htm
http://www.ninerpedia.org/index.php/Hardware
Scheda Texas Instruments con CPU TMS9900JDL (1984).
Microprocessore Motorola 6809 fabbricato da Fujitsu (1989) - Il 6809 (qui su scheda Amdahl/Fujitsu insieme ad alcuni gate array VLSI CMOS) è un microprocessore ad 8/16 bit introdotto da Motorola nel 1978 come evoluzione dei più famosi 6800 e 6502 (quest’ultimo di MOS Technology). Talvolta è considerato un predecessore del 68000 ma si tratta in realtà di un progetto indipendente e "finale" nel senso che con esso si è concluso lo sviluppo della prima generazione di microprocessori Motorola. Il 6809 è un processore CMOS versatile e veloce (perché a differenza di altre CPU del tempo non impiega la microprogrammazione) che ha avuto una certa popolarità negli anni Ottanta sia come processore per microcomputer (Commodore SuperPET, TRS/80 CoCo, Acorn System/2), console da gioco (Vectrex) e videogiochi arcade da bar che come CPU embedded, in special modo nella versione evoluta Hitachi 6309.
Microprocessore Motorola MC68B09EP su scheda HP (1986). A destra: sulla stessa scheda si trova anche un microcontroller NMOS a 8 bit Motorola MC68705-U3S, basato sulla CPU 6805 (derivata dal Motorola 6800).
Coppia di CPU Zilog Z8001 (fabbricati dalla second source ST Microelectronics) su scheda Italtel (1991) in configurazione master/slave con MMU 28010. Lo Z8000, disponibile nelle due versioni Z8001 e Z8002 rispettivamente con e senza supporto per la memoria segmentata, è stato il più ambizioso progetto Zilog del decennio 1975-85. Introdotto nel 1979, si tratta di una CPU a 16 bit non compatibile con il predecessore Z80, intesa come processore per uso generico ad alte (per l’epoca) prestazioni e pensata per fare concorrenza ai tradizionali rivali della Zilog, cioè Intel (con l’8086) e Motorola (col 68000). Lo Z8001 è stato la prima CPU a 16 bit a preveder due distinte modalità di funzionamento (modes), ciascuna coi suoi privilegi: una per il sistema operativo e l’altra per i programmi degli utenti. Per tutta la sua pur lunga esistenza commerciale è rimasto una CPU di nicchia, usata soprattutto in ambito industriale e militare. Nel settore dei mini- e microcomputer non è stato un processore popolare; tra le macchine basate su di esso ricordiamo l’Olivetti M20, l’M30-DP ed i sistemi business Olivetti della serie L1 (primi anni Ottanta), molto diffusi nelle Amministrazioni pubbliche italiane. Lo Z8001, fabbricato anche da AMD e SGS/ST Microelectronics, è stata assieme al TMS9900 una delle tre CPU a 16 bit prese in considerazione da IBM durante la fase di progettazione del PC originale: la scelta è poi caduta sull’Intel 8088 a motivo dell’economicità, della disponibilità di circuiti di supporto ben collaudati e dell’esistenza di svariate second source in grado di garantire elevati volumi di produzione (questione non banale a quei tempi).
Processore Zilog Z8001 fabbricato da SGS con due MMU Z8010 e 32 KB di cache sulla scheda CPU di un Olivetti L1 (1987).
Microprocessore NEC D7809B (1985) - La famiglia di microcomputer NEC D7800 deriva direttamente dal famoso Zilog Z80 con il cui set di istruzioni è quasi completamente compatibile. Si tratta di una serie di CPU a 8 bit con varie periferiche integrate (controller di I/O, memorie...) che hanno avuto enorme successo nel corso degli anni Ottanta come microcontroller in innumerevoli applicazioni embedded dei settori più diversi (automazione, memorie di massa, macchine da ufficio e così via). Il 7809 è uno dei membri meno noti di questa famiglia, della quale si ricordano soprattutto i comunissimi 7810/7811.
Bitslice AMD Am2903 (1984) - L’Am2903 è la versione evoluta (ma meno nota) della famosa ALU bitslice a 4 bit AMD Am2901, introdotta nel 1975 (vedi). Rispetto a quest’ultima è più veloce ed integra un moltiplicatore hardware per numeri interi. Entrambe erano fabbricate con tecnologia bipolare TTL Schottky (a quel tempo più veloce della CMOS). Con una o più Am290x collegate in cascata e pochi componenti aggiuntivi è possibile realizzare processori a 8, 12, 16... bit (vedi). Prima dell’affermarsi dei microprocessori single chip a 16 ed a 32 bit questo era un metodo utilizzato durante gli anni Settanta ed Ottanta da molti produttori di computer, come DEC, Data General, Honeywell ecc. Il suo principale vantaggio, oltre alla velocità ed alla frequenza di lavoro che per l’epoca risultavano notevoli, consisteva nella possibilità di costruire facilmente processori personalizzati con microcodice definibile di volta in volta dal progettista secondo le proprie particolari esigenze. Della stessa famiglia facevano parte molti altri chip AMD tra cui il microcode/address sequencer Am2910 che è una parte essenziale delle CPU basate su 290x. Uno dei principali difetti dei bitslice è il costo elevato, sensibilmente più alto rispetto a quello dei processori realizzati con chip singoli, ad esempio ASIC (circuiti integrati specifici) VLSI.
Bitslice AMD Am29116 (1989) - L’Am29116 è un’ALU bitslice a 16 bit evoluzione della famiglia Am290x. Ha un livello di integrazione molto superiore e funzioni più avanzate. Qui è montata su una scheda DEC T1045 (per bus VAXBI) assieme al microcode sequencer Am2910.
Vedi: http://www.cpu-world.com/CPUs/29100/index.html.
Processore AMD Am2933x a 32 bit (1988), ultima e definitiva evoluzione della serie 290x. Sulla scheda sono collocati l’ALU Am29332, un moltiplicatore parallelo a 32 bit Am29323, un sequencer Am29331 e due memorie SRAM con funzioni di register file Am29334.
CPU di un HP 3000/37 Micro XE
(1986, vedi) - L’HP 3000
(vedi)
era una famiglia di minicomputer a 16 (poi 32) bit
introdotta nel 1973 e rivelatasi tra le più longeve nella storia
dell’informatica. Nata per essere il primo minicomputer dotato di un sistema
operativo time-sharing, si è affermata nel corso degli anni soprattutto nel
settore dei sistemi "business" (per applicazioni commerciali). Queste macchine hanno utilizzato una quantità di CPU diverse,
da quelle realizzate con semplici circuiti integrati TTL a bassa scala di
integrazione fino ai microprocessori HP PA-RISC. Il processore Micro XE, gran
parte del quale è contenuto in un gate array CMOS da 8.000 porte logiche (in
basso a destra), è un esempio di come
durante gli anni Ottanta molti produttori di minicomputer (ma anche di
calcolatori più grandi) abbiano introdotto nei propri sistemi le allora
emergenti tecnologie LSI/VLSI pur mantenendo intatta l’architettura e le
funzioni delle CPU, garantendo in tal modo prestazioni più elevate senza
perdite di compatibilità a livello software con le macchine più vecchie. L’HP
3000 è stata una delle ultime architetture proprietarie di minicomputer ad
essere ritirate dal mercato (nel 2003). Le CPU 3000 erano basate su
un’architettura a stack, piuttosto che su uno schema di registri d’uso
generale; tale organizzazione era ispirata ai calcolatori Burroughs degli anni
Sessanta (B5000 e successori). Si trattava di processori CISC microprogrammati a
16 bit, con un’architettura di memoria di tipo Harvard (dati ed istruzioni
separati). I modelli 3000/30 e /33 avevano processori realizzati con la
tecnologia Silicon On Sapphire (SOS); i /40 – /48 utilizzavano CPU basate su
logiche TTL a bassa densità; i /64 e /68 impiegano invece circuiti ECL ed
infine la serie /37 (cui appartiene la scheda qui raffigurata) faceva uso di
gate array CMOS.
CPU Honeywell/Bull DPS6000
(1986). In alto a destra uno degli integrati VLSI nell’insolito package PGA
interamente in ceramica bianca. Come altre macchine della stessa categoria,
anche i minicomputer della famosa e fortunata serie Honeywell DPS (Data
Processing System) sono andati incontro col passare degli anni ad
un’evoluzione tecnologica che ha portato all’adozione di processori
realizzati con tecniche VLSI in sostituzione di quelli esistenti basati invece
su bitslice (usualmente Am2901 o TTL 74181 e simili). I sistemi DPS,
interessanti perché utilizzano il sistema operativo GCOS, derivato dal GECOS di
General Electric, o GE (poi acquisita, appunto, da Honeywell) che era un "clone"
del DOS dell’IBM System/360. Il GCOS è storicamente importante perché legato
a MULTICS, un precedente ambizioso progetto di sistema operativo timesharing
sviluppato dal MIT, da GE e dai Bell Labs, che ha molto influenzato il design di
Unix (come d’altra parte lo stesso GCOS, dal quale Unix ha ereditato svariate
caratteristiche e che può essere considerato un "dialetto MULTICS").
Una caratteristica di molte incarnazioni dell’architettura DPS (a 16,
24, 32 o 48 bit) è la presenza di due distinte CPU chiamate rispettivamente CIP
(Commercial Instruction Processor) e SIP (Scientific Instruction Processor),
delle quali l’una è il processore vero e proprio con in aggiunta alcune
caratteristiche che lo rendono adatto al trattamento diretto di numeri BCD,
tipici dei programmi scritti in COBOL e dunque delle applicazioni commerciali
degli anni Settanta/Ottanta (da cui il nome) e l’altra è, semplicemente,
l’equivalente delle moderne FPU.
Durante gli anni Ottanta il rapido sviluppo della tecnologia dei circuiti integrati VLSI influenzò moltissimo anche i produttori di mainframe, come ad esempio Unisys che aveva fra l’altro in catalogo sistemi di grandi dimensioni e capacità derivanti dalla vecchia ma ancora valida architettura del grande calcolatore Burroughs B5000/B6000. A partire dal 1984 Unisys realizzò quindi le CPU dei propri calcolatori A-series, evoluzione dei B7800, impiegando gate array ECL fabbricati da Motorola (MCA1, MCA2). Nel 1989 introdusse quindi il Micro-A, sistema a sua volta compatibile con le macchine A-series, la cui CPU era realizzata con un singolo circuito integrato VLSI CMOS chiamato "SCAMP". Del processore SCAMP sono esistite diverse successive versioni, anche in forma di modulo multichip (ad esempio, vedi) delle quali qui è raffigurata quella impiegata nel server Unisys A7-4xx del 1991.
L'architettura CISC dei calcolatori Unisys A-series venne realizzata sotto forma di singolo integrato CMOS VLSI anche da Sperry (parte della stessa Unisys). Tale CPU è qui raffigurata su una scheda ISA "micro-mainframe" (1985) che consentiva di trasformare un normale PC AT in un server compatibile, appunto, con i mainframe Unisys A. Il processore è l'integrato PGA più grande, marchiati Sperry; i due componenti VLSI sono ordinari gate array CMOS. Il clock è a 20 MHz.
Microprocessore RISC AMD Am29050-40 (1991) - L’Am290x0 è stata una famiglia di processori RISC sviluppati e prodotti da AMD negli anni Ottanta e Novanta che per qualche tempo sono stati le CPU RISC più diffuse sul mercato, essendo utilizzati in numerose applicazioni embedded (ad es. stampanti laser e controller di dischi rigidi). La famiglia 290x0 deriva dal progetto di processore RISC sviluppato negli anni Settanta all’Università di Berkeley, dal quale sono anche derivati lo SPARC di Sun e l’Intel i960. Queste CPU erano caratterizzate da prestazioni molto buone in rapporto alla frequenza di lavoro e da una gestione particolarmente veloce degli interrupt, cosa che le rendeva adatte appunto all’uso come processori embedded oppure come microcontroller. Il 29050, qui a 40 MHz, è stato l’ultimo membro di questa famiglia. Si tratta di un processore RISC superscalare a 4 vie con esecuzione speculativa, molto avanzato per l’epoca in cui venne introdotto; ha fornito ad AMD la base per la realizzazione dei processori di classe x86 K5 e K6. Ha avuto ed ha tuttora notevole popolarità nel settore dell’avionica.
CPU AMD Am29000 a 25 MHz, primo membro della famiglia Am29K (1987).
Scheda per impieghi militari (1990, il fabbricante è sconosciuto) con CPU AMD Am29000-20/BZC ed FPU Am29027-20/BZC. Sulla scheda si trovano anche due moduli di RAM multichip Seeq ed uno, probabilmente equivalente, fabbricato da Micron Technologies. A sinistra dell’Am29000 ci sono due ASIC di LSI Logic denominati rispettivamente "VISTACONTROL" e "CALMOS". Il grande componente al centro è un circuito ibrido o, forse, un MCM (modulo multichip). L’AMD 29000 ha avuto notevole popolarità come CPU per avionica ed applicazioni militari. Le versioni radiation-hardened sono anche state impiegate in satelliti e altre apparecchiature destinate allo spazio.
Dettaglio dei moduli di memoria Seeq.
Microprocessore AMD Am29030 a 33 MHz (1991, vedi) - E’ stato la prima CPU della famiglia Am29K ad integrare una cache.
Foto di gruppo per alcuni membri della famiglia di processori National Semiconductor NS320xx (1986): la CPU 32032 a 10 MHz, la FPU 32081, il controller di interrupt 32202, il timer 32201. I due chip più grandi sono circuiti di supporto VLSI fabbricati da General Electric, tra un controller di DMA. Con le sigle NS320xx o NS32000 si identifica una famiglia di microprocessori CISC prodotti da National Semiconductor dalla fine degli anni Settanta agli ultimi Ottanta, tra le prime CPU single chip a 32 bit ad avere successo commerciale. Loro capostipite è stato (nel 1979 – 1980) l’NS16032, successivamente rinominato "32016" per mettere l’accento sull’architettura interna a 32 bit; questa CPU aveva un bus dati a 16 bit, un bus indirizzi a 24 bit ed un set d’istruzioni (molto potente ed ispirato a quello del VAX) interamente a 32 bit. Sotto molti aspetti somigliava al Motorola 68000, del quale intendeva essere infatti un diretto concorrente. Il successore NS32032 venne introdotto nel 1984: a differenza del 32016, aveva un bus dati a 32 bit. A queste CPU poteva essere affiancata una vasta serie di componenti aggiuntivi, ed in modo particolare una FPU ad alte prestazioni (32081), una MMU ed un controller di DMA. La famiglia NS320xx possedeva delle buone qualità architetturali ed era oltretutto relativamente economica (il che ne spiega la diffusione nell’ambito dei microcomputer a 32 bit "fatti in casa", homebrew, al principio degli anni Ottanta); soffriva purtroppo la scarsa resa del processo produttivo che si traduceva in un’alta percentuale di chip difettosi. Questi problemi furono parzialmente corretti con le versioni migliorate e potenziate 32332 e 32532 (1985 – 1987), che tuttavia non riuscirono a conquistare significative quote di mercato a causa della concorrenza delle CPU Intel (386) e Motorola (68020 e 68030). Un ulteriore successore, "Swordfish" o 32732, non arrivò mai alla fase di produzione vera e propria perché il progetto venne abbandonato in quanto ritenuto troppo costoso da National Semiconductor. Da esso tuttavia nacquero alcuni microprocessori per applicazioni embedded, in particolare l’NS32GX32, che per qualche tempo conobbero una certa diffusione nell’ambito delle applicazioni da ufficio (stampanti laser, fax ecc.) prima di venir rimpiazzati dalle più veloci CPU RISC, come ad esempio l’i960 di Intel. Nonostante lo scarso successo commerciale, esistono parecchi esempi di mini e microcomputer basati su CPU di classe NS320xx.
http://en.wikipedia.org/wiki/NS320xx
http://www.ibm.com/developerworks/library/pa-microhist.html
http://www.microprocessor.sscc.ru/great/s4.html
http://csdl2.computer.org/persagen/DLAbsToc.jsp?resourcePath=/dl/mags/mi/&toc=comp/mags/mi/1986/04/mmi04toc.xml&DOI=10.1109/MM.1986.304780
www.zinnel.net/MomentsInMicroprocessorHistory.pdf
Scheda single-board computer (SBC) National Semiconductor ICM-3216, 1986, con CPU 32016 a 10 MHz (NS32016D-10), FPU NS32081, timer NS32201, MMU NS32082 e controller di DMA NS32202. Veniva utilizzata come sistema di sviluppo. E' anche presente uno dei primi controller SCSI single-chip, l'NCR 53C85. Il 32016, storicamente il primo membro della famiglia NS320xx, aveva la cattiva fama di essere un microprocessore particolarmente instabile, tanto da essere soprannominato "National Semidestructor". Presentato alla fine degli Anni Settanta, è da più parti considerato il primo microprocessore a 32 bit disponibile commercialmente in grandi volumi. Internamente è una CPU a 32 bit (cioè, con registri ed istruzioni a 32 bit) con bus dati a 16 bit e bus indirizzi a 24 bit. Questa soluzione è stata adottata anche nel Motorola 68000. Il 32016 è una tipica CPU CISC, con un set di istruzioni molto ampio e complesso, almeno in parte ispirato a quello dei VAX.
Scheda Sritek VersaCard con daughterboard Microcard 32016 (1985) sulla quale è montata una CPU NS32016 a 16 MHz. La VersaCard, prodotta a partire dal 1983, era una scheda di espansione per PC AT (ISA a 16 bit) contenente 256 oppure 512 KB di RAM e, opzionalmente, una CPU installata in apposito modulo (Microcard): ad esempio un processore Z80, un 8086/80286, un 68000, o un 32016 come in questo caso. La RAM installata sulla scheda era visibile ed utilizzabile sia dal PC che dal processore sulla Microcard. La VersaCard consentiva, con il supporto di uno specifico software, di eseguire programmi e sistemi operativi avanzati quali ad esempio Xenix (versione Microsoft di Unix) per Motorola 68K, compilatori C++ e Fortran e così via. Come tutti i prodotti di questo tipo era molto costosa, circa 6.000 Dollari (versione con CPU 68000) nel 1984. Inizialmente la VersaCard era dedicata all'esecuzione su PC x86 di software per CP/M e CPU Z80, all'epoca molto comune; la versione con CPU 68000 consentiva di trasformare un PC AT in una "decente" workstation Unix. La Microcard 32016 venne introdotta successivamente (vedi) ed era principalmente rivolta alle applicazioni scientifiche ed ingegneristiche.
Vedi: http://www.megalextoria.com/usenet-archive/news004f1/b10/net.micro.pc/00000068.html.
Scheda Stromberg-Carlson con CPU NS32032-10.
Processore National Semiconductor NS32GX32NU a 20 MHz, CPU pensata in modo specifico per le applicazioni embedded.
Coppia di CPU Motorola 88110 a
50 MHz (1994, vedi) sulla scheda
processore di un sistema Data General AViiON AV8500. Accanto a ciascun
processore c’è il chip di supporto 88200. L’88110 rappresenta la seconda e
definitiva generazione di CPU m88K (l’88120 non è mai entrato in produzione),
prevista per il 1990 ma introdotta solamente nel 1993; si tratta di un
processore superscalare a due vie con tre unità di esecuzione indipendenti (2
ALU intere ed 1 FPU, più l’aggiunta di istruzioni specifiche per la grafica),
circa 3 volte più veloce del predecessore 88100 rispetto al quale integra anche
l’MMU. L’88110, che contiene 1,4 milioni di transistor realizzati con
processo HCMOS a 0,8 micron, utilizza tanto l’esecuzione fuori sequenza (out
of order) che la predizione dei salti (branch prediction, di tipo statico). Lo
strano nome "AViiON" è semplicemente la lettura al contrario della
parola "NOVA", nome di una famosa famiglia di minicomputer Data
General, cui sono state aggiunte le due "i" centrali per assonanza con
il termine francese avion, aeroplano (in modo da sottolineare la velocità
operativa di queste macchine). L’88000
o m88K era un microprocessore
progettato e prodotto da Motorola, risultato dello sforzo della società di sviluppare
una potente CPU con architettura RISC, cominciato già agli
inizi degli anni Ottanta. Originariamente chiamato 78000
in onore della famosa famiglia di processori Motorola m68K,
della quale avrebbe dovuto essere l’evoluzione, il progetto m88K incontrò
molti problemi e ritardi, tanto che al momento della presentazione (Aprile 1988)
aveva due anni di ritardo rispetto ai diretti concorrenti SPARC e MIPS,
cosicché non riuscì mai a recuperare lo svantaggio accumulato e rimase per
tutta la sua esistenza commerciale un’architettura di nicchia. L’88000, totalmente
a 32 bit, utilizzava un’architettura Harvard pura, con completa
separazione tra dati e indirizzi sia nel bus che nelle cache.
Aveva un set di istruzioni ristretto ma potente e, al pari di tutti i processori
Motorola, non utilizzava la memoria segmentata. La prima implementazione della
famiglia 88000 è stata la CPU
88100 (16/33 MHz), che integrava
una FPU ed una singola unità integer. Seguendo la
stessa strada venne rilasciato l’881100
che includeva anche la MMU ed il gestore della cache.
Realizzare un sistema con la prima generazione 88K risultava complesso e
costoso, dal momento che la CPU non integrava alcuna logica di supporto che
doveva dunque essere interamente collocata sulla scheda processore. Il
processore 88110 combinava due
chip 88100 in uno solo, realizzando così una CPU superscalare; una successiva
versione modificata sviluppata dal progetto "T" del MIT condusse alla
realizzazione dell’88110MP che
includeva anche l’elettronica di controllo per implementare direttamente un
sistema multiprocessore. Motorola produsse una serie di schede con bus VME per promuovere la famiglia
m88K e consentire una realizzazione rapida di sistemi basati su queste CPU,
schede conosciute dapprima come "serie MVME
88K" ed in seguito come "serie 900".
CPU Motorola 88100RC-25 con due MMU 88200 su scheda VME Lucent, equivalente alla Motorola MVME-197LE (1992). L’88100 è la prima versione dell’architettura 88000, nonché la prima CPU RISC commerciale sviluppata e prodotta interamente da Motorola (il PowerPC 601 è stato creato invece nell’ambito di un’alleanza con IBM ed Apple). Le schede MVME sono state da parte loro la prima piattaforma disponibile per la CPU 88000. La necessità di usare la MMU esterna 88200 fu una delle cause dell’insuccesso dei microprocessori 88000, perché ne faceva inevitabilmente lievitare i costi.
Scheda CPU Nortel per commutatore telefonico SuperNode DMS-100 (1991) con microprocessore Motorola MC88100 a 33 MHz e 3 unità MMU/cache controller MC88200. Ciascuno di questi contiene 64 KB di cache write-back.
L’IBM Xstation 150 (1995) è un X terminal che usa come CPU un Motorola 88110 a 40 MHz. Un "X terminal" o "X station" è un computer di dimensioni in genere compatte (thin) dotato del solo hardware necessario alla visualizzazione di applicativi in ambiente Unix basati sul sistema grafico client/server X Window System. Questo genere di macchine ebbe una certa popolarità negli anni Novanta a motivo del costo ridotto rispetto a quello delle workstation Unix vere e proprie. Vedi: http://en.wikipedia.org/wiki/X_terminal.
http://en.wikipedia.org/wiki/Motorola_88000
http://portal.acm.org/citation.cfm?id=623246.623685&dl=GUIDE&dl=GUIDE
http://badabada.org/88110.html
http://www.cpupages.com/store/index.php?category=287&ctg_name=88110
http://micro.magnet.fsu.edu/chipshots/motorola/mc88110small.html
La famiglia di microprocessori 8x30x sviluppata da SMS e prodotta da Signetics (qui sopra un 8x300 del 1979 in package ceramico CDIP-48, sotto un più recente 8x305 del 1983, versione evoluta dell’8x300) è un gruppo di microcontroller a 8 bit che possono essere considerati delle semplici CPU RISC ante litteram (vedi). Introdotti nel 1976, questi microprocessori hanno avuto un discreto successo nei primi anni Ottanta in applicazioni embedded quali controller di dischi (vedi qui sopra una scheda Western Digital per interfaccia ST-506/412) e di terminali. Le CPU 8x30x erano fabbricate con processo bipolare TTL Schottky a basso consumo e potevano funzionare ad una frequenza massima di 8 MHz (vedi).
Primo controller LSI per ST-506 - First LSI controller for ST-506 hard disks
Microprocessore Signetics 8X300 (vedi) utilizzato come CPU in un controller per dischi ST-506 Western Digital WD1000 (1981). Il WD1000 è stato il primo controller ST-506 basato su chip LSI disponibile commercialmente (primi mesi del 1981). Si trattava più precisamente di un prodotto per OEM basato su un’architettura replicata da svariati altri produttori (vedi un esempio qui sotto). Il WD1000 poteva controllare un massimo di 4 hard disk (Seagate ST-506 o compatibili, come il Shugart SA1000 ed il Quantum Q2000) sia a 5,25 (interfaccia di controllo a 34 pin) che a 8 pollici (interfaccia a 50 pin). Questo controller era basato sul chipset Western Digital WD1100 (in alto a sinistra l’MFM generator WD1100-2) e comunicava col computer host tramite un canale bidirezionale a 8 bit (in basso a sinistra).
Ricordiamo qui che Western Digital ha introdotto nel 1982 il primo controller single-chip per hard disk con interfaccia ST-506, il WD1010. Durante gli anni Ottanta questo integrato è stato il componente di base di numerosissime schede ST-506 o "MFM".
CPU Signetics 8x305N su un controller per hard disk WD-1001CLB fabbricato da Fortune Systems Inc. con chipset Western Digital, un prodotto direttamente derivato dal WD1000 (vedi sopra).
L’8X305 è stato prodotto per alcuni anni anche da AMD, dapprima come second source di Signetics ed in seguito come licenziatario della sua microarchitettura, con la sigla AM29X305. Qui un esemplare del 1986 in package ceramico, funzionante a 10 MHz, impiegato come CPU in un controller ESDI della Plessey per DEC PDP-11.
Altri "antichi" microprocessori interessanti - Other interesting vintage processors
Primo microprocessore ad usare una "register window" - First microprocessor with a register window
Il Fairchild F-8 (prodotto da Mostek inizialmente come MK-3850 o semplicemente 3850 ed in seguito come CPU single-chip denominata con la sigla MK-3870, vedi) è un interessante microprocessore (in alcuni siti classificato come microcontroller) multi-chip del 1977 progettato come alternativa a basso costo alle CPU a 8 bit di Intel e Motorola (8080/8085, 6800). Una particolarità dell’F-8 consiste nel fatto che esso, al contrario della maggior parte dei microprocessori, non possiede un bus degli indirizzi (address bus): l’accesso ai dati ed al programma avviene attraverso unità separate della CPU, il che consentiva di contenere i costi di realizzazione di un sistema minimo. Inoltre l’F-8 contiene 64 registri a 8 bit accessibili in gruppi (window) da 8 ed utilizzabili come una piccola memoria RAM, eliminando così la necessità di una RAM esterna (che nel caso qui sopra è invece formata da 10 integrati Intel P5101). Alcuni aspetti architetturali dell’F-8 vennero in seguito ripresi nel microcontroller Intel 8048.
Primo microprocessore progettato per sistemi multi-CPU - First microprocessor designed for multi-CPU microsystems
Il National Semiconductor ISP-8A/600N (INS8060N) o SC/MP-II (1975, la scheda è del 1980) è la versione NMOS a 4 MHz del progetto SC/MP, pronunciato "scamp", microprocessore introdotto nel 1974. L’SC/MP era una CPU a 8 bit con bus dati a 16 bit dotata di alcune particolari caratteristiche che ne semplificavano l’impiego in sistemi multiprocessore, cosa questa insolita per l’epoca (vedi).
CPU ISP-8A/600 (SC/MP II), 1977, nella versione con package ceramico.
Il Rockwell PPS-4 (1972, vedi) è stato uno dei quattro microprocessori introdotti prima del 1974 (insieme agli Intel 4004 ed 8008 ed al National IMP-16) e l’unico concorrente diretto del 4004. Come quest’ultimo era stato progettato per l’impiego nelle calcolatrici elettroniche; venne in seguito utilizzato anche come microcontroller a 4 bit. Rispetto al 4004 utilizza una tecnologia più lenta (PMOS metal-gate anziché silicon-gate) ma consente un maggiore parallelismo; la combinazione di queste due caratteristiche fa sì che le sue prestazioni siano quasi equivalenti a quelle del rivale Intel. La versione originale (12660) è stata sostituita nel 1976 dalla PPS-4/2 (11660, in alto al centro, in package QuIP-42) dotata di clock più veloce. Il PPS-4 è anche noto come "pinball chip" perché è stato spesso utilizzato negli anni Settanta come CPU nei primi flipper elettronici (pinball, appunto).
CPU Rockwell PPS-4/2 a 1,2 MHz.
Primo microprocessore Motorola e primo con un registro indice - First Motorola CPU and 1st with a index register
Il 6800 (Agosto 1974), qui sulla scheda di un terminale Honeywell del 1985, è stato il primo microprocessore prodotto da Motorola. Diretta concorrente dell’Intel 8080 questa CPU a 8 bit dall’architettura semplice ed efficiente (con un ridotto numero di registri) è sensibilmente più veloce di esso, in quanto svariate istruzioni del suo set possono essere eseguite in un singolo ciclo di clock; inoltre, la modalità di accesso alla memoria è più efficiente rispetto a quella dell’8080. Sul 6800 si basavano parecchi microcomputer della prima generazione (anni Settanta), tra cui il terminale grafico programmabile Tektronix 4051. Dal Motorola 6800 sono derivati il microprocessore 6809 ed una fortunata famiglia di microcontroller denominata 680x. L’architettura del 6800 è stata riprodotta nella CPU MOS Technology 6502, un microprocessore molto diffuso ed utilizzato ad esempio nei Commodore PET, VIC-20 e 64, nell’Apple II e nel Nintendo NES. A differenza del 6800 il 6502 non ha registri a 16 bit però offre più modi di indirizzamento ed è più economico. Nelle sue varie incarnazioni, compresi microcontroller 680x, la CPU 6800 è stata uno dei microprocessori più popolari negli anni Settanta ed Ottanta. Il circuito integrato Motorola MC6845 raffigurato sopra, facente parte della famiglia del 6800, è stato un popolarissimo controller di CRT (display a tubo catodico), usato ad esempio in molte schede CGA ed EGA per PC.
Primo microprocessore CMOS a singolo chip - First single-chip CMOS microprocessor
L’RCA CDP-1802 o COSMAC è un microprocessore CMOS a 8 bit introdotto nel 1976 basato su un’architettura originale e molto particolare per l’epoca. "COSMAC" è l’abbreviazione di COmplementary Silicon MetAl-oxide Conductor, la denominazione data da RCA alla sua prima versione della tecnologia CMOS. Il 1802 è la versione single-chip della CPU 1801 (1975, primo microprocessore CMOS). Possiede un design "statico" nel senso che non ha una frequenza minima di funzionamento e può essere fatto operare a frequenze bassissime con consumi molto ridotti. Notevole è anche la frequenza massima (6 MHz). Ha un bus a 8 bit con un bus dati bidirezionale ed un bus indirizzi multiplexed; contiene 16 registri a 16 bit, ciascuno dei quali può fare la funzione di program counter (PC). La presenza di un semplice controller di DMA integrato nella CPU e la flessibilità delle varie modalità di input/output ne hanno fatto un microprocessore popolare durante gli anni Settanta nelle applicazioni embedded. Il 1802 è stato anche realizzato col processo SOS (Silicon On Sapphire), più resistente alle radiazioni ed alle scariche elettromagnetiche; le CPU di questo tipo sono state impiegate con successo in applicazioni aerospaziali quali satelliti e sonde automatiche (Voyager, Galileo, Viking). Svariati microcomputer della prima generazione erano basati sul 1802, ad esempio il COSMAC ELF ed alcune console per videogiochi di Radio Shack.
Il Signetics 2650 (qui in versione 2650A su scheda Tektronix del 1982), introdotto nel 1975, è stato uno dei primi microprocessori single-chip a 8 bit disponibili sul mercato. Meno famoso e diffuso dei suoi concorrenti, come l'Intel 8080 e il Motorola 6800, il 2650 aveva un'architettura semplice e limitata in diversi aspetti (ad esempio, pochi registri d'uso generale ed obbligatoriamente a 8 bit, indirizzamento di memoria di soli 32 KB, impossibilità per lo stack di risiedere nella RAM), orientata principalmente all'impiego in controlli industriali ed altre applicazioni ove non fosse richiesta una particolare potenza. Il 2650, infatti, grazie ad alcune sue peculiari caratteristiche di I/O ed ai molti modi di indirizzamento disponibili, era più un microcontroller che un microprocessore d'uso generale. Ciononostante è stato utilizzato in alcune console da gioco abbastanza popolari durante gli anni Settanta ed i primi Ottanta (Interton VC4000, 1292 Advanced Programmable Videosystem, Emerson Arcadia 2001). E' stato prodotto anche da Synertek, Philips, Intersil e Harris.
