Motorola 6809

<<   Motorola 6809   >> Центральный процессор
Процессор Motorola 6809E с рабочей частотой 1 МГц, выпущен в 1983 году
Производство:	1977
Производители: Motorola AMI, Hitachi Fairchild, SGS-Thomson Thomson, Fujitsu
Частота ЦП:	0,89—4 МГц
Технология производства:	HMOS, CHMOS, 6 мкм
Наборы инструкций:	Motorola 6809
Разъём:	DIP40, PLCC44

Motorola 6809 — 8-разрядный микропроцессор (иногда называемый 8/16-разрядным), выпущенный компанией Motorola в 1979 году. Имел значительное превосходство перед своим предшественником, Motorola 6800, а также перед процессором MOS Technology 6502, созданным оригинальной командой разработчиков 6800, ушедших из компании Motorola.

Описание

Среди значительных усовершенствований, появившихся в процессоре 6809, были два 8-разрядных аккумулятора (A и B, которые могли объединяться в один 16-разрядный регистр D), два 16-разрядных индексных регистра (X и Y) и два 16-разрядных указателя стека (U и S). Индексные регистры и регистры указателя стека позволяли использовать разнообразные методы адресации.

Процессор 6809 сохранял обратную совместимость с 6800 на уровне исходного кода. Однако, число команд было снижено с 78 до 59. Некоторые команды были заменены более общими, для обеспечения совместимости ассемблер заменял старые команды их новыми аналогами во время трансляции. Наборы команд и регистров имели большую ортогональность, что делало написание программ для процессора более простым по сравнению с процессорами 6800 или 6502.

Среди прочих возможностей присутствовала одна из первых аппаратных реализаций инструкции умножения, полная 16-разрядная арифметика и быстрая система прерываний. Процессор был сильно оптимизирован и работал до пяти раз быстрее, чем процессоры серии 6800. В процессоре сохранилась недокументированная инструкция тестирования шины адреса, появившаяся в процессоре 6800. Она позволяла обойти ограничения некоторых контроллеров памяти и получила название Halt and Catch Fire (HCF).

В отличие от многих процессоров того времени, процессор не использовал микрокод. Его конечный автомат и управляющая логика были в основном реализованы в большой ПЛМ и асинхронной произвольной логике (общая черта ранних конструкций, а также RISC-процессоров). Поэтому один машинный цикл выполнялся всего за один такт, что являлось преимуществом перед, например, процессором Zilog Z80 (одним из главных конкурентов 6809). Например, команда ADDA 63 выполнялась за три такта на 6809, тогда как выполнение аналогичной команды ADD A,63 процессора Z80 требовало семи тактов. Теоретически для достижения одинаковой производительности при выполнении этой операции Z80 требовал минимум вдвое более высокой частоты. Однако, более синхронный дизайн Z80 позволял использовать более высокую (в 3-5 раз) тактовую частоту по сравнению с 6809, 6800 или 6502, без необходимости использования более быстродействующей памяти (что часто являлось главным ограничением).

Было выпущено несколько версий процессора, рассчитаных на разную тактовую частоту — 6809 (1 МГц), 68A09 (1.5 МГц) и 68B09 (2 МГц). Обычные версии процессора имели встроенный генератор тактовой частоты, требующий только внешнего кварцевого резонатора. Также существовали версии с буквой E в конце обозначения (6809E, 68A09E, 68B09E), требующие использования внешнего генератора тактовой частоты. Впоследствии сторонние производители, в частности компания Hitachi, выпустили более быстродействующие варианты процессора.

История

Процессор 6809 иногда называют концептуальным предшественником семейства процессоров Motorola 68000, что является заблуждением. Оба проекта разрабатывались параллельно и были завершены в 1979 году. Между ними есть определённое сходство — в частности, гибкость методов адресации и большая ортогональность. Также есть некоторое сходство мнемоник и синтаксиса ассемблера. Но процессор 6809 развивал идеи процессора 6800, тогда как процессор 68000 являлся полностью новой разработкой. Версия 68000 с восьмиразрядной шиной данных (Motorola 68008) предназначалась для использования в будущих 8-разрядных системах, поэтому 6809 быстро стал эволюционным тупиком.

Команда разработчиков процессора полагала, что будущим пользователям процессора могут потребоваться ПЗУ с готовым кодом для решения распространённых задач, таких, как вычисления с плавающей точкой. Это могло позволить разработчикам систем на основе процессора не тратить время на разработку собственного кода. Так как разработчики процессора не могли заранее знать, где будет расположен код ПЗУ в адресном пространстве системы, устройство процессора было ориентировано на возможность выполнения реентрабельных подпрограмм, располагаемых в любом месте адресного пространства. Эта возможность не была использована в указанных целях на практике. Единственным выпущенным компанией Motorola ПЗУ с кодом стала микросхема MC6839, содержащая код для вычислений с плавающей точкой. Однако, такое устройство процессора позволило создать такие продвинутые операционные системы, как OS-9 и UniFlex, которые использовали возможность выполнения реентрабельного кода, не привязанного к конкретным адресам в памяти.

Процессор 6809 был применён в двухпроцессорном компьютере Commodore SuperPET и в уникальной игровой консоли Vectrex (68A09). Модификация 6809E использовалась в домашних компьютерах TRS-80 Color Computer (CoCo), Acorn System 2, 3 и 4 (как опциональная альтернатива 6502), Fujitsu FM-7 (два 6809), Dragon 32/64 (клоны CoCo), а также в SWTPC, Gimix, Smoke Signal Broadcasting и других системах с шиной SS-50, включая несколько систем для разработки серии EXORmacs самой компании Motorola. Во Франции компания Thomson SA выпустила большую серию компьютеров на основе процессора 6809E — TO7, TO7/70, TO8, TO8D, TO9, TO9Plus, MO5, MO6, MO5E и MO5NR.

Процессор также применялся в ряде аркадных игровых автоматов начала 1980-х годов. В частности, его часто использовала компания Williams Electronics, например, в таких аркадных хитах, как Defender, Joust, Sinistar и Robotron: 2084. Эта компания также использовала процессор во многих своих пинбол-машинах, впоследствии создав на его основе специализированную плату Williams Pinball Controller.

Компания Microware разработала специальную операционную систему OS-9 (не имеет отношения к Mac OS 9) для процессора 6809. Впоследствии она была портирована на процессоры Motorola 68000, Intel 80386 и PowerPC.

Компания Hitachi выпустила усовершенствованную версию процессора, Hitachi 6309. Он отличался наличием дополнительных регистров и команд, включая команды блочного копирования, дополнительные команды умножения и команды деления с аппаратной реализацией. Этот процессор использовался для неофициального расширения компьютеров CoCo 3. Была разработана специальная версия OS-9 под названием NitrOS-9, поддерживающая дополнительные возможности процессора.

Hitachi также выпускала собственные компьютеры с процессором 6809, предназначенные для внутреннего японского рынка — MB6890 и более поздний S1. Эти компьютеры также экспортировались в Австралию. Там MB6890 получил прозвище «Peach» (персик), вероятно в качестве иронического указания на популярность компьютеров Apple II. Компьютер S1 отличался присутствием аппаратуры, расширяющей адресное пространство процессора (64 КБ) до 1 мегабайта, представленного в виде 4-килобайтных страниц. Аналогичная аппаратура присутствовала в компьютерах компаний SWTPC, Gimix и некоторых других. Компания Technical Systems Consultants разработала Unix-подобную операционную систему, uniFlex, которая работала только на таких компьютерах. Операционная система OS-9 Level II также использовала преимущества такого метода управления памятью. Большинство других компьютеров того времени использовали для увеличения объёма адресуемой памяти технику переключения страниц, когда в большую часть адресного пространства (например, 16 КБ) включалась часть доступной памяти.

В настоящее время компании Motorola и Hitachi не производят процессоры 6809 или их варианты. Существуют VHDL-реализации процессора, предназначенные для встраиваемых применений с использованием программируемой логики и способные работать на частотах до 40 МГц. Некоторые команды 6809 также присутствуют в процессорах Freescale.

Технические характеристики

• Тактовая частота (МГц): от 0,89 до 4, первоначально выпускались с частотой 1, 1,5 и 2 МГц.
• Разрядность регистров: 8/16 бит
• Разрядность шины данных: 8 бит
• Разрядность шины адреса: 16 бит
• Объём адресуемой памяти: 64 Кбайт
• Адресное пространство I/O: Нет
• Количество транзисторов: 9 000
• Техпроцесс (нм): 6000 (6 мкм) (по другим данным, 5 мкм)
• Площадь кристалла (кв. мм): 21
• Максимальное тепловыделение: 1 Вт
• Напряжение питания: +5 В
• Разъём: нет (микросхема припаивалась к плате)
• Корпус: 40-контактный керамический или пластиковый DIP, позже — 44-контактный PLCC

Источники

• Leventhal, Lance (1981). 6809 Assembly Language Programming. Osborne/McGraw-Hill. ISBN 0-931988-35-7.
• Warren, Carl D (1980). The MC6809 Cookbook. TAB Books, Inc. ISBN 0-8306-9683-0.

Ссылки

• [koti.mbnet.fi/~atjs/mc6809/ 6809 Emulation Page] — документация и утилиты  (англ.)
• [tlindner.macmess.org/wp-content/uploads/2006/09/byte_6809_articles.pdf Статьи из журнала BYTE (январь-февраль 1979)] (в формате PDF) — написаны Terry Ritter и Joel Boney, участвовавшими в разработке процессора 6809  (англ.)
• Группа Usenet, посвящённая процессору 6809  (англ.)
• [www.swtpcemu.com Эмулятор 6809 на основе системы SWTPC 6809]  (англ.)
• [www.lomont.org/Software/Misc/CoCo/Lomont_6809.pdf Набор команд процессоров 6809/6309] (в формате PDF)  (англ.)
• [github.com/maly/6809js An JavaScript emulation of Motorola 6809 CPU]  (англ.)

Отрывок, характеризующий Motorola 6809

– «C'est grand!» [Это величественно!] – говорят историки, и тогда уже нет ни хорошего, ни дурного, а есть «grand» и «не grand». Grand – хорошо, не grand – дурно. Grand есть свойство, по их понятиям, каких то особенных животных, называемых ими героями. И Наполеон, убираясь в теплой шубе домой от гибнущих не только товарищей, но (по его мнению) людей, им приведенных сюда, чувствует que c'est grand, и душа его покойна.
«Du sublime (он что то sublime видит в себе) au ridicule il n'y a qu'un pas», – говорит он. И весь мир пятьдесят лет повторяет: «Sublime! Grand! Napoleon le grand! Du sublime au ridicule il n'y a qu'un pas». [величественное… От величественного до смешного только один шаг… Величественное! Великое! Наполеон великий! От величественного до смешного только шаг.]
И никому в голову не придет, что признание величия, неизмеримого мерой хорошего и дурного, есть только признание своей ничтожности и неизмеримой малости.
Для нас, с данной нам Христом мерой хорошего и дурного, нет неизмеримого. И нет величия там, где нет простоты, добра и правды.


Кто из русских людей, читая описания последнего периода кампании 1812 года, не испытывал тяжелого чувства досады, неудовлетворенности и неясности. Кто не задавал себе вопросов: как не забрали, не уничтожили всех французов, когда все три армии окружали их в превосходящем числе, когда расстроенные французы, голодая и замерзая, сдавались толпами и когда (как нам рассказывает история) цель русских состояла именно в том, чтобы остановить, отрезать и забрать в плен всех французов.
Каким образом то русское войско, которое, слабее числом французов, дало Бородинское сражение, каким образом это войско, с трех сторон окружавшее французов и имевшее целью их забрать, не достигло своей цели? Неужели такое громадное преимущество перед нами имеют французы, что мы, с превосходными силами окружив, не могли побить их? Каким образом это могло случиться?
История (та, которая называется этим словом), отвечая на эти вопросы, говорит, что это случилось оттого, что Кутузов, и Тормасов, и Чичагов, и тот то, и тот то не сделали таких то и таких то маневров.
Но отчего они не сделали всех этих маневров? Отчего, ежели они были виноваты в том, что не достигнута была предназначавшаяся цель, – отчего их не судили и не казнили? Но, даже ежели и допустить, что виною неудачи русских были Кутузов и Чичагов и т. п., нельзя понять все таки, почему и в тех условиях, в которых находились русские войска под Красным и под Березиной (в обоих случаях русские были в превосходных силах), почему не взято в плен французское войско с маршалами, королями и императорами, когда в этом состояла цель русских?
Объяснение этого странного явления тем (как то делают русские военные историки), что Кутузов помешал нападению, неосновательно потому, что мы знаем, что воля Кутузова не могла удержать войска от нападения под Вязьмой и под Тарутиным.
Почему то русское войско, которое с слабейшими силами одержало победу под Бородиным над неприятелем во всей его силе, под Красным и под Березиной в превосходных силах было побеждено расстроенными толпами французов?
Если цель русских состояла в том, чтобы отрезать и взять в плен Наполеона и маршалов, и цель эта не только не была достигнута, и все попытки к достижению этой цели всякий раз были разрушены самым постыдным образом, то последний период кампании совершенно справедливо представляется французами рядом побед и совершенно несправедливо представляется русскими историками победоносным.
Русские военные историки, настолько, насколько для них обязательна логика, невольно приходят к этому заключению и, несмотря на лирические воззвания о мужестве и преданности и т. д., должны невольно признаться, что отступление французов из Москвы есть ряд побед Наполеона и поражений Кутузова.
Но, оставив совершенно в стороне народное самолюбие, чувствуется, что заключение это само в себе заключает противуречие, так как ряд побед французов привел их к совершенному уничтожению, а ряд поражений русских привел их к полному уничтожению врага и очищению своего отечества.
Источник этого противуречия лежит в том, что историками, изучающими события по письмам государей и генералов, по реляциям, рапортам, планам и т. п., предположена ложная, никогда не существовавшая цель последнего периода войны 1812 года, – цель, будто бы состоявшая в том, чтобы отрезать и поймать Наполеона с маршалами и армией.
Цели этой никогда не было и не могло быть, потому что она не имела смысла, и достижение ее было совершенно невозможно.
Цель эта не имела никакого смысла, во первых, потому, что расстроенная армия Наполеона со всей возможной быстротой бежала из России, то есть исполняла то самое, что мог желать всякий русский. Для чего же было делать различные операции над французами, которые бежали так быстро, как только они могли?
Во вторых, бессмысленно было становиться на дороге людей, всю свою энергию направивших на бегство.
В третьих, бессмысленно было терять свои войска для уничтожения французских армий, уничтожавшихся без внешних причин в такой прогрессии, что без всякого загораживания пути они не могли перевести через границу больше того, что они перевели в декабре месяце, то есть одну сотую всего войска.
В четвертых, бессмысленно было желание взять в плен императора, королей, герцогов – людей, плен которых в высшей степени затруднил бы действия русских, как то признавали самые искусные дипломаты того времени (J. Maistre и другие). Еще бессмысленнее было желание взять корпуса французов, когда свои войска растаяли наполовину до Красного, а к корпусам пленных надо было отделять дивизии конвоя, и когда свои солдаты не всегда получали полный провиант и забранные уже пленные мерли с голода.
Весь глубокомысленный план о том, чтобы отрезать и поймать Наполеона с армией, был подобен тому плану огородника, который, выгоняя из огорода потоптавшую его гряды скотину, забежал бы к воротам и стал бы по голове бить эту скотину. Одно, что можно бы было сказать в оправдание огородника, было бы то, что он очень рассердился. Но это нельзя было даже сказать про составителей проекта, потому что не они пострадали от потоптанных гряд.
Но, кроме того, что отрезывание Наполеона с армией было бессмысленно, оно было невозможно.
Невозможно это было, во первых, потому что, так как из опыта видно, что движение колонн на пяти верстах в одном сражении никогда не совпадает с планами, то вероятность того, чтобы Чичагов, Кутузов и Витгенштейн сошлись вовремя в назначенное место, была столь ничтожна, что она равнялась невозможности, как то и думал Кутузов, еще при получении плана сказавший, что диверсии на большие расстояния не приносят желаемых результатов.
Во вторых, невозможно было потому, что, для того чтобы парализировать ту силу инерции, с которой двигалось назад войско Наполеона, надо было без сравнения большие войска, чем те, которые имели русские.
В третьих, невозможно это было потому, что военное слово отрезать не имеет никакого смысла. Отрезать можно кусок хлеба, но не армию. Отрезать армию – перегородить ей дорогу – никак нельзя, ибо места кругом всегда много, где можно обойти, и есть ночь, во время которой ничего не видно, в чем могли бы убедиться военные ученые хоть из примеров Красного и Березины. Взять же в плен никак нельзя без того, чтобы тот, кого берут в плен, на это не согласился, как нельзя поймать ласточку, хотя и можно взять ее, когда она сядет на руку. Взять в плен можно того, кто сдается, как немцы, по правилам стратегии и тактики. Но французские войска совершенно справедливо не находили этого удобным, так как одинаковая голодная и холодная смерть ожидала их на бегстве и в плену.
В четвертых же, и главное, это было невозможно потому, что никогда, с тех пор как существует мир, не было войны при тех страшных условиях, при которых она происходила в 1812 году, и русские войска в преследовании французов напрягли все свои силы и не могли сделать большего, не уничтожившись сами.
В движении русской армии от Тарутина до Красного выбыло пятьдесят тысяч больными и отсталыми, то есть число, равное населению большого губернского города. Половина людей выбыла из армии без сражений.
И об этом то периоде кампании, когда войска без сапог и шуб, с неполным провиантом, без водки, по месяцам ночуют в снегу и при пятнадцати градусах мороза; когда дня только семь и восемь часов, а остальное ночь, во время которой не может быть влияния дисциплины; когда, не так как в сраженье, на несколько часов только люди вводятся в область смерти, где уже нет дисциплины, а когда люди по месяцам живут, всякую минуту борясь с смертью от голода и холода; когда в месяц погибает половина армии, – об этом то периоде кампании нам рассказывают историки, как Милорадович должен был сделать фланговый марш туда то, а Тормасов туда то и как Чичагов должен был передвинуться туда то (передвинуться выше колена в снегу), и как тот опрокинул и отрезал, и т. д., и т. д.
Русские, умиравшие наполовину, сделали все, что можно сделать и должно было сделать для достижения достойной народа цели, и не виноваты в том, что другие русские люди, сидевшие в теплых комнатах, предполагали сделать то, что было невозможно.
Все это странное, непонятное теперь противоречие факта с описанием истории происходит только оттого, что историки, писавшие об этом событии, писали историю прекрасных чувств и слов разных генералов, а не историю событий.