RCA 1802

コスマック

RCA CDP 1802
一般情報
発売	1974
物理的仕様
パッケージ	40ピンDIP、44ピンPLCC
歴史
後継	CDP1804、CDP1805、CDP1806

COSMAC (相補対称モノリシックアレイコンピュータ) は、RCA が発表した 8 ビットマイクロプロセッサフ​​ァミリです。歴史的に は最初のCMOSマイクロプロセッサとして有名です。^[1]最初の生産モデルは 2 チップのCDP1801RとCDP1801Uで、後に 1 チップのCDP1802に統合されました。^[2] 1802 は COSMAC 生産の大部分を占め、今日では製品ライン全体が単にRCA 1802として知られています。

このプロセッサの設計は、ジョセフ・ワイズベッカーが1970年代初頭に自宅でTTLコンポーネントを使って設計した実験的な家庭用コンピュータにまで遡ります。RCAは1973年にプロセッサ設計のCMOSバージョンの開発を開始し、1974年にサンプル出荷し、すぐにシングルチップ実装に移行する計画でした。ジェリー・ヘルツォグがシングルチップバージョンの設計を主導し、1975年にサンプル出荷され、1976年に生産が開始されました。^{[3] [4]}

当時のほとんどの設計がNMOSプロセスを使用して製造されていたのとは対照的に、COSMACはCMOS形式で実装され、スタティックロジックを使用していました。これにより、低電力設定で動作し、完全に停止することさえ可能になりました。さらに、より低温で動作し、NMOSチップほど多くの熱を発生しません。RCAは耐放射線バージョンも製造しており、航空宇宙分野で使用されました。^[5]これらは2022年現在も生産されており、^[5] 2008年時点ではルネサス（旧インターシル）によって生産され続けました。^{[6] [7]}

1802 の後継機種は CDP1804、CDP1805、CDP1806 で、拡張命令セット、その他の拡張機能 (オンチップ RAM と ROM、内蔵タイマーなど) を備えており、一部のバージョンはクロック速度が高速ですが、速度差はそれほど大きくありません。DMA 自動ブート ローダー機能など、一部の機能は失われています。ピン機能にも若干の変更がありますが、このラインは引き続き元の 40 ピン デュアルインライン パッケージ(DIP) 形式で生産されています。^{[いつ? ]}

ジョセフ・ワイズベッカーは、家庭におけるコンピュータの可能性に長い間魅了され、1955 年の早い時期に、コンピュータが将来的にはほぼすべてのデバイスに組み込まれるようになるだろうと述べていました。当時の技術では小型の組み込みコンピュータは不可能でしたが、 1960 年代に集積回路(IC) が導入されたことで状況は劇的に変わりました。1974 年に彼は IEEE Computer の記事でその可能性について次のように説明しています。

20年間、コンピュータのハードウェアはますます複雑になり、言語はより巧妙になり、オペレーティングシステムは非効率的になりました。現在、マイクロコンピュータは、一部の人々に、よりシンプルなシステムに戻る機会を与えています。安価なマイクロコンピュータは、広大な新しい市場を開拓する可能性があります。^[8]

1970年から、^{[a]ワイスベッカーはRCA}トランジスタロジック(TTL) ICを使用してプロセッサを組み立てる小型マシンの設計を開始した。スイッチやランプなどの他の部品はラジオシャックから購入する必要があり、なぜそんなに多くの部品を購入しているのかと聞かれないように、意図的に4つの店舗に分散して購入した。^{[9]この設計は1971年10月に実行され、複数の}回路基板に分散された100個のチップ^[1]が含まれていた。^[1]

その結果、彼はFRED（Flexible Recreational Educational Deviceの略）と名付け、数年後のAltair 8800と似た箱に収められました。前面パネルには入力用のトグルスイッチ、出力用のランプが付いており、後には16進パッドキーボードも追加されました。^[9]ワイズベッカーは継続的に新機能を追加し、1972年までに文字ジェネレーターとカセットテープへのプログラムの読み込みと保存機能が追加されました。^[1]

ワイズベッカーの娘、ジョイス・ワイズベッカーはすぐにこのシステムに魅了され、プログラムを書き始めた。その中にはCOSMACをベースにした後のマシンに移植されたいくつかのゲームが含まれていた。1970年代後半にRCAがゲーム機事業に参入したとき、これらのゲームはROMカートリッジの形で焼き付けられ、ジョイスは商業用ビデオゲーム開発者として初めて知られる女性となった。^[9]

ワイズベッカーはこの間ずっとRCAの経営陣にこのマシンのデモを行っていたが、当初はほとんど関心がなかった。これはデイビッド・サーノフが引退し、CEOの職を息子のロバート・サーノフに譲った直後のことだった。ロバートはレコーディング・スターとデートしながら会社のメディア面を構築することに興味があり、業界をリードする開発が数多く行われていたにもかかわらずRCA研究所を無視していた。経営陣が懐疑的だったのは、最近同社がメインフレーム・コンピュータ事業を巨額の減損とともにスペリー・ランドに売却したことと関係があるのか​​もしれない。^[9]

最終的に、同社はこのシステムに興味を持ち、新たに導入した COS/MOS 製造システムにこれを適応させ始めました。1973 年の研究所レポート^[b]では、1972 年に「プロトタイプ」が納品されたと書かれていますが、これはおそらく元の TTL 実装を指していると思われます。さらに、プロセッサを 2 チップ実装に縮小し、1974 年に COS/MOS で納品する取り組みが行われたと記されています。ここで、プロセッサは初めて COSMAC (相補対称モノリシック アレイ コンピュータ) と呼ばれています。さらに、別の研究所が 8 チップのシリコン オン サファイア形式でこのシステムを製造する予定であると書かれていますが、日付は単に CMOS バージョンの「すぐ後」であり、シングル チップ バージョンの計画はすでに進行中でした。^{[10] [c]}

RCAは1970年代初頭にCOSMACの開発を開始したが、それをベースにした自社製品を発表するまでにはしばらく時間がかかった。1975年には、交換可能なROMを搭載したアーケードゲーム機のプロトタイプがコイン式ゲーム機事業向けに実験されたが、最終的には中止された。^[9]

一方、ワイズベッカーは、RCA社内で当時System 00として知られていたオリジナルのFREDを改良し、新しいチップセットを使用して、当時COSMAC ELFとして知られる大幅に簡素化されたシングルボードシステムを製造しました。 1976年のPopular Electronics誌の記事で構築手順が説明され、1977年の2番目の記事ではさまざまなアップグレードを加えた拡張バージョンが紹介されました。 ELFのユニークな特徴は、起動時に読み取り専用メモリ（ROM）を必要とせず、代わりにプロセッサのダイレクトメモリアクセス（DMA）システムを使用してフロントパネルのスイッチを直接メモリに読み取ることです。^[9]

RCAはELFのパッケージ版を市場に投入するかどうかを議論した。議論している間にさらなる開発が進み、ELFと新しいディスプレイドライバチップCDP1861を組み合わせた簡易マシンが完成し、ゲームコンソールが作られた。この間、ジョイスはRCAに雇われ、 RCAの買収攻勢に巻き込まれた多くの企業のうちの1つであるランダムハウスと提携してクイズ形式の教育製品を含む、このプラットフォーム用のビデオゲームをいくつか書いた。^[9]

1年間の議論の後、同社は最終的にこのプラットフォームをベースにした2つの量産製品をリリースすることを決定した。キットコンピュータのCOSMAC VIPとゲームコンソールのRCA Studio IIである。これらのマシンは1975年から販売されていたが、Studio IIが発表されたのは1977年1月で、フェアチャイルドチャンネルFが市場で最初のカートリッジベースのマシンになった数か月後だった。両製品とも、その年の後半に発売されたAtari 2600によってすぐに影を潜め、ほとんど忘れ去られた。RCAは1978年2月にStudio IIをキャンセルした。^[9]

RCAは、1802の最初のリリースからRCA自体の倒産まで、RCA Microboardフォームファクタに基づいた一連のモジュラーコンピュータシステムをリリースしました。これらは主に産業用アプリケーションとシステム開発を目的としており、高度な構成が可能でした。^[12]

COSMAC は、初期の 8 ビット プロセッサの中では、マイクロコンピュータ用に明確に設計されたという点でユニークでした。当時の他の設計は、組み込みプロセッサ分野をターゲットにしており、コンピュータ用に設計されたものは、一般的にはより複雑なシステムで、16 ビットであることが多かったです。COSMAC はコンピュータ用に設計されていましたが、RCA の市場参入が遅く、この市場でのサポートが不十分な試みは最終的に失敗し、MOS 6502やZilog Z80などの他のプロセッサがこの市場を独占するようになりました。皮肉なことに、COSMAC は CMOS 設計により低電力で動作できたため、最終的には組み込み市場で大きな成功を収めました。1970 年代後半までに、COSMAC は多くの産業環境で広く使用され、特に航空宇宙分野で広く使用されました。1989 年に木星探査機ガリレオで複数の 1802 が補助 IO プロセッサとして使用され、現在でも同様の用途で使用されています。^[9]

初期のマイクロコンピュータの多くは1802をベースにしており、COSMAC ELF (1976)、Netronics ELF II、Quest SuperELF、COSMAC VIP、Comx-35、フィンランドのTelmac 1800、Telmac TMC-600とOscom Nano、ユーゴスラビアの Pecom 32と64、1970年代後半にMontgomery Wardを通じて販売されたCyber​​Vision 2001システムなどがある^[13] 。また、RCA Studio IIビデオゲームコンソール（ビットマップグラフィックスを採用した最初のコンソールの1つ）もその1つである。拡張されたCOSMAC Elfに似たEdukitシングルボードコンピュータトレーナーシステムは、1980年代初頭にイギリスのModus Systems Ltd.によって提供された。^[14]インフィニット社は1970年代後半に1802ベースのS-100バス拡張コンソールコンピュータトレーナーUC1800を製造し、組み立て済みまたはキットの形で入手可能でした。^{[15] [16]}

1802年のレトロコンピューティング愛好家の活動の一環として、アルトイド缶に収まるMembership Cardマイクロコンピュータキット^[17]やSpare Time Gizmos Elf 2000 (Elf 2K) ^[18]など、最近(2000年以降)に他のコンピュータも構築されました。他のシステムについては、§ エミュレータとシミュレータを参照してください。

1802は科学機器や商用製品にも使用されました。^{[19] [20]}

1980年以降のクライスラーおよび関連モデルの車両では、1802を第2世代の電子式リーンバーンシステム（電子式スパーク制御付き）に使用しており、これは車載型自動車用コンピュータベースの制御システムとしては初のものであった。^{[21] [22]}

1802はスペインで多くのピンボールマシンやビデオアーケードゲームの製造に使用されました。^[23]

1802の高速バージョンは、シリコン・オン・サファイア（SOS）半導体プロセス技術で製造され、放射線や静電放電（ESD）に対するある程度の耐性を備えています。^{[24] RCAと}サンディア国立研究所が共同で開発した1802の別の耐放射線バージョンは、 ^C2L（クローズドCOS/MOSロジック）技術を使用してバルクシリコン上に構築されました。 ^{[25] [26]} 極めて低消費電力であることに加え、これによりこのチップは宇宙や軍事用途に適しています。^[25]（また、1802が発表された当時、市場には他の耐放射線マイクロプロセッサはほとんどありませんでした）。

1802は、ガリレオ宇宙船^[27] 、マゼラン^[28]、 ESAのユリシーズ宇宙船のプラズマ波分析装置、さまざまな地球周回衛星^{[29] 、アマチュア無線を運ぶ衛星[30]}など、多くの宇宙船や宇宙科学プログラム、実験、プロジェクト、モジュールで使用されました。

1802はNASAの資料からもハッブル宇宙望遠鏡で使用されていたことが確認されている。^[31]

1980 年代から 1990 年代にかけてのイギリス軍の多くの装備品には 1802 が使用されていました。

• L1A1 信管セッター^{[32] [より良い情報源が必要]}
• SLR / SA80ライフルに取り付けられたSAWESトレーニングシステム（小火器武器効果シミュレーター）^{[引用が必要]}
• ターミガン戦場通信システム^[要出典]

1802 で利用できる最初の高級言語はForthで、Forth, Inc. によって提供され、1976 年に MicroFORTH として知られていました (Forth Inc のアーカイブを参照)。その他の利用可能なプログラミング言語 (インタープリタとコンパイラの両方) には、CHIP-8 (これもJoseph Weisbeckerによって発明された) (およびその派生)、8th (Lee Hart によって作成された Forth のバージョン)、^[33] Tom Pittman のTiny BASIC、^[34] C、さまざまなアセンブラとクロスアセンブラなどがあります。その他の特殊言語は、NASA やジョンソン宇宙センター、AMES、ゴダード、ラングレー、マーシャル、ジェット推進研究所 (JPL) などの連邦機関によって使用され、HAL/S クロスコンパイラ、^[35] STOIC、Forth に似た言語、^[36]などが含まれていました。

プログラミング言語および開発環境である Interpreter for Process Structures (IPS) は、 AMSAT衛星のリアルタイム制御用に特別に作成され、使用されました。

1802チップとマイクロプロセッサを使用するコンピュータは、愛好家によってハードウェアおよび/またはソフトウェアでエミュレートおよびシミュレーションされています。FPGA用のVHDLの設計は3つあります。 [ 37 ] ^{[ 38] [39]} PICマイクロコントローラを使用して、バス精度のフルスピードCOSMAC ElfクローンがCDP1802マイクロプロセッサチップまたはCDP1861ビデオチップなしで作成されました。^[40] JavaScriptで書かれたCOSMAC Elf（拡張版）のオンラインシミュレータは、ダウンロードの必要がなく、ユーザーのブラウザで実行されます。^[41]

RCA 1802 は、最小クロック周波数のない静的コア CMOS設計を採用しているため、動作に影響を与えずにマイクロプロセッサを一時停止するクロック周波数ゼロを含む、非常に低速かつ低電力で実行できます。

これには2 つの独立した 8 ピン バスがあります。1 つは 8 ビット双方向データ バス、もう 1 つは時間多重化アドレス バスで、16 ビット アドレスの上位 8 ビットと下位 8 ビットが交互のクロック サイクルでアクセスされます。これは、MOS 6502やIntel 8080など、16 ビット アドレス バスを使用していた当時のほとんどの設計とは対照的です。

1802 には、1ビットのプログラム可能およびテスト可能な出力ポート (Q) と、分岐命令によって直接テストされる 4 つの入力ピン (EF1 ～ EF4) があります。これらのピンにより、単純な入出力(I/O) タスクを直接処理し、簡単にプログラムする ことができます。

命令の実行には16または24クロックサイクルかかるため、1802は特に高速というわけではありませんでした。比較すると、6502はほとんどの命令を2～4クロックサイクルで実行し、最長の命令（公式命令）^[42]は7サイクルかかりました。^[43]

CDP1802 の部品番号のさまざまなサフィックスは、(A、B、C)動作速度(3.2 MHz ～ 6.4 MHz)、温度(-40 °C ～ +85 °C、-55 °C ～ +125 °C)、電圧範囲(4V ～ 10.5V)、パッケージ タイプ(D、E、Q)、バーンイン(X) などの技術仕様を示しています。これらは、RCA、インターシル、ハリス、ヒューズ エアクラフト、ソリッド ステート サイエンティフィック (SSS) などのさまざまなソース サプライヤ間である程度標準化されています。ヒューズは HCMP プレフィックスを使用し、SSS は CDP の代わりに SCP (およびおそらく BCP) プレフィックスを使用しており、現時点ではまだ文書化されていない追加のサフィックスがありました。(例: CDP1802A、CDP1802ACE、CDP1802BCD、HCMP1802AP、SCP1802D) ^[44]

1802 は 8 ビット バイト マシンで、2 バイト操作を除き、16 ビット操作を最小限サポートしています。プライマリ アキュムレータは 8 ビットの「D」レジスタ (データ レジスタ) です。1 ビットのキャリー フラグは DF (データ フラグ) です。算術関数や論理関数、メモリ参照のロード命令やストア命令など、ほとんどの操作で D レジスタが使用されます。ほとんどの 16 ビット操作では、必要に応じて DF をキャリーやボローとして使用し、まず下位バイト、次に D を介して上位バイトを処理する必要があります。

1802 の重要な特徴は、主にアドレス指定に使用される 16 ビットのレジスタ 16 個セットです。SEP 命令を使用すると、16 個のレジスタのいずれかをプログラム カウンタとして選択できます。SEX 命令を使用すると、16 ビットのレジスタのいずれかをインデックス レジスタとして選択できます。^[45]レジスタ R0 は、内蔵DMAコントローラのメモリ アドレスを保持するという特別な用途があります。レジスタ R1 は、割り込みハンドラのプログラム カウンタという特別な用途があります。^[46]

これらのレジスタの値を D 経由で設定および読み取ることができる命令があり、一度に上位 8 ビットと下位 8 ビットを別々に処理します。また、16 ビット値全体の増分と減分を実行する命令もあり、LDA (ロード アドバンス) や STXD (X 経由でストアして減分) などのいくつかの命令は自動増分と減分を実行します。16 ビット レジスタと値の比較では、複数の命令を使用して操作を実行し、D レジスタを仲介として使用する必要があります。

プロセッサには 5 つの特別なI/Oラインがあります。SEQ 命令で設定し、REQ 命令でリセットできる単一の Q 出力があります。EF1、EF2、EF3、EF4 の 4 つの外部シングル ビット フラグ入力があり、これらの入力ラインの状態に基づいて条件分岐する 8 つの専用分岐命令があります。RX レジスタと D アキュムレータを使用する 7 つの入力ポート命令と 7 つの出力ポート命令があります。

EF ラインと Q ラインは扱いやすく扱いやすいため、1802 ベースの趣味用コンピュータの複数のインターフェイスによく使用されていました。Q ラインは、ステータスLED、カセットインターフェイス、RS-232インターフェイス、およびスピーカーを駆動するのが一般的でした。つまり、ユーザーは実際に RS-232 とカセット データが送信されるのを聞くことができました (ボリューム コントロールが実装されていない場合)。従来、EF4 ラインは COSMAC Elf の INPUT モーメンタリ プッシュボタンに接続されています。他のシステムでは、他のラインのいずれかが使用される場合があります。

他に、内部のものとプログラムで使用できるものなど、特殊用途のレジスタとフラグがいくつかあります。4 ビットの N、P、X、I、8 ビットの T、および 1 ビットの IE です。インターネットには、1802 命令の表のさまざまなバージョンがあります。ここに 1 つのリンクを示します: https://www.atarimagazines.com/computeii/issue3/page52.php 1802 オンライン クラブにログインしているメンバー向けのフォーラムのファイル領域には、https://groups.io/g/cosmacelf/files に多数の表があります。各命令は 8 ビットの 1 バイトです。左側の 4 ビット (上位 16 進数と呼ばれることもあります) は、命令の実際の性質に関係しており、その 4 ビットは I レジスタに関係しています。右側の 4 ビットは、下位 16 進数とも呼ばれ、作業レジスタに関係します。作業レジスタからはデータが取得または格納されます。この 4 ビットは N レジスタに関係します。プログラムが実行されると、作業のさまざまな段階とプロセスが、紙の上で長い乗算や長い除算を実行するときのように、N レジスタが示すレジスタに一時的に保存されます。もちろん、データが RAM メモリ セクションに移動されたり、RAM メモリ セクションから移動されたりすることがあり、必要に応じて、時間の経過とともにプログラムのさまざまな分岐が実行されます。

1802 には、無条件分岐と条件分岐、ショート分岐とロング分岐、スキップの 3 種類があります。

ショート分岐は2バイト命令であり、256バイトの範囲、1バイトのアドレス、0から255（16進FF）の範囲のページ絶対アドレス指定を使用します。相対分岐はありません。ショート分岐は常にアドレスバイトを含むページ内でジャンプします。^[46]

ロング分岐は、64K メモリ アドレス空間をサポートするために完全な 16 ビット アドレス指定を使用し、唯一の 3 バイト命令です。

スキップ命令は、無条件ショート スキップの場合は PC を 1 増やし、ロング スキップの場合は 2 増やします。ロング スキップのみ条件分岐があります。

プロセッサには標準のサブルーチン CALL アドレスおよび RET 命令はありませんが、シミュレーションは可能です。16 レジスタ設計により、興味深いサブルーチン呼び出しおよび戻りメカニズムが可能になりますが、これらは汎用コーディングよりも小規模なプログラムに適しています。

よく使用されるサブルーチンのいくつかは、そのアドレスを 16 個のレジスタの 1 つに保持することで、すばやく呼び出すことができます。ただし、呼び出されるサブルーチンは、"return" 命令を実行するために、呼び出し PC レジスタが何であるかを (ハードコードして) 知っている必要があります。SEP 命令は、16 ビット レジスタの 1 つが指すサブルーチンと、呼び出し元に返す別の SEP を呼び出すために使用されます (SEP はSet Program Counterの略で、その時点から 16 個のレジスタのどれをプログラム カウンタとして使用するかを選択します)。サブルーチンが戻る前に、エントリ ポイントの直前の場所にジャンプします。これにより、SEP "return" 命令が呼び出し元に制御を戻した後、レジスタは次の使用のために正しい値を指します。(プロセッサは、参照と使用 (実行する次の命令の取得) の後に常に PC を増分するため、この手法は前述のとおり機能します)

この方式の興味深いバリエーションは、2 つ以上のサブルーチンをリング内に配置して、ラウンドロビン方式で呼び出すことです。初期の趣味用コンピュータでは、このようなトリックやテクニックが、ビデオ コントローラの各スキャン ラインを 4 回繰り返すようにスキャン ライン アドレスを再プログラムするために、水平リフレッシュ割り込みでよく使用されていました。

よく知られ、よく使用されるルーチンの 1 つに SCRT (Standard CALL and RETURN Technique) があります。このルーチンでは、汎用サブルーチンの呼び出しと戻りが可能で、パラメータの「インライン」渡しや、スタックを使用したネストされたサブルーチンも使用できます。このテクニックでは、使用可能なレジスタのどれでも使用できますが、プログラマーの好みに応じて、多くのプログラマーは CDP1802 ユーザー マニュアルで RCA が提供しているルーチンを使用します。このルーチンでは、推奨されるレジスタの使用法は、R2 = スタック ポインター、R3 = 汎用プログラム カウンタ (PC)、R4 = 呼び出し、R5 = 戻り、R6 = 渡された引数ポインター (非破壊的) です。これらのサポート ルーチンは小さいですが、使用すると実行速度のオーバーヘッドが発生します (実際の CALL および RET 命令がマイクロプロセッサーの設計の一部である場合に発生するオーバーヘッドとは対照的です)。この設定により、必要に応じて R0 を DMA に、R1 を割り込みに使用でき、R7 から RF (16 進数) を一般的なプログラムで使用できます。

16 ビットのアドレス バスと 8 ビットのデータ バスがあるため、16 個の汎用レジスタは 16 ビット幅ですが、アキュムレータ D レジスタは 8 ビット幅しかありません。そのため、アキュムレータがボトルネックになりがちです。1 つのレジスタの内容を別のレジスタに転送するには、4 つの命令が必要です (レジスタの HI バイトに対して 1 つの Get と 1 つの Put、および LO バイトに対して同様のペア: GHI R1、PHI R2、GLO R1、PLO R2)。同様に、新しい定数をレジスタにロードする場合 (サブルーチン ジャンプの新しいアドレスやデータ変数のアドレスなど) にも、4 つの命令が必要です (定数の各半分に対して 1 つずつ、2 つのロード イミディエイト (LDI) 命令、各命令の後にレジスタ PHI と PLO への Put 命令が続きます)。

間接レジスタと自動増分付き間接レジスタの2 つのアドレッシング モードは、アキュムレータ内のデータに対して 8 ビット操作を実行するのに非常に効率的です。ただし、他のアドレッシング モードはありません。したがって、直接アドレッシングモードは、前述の 4 つの命令を使用してエミュレートする必要があります。この命令では、アドレスを予備レジスタにロードし、次にそのレジスタをインデックス レジスタとして選択する命令を実行し、最後にそのアドレスが指すデータ変数に対して目的の操作を実行します。

CDP1802 には、DMA 入力と出力用の 2 つの DMA 要求ラインを備えたシンプルなDMAコントローラが組み込まれています。CPU は、マルチステップ マシン サイクルの特定のサイクルでのみメモリにアクセスします。このサイクルには 8 ～ 16 クロック サイクルが必要です。外部ハードウェアは、これらの期間中にプロセッサを中断することなくデータを読み書きできます。これは、サイクル スチールと呼ばれる一般的な概念です。

R0 は DMA アドレス ポインタとして使用されます。DMA データの開始アドレスは R0 に格納され、CPU の適切な読み取りまたは書き込みピンがローにプルされます。CPU は DMA 要求に応答して R0 の値を増分し、次の要求がメモリの次の場所に自動的に格納されるようにします。このように、DMA ピンを繰り返しトリガーするだけで、システムはメモリ全体をウォークスルーします。

DMA コントローラには、プロセッサの CLEAR および WAIT 入力がアクティブな間にメモリをロードできる特別な「ロード モード」も用意されています。これにより、ROM ベースのブートストラップ ローダーを必要とせずにプログラムをロードできます。これは、COSMAC Elf マイクロコンピュータとその後継機で、ソフトウェアを必要とせず、最小限のハードウェアでトグル スイッチまたは 16 進キーパッドからプログラムをロードするために使用されました。ユーザーは、スイッチを次の値に設定し、読み取りを切り替えて、次に進むだけで済みます。アドレスを変更する必要はありません。これは、DMA ステッピングによって自動的に行われます。

クロック サイクルの効率は、ほとんどの 8 ビット マイクロプロセッサに比べて低いです。8 クロック サイクルで 1 マシン サイクルが構成されます。ほとんどの命令の実行には 2 マシン サイクル (16 クロック サイクル) かかり、残りの命令の実行には 3 マシン サイクル (24 クロック サイクル) かかります。比較すると、MOS Technology 6502 では命令の実行に 2 ～ 7 クロック サイクルかかり、Intel 8080では 4 ～ 18 クロック サイクルかかります。

1802 ベースの初期のマイクロコンピュータでは、付属のグラフィックス ビデオ ディスプレイ コントローラチップであるRCA CDP1861 ( NTSCビデオ形式用、 PAL用 CDP1864 バリアント) が、内蔵の DMA コントローラを使用して、最大 64 ピクセル (水平) x 128 ピクセル (垂直) の白黒ビットマップグラフィックスを標準の TV 画面に表示しました。1861 は、Pixie グラフィックス システムとも呼ばれていました。

1802 の高速版は 4～5 MHz (5 V の場合。10 V ではさらに高速 (6.4 MHz)) で動作したが、通常は 3.58 MHz を 2 で割った値 (1.79 MHz) で動作し、1 秒あたり 100,000 命令を少し超える速度を実現した 1861 チップの要件に合わせられた。ただし、中には Comx の約 2.8 MHzやPecomの 5 MHzなど、他の速度で動作するものもあった。COSMAC VIPは、ビデオ チップとプロセッサを統合した専用コンピュータ (趣味のキットへのアドオンではなく) であり、1802 をはるかに低速で動作させ、Pixie の仕様書のリファレンス デザインで推奨されている非標準の 1.76064 MHz で 1861 と正確に同期させた。^[d]

1861 コンパニオン チップである CDP1862 カラー ジェネレーター回路 IC は、カラー グラフィックスを生成するために使用できます。Pecom 64やTelmac TMC-600などの一部のコンピュータ システムでは、CDP1869 および CDP1870 コンパニオン IC で構成される VIS (ビデオ インターフェイス システム) を使用して、1980 年代の他の 8 ビット システムに匹敵する、明らかに高解像度のカラー グラフィックスを実現しました。

この小さなコード例では、イベント フラグ (EF) ピンをテストします。ピン 1 から 4 をテストするには、B4 を B2 に変更して、EF2 ピンをテストします。

ループ

B4 EFbranch ; EFピンはアクティブローなので、これはNOTゲートとして動作します。 

リクエスト

BRループ 

EFブランチ
シーケンス
BRループ 

このコードスニペットの例は、 ALU（算術論理演算装置）操作を テストする診断ルーチンです。 ^[47]

..テストALU OPS    
0000 90 GHI 0 ..セットアップR6​                   
0001 B6ファイ6           
0002 F829 LDI DOIT ..オペコードの入力用               
0004 A6 PLO6​           
0005 E0セックス0 .. ( X = 0すでに)                  
0006 6400 OUT 4 , 00 ..準備完了をお知らせします              
0008 E6セックス6 ..今X = 6                  
0009 3 F09 BN4 * ..待って​                 
000 B 6 C INP 4 .. OK 、ゲット​                   
000 C 64 OUT 4 ..ディスプレイにエコー​                    
000 D 370 D B4 * ..リリースを待つ                  
000 F F860 LDI #60 ..今すぐ準備しましょう                
0011 A6 PLO 6 ..最初のオペランド                  
0012 E0セックス0 ..そう言って                  
0013 6401 OUT 4 , 01         
0015 3 F15 BN4 *         
0017 E6セックス6 ..受け入れて反響する​                     
0018 6 C INP 4 .. ( 0060まで)                  
0019 64 OUT 4 .. ( R6もインクリメント)                   
001A371AB4 *​​​​         
001 C E0 SEX 0 .. DITTO 2番目のオペランド                   
001 D 6402 OUT 4 , 02         
001 F E6セックス6           
0020 3 F20ループ: BN4 * ..待って​            
0022 6 C INP 4 ..ゲットイット(注: X = 6 )                    
0023 64 OUT 4 ..エコー​                  
0024 3724 B4 * ..リリースを待つ                  
0026 12月26日6 .. R6を0060にバックアップ                     
0027 12月26日6           
0028 46 LDA 6 .. 1番目のオペランドをDに取得                     
0029 C4 DOIT : NOP .. DO操作              
002 A C4 NOP .. (スペア)                  
002 B 26 DEC 6 .. 0060に戻る                   
002 C 56 STR 6 ..出力結果                  
002 D 64 OUT 4 .. ( X = 6 STILL )                  
002 E 7 A要求.. Qをオフにする                    
002 F CA0020 LBNZループ..ゼロの場合、           
0032 7 B SEQ ..もう一度電源を入れてください                     
0033 3020 BRループ..いずれの場合も繰り返し                

注: 上記のルーチンは、CDP1802 マイクロプロセッサが初期リセット状態にある (または、このコードを実行する前にそのように設定されている) ことを前提としています。したがって、プログラム カウンタ (PC) と X 間接レジスタの「ポインタ」は両方とも 16 ビット レジスタ R0 に設定されています。PC と X は両方とも R0 を指しているため、例 'OUT 4,00' のように即値を出力できるのはそのためです。PC は、オペコード命令バイトがメモリから取得された後に増分されるため、OUT 4 が実行されると次のアドレスを指します。したがって、次の即値バイトである RX = R0 が指すメモリ内の値が出力されます。OUT 命令は、X レジスタ (R0、PC でもある) も増分するため、OUT の後に即値を出力し、即値に続く次の命令アドレスでプログラムの実行を継続します。このため、ルーチンは必要に応じて X (SEX) をレジスタ R6 と R0 に設定しています。また、OUT オペコードはメモリのセクション (「バッファ」) を簡単に出力するために RX レジスタを増分しますが、INP はそうしないことに注意してください。値は RX が指すアドレスと D 8 ビット データ バイト アキュムレータに格納されますが、RX は変更されません。

また、このルーチンでは、OUT 4 が CPU システムの 8 ビット LED または 2 桁の 16 進ディスプレイに値を表示し、IN 4 が 8 つのトグル スイッチ (または 16 進キーパッド) から値を取得するものと想定しています。BN4 オペコード (ループ、* = 'このアドレス')、「単一ビット入力 EF4 ラインが lo の場合に分岐」は、瞬間的な '入力' プッシュボタンが押されているかどうかをテストするために使用されます。B4 オペコード ('if hi') ループは、ボタンが放されるのを待ちます。SEQ と REQ は、通常 LED に接続されている単一の Q ラインのオン/オフを切り替えます。

1802 は「バイト マシン」ですが、16 個の 16 ビット レジスタ R0-RF (「R」プレフィックスなしで 0-F と呼ばれることもあります) を備えています。16 ビット レジスタ データを処理するには、プログラマは D アキュムレータを仲介として使用して、レジスタの Hi 値または Lo 値を取得および設定する必要があります。レジスタのこれらの上位バイトと下位バイトは、Rn.0 (lo) および Rn.1 (hi) と呼ばれることもあります。ショート ブランチは、ページ絶対アドレス指定と 256 バイトのアドレス境界を持つ 2 バイトのオペコードです。ロング ブランチは、完全な 16 ビット アドレス分岐を持つ 3 バイトのオペコードです。

この情報により、「疑似コード」を読むのに十分な知識があり、アセンブリ言語とマシン言語プログラミングに最低限精通しているコンピュータ プログラマーであれば、ルーチンをより理解しやすくなります。

• 研究レポート 1973 (PDF) (技術レポート)。RCA 研究所。1973 年。
• Cass, Stephen (2018 年 7 月 2 日)。「チップの殿堂: RCA CDP 1802」。IEEE Spectrum。
• Edwards, Benj (2017-10-27)。「歴史に埋もれた初の女性ビデオゲームデザイナーの再発見」Fast Company 。 2017年10月27日閲覧。
• ワイズベッカー、ジョー (1974 年 3 月)。「簡素化されたマイクロコンピュータ アーキテクチャ」。IEEEコンピュータ。7 (3): 41–47。doi :10.1109/ MC.1974.6323475。S2CID 30965828  。

• CDP1802A/AC/BC データシート、1997 ( PDF )
• CDP1802AC/3 データシート、2008 ( PDF )
• COSMAC ELF ウェブサイト
• プログラミング短期コース (1980 年の RCA 1802 アセンブラに関するテキスト)
• 高解像度のダイショット

この記事の重要な部分は、もともと GFDLライセンスのFree On -line Dictionary of Computing の資料に基づいています。