Texas Instruments TMS1000

En TMS1000 "dator på ett chip". Datumkoden på den här delen visar att den tillverkades 1979. Den är i en 28-stifts dual-in-line plastförpackning.

Texas Instruments TMS1100 mikrokontroller inuti Parker Brothers Merlin elektronikspel .

TMS1000 är en familj av mikrokontroller som introducerades av Texas Instruments 1974 .

Den kombinerade en 4-bitars centralprocessorenhet , läsminne (ROM), random access memory (RAM) och input/output (I/O)-linjer som en komplett "dator på ett chip". Den var avsedd för inbyggda system i bilar, apparater, spel och mätinstrument.

Det var den första kommersiella mikrokontrollern med stora volymer (Som beskrivs senare kan föregångaren TMS0100-serien inte betraktas som mikrokontroller). 1974 kunde chips i denna familj köpas i volym för cirka 2 $ styck. År 1979 såldes cirka 26 miljoner delar i denna familj varje år.

TMS 1000 användes i Texas Instruments egna Speak & Spell- pedagogiska leksak, det programmerbara leksaksfordonet Big Trak och i det elektroniska spelet Simon .

Historia

TMS 0100-serien

Smithsonian Institution säger att TI- ingenjörerna Gary Boone och Michael Cochran lyckades skapa den första mikrokontrollern (även kallad mikrodator) 1971. TMS1802NC var en mikrokontroller med ett chip som tillkännagavs den 17 september 1971 och implementerade en fyrfunktionsräknare. TMS1802NC var, trots sin beteckning, inte en del av TMS 1000-serien; den omdesignades senare till TMS0102 som en del av TMS 0100-serien, som användes i TI Datamath-kalkylatorn och Sinclair Executive- kalkylatorn.

TMS0100-serien kanske inte betraktas som mikrokontroller. Detta beror på att det inte kan användas för andra ändamål än räknare och inte kan köra användarskapade program.

TMS 1000-serien

Döden av en TMS1000C

Den senare TMS 1000-serien kom ut på marknaden 1974. TI betonade 4-bitars TMS 1000 för användning i förprogrammerade inbäddade applikationer.

En dator-på-ett-chip kombinerar linjerna för mikroprocessorkärnan (CPU), minne och I/O ( ingång/utgång) till ett chip . Dator-på-ett-chip-patentet, kallat "mikrodatorpatentet" vid den tiden, US-patentet 4 074 351 , tilldelades Gary Boone och Michael J. Cochran från TI. Bortsett från detta patent är standardbetydelsen av mikrodator en dator som använder en eller flera mikroprocessorer som sin CPU(er), medan konceptet som definieras i patentet är mer besläktat med en mikrokontroller.

Beskrivning

TMS1000-familjen inkluderade så småningom varianter i både den ursprungliga PMOS- logiken och även i NMOS och CMOS . Produktvariationer inkluderade olika storlekar på ROM och RAM, olika I/O-antal och ROM-lösa versioner avsedda för utveckling eller för användning med extern ROM. Den ursprungliga TMS1000 hade 1024 x 8 bitar ROM, 64 x 4 bitar RAM och 23 in-/utgångslinjer.

TMS1000-familjen använde maskprogrammerad ROM . När användaren hade ett felsökt program redo att sätta igång med produktion, skulle det skicka programmet till Texas Instruments som sedan skulle göra en speciell mask för att programmera ROM-minnet på chipet. ROM kunde inte ändras i fältet; innehållet fixerades av de mönster som fastställts på chippet av tillverkaren. Även om denna process hade en hög initial kostnad, var produktionskostnaden mycket låg, vilket gjorde den lämplig för högvolymprodukter (säg mer än några tusen artiklar som säljs per år).

Alla interna datavägar i processorn var 4 bitar breda. Program-ROM och data-RAM adresserades separat som i en Harvard-arkitektur ; detta blev en typisk egenskap hos mikrokontroller av många andra tillverkare.

ALU hade en bärflagga för att indikera spill och underlätta aritmetik med flera precisions . On-chip RAM adresserades av X- och Y-register, där Y hade 4 bitar och X hade antingen 2 eller 3 bitar beroende på storleken på RAM-minnet på delen. Programräknaren var 6 bitar bred, med "page"- och "chapter"-register för att adressera upp till 2 KB ROM-programminne.

Ingen stack tillhandahölls, men ett register tillhandahölls för att lagra programräknaren och bärflaggan för att tillåta en nivå av subrutin (vissa familjemedlemmar tillät 2 eller 3 nivåer). Ingen avbrottsmöjlighet tillhandahölls.

Vissa modeller hade så få som 4 I/O-linjer eftersom de inte hade något on-chip ROM och det begränsade antalet paketstift behövdes för att komma åt off-chip programminne. En version hade speciella utgångar för att driva en vakuumfluorescerande display och en programmerbar logikuppsättning användbar för att driva displayer med sju segment . Fyra ingångslinjer tillhandahölls för ändamål som att känna av tangentbordsingångar, och ett varierande antal utgångslinjer tillhandahölls för att styra externa enheter eller för att skanna raderna på ett tangentbord.

Texas Instruments TMS1000 DIP chip pinout

PMOS-versioner körde på -9 eller -15 volt och förbrukade runt 6 mA, utgående logiska nivåer var därför inte kompatibla med TTL-logik . NMOS- och CMOS-delarna körde på en TTL-liknande +5 volt och kunde samverka med 5 volts logik.

Instruktionsuppsättningar varierade något beroende på modell, med 43 instruktioner i grunduppsättningen och 54 tillgängliga i vissa familjemedlemmar; instruktionerna var 8 bitar långa. BCD aritmetiska instruktioner tillhandahölls, men inga instruktioner fanns tillgängliga för logiska OCH eller ELLER för register. Subrutiner var begränsade till en nivå i vissa delar (en subrutin kunde inte anropa en annan subrutin), med 2 eller 3 nivåer tillgängliga på andra.

Varje instruktion tog mellan 10 och 15 mikrosekunder att utföra på NMOS- och PMOS-delarna, men vissa CMOS-delar kunde köras så snabbt som 6 mikrosekunder. Den interna oscillatorn gav en effektiv klockhastighet på runt 0,3 megahertz.

TMS1000-delarna var förpackade i genomgående dubbla in-line-paket med 28 eller 40 stift, men vissa modeller för prototyper var i 64-stiftspaket. Alla versioner hade ett temperaturområde på 0 till 70 grader C.

gjordes inga speciella stödchips UART , etc. specifikt i TMS 1000-familjen.

^ Texas Instruments (2006). "Texas Instruments History 1970-tal" . Arkiverad från originalet den 18 januari 2006. 1974: Introducerar TMS1000 en-chips mikrodator.
^ Texas Instruments (2005). "TMS 1000 One-Chip mikrodatorer" . Arkiverad från originalet den 13 februari 2005. Detta är Texas Instruments ursprungliga tillkännagivande från 1974 om TMS1000-familjen.
^ Siewiorek, Daniel P.; Bell, C. Gordon; Newell, Allen, red. (1982). "Del 3: Datorklasser, avsnitt 1: Monolitiska mikrodatorer" . Datorstrukturer: principer och exempel . McGraw-Hill. sid. 583 . ISBN 0-07-057302-6 . Hämtad 8 november 2017 . TMS1000 introducerades 1974 och användes i SR-16-kalkylatorn.
^ ^a ^b Zurawski, Richard (2009). Embedded Systems Handbook: Embedded Systems Design and Verification (2:a upplagan). CRC Tryck. s. 12–13. ISBN 978-1439807637 .
^ Morton Jr., David L.; Gabriel, Joseph (2007). Electronics: The Life Story of a Technology . JHU Tryck. sid. 113. ISBN 978-0801887734 .
^ Austin, Michael (2016). "Kapitel 1". Musikvideospel: prestanda, politik och lek . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1501308505 .
^ Texas Instruments Calculator Chips (Circulator Technical Information)
^ "Ankomsten av "Kalkylatorn-på-en-chip" .
^ 1974: ALLMÄNNA MICROCONTROLLER FAMILJ ANNONSERAS (Computer History Museum)
^ Seitz, Frederick; Einspruch, Norman G. (1998). Electronic Genie: The Tangled History of Silicon . University of Illinois Press. sid. 229. ISBN 0252023838 . "Electronic Genie: The Tangled History of Silicon" , Frederick Seitz, Norman G.. Einspruch, University of Illinois
^ US-patent nr. 4 074 351 (TMS1802NC.)
^ Shirriff, Ken (30 augusti 2016). "Den överraskande historien om de första mikroprocessorerna" . IEEE spektrum . 53 (9): 48–54. doi : 10.1109/MSPEC.2016.7551353 . S2CID 32003640 .
^ Augarten, Stan (1983). Den mest använda datorn på ett chip: TMS 1000 . State of the Art: A Photographic History of the Integrated Circuit . New Haven och New York: Ticknor & Fields. ISBN 0-89919-195-9 . Arkiverad från originalet 2010-02-17 . Hämtad 2009-12-23 .
^ "STANDARDKalkylator på ett chip som annonseras av TEXAS INSTRUMENTS" ( Pressmeddelande). Texas instrument. 19 september 1971. Arkiverad från originalet 2006-02-18.
^ Money, SA (2014). Microprocessor Data Book (2:a upplagan). Akademisk press. s. 35–37. ISBN 978-1483268705 .

Vidare läsning

Ingenjörsstaben vid Texas Instruments Incorporated, Semiconductor Group (1975). TMS 1000-serien MOS/LSI mikrodatorer med ett chip ( PDF) .
— (1975). TMS 1000-serien MOS/LSI enchips mikrodatorer: Programmerarens referensmanual (PDF) .
— (december 1976). TMS 1000-seriens datamanual (PDF) .
Shirriff, Ken (november 2020). "Reverse engineering RAM-lagring i tidiga Texas Instruments kalkylatorchips" .
OpenCores (augusti 2021). "Verilog implementering av TMS1000 chip" .

[1] Texas Instruments (2006). "Texas Instruments History 1970-tal" . Arkiverad från originalet den 18 januari 2006. 1974: Introducerar TMS1000 en-chips mikrodator.

[2] Texas Instruments (2005). "TMS 1000 One-Chip mikrodatorer" . Arkiverad från originalet den 13 februari 2005. Detta är Texas Instruments ursprungliga tillkännagivande från 1974 om TMS1000-familjen.

[3] Siewiorek, Daniel P.; Bell, C. Gordon; Newell, Allen, red. (1982). "Del 3: Datorklasser, avsnitt 1: Monolitiska mikrodatorer" . Datorstrukturer: principer och exempel . McGraw-Hill. sid. 583 . ISBN 0-07-057302-6 . Hämtad 8 november 2017 . TMS1000 introducerades 1974 och användes i SR-16-kalkylatorn.

[RZ09-4] Zurawski, Richard (2009). Embedded Systems Handbook: Embedded Systems Design and Verification (2:a upplagan). CRC Tryck. s. 12–13. ISBN 978-1439807637 .

[5] Morton Jr., David L.; Gabriel, Joseph (2007). Electronics: The Life Story of a Technology . JHU Tryck. sid. 113. ISBN 978-0801887734 .

[6] Austin, Michael (2016). "Kapitel 1". Musikvideospel: prestanda, politik och lek . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1501308505 .

[ti_calc_chips-7] Texas Instruments Calculator Chips (Circulator Technical Information)

[8] "Ankomsten av "Kalkylatorn-på-en-chip" .

[9] 1974: ALLMÄNNA MICROCONTROLLER FAMILJ ANNONSERAS (Computer History Museum)

[10] Seitz, Frederick; Einspruch, Norman G. (1998). Electronic Genie: The Tangled History of Silicon . University of Illinois Press. sid. 229. ISBN 0252023838 . "Electronic Genie: The Tangled History of Silicon" , Frederick Seitz, Norman G.. Einspruch, University of Illinois

[11] US-patent nr. 4 074 351 (TMS1802NC.)

[12] Shirriff, Ken (30 augusti 2016). "Den överraskande historien om de första mikroprocessorerna" . IEEE spektrum . 53 (9): 48–54. doi : 10.1109/MSPEC.2016.7551353 . S2CID 32003640 .

[13] Augarten, Stan (1983). Den mest använda datorn på ett chip: TMS 1000 . State of the Art: A Photographic History of the Integrated Circuit . New Haven och New York: Ticknor & Fields. ISBN 0-89919-195-9 . Arkiverad från originalet 2010-02-17 . Hämtad 2009-12-23 .

[14] "STANDARDKalkylator på ett chip som annonseras av TEXAS INSTRUMENTS" ( Pressmeddelande). Texas instrument. 19 september 1971. Arkiverad från originalet 2006-02-18.

[15] Money, SA (2014). Microprocessor Data Book (2:a upplagan). Akademisk press. s. 35–37. ISBN 978-1483268705 .