HP Nanoprocessorの内郚折りたたむこずができない高速プロセッサ



ナノプロセッサを組み合わせたフォトマスク。デヌタバスの巊偎にあるGLBは、開発者のGeorgeLathamずLarryBauerのむニシャルです。



HP Nanoprocessorは、1974幎にHewlett-Packardによっお開発されたほずんど忘れられおいるプロセッサです詳现に぀いおは、忘れられたものHP Nanoprocessor、HP9825.comおよびHP 9845プロゞェクトを参照。さたざたな䌁業補品のマむクロプロセッサです。このプロセッサが加算たたは枛算すらできなかったのは䞍思議です。おそらくそれが、プロセッサではなく「ナノプロセッサ」ず呌ぶこずにした理由です。これらの制限にもかかわらず、Nanoprocessorは、むンタヌフェむスパネルや電圧蚈から、スペクトルアナラむザヌやデヌタ取埗端末たで、Hewlett-Packardのさたざたなデバむスを制埡しおいたした。



ナノプロセッサは、ヒュヌレットパッカヌドの次の補品で特に䜿甚されおいるず刀断したしたHP 9845Bスペクトラムアナラむザヌ、HP 3585A、HP 3325Aシンセサむザヌ/機胜ゞェネレヌタヌ、HP 9885フロッピヌドラむブ、HP 3070Bデヌタ取埗タヌミナル、HP 98034 HPIB HP 9825蚈算機のむンタヌフェヌス、HP9825コンピュヌタヌのリアルタむムクロックHP98035、フィルムドラむブHP 7970Eのむンタヌフェヌス、ルヌタヌHP 4262A、スペクトルアナラむザヌHP 3852、電圧蚈HP 3455A..。 Paul-Henning Campは、ナノプロセッサがHP3336シンセサむザ/ファンクションゞェネレヌタず



HP9411スむッチコントロヌラで䜿甚されおいるこずも教えおくれたした。ナノプロセッサの䞻な機胜は、䜎コストず高速でした。珟圚のMotorola 6800ず比范するず、ナノプロセッサのコストは360ドルではなく15ドルです。 、および管理タスクを1桁速く凊理したした。



興味深いこずに、開発におけるNanoprocessorの競合盞手は、Intelのプロセッサではなく、Motorola6800でした。ナノプロセッサが誇るこずができる䞻なものは速床でした。6800が1MHzで動䜜したこずを考えるず、4MHzで動䜜したした。䞡方のプロセッサは基本的な呜什を実行するのに2クロックサむクルかかりたしたが、6800はより耇雑な呜什を実行するのに最倧7クロックサむクルかかりたした。



Nanoprocessorの開発者は、速床の比范をたずめ、Nanoprocessorが6800の6倍の速床で読み取り、16倍以䞊の速床で割り蟌みを凊理できるこずを提案したした。ただし、その埌、ナノプロセッサは5 MHzで動䜜するず想定され、実際のチップは4MHzでこのバヌをわずかに䞋回りたした。 Nanoprocessorの暫定䟡栌はMotorola6800の360ドルに察しお15ドルず呌ばれおいたした。Nanoprocessor



はプログラムで倖郚ROMを䜿甚するため、マむクロプロセッサず呌ぶこずができるこずに同意したせんが、マむクロプロセッサは通垞、ROMを含むすべおを1぀のチップに搭茉しおいたすこの偎面では Intel 4004のように芋えたす。ただし、ほずんどすべおの点で、ナノプロセッサはマむクロプロセッサに䌌おいたす。組み蟌み甚に蚭蚈されおおり、ハヌバヌドアヌキテクチャです。呜什セットはI / O甚に最適化されおおり、最小限のデヌタストレヌゞでROMからプログラムを実行したす。



远加できなかったコンピュヌタヌに぀いおは、1959幎の衚のサむズのIBM 1620コンピュヌタヌには远加操䜜がありたせんでしたが、結果の衚を䜿甚したした。圌のコヌド名はCADETで、人々は冗談めかしお「远加できない、詊しおいない」[远加できず、詊しおもいない]ず解読したした。



最近、チップデザむナヌのLarry Bauerが、Nanoprocessorの補造に䜿甚される6぀のフォトマスクずその蚭蚈の詳现を投皿したした。フォトマスクはCPUシャックでクリヌニングおよびスキャンされ、Antoine Berkovichiによっおクリヌニングされたした122MBのPSDファむルはリンクからダりンロヌドできたす。以䞋のフォトマスクの合成画像は、ICの内郚回路を瀺しおいたす。青い局はチップの䞀番䞊の金属局で、緑の局は䞀番䞋のシリコン局です。呚囲の黒い四角-ICの倖郚接点ず通信するための40のサむト。私はこれらのフォトマスクを䜿甚しおプロセッサをリバヌス゚ンゞニアリングし、そのシンプルでありながら巧劙なRISCのような回路を理解したした。



ナノプロセッサは、そのような抂念の数幎前に登堎したしたが、倚くの点で瞮小呜什セットコンピュヌタRISCプロセッサに䌌おいたす。特に、Nanoprocessorは単玔な呜什システムで蚭蚈されおおり、すべおの呜什は1クロックサむクルサンプリングクロック埌で実行され、レゞスタセットは倧きく盎亀しおおり、アドレス指定は単玔です。 RISCのこれらの固有の特性により、より耇雑なプロセッサず比范しお、より高いクロック速床が埗られたした。



ナノプロセッサは、叀兞的なIntel8080およびMotorola6800プロセッサが発衚されたのず同時に、1974幎に開発されたした。しかし、ナノプロセッサのシリコン補造プロセスは数幎遅れおおり、シリコンの代わりにメタルゲヌトトランゞスタを䜿甚しおいたした。1960幎代埌半に開発されたした。違いは玛らわしいようですが、シリコンゲヌトはいく぀かの点で優れおいたした。たず、それらはより小さく、より速く、より信頌性がありたす。第二に、圌らは金属以倖に導䜓を備えたポリペプチド局を持っおいたした。その結果、チップレむアりトはほが2倍の密床になりたした。第䞉に、メタルゲヌトトランゞスタには远加の+ 12V電源が必芁でした。Intel4004プロセッサは1971幎にシリコンゲヌトを䜿甚しおいたので、HPが1974幎にただメタルを䜿甚しおいたこずに驚いおいたす。



これらの制限を考えるず、私はナノプロセッサの配線密床に感銘を受けたした-金属の1぀の局、ポリペプチドなし。私は他の金属ゲヌトチップを探したしたが、それらの配線はひどく非効率的です-トランゞスタよりも導䜓が倚いです。同時に、ナノプロセッサチェヌンは効率的に配眮され、䜙分なスペヌスを無駄にしたせん。



ナノプロセッサテクノロゞヌは、Intel8080およびMotorola6800を1぀䞊回りたした。それは、8080および6800で䜿甚されおいた゚ンハンスメントモヌドトランゞスタよりも高床な空乏モヌドプルアップトランゞスタを䜿甚したこずです。最初のテクノロゞヌは、より高速で消費量が少ないロゞックゲヌトを提䟛したすが、远加の補造ステップが必芁です。 Nanoprocessorでは、このステップでフォトマスク3灰色が䜿甚されたした。 MOS Technology6502やZilogZ80などのプロセッサは、独自のチャネルを備えたプルアップトランゞスタにより、3぀ではなく1぀の電圧で動䜜するこずができたした。残念ながら、ナノプロセッサは、金属ゲヌトトランゞスタのために䟝然ずしお異なる電圧を必芁ずしたした。



ナノプロセッサの非垞に奇劙な特性は、基板の亀流バむアス電圧です。速床䞊の理由から、1970幎代の倚くのマむクロプロセッサはシリコンりェヌハに負の電圧を印加し、バむアス接点を介しお-5Vを印加したした。ナノプロセッサにはバむアスピンがありたすが、バむアス電圧がチップごずに-2Vから-5Vたで倉化するのは奇劙です。補造䞭に、必芁な電圧がチップに手動で曞き蟌たれたした以䞋を参照。正しい電圧を埗るには、各ナノプロセッサにマッチング抵抗を取り付ける必芁がありたした。ボヌド䞊でナノプロセッサを倉曎した堎合は、抵抗も倉曎する必芁がありたした。可倉バむアスは補造䞊の欠陥のように芋えたす-Intelがプロセッサでこれを行っおいるずは想像できたせん。



初期のDRAMチップずマむクロプロセッサは、倚くの堎合、+ 5 VVcc、+ 12 VVdd、および-5 VVbbのオフセット電圧の3぀の電源電圧を必芁ずしたした。 1970幎代埌半、補造技術の進歩により、単䞀の電圧を䜿甚できるようになりたした。 1974幎のIntel8080マむクロプロセッサは、3぀の電圧を必芁ずする誘導チャネルトランゞスタを䜿甚しおいたしたが、80851976の改良版は、独自のチャネルを備えたトランゞスタを䜿甚し、単䞀の+ 5V電圧で電力を䟛絊しおいたした。1970幎代埌半以降、倚くのマむクロプロセッサがチャヌゞポンプゞェネレヌタを䜿甚しおきたした。負のバむアス電圧を生成するためにチップ䞊に配眮されおいたす。





HPナノプロセッサヌ郚品番号1820-1691。手曞きの電圧に泚意しおください-2.5V。郚品番号1の最埌の桁も手曞きであり、チップの速床を衚したす。



その時代のほずんどのプロセッサず同様に、ナノプロセッサは8ビットでした。ただし、ランダムアクセスメモリを䜿甚せず、2KBの倖郚ROMからコヌドを実行したした。 16個の8ビットレゞスタがありたした。ほずんどのプロセッサよりも倚く、倚くのアプリケヌションでメモリ䞍足を補うのに十分です。トランゞスタの数に関しおは、NanoprocessorはIntel 80081972よりも耇雑で、68001974たたは65021975よりもわずかに簡単です。



私の蚈算によるず、ナノプロセッサには4639個のトランゞスタがありたす。呜什デコヌダは、堎所の考慮事項に基づいお、小さなトランゞスタのペアで構成されおいたす。これらのペアの組み合わせにより、3829個の固有のトランゞスタが生成されたす。これらのうち、1061はプルアップで、2668がアクティブです。比范のために、6502には4237個のトランゞスタがあり、そのうち3218個がアクティブでした。8008には3500個のトランゞスタがあり、Motorola6800には4100個のトランゞスタがありたした。



しかし、そのアヌキテクチャは、これらのプロセッサずは異なる目的でトランゞスタを䜿甚しおいたす。ナノプロセッサにはALUがありたせんが、代わりにダむ領域の倧郚分を占める倚数のレゞスタセットがありたす。 Nanoprocessorには48チヌムがあり、72チヌムの6800よりも倧幅に少なくなっおいたす。ただし、Nanoprocessorには、前述のプロセッサにはなかった䟿利なセット、リセット、およびビットチェック操䜜がありたす。 Nanoprocessorは、むンデックスによるレゞスタぞのアクセスをサポヌトしたすが、他のプロセッサのような耇雑なアドレス指定モヌドはありたせん。



初期のマむクロプロセッサには、ビットセット、リセット、およびチェック操䜜がありたせんでしたただし、ANDおよびORを介しお実装できたす。 Z801976はビット単䜍の操䜜を远加したしたが、それぞれ2バむトであり、Nanoprocessorよりもはるかに䜎速でした。



以䞋のブロック図は、Nanoprocessorの内郚構造を瀺しおいたす。䞻なI / O機胜は、4ビットの「I / O呜什デバむス遞択」で、15台のデバむスがI / Oコマンドを受信できるようにしたす。぀たり、遞択されたピンによっお、デヌタバスから読み取りたたは曞き蟌みを行っおいるI / Oデバむスが決たりたす。倖郚回路は、特定のアプリケヌションが必芁ずするすべおの目的でこれらの信号を䜿甚したす。デヌタをラッチに栌玍し、別のシステムに送信し、倀を読み取りたす。ダむレクトコントロヌルI / OピンGPIOピンを介しおさらに倚くのI / Oが提䟛され、入力ず出力に適しおいたす。これらのピンが倖郚回路に接続されおいない堎合、これらは䟿利なビットフラグずしお機胜したす。ナノプロセッサは倀を蚭定しお読み取るこずができたす。算術論理モゞュヌルがない堎合、制埡論理モゞュヌルは、加算噚に察しおむンクリメント、デクリメント、シフト操䜜、およびビット操䜜を実行したす。





Nanoprocessorナヌザヌマニュアルのブロック図



フォトマスクに基づいおナノプロセッサをリバヌス゚ンゞニアリングし、ダむ䞊の機胜ブロックの配眮をマッピングしたした。最倧の芁玠は、䞭倮の巊偎にある16個のレゞスタのセットです。右偎には、コンパレヌタず加算噚、およびそれらのむンクリメント、デクリメント、シフト、および補完回路がありたす。呜什デコヌダヌは、バッテリヌコンパレヌタヌの右䞊のスペヌスの倧郚分を占めたす。チップの䞋郚は、䞻に11ビットの呜什カりンタヌず、シングル゚ントリヌの割り蟌みスタックおよびサブルヌチンスタックによっお占められおいたす。制埡回路は、最も単玔なコマンド同期を実装したす。1぀の抜出サむクルの埌に1぀の実行サむクルが続きたす。ほずんどのマむクロプロセッサには、チップのかなりの郚分を占める制埡回路がありたすが、ナノプロセッサ制埡回路は小さなブロックです。



Nanoprocessorは、2バむトの呜什であっおも、1サむクルで呜什を実行するずいうモデルに準拠しおいたす。2番目のバむトは実行サむクル䞭に芁求されるため、コマンドの合蚈実行時間は倉わりたせん。





HPナノプロセッサヌ機胜コンポヌネント



フォトマスクを理解する



チップは、6぀のフォトマスクを䜿甚しお補造されたした。各フォトマスクは、フォトグラフィヌによっおプロセッサ局の1぀を生成するために䜿甚されたした。䞋の写真はフォトマスクを瀺しおいたす。それぞれが47.2x 39.8 cmのマむラヌシヌトです。これらは、4.72 x 3.98 mmのシリコンクリスタル6800クリスタルより33小さいを補造するために䜿甚される100倍の拡倧フォトマスクです。各3むンチのシリコンりェヌハには玄200個のICが含たれおおり、これらは同時に補造され、テストされ、切断され、パッケヌゞに入れられたした。







マスクの圹割を説明するために、ナノプロセッサで䜿甚されるメタルゲヌトMOS構造に぀いお説明するこずから始めたす。䞋の図では、シリコンの2぀のセクション緑色が䞍玔物の助けを借りお導電性になり、トランゞスタの゜ヌスずドレむンを圢成しおいたす。それらの間の金属ストリップはゲヌトを圢成し、絶瞁酞化物の薄局によっおシリコンから分離されたすしたがっお、構造の名前-金属、酞化物、半導䜓。トランゞスタは、ゲヌトによっお制埡されるスむッチず考えるこずができたす。たた、䞀郚の導䜓はシリコン局も通過したすが、金属局はICコンポヌネントを導䜓に接続するための䞻芁な方法を提䟛したす。





金属ゲヌトを備えたMOS構造の抂略図



フォトマスクは、コンポヌネントを芋぀けるため、IC補造プロセスの重芁な郚分です。次の図は、フォトマスクを䜿甚しおシリコンの䞀郚の領域に䞍玔物を远加する方法を瀺しおいたす。たず、シリコン基板䞊に絶瞁酞化物局を圢成し、次に感光性フォトフォトを添加したす。..。玫倖線1は、マスクが光の通過を遮断する堎所2を陀いお、あらゆる堎所でフォトフォトを重合および硬化させたす。次に、玫倖線にさらされおいない柔らかいフォトフォトが陀去されたす3。基板はフッ化氎玠酞にさらされ、フォトラむトで保護されおいない酞化物局が陀去されたす4。フォトマスクのパタヌンに察応する穎が酞化物に珟れたす。次に、基板は、シリコンの保護されおいない領域に浞透し、その導電特性を倉化させる高枩ガスにさらされたす5。このプロセスは、フォトマスク6の画像に察応する、䞍玔物を含むシリコンの小さな領域を生成したす。他のフォトマスクは他の補造ステップに䜿甚されたすが、フォトフォトを䜿甚しお同じプロセスを䜿甚したす。





フォトマスクを䜿甚しおシリコン領域に䞍玔物を远加する方法



ナノプロセッサの1぀のセクションを拡倧しお、6぀のフォトマスク入力に䟛絊されるバむナリ倀を倉曎するむンバヌタから1぀の回路がどのように圢成されるかを瀺したす。第のフォトマスクおよび䞊蚘のフォトリ゜グラフィヌプロセスを䜿甚しお、シリコン郚分を導電性にする。䞍玔物のある緑色のマヌクが付いた領域は、トランゞスタの゜ヌス/ドレむンたたはコンポヌネントの接合郚を圢成したす。





最初のフォトマスクは導電性シリコンのパッチを䜜成したす



次に、結晶は絶瞁酞化物局で芆われたす。 2番目のフォトマスク玫は、䞋にあるシリコンを露出させる酞化物の穎を゚ッチングするために䜿甚されたす。これらの穎を䜿甚しお、トランゞスタのゲヌトを䜜成したり、金属導䜓ずシリコンを接続したりできたす。





2番目のフォトマスクは酞化物局に穎を䜜成したす



.3番目のフォトマスク灰色は、シリコンの特性、したがっおトランゞスタの特性を倉化させるむオンの泚入領域を露出したす。これにより、䞊䜍のトランゞスタがチャネラむズドトランゞスタに倉わり、ロゞックゲヌトの出力が匕き䞊げられたす。





3番目のフォトマスク灰色は、䞊郚トランゞスタのシリコンに䞍玔物を生成したす



次に、シリコンを絶瞁酞化物の远加の薄局でコヌティングしお、トランゞスタのゲヌト酞化物を圢成したす。 4番目のフォトマスクオレンゞは、シリコンず金属局の間の接觊ずなる領域からこの酞化物を陀去したす。このステップの埌、結晶の倧郚分は厚い絶瞁酞化物で芆われたす。トランゞスタのゲヌト玫の䞊では、酞化物局が非垞に薄く、珟圚のフォトマスクオレンゞからの接点甚の穎がありたす。





4番目のフォトマスクは酞化物に穎を開けたす



5番目のフォトマスク青は、䞊から金属導䜓を䜜成するために䜿甚されたす。このため、最初に均䞀な金属局が適甚され、次に䞍芁な郚分が゚ッチングで陀去されたす。 4番目のマスクが酞化物に穎を開けたずころで、金属局はシリコンに接觊し、導電性の接觊を圢成したす。 3番目のマスクが酞化物の薄局を䜜成した堎合、金属局は2぀のシリコン片の間にトランゞスタのゲヌトを圢成したす。最埌に、基板党䜓が保護ガラス質局で芆われおいたす。 6番目のフォトマスクは、チップの゚ッゞの接点の䞊にあるこのレむダヌに穎を䜜成するために䜿甚されたす。基板党䜓を個々の結晶に切断した埌、これらの接点にワむダヌ溶接をはんだ付けしお、倖郚接点に接続したす。





5番目のフォトマスクはメタリックレむアりトを䜜成したす



次の図は、この回路が2぀のトランゞスタでむンバヌタを圢成する方法を瀺しおいたす。トランゞスタの2぀の蚘号は、フォトマスクを䜿甚しお取埗した2぀のトランゞスタに察応しおいたす。入力信号がない堎合、䞊郚のトランゞスタ+5 Vに接続が出力を匕き䞊げたす。入力信号がハむになるず、䞋偎のトランゞスタがオンになりたす。これにより、コンセントがアヌスに接続され、コンセントが匕き䞋げられたす。したがっお、回路は入力信号を反転したす。





䞊蚘のテンプレヌトに䞀臎するN-MOSむンバヌタ回路



䞊の図は単䞀のむンバヌタヌを瀺しおいたすが、これらの手順ではフォトマスクを䜿甚しお、4,639個のトランゞスタヌすべおを備えた完党なプロセッサヌを䜜成したす。䞋の図は、ダむの倧郚分を瀺しおおり、その䞊で数十のトランゞスタがより耇雑なゲヌトず回路を圢成しおいたす。フォトマスクの1぀に觊れおいるものに気づきたした。チップ番号の䞋にHPの文字が入った小さなハヌトです。



ナノプロセッサには2぀の異なる郚品番号がありたす。1820-1691は2.66MHzバヌゞョンを瀺し、1820-1692は4MHzバヌゞョンを瀺したす。最埌の桁は、ケヌスで怜蚌された埌、各チップに手動で曞き蟌たれたした。郚品番号は、ダむの9-4332Aチップ番号ずは関係ありたせん。





チップ図面



Nanoprocessorがクロックを制埡する方法



Nanoprocessorが実際にどのように䜿甚されおいるかを理解するために、HP 98035クロックモゞュヌルのコヌドをリバヌス゚ンゞニアリングしたした。このモゞュヌルは、HP 9825デスクトップコンピュヌタヌに接続され、リアルタむムクロックずしお機胜し、間隔を枬定しお、ミリ秒の粟床で定期的なむベントをトリガヌするこずもできたした。クロックモゞュヌル回路はかなり珍しいものでした。コンピュヌタヌの電源がオフの珟圚の時刻を維持するために、クロックモゞュヌルは予備のバッテリヌを備えたデゞタルクロックチップに基づいお構築されたした。クロックチップはコンピュヌタ制埡甚に蚭蚈されおいないため、䞍䟿が生じたした。LEDを制埡するために7セグメントの信号を生成し、3぀のボタンで構成されおいたした。時間を芋぀けるために、Nanoprocessorは7セグメントディスプレむからの出力を数倀に戻す必芁がありたした。ナノプロセッサの時間を蚭定するには、ボタンを抌す正しいシヌケンスを゚ミュレヌトする必芁がありたした。



HP 9825は、BASICず同様の蚀語をサポヌトする1​​6ビットのデスクトップコンピュヌタヌでした。 IBM PCの5幎前の1976幎に導入されたこのシステムは、圓時ずしおはかなり高床なシステムでした。背面には、リアルタむムクロックモゞュヌルなどのモゞュヌルを远加するための3぀のコネクタがありたした。





LEDディスプレむ、テヌプドラむブ、プリンタヌ



を備えたHP 9825゚ネルギヌを節玄するために、Texas Instrumentsのクロックチップは統合むンゞェクションロゞックI2Lに実装されおいたす。䜎電力チップは今日CMOSを䜿甚したすが、それは圓時はたれでした。 I2Lは、TTLず同様のバむポヌラトランゞスタ䞊に構築されおいたすが、高密床で䜎消費電力のさたざたな回路を䜿甚しおいたす。おそらくそれはDIPパッケヌゞのX-902チップでした。





HPクロックモゞュヌルの䞀郚ずしおのナノプロセッサホワむトチップ。その巊偎には2KBのROMがありたす。右偎には、2぀の256ビットx4メモリチップがありたす。 Texas Instrumentsのクロックチップは、緑色のNiCadバッテリヌの䞋にある倧きな黒いチップです。



コンピュヌタヌは、時刻を12:45:00に蚭定する必芁がある「S1207124500」のような文字のASCII文字列を送信するこずにより、クロックモゞュヌルを制埡したした。 12月7日たたはペヌロッパ衚蚘では7月12日。モゞュヌルのさたざたなむンタヌバルタむマヌ、アラヌム、およびカりンタヌは、「ナニット2期間12345」などのコマンドを介しお同様の方法で開始されたした。モゞュヌルは24個のコマンドをサポヌトし、Nanoprocessorはそれらを認識する必芁がありたした。



これは、クロックボヌドROMからリバヌス゚ンゞニアリングされたコヌドです。これは、タむマヌず日付を1秒ごずにむンクリメントする割り蟌みハンドラヌのコヌドです。このコヌドは、月を次の月にい぀倉曎するかがわかるように、月の日数を決定したす。列-バむト倀、コマンド、および私の説明。 このコヌドは月番号01-12 BCDを取り、それをアキュムレヌタに栌玍し、月の日数28、30、たたは31 BCDをレゞスタ0に返したす。飛躍幎を無芖しおいるにもかかわらず、16バむトのコヌドには悪くありたせん。圌はどのように働いおいたすか 77月以降の月に぀いおは1を枛算したす。次に、月が奇数の堎合は31日、偶数の堎合は-30日です。2月を凊理するために、コヌドは1か月のビットをクリアしたす。月が02月になるず、28日ずなりたす。



d0 STR-0 (7) 0.

07

0c SLE , <= 0.

03 DED 1

5f NOP

d0 STR-0 (0x31) 0

31

30 SBZ-0 , 0 0

81 JMP-1 0x1c9 ( )

c9

a1 CBN-1 1

d0 STR-0 (0x30) 0

30

0f SAN , 0

d0 STR-0 (0x28) 0

28








コヌドから、加算操䜜のないプロセッサが圹に立たないように芋えおも、ビット単䜍の操䜜ずNanoprocessorのむンクリメント/デクリメントにより、想像以䞊に倚くの蚈算が可胜であるこずがわかりたす。



コヌドの䞭で、2぀のBCD番号を远加しお1バむトを圢成する必芁がある堎所に出くわしたした。これは、ある数倀を枛らし、別の数倀を増やすサむクルによっお行われたした。最初の数倀がれロに達するず、2番目の数倀が合蚈になりたす。そのため、ALUがなくおも、ゆっくりではありたすが、远加を実行できたす。



たた、Nanoprocessorコヌドがコンパクトで効率的であるこずがわかりたす。 1バむトで倚くのこずを実行できたすが、他のプロセッサでは数バむトかかりたす。ナノプロセッサレゞスタの倧芏暡なセットを䜿甚するず、面倒なデヌタのやりずりを回避できたす。ナノプロセッサはマむクロプロセッサずいうよりはステヌトマシンであるず考える人もいたすが、これはナノプロセッサの機胜ず圹割を過小評䟡するこずになるでしょう。



NanoprocessorにはALUたたはランダムアクセスメモリコマンドはありたせんが、远加のI / Oデバむスずしお接続できたす。時蚈には、カりンタヌずタむマヌの倀を栌玍する256バむトのランダムアクセスメモリがあり、アクセスはI / Oポヌトを介しお敎理されおいたす。他の補品は、算術挔算をサポヌトするためにALUを远加したした。



クロックボヌドの図は、2぀の256x4RAMチップがどのようにナノプロセッサに接続されおいるかを瀺しおいたす。ナノプロセッサのI / Oポヌトはピンを遞択し、「3-8デコヌダ」U5に接続したす。U5は、I / Oポヌトごずに個別の信号を出力したす。それらのうちの3぀はRAMチップの制埡ピンに行き、1぀は曞き蟌たれたデヌタを保持するデヌタラッチU9およびU10のチップを制埡したす。







すべおのI / Oポヌトは、ナノプロセッサデヌタバス䞊郚を䜿甚しおデヌタを亀換するため、バスはRAMチップのアドレスピンずデヌタピンの䞡方に接続したす。読み取りの堎合、メモリアドレスは1぀のI / Oポヌトを介しおチップに曞き蟌たれ、デヌタはメモリから別のポヌトを介しお読み取られたす。どちらの堎合も、倀はデヌタバスを通過し、「3-8デコヌダヌ」からの信号は倀をどう凊理するかを瀺したす。曞き蟌みの堎合、最初のI / O操䜜でバむト倀がラッチに栌玍され、次に2番目のI / O操䜜でアドレスがメモリチップに送信されたす。これは䞍噚甚なゎヌルドバヌグマシンスタむルのアプロヌチのように聞こえるかもしれたせんが、実際にはうたく機胜し、2バむトの呜什で読み取り/曞き蟌みを実行できたす。



6502などの倚くのプロセッサは、メモリマップされたI / Oを䜿甚したす—デバむスはメモリアドレス空間にマップされ、読み取り/曞き蟌み操䜜を通じおアクセスされたす。ナノプロセッサは逆に動䜜し、メモリをI / Oポヌトに接続し、I / O操䜜を介しおアクセスしたす。



ALUを远加する堎合、同様のアプロヌチが䜿甚されたす--2぀のナノプロセッサを䜿甚するHP3455A電圧蚈のように。電圧蚈は、2぀の74LS181 ALUチップを䜿甚しお8ビットALUを実装し、これを䜿甚しお倀をスケヌリングし、゚ラヌの割合を蚈算したす。2぀の出口ポヌトは匕数を提䟛し、1぀は操䜜を定矩したす。8ビットの結果がポヌトから読み取られ、プロセッサがGPIOピンを介しお転送を読み取りたす算術サポヌト付きのプロセッサを䜿甚する方が簡単かどうか疑問に思いたす。



結果



ナノプロセッサヌは珍しいプロセッサヌです。䞀芋、基本的な算術挔算がないため、「停のプロセッサ」のようにさえ思えたした。このチップは、他のマむクロプロセッサに数幎間遅れをずっおいた叀いメタルゲヌトテクノロゞヌに基づいおいたす。最も奇劙なこずは、各チップが独自の電圧を必芁ずし、それがケヌスに手動で曞き蟌たれたこずです。これは、生産における安定した品質の難しさを瀺しおいたす。ただし、マむクロプロセッサずしおのNanoprocessorは、他の最新のプロセッサよりもはるかに高速に動䜜したした。 Hewlett-Packardは、1970幎代ず1980幎代に、予想以䞊に掗緎された圹割で、倚くの補品でNanoprocessorを䜿甚したした。



Nanoprocessorは長い間忘れられおおり、Wikipediaにも曞かれおいたせんが、その䜜成者によっお最近公開されたフォトマスクは、プロセッサの歎史のこの珍しいコヌナヌに光を圓おおいたす。



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