HP Saturnus
| |
| Designer | Hewlett-Packard |
|---|---|
| Bits | Hybrid 64-bitars GPR, 20-bitars adressbuss, 4-bitars dataväg, 4-bitars minsta ordstorlek |
| Introducerad | 1984 |
| Version | "Nivå 2" |
| Design | CISC |
| Typ | Kombination av en lastbutiksarkitektur med några undantag som faller inom register - minnesarkitekturfamiljen |
| Kodning | Variabel |
| Förgrening | Bärbit, "sticky" bit och andra flaggregister |
| Endianness | Lilla Endian |
| Sidstorlek | Ingen MMU eller personsökning tillgänglig |
| Tillägg | Endast tillägg för emulerade ARM -baserade "virtuella" processorer |
| Öppen | Proprietär |
| Företrädare | Nöt |
| Registrerar | |
| nio 64-bitars GPR- och "scratch"-register, två 20-bitars "datapekare"-register och andra diverse register | |
| Generell mening | Fyra 64-bitars GPR |
| Flytpunkt | Inga FPU-register |
| Vektor | Inga vektorregister |
Saturn- familjen av 4-bitars ( datapath ) mikroprocessorer utvecklades av Hewlett-Packard på 1980-talet först för HP-71B handdator och sedan för olika HP-kalkylatorer (som börjar med HP-18C ). Det efterträdde Nut -familjen av processorer som användes i tidigare räknare. Det ursprungliga Saturn- chippet användes först i den HP-71B handhållna BASIC -programmerbara datorn, som introducerades 1984. Senare modeller av familjen drev den populära HP 48-serien av miniräknare. HP48SX och HP48S var de sista modellerna som använde äkta Saturn-processorer tillverkade av HP. Senare kalkylatormodeller använde Saturn-processorer tillverkade av NEC. HP 49-serien använde initialt även Saturn CPU, tills NEC -fabriken inte längre kunde tillverka processorn av tekniska skäl 2003. Därför bytte räknarna från och med HP 49g+ -modellen 2003 till en Samsung S3C2410 - processor med en ARM920T kärna (en del av ARMv4T-arkitekturen) som körde en emulator av Saturns hårdvara i mjukvara. År 2000 HP 39G och HP 40G de sista miniräknare som introducerades baserat på den faktiska NEC-tillverkade Saturn-hårdvaran. De sista räknarna baserade på Saturn-emulatorn var HP 39gs , HP 40gs och HP 50g 2006, såväl som 2007 års revision av hp 48gII . HP 50g, den sista kalkylatorn som använder denna emulator, avbröts 2015 när Samsung slutade producera ARM-processorn som den var baserad på.
Arkitektur
Saturn-hårdvaran är en nibble seriell design i motsats till dess Nut- föregångare, som var bit-seriell . Internt har Saturn-processorn fyra 4-bitars databussar som möjliggör nästan 1-cykel per napp med en eller två bussar som fungerar som en källa och en eller två som fungerar som destination. Det minsta adresserbara ordet är en 4-bitars nibble som kan innehålla en binärkodad decimalsiffra (BCD). Vilken dataenhet som helst i registren som är större än en nibble, där änden av nämnda dataenhet faller på en nibble-gräns och starten av nämnda dataenhet börjar vid nibble noll (och även i vissa fall där nämnda dataenhets startposition faller på en nibble-gräns med vissa registerfält t.ex. "M" eller "X"), och som kan vara upp till 64-bitar, kan manövreras som en helhet, men Saturn CPU utför operationen seriellt internt på en nibble-by -naggsbas.
Saturn-arkitekturen har en 64-bitars dataordsbredd och 20-bitars adressbredd, med minne adresserat till 4-bitars ( nibble ) granularitet. Saturn ALU-instruktioner stöder variabel databredd, som arbetar på en till 16 bitar av ett ord. Huvudregistren ( GPR ), tillsammans med de temporära registren, är helt 64-bitar breda, men adressregistren är bara 20-bitar breda. De ursprungliga Saturn CPU-chipsen gav en fyra-bitars extern databuss, men senare Saturn-baserade SoCs inkluderade i chipbusskonvertering till en 8-bitars extern databuss och 19-bitars extern adressbuss.
Saturn-arkitekturen har fyra 64-bitars GPR (General Purpose Register), benämnda A, B, C och D. Dessutom finns det även fem 64-bitars "scratch"-register som heter R0, R1, R2, R3 och R4. Dessa kan bara lagra data. Om det krävs en ALU-operation för data i ett skrapregister måste registret i fråga först överföras till en GPR. Andra register inkluderar ett 1-nibble "pekare"-register som heter P, som vanligtvis används för att välja en nibble i en GPR eller ett urval av nibbles (eller för att justera omedelbar data om en specifik nibble i en GPR, med wrap-around). För minnesåtkomst finns det två 20-bitars datapekarregister benämnda D0 och D1. Saturn-arkitekturen har också ett PC- eller programräknareregister som kan samverka med GPR:erna. Det finns också en 8-nivå, cirkulär, LIFO 20-bitars returstack med namnet RSTK som används när en subrutinanropsinstruktion utfärdas. Dessutom är Saturn CPU utrustad med ett 16-bitars programvarustatusregister som heter ST och ett 1-bitars hårdvarustatusregister med namnet HS, som särskilt innehåller SB- eller "sticky bit"-flaggan som indikerar om en binär 1:a var rätt förskjuten från en GPR. Dessutom har Saturn-arkitekturen ett 12-bitars OUT-register och ett 16-bitars IN-register, som i Yorke och Clarke SoCs, används för att fånga indata från tangentbordet och även styra ljudsignalen. Det finns också ett 1-bitars bärflaggaregister.
Utöver ovanstående har Saturn CPU ett enkelt, oprioriterat avbrottssystem. När ett avbrott inträffar avslutar CPU:n att exekvera den aktuella instruktionen, sparar programräknaren till hårdvarans returstack (RSTK) och hoppar till adressen 0x0000Fh hex, där föregående värde är i nibbles. CPU:n interagerar också med tangentbordets skanningslogik direkt.
Följande diagram visar registren (där varje vit kvadrat är 4-bitar / en nibble förutom Carry-flaggan, som är 1 bit):
Saturn 64-bitars GPR-registerformat och fält:
| Bits | 63-60 | 59-56 | 55-52 | 51-48 | 47-44 | 43-40 | 39-36 | 35-32 | 31-28 | 27-24 | 23-20 | 19-16 | 15-12 | 11-8 | 7-4 | 3-0 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Knapra | F | E | D | C | B | A | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |
| Fält | XS | B | |||||||||||||||
| A | |||||||||||||||||
| S | M | X | |||||||||||||||
| W | |||||||||||||||||
| P=0 | P | ||||||||||||||||
| P=7 | WP | ||||||||||||||||
Data i registren för allmänna ändamål kan nås via fält som faller på nibble-gränser, medan skrapregistren endast tillåter last- och lagringsoperationer. Fälten, som visas i diagrammet ovan, är W (hela 64-bitars GPR), A (de första 5 nibbles av en GPR), S (mest signifikanta nibbles av en GPR), XS (nibble 2 av en GPR), M (nipplar 3-14 av en GPR), X (första 3 nibbles av en GPR) och B (första byten i en GPR). Dessutom finns P-fältet som väljer en nibble från en GPR baserat på P-registrets 4-bitars värde. Det finns också WP-fältet som väljer nibbles 0 till och med nibblet som valts i P-registret. De 64 bitarna (16 nibbles) kan innehålla BCD-formaterade kodade flyttalsnummer som består av ett tecken nibble (som är "9" om talet är negativt), 12 mantissiffror och en 3-siffrig 10-tals komplementexponent lagrad i BCD -format ( ±499). Den interna representationen av BCD-flyttalsvärden är en 15-siffrig mantissa med en teckennibble i ett register kombinerat med en 20-bitars exponent, i 10:s komplementformat, i ett annat register. Användningen av BCD istället för rak binär representation är fördelaktigt för miniräknare eftersom det undviker avrundningsproblem som uppstår vid binär/decimalomvandlingen .
Saturn CPU:s adresser är också nibble-baserade. De tre pekarregistren (inklusive programräknaren ) och adressregistren är 20 bitar breda. På grund av detta kan Saturn-arkitekturen adressera 1 M nibbles eller, motsvarande, 512 K byte. Utöver den storleken (t.ex. i 48GX) används bankväxling .
I både HP 48S/SX och 48G/GX-serien, och även sådana räknare som HP-28S, HP-42S, HP-32SII och HP-20S, är Saturn CPU-kärnan integrerad som en del av en mer komplex integrerad krets (IC) SoC -paket, förutom den ursprungliga HP-71B handdatorn och HP-28C som använde ett separat chip för Saturn-processorn. Dessa paket har kodnamn inspirerade av medlemmarna i Lewis och Clark Expeditionen . Kodnamnet för IC är Clarke i S/SX, efter William Clark , och Yorke i G/GX, efter Clarks manservant . Andra Saturn-baserade IC, som de som används i HP-28S, HP-42S, HP-32SII och HP-20S hade andra kodnamn. Specifikt fick HP-42S och HP-28S SoC kodnamnet Lewis , efter Meriwether Lewis . Andra HP-kalkylatorer som HP-32SII och HP-20S hade SoCs med kodnamnet Sacajawea efter Sacagawea respektive Bert , även om ursprunget till Bert -kodnamnet kan vara okänt.
Exempelkod
Följande är en heltalsimplementering av en BCD-decimal kvadratrotsalgoritm i Saturn Jazz / HP Tools assembly-syntax:
** I det följande antas AW innehålla argumentet (< 1E14). ** Resultatet (IP(SQRT(AW))) är i CW: SETDEC ASL W C=AW A=A+AWA=A+AW A=A+CW ASR W C=0 W P= 13 LC(1) 5 - CSR WP C=C-1 P -- C=C+1 PA=AC W GONC -- A=A+CW CSR WP=P-1 P=P-1 GONC - SETHEX A=CW
Chipset och applikationer
Den ursprungliga Saturn-processorn gav sitt namn till hela instruktionsuppsättningsarkitekturen . Senare chips hade sina egna kodnamn:
| ISA-nivå | Processorns kodnamn | Används i kalkylatormodeller | Egenskaper |
|---|---|---|---|
| 0 | Saturnus (1LF2) | HP-44A , HP-71B (1984) | |
| 1 | Saturnus (1LK7) | HP-18C (1986), HP-28C (1987), HP-71B | 640 kHz, fler instruktioner |
| 2 | Bert (1LU7) | HP-10B (1988), HP-20S (1988), HP-21S | 640 kHz, 10 KB ROM, 256 byte RAM, LCD-drivrutin |
| 2 | Sacajawea (1LR3) | HP-14B, HP-22S , HP-32S (1988), HP-32S+ , HP-32SII (1991) | 640 kHz, 16 KB ROM, 512 byte RAM, LCD-drivrutin |
| 2 | Lewis (1LR2) | HP-17B (1988), HP 17BII (1990), HP-19B (1988), HP 19BII (1990), HP-27S (1988), HP-28S (1988), HP-42S (1988) | 1 MHz, 64 KB ROM, LCD-drivrutin, minneskontroll, IR- kontroll, 3V CMOS |
| 2 | Clarke (1LT8) | HP 48SX (1990), HP 48S (1991) | 2 MHz, LCD-kontroller, minneskontroller, UART och IR-kontroll, fler instruktioner |
| 2 | Yorke 00048-80063 | HP 38G (1995), HP 38G+ (1998), HP 39G (2000), HP 40G (2000), HP 48GX (1993) , HP 48G (1993), HP 48G+ (1998), HP 49G (1999) | 3,68–4 MHz, LCD-kontroller, minneskontroller, UART- och IR-kontroll, tillverkad av NEC , fler instruktioner, ibland även känd som Saturn 5 -plattformen |
| ? | New York | HP 48GX prototyp | 8 MHz, LCD-kontroll, minneskontroll, UART och IR-kontroll. Detta gjordes endast som en intern HP-prototyp och släpptes aldrig i naturen. |
| 2 | Apple -serien ( Big Apple , Mid Apple , Little Apple ) | hk 39g+ (2003), HP 39gs (2006), HP 40gs (2006), hp 49g+ (2003), hp 48gII (2003/2007), HP 50g (2006) | Virtuell version av Yorke CPU emulerad av medlemmar av 48/75 MHz Samsung S3C2410 -processorfamiljen med ARM920T- kärna (av ARMv4T-arkitekturen) aka Saturn+ med ytterligare virtuella instruktioner |
CPU-kodnamnen är inspirerade av medlemmar i Lewis och Clark-expeditionen 1804–1806, USA:s första landvägsexpedition till Stillahavskusten och tillbaka. De virtuella CPU/emulatorkodnamnen var inspirerade av prototypen "New-Yorke" Saturn-baserade 8 MHz SoC som aldrig kom till produktion. Enligt en av ACO-medlemmarna (Australian Calculator Operation) härleddes "Big Apple" från kodnamnet "New-Yorke" för prototypen 8 MHz Saturn-baserade SoC, och som för den ursprungliga författaren verkade antyda en referens till "New York" staden, därav namnen "Big apple", "Mid Apple" och "Little Apple".
Anteckningar
Vidare läsning
- Mastracci, Matthew (1998) [1995]. "Guide till Saturn-processorn (med HP48-applikationer)" . 1.0b. Arkiverad från originalet 2016-08-06 . Hämtad 2006-05-03 .
- Courbis, Paul ; Lalande, Sébastien (2006-06-27) [1989]. Voyage au centre de la HP28c/s (på franska) (2 uppl.). Paris, Frankrike: Editions de la Règle à Calcul. OCLC 636072913 . Arkiverad från originalet 2016-08-06 . Hämtad 2015-09-06 . [2] [3] [4] [5] [6] [7]
- Courbis, Paul ; Lalande, Sébastien (2006-06-25) [1993]. HP48 Machine Language - En resa till mitten av HP 48s/sx . Översatt av Cannon, Douglas R. (2:a uppl.). Corvallis, Oregon, USA: Grapevine Publications, Inc. OCLC 34148948 . Arkiverad från originalet 2018-11-14 . Hämtad 2015-09-06 . [8] [9] [10] [11] [12] [13]
- Courbis, Paul ; Lalande, Sébastien (2006-06-25) [1991]. Voyage au center de la HP48 s/sx . 3.02 (på franska) (3:e upplagan). Paris, Frankrike: Editions Angkor. ISBN 2-87892-003-1 . OCLC 29640044 . Arkiverad från originalet 2018-11-13 . Hämtad 2015-09-06 . [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20]
- Courbis, Paul (2006-06-25) [1993]. Voyage au center de la HP48 g/gx . 3.05 (på franska) (3:e upplagan). Paris, Frankrike: Editions Angkor. ISBN 2-87892-006-6 . OCLC 29640044 . Arkiverad från originalet 2016-08-06 . Hämtad 2015-09-06 . [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32]
- Courbis, Paul ; de Brébisson, Cyrille (mars 1994). Le compagnon de Voyage de la HP48 G/GX (på franska). Paris, Frankrike: Editions Angkor. ISBN 2-87892-007-4 . Arkiverad från originalet 2016-08-06 . Hämtad 2015-09-06 . [33]
- Fernandes, Gilbert (2005-07-16) [1999-01-29]. Rechlin, Eric (red.). Introduktion till Saturn Assembly Language . hpcalc.org (3:e upplagan). ID 1693. Arkiverad från originalet 2016-08-06 . Hämtad 2009-02-17 . [34]