Fairchild 9440

El Fairchild 9440 MICROFLAME , también conocido como F9440 y μFLAME , fue un microprocesador de 16 bits introducido por Fairchild Semiconductor en 1977. El 9440 implementó el conjunto de instrucciones de Data General Nova 2 en un DIP de 40 pines de un solo chip . El nombre "MICROFLAME" fue parte de un ejercicio de marca más amplio llamado "FIRE", que era un sistema de software de desarrollo.

En 1978 se anunció una versión actualizada, la 9445, pero no llegó al mercado hasta finales de 1981. Para entonces, los diseños de 16 bits estaban siendo superados por diseños e híbridos de 32 bits como el Motorola 68000 , y Fairchild comenzó a prestar atención a su propio diseño Fairchild Clipper de 32 bits . El núcleo subyacente del 9445 también se usó para implementar el 9450, que usó un nuevo microcódigo para implementar el conjunto de instrucciones MIL-STD-1750A .

El 9440 y el 9445 fueron objeto de constantes juicios por parte de Data General (DG) que arrastraron a ambas empresas. DG finalmente resolvió todos los litigios en curso en septiembre de 1986 pagando a Fairchild más de $ 52 millones. Fairchild fue comprado y vendido varias veces durante este período, terminando en National Semiconductor en 1987. National terminó la producción del 9445, dejando a varios usuarios en la estacada. Se introdujo una versión final, el IDC9445, para satisfacer esta necesidad.

Historia

Estrella nueva

El Data General NOVA se introdujo en 1969, implementado utilizando circuitos integrados individuales (IC) montados en una placa de circuito impreso de 15x15 pulgadas . Para reducir la complejidad del diseño y, por lo tanto, el tamaño y el costo de la placa, la unidad aritmética lógica (ALU) tenía solo 4 bits de ancho, implementada usando un solo IC 74181 . Esto significaba que se requerían cuatro ciclos de máquina para completar una instrucción de 16 bits, pero también permitía que el sistema fuera mucho menos costoso que las minicomputadoras de la competencia de Digital Equipment Corporation (DEC) o Hewlett-Packard.. La NOVA tuvo mucho éxito, impulsando a DG al segundo lugar detrás de DEC en el mercado de las minicomputadoras durante la década de 1970. ^[1]

En 1970, DG introdujo el SuperNOVA, que presentaba una ALU de 16 bits de ancho completo utilizando cuatro 74181 en forma de segmento de bits y , por lo tanto, corría aproximadamente cuatro veces más rápido que el NOVA original. Esto se vio reforzado por otros cambios, incluida la memoria central más rápida y la memoria semiconductora opcional , lo que convirtió al SuperNOVA en el mini más rápido durante algún tiempo. Esto también significaba que había dos diseños de unidades de procesamiento central diferentes que implementaban la misma arquitectura de conjunto de instrucciones subyacente (ISA). A medida que continuaba el desarrollo de ambos diseños, los dos se modificaron para que la versión más rápida pudiera instalarse en máquinas existentes que originalmente ejecutaban el hardware de menor velocidad. Esto llevó a las series NOVA 2, 3 y 4.

microNOVA

La mejora de los procesos de fabricación de semiconductores , especialmente durante la década de 1970, ejerció una presión cada vez mayor sobre los diseños de CPU de CI individuales como el NOVA. Inicialmente, solo las CPU de 4 bits y luego las de 8 bits podían fabricarse fácilmente en un solo chip, pero a mediados de la década de 1970, estaban apareciendo diseños de 16 bits. En 1973, National Semiconductor introdujo el IMP-16 , que implementó un sistema similar a NOVA en un conjunto de solo cinco circuitos integrados. Al año siguiente, su PACE redujo eso a un solo IC. Varios diseños similares aparecieron durante este período, incluido el Texas Instruments TMS 9900 , que implementó su miniordenador TI-990 , y el Intersil 6100, una versión de un solo chip del PDP-8 .

DG necesitaba responder a estos sistemas y comenzó a desarrollar el microNOVA mN601, un diseño de un solo chip que implementó el conjunto de instrucciones NOVA 3. ^[1] También agregó multiplicar y dividir de precisión simple de hardware, anteriormente un complemento opcional para los sistemas NOVA. Se anunció a principios de 1976 y se vendió a cualquiera que quisiera uno; se podían comprar como un solo chip, una tarjeta de CPU con chips de soporte o una máquina NOVA completa empaquetada. Los chips individuales se vendieron por $ 225, o $ 95 en lotes de 100. ^[2] Más tarde, sin embargo, DG detuvo las ventas directas del 601 a favor de la venta de sistemas completos. ^[1]

El mN601 se implementó utilizando tecnología NMOS y, por lo tanto, requirió cuatro voltajes de entrada separados de la fuente de alimentación. ^[1] También carecía de un reloj interno y requería que el sistema proporcionara una señal de reloj de dos fases para impulsarlo. Funcionó a velocidades bastante bajas, normalmente con un reloj de 240 ns (~ 4,2 MHz), completando las instrucciones en 2,4 a 10 µs. ^[3] Esto, junto con las limitaciones en el rendimiento del bus, significaba que el sistema funcionaba aproximadamente la mitad de rápido que un Nova original. ^[3]

A lo largo de la evolución de la línea Nova, los sistemas se habían construido principalmente utilizando circuitos integrados discretos de Fairchild Semiconductor , líder en diseño de circuitos integrados durante la década de 1960. Esta relación terminó con microNOVA, que se fabricó en una nueva fábrica propiedad de DG en Sunnyvale, California . ^[2]

9440

Por razones que no están registradas en el registro histórico, Fairchild decidió producir su propia implementación de un solo chip del diseño NOVA, sin la aprobación de Data General. Los tribunales ya habían decidido que el conjunto de instrucciones de una CPU no estaba sujeto a derechos de autor, y esto había sido probado varias veces por empresas que implementaron sistemas compatibles con mainframe de IBM utilizando diferentes implementaciones internas. DG tampoco había hecho nada sobre la introducción del IMP-16 y PACE, ambos similares a los diseños de DG. ^[4]

Fairchild tenía amplias razones para creer que una nueva implementación del Nova estaría legalmente bien. Para su sorpresa, DG presentó una demanda en 1977, no por infracción de diseño, sino alegando que Fairchild estaba incitando a los clientes de DG a romper sus acuerdos de licencia. Estos estipulaban que el software de DG solo podía ejecutarse en hardware de DG. Al año siguiente, Fairchild presentó una contrademanda, alegando que las licencias de DG infringían las leyes contra la competencia. ^[3]

El 9440 era mucho más caro que el mN601; el primero se vendió por $ 395 en lotes de 100, incluido el paquete de software, ^[5] mientras que el segundo fue de $ 95 por la misma cantidad. La combinación de los precios más altos y la demanda hizo que el 9440 se vendiera lentamente, y ninguno de los socios habituales de Fairchild lo eligió como segunda fuente. ^[4]

9445

Muere del procesador 9445

En 1978 se anunció una versión actualizada, la 9445. Usando un nuevo proceso de 2 micrones, la 9445 implementó el conjunto de instrucciones NOVA 3 en microcódigo , agregó el hardware integrado multiplicar y dividir, y agregó direccionamiento para hasta 128 kWords. En contraste con el 9440, que corría aproximadamente a la misma velocidad que un NOVA original, el 9554 era bastante rápido; Fairchild afirmó que funcionaría diez veces más rápido que un NOVA real 3. ^[4]

Los problemas de producción retrasaron considerablemente la introducción en el mercado. Esta fue una de las CPU bipolares más grandes que se intentó hasta este momento. El 9445 finalmente comenzó a entregarse a fines de 1981 a 16 MHz, y luego mejoró a 20 y 24 MHz. Para entonces, los primeros microprocesadores de 32 bits estaban llegando al mercado y todas las máquinas basadas en Nova estaban desactualizadas. ^[4]

DG volvió a demandar y finalmente hubo once juicios en curso. Schlumberger , originalmente una compañía de servicios petroleros pero que buscaba diversificarse, compró Fairchild en 1979. Esto significó que Fairchild estaba bien capitalizado y continuaron luchando contra las demandas. En 1986, con el colapso del mercado de las minicomputadoras a medida que los nuevos diseños de PC de IBM comenzaban a apoderarse de su mercado, DG decidió establecerse. En septiembre de 1986, DG acordó pagarle a Fairchild 52,5 millones de dólares. En ese momento, la línea NOVA ya no se fabricaba y el interés en el 9445 había muerto hacía mucho tiempo. ^[4]

Schlumberger decidió salir del negocio y en 1987 vendieron Fairchild a National Semiconductor , quien inmediatamente puso fin a la producción de la línea. ^[4]

ICD9445

Strobe Data, que fabricó placas complementarias basadas en 9445 para PC, contrató a IC Designs para continuar con la producción de lo que se convirtió en el ICD9445. Esta versión se fabricó en formato CMOS de 1,25 μm y comenzó a distribuirse en 1990. Esta versión funcionó aproximadamente el doble de rápido que el 9445, lo que lo convierte en el Nova más rápido de todos los tiempos. ^[4]

Descripción

9440

A diferencia del NMOS mN601, el diseño 9440 de Fairchild se fabricó utilizando el proceso de lógica de inyección integrada Isoplanar de transistor bipolar de 3 micrones patentado por Fairchild , I ³ L.Este era un sistema de lógica transistor-transistor (TTL), por lo que el chip resultante solo requería un único Fuente de alimentación de + 5V en lugar de la fuente de cuatro niveles del mN601. El proceso también le permitió correr más rápido, hasta 12 MHz; mientras que el mN601 corría aproximadamente la mitad de la velocidad del Nova original, el 9440 corría aproximadamente la velocidad de un Nova 1200. También integraron el generador de reloj y el oscilador, eliminando la necesidad de soporte de reloj externo adicional, aunque podría leer un reloj externo si se proporcionó uno. Se envía en el mismo DIP de 40 pines.como el mN601. ^[6]

Internamente, el sistema era diferente al NOVA 2; como dice la hoja de datos, "Aunque es estructuralmente diferente de las CPU de la línea de miniordenadores Data General NOVA, el 9440 ofrece un rendimiento comparable y ejecuta el mismo conjunto de instrucciones". ^[7] Esto fue posible porque el conjunto de instrucciones estaba en microcódigo , ^[8] permitiendo que la CPU (en teoría) tuviera cualquier diseño.

El μFLAME difería ligeramente del mN601 en el modelo de programación, ya que su conjunto de instrucciones se basaba en el NOVA 2, no en el NOVA 3, y por lo tanto carecía de la pila de hardware que se había introducido en el 3. También carecía del hardware multiplicar y dividir del mN601, aunque esto podría agregarse con la Unidad de Función Especial 9443 opcional. La Unidad de control de memoria (MCU) 9441 y la Unidad de control de E / S 9442 completaron el sistema completo. No relacionado específicamente con el 9440, Fairchild también vendió chips de RAM dinámica (DRAM) adecuados , el 93481 de 4 kB y el 93483 de 16 kB. ^[9]

Hay otras dos diferencias importantes entre el mN601 y el 9440. Mientras que el 9440 incluía señales de acceso directo a memoria (DMA) para indicar el inicio y el final de un proceso DMA, cuando las recibía, simplemente hacía una pausa y soltaba el bus del sistema. Depende del hardware externo mover los datos a la memoria. ^[3] En contraste, el NOVA realizó una interrupción opcional que permitió que el propio procesador moviera datos, saltando a través de una dirección en la ubicación de memoria 0001. ^[10] Además, el mN601 tenía un sistema de actualización DRAM interno, que realizaba una actualización cada 20,000 ciclos internos. El 9440 carecía de esto internamente, y lo dejó al 9441. ^[11]

Fairchild también ofreció una suite de desarrollo para el sistema, el paquete FIRE. ^[6]

9445

El 9445, que ya no se conoce como MICROFLAME, fue un avance importante en el 9440. Un cambio significativo fue el cambio de tamaños de características de 3 micrones a 2 micrones, lo que permitió que se construyeran más puertas en el chip sin afectar el rendimiento. y permitir que las velocidades de funcionamiento se incrementen a 24 MHz, el doble que el 9440. ^[12]

El 9445 implementó completamente el conjunto de instrucciones NOVA3, agregando los registros SP (puntero de pila) y FP (puntero de trama) para admitir la pila de hardware. El 9445 también admitió el nuevo sistema de memoria conmutada por banco del NOVA3, que amplió el espacio de direcciones de 32 kWord a 128. Este cambio también requirió la adición de los tres nuevos modos de direccionamiento del NOVA3, para un total de once. Se añadió la basada en hardware de 16 bits multiplicar y dividir que había sido dejado fuera del 9440, lo que elimina la necesidad para el 9443. Además, se añaden una serie de nuevos códigos de operación para ayudar con punto flotante de matemáticas, lo que podría operar el 8 de -, datos de 16 o 32 bits. ^[12] La ALU se amplió de 4 bits a una implementación completa de 16 bits, mejorando enormemente el rendimiento general. ^[13]

9450

Fairchild usó el mismo diseño de procesador subyacente del 9445, con diferente microcódigo, para producir el 9450. Esto proporcionó el conjunto de instrucciones MIL-STD-1750A en lugar del Nova. Esto llegó al mercado en 1985, ofreciendo un procesador matemático incorporado, un chip externo opcional en la mayoría de las otras implementaciones 1750A. ^[4]

Referencias

Citas

1. Osborne , 1981 , p. 4.1.
2. mNOVA , 1976 , p. 4.
3. Osborne , 1981 , p. 4.2.
4. MicroFlame 2017 .
5. "9440" . CPU Shack .
6. Fairchild Semiconductor , 1978 , p. 1.
7. Fairchild Semiconductor 1978 , p. 2.
8. Fairchild Semiconductor 1978 , p. 3.
9. Fairchild Semiconductor 1978 , p. 10.
10. Osborne 1981 , p. 4.30.
11. Osborne 1981 , p. 4.4.
12. Fairchild Semiconductor nd , p. 6.51.
13. Fairchild Semiconductor nd , p. 6.52.

Bibliografía

• "Familia de microcomputadoras MicroNova" (PDF) . Compendio de microordenador . Julio de 1976.
• 9440 MICROFLAME (Informe técnico). Fairchild Semiconductor. 1978.
• Fairchild Microcomputers (PDF) (Informe técnico). Fairchild Semiconductor.
• Manual del microprocesador de 16 bits de Osborne (PDF) . Osborne / McGraw-Hill. 1981.
• "Cuando un Miniordenador se convierte en Micro: el DGC microNOVA mN601 y 602" . CPU Shack . 21 de noviembre de 2014.
• "CPU del día: Fairchild F9445: el MicroFlame Flames Out" . CPU Shack . 14 de noviembre de 2017.