テキサスインスツルメンツ TMS1000

パーカーブラザーズマーリンエレクトロニクスゲーム内の Texas Instruments TMS1100 マイクロコントローラ。

TMS1000は、テキサスインスツルメンツが1974 年に発表したマイクロコントローラのファミリです。^[1]^[2]^[3]4 ビットの中央処理装置、読み取り専用メモリ (ROM)、ランダムアクセスメモリ (RAM)、および入出力 (I/O) ラインを完全な「チップ上のコンピュータ」として組み合わせています。自動車、家電製品、ゲーム、計測機器の組み込みシステム向けに設計されました。これは、最初の大量生産の汎用^[4]商用マイクロコントローラでした。1974 年には、このファミリのチップは 1 個あたり約 2 ドルで大量購入できました。^[5] 1979 年までに、このファミリの部品は毎年約 2,600 万個販売されました。^[6]

TMS 1000は、テキサス・インスツルメンツ社の教育玩具「スピーク＆スペル」^[5]や、プログラム可能なおもちゃの乗り物「ビッグ・トラック」、電子ゲーム「サイモン」^[7]に使用されています。

歴史

TMS 0100シリーズ

スミソニアン協会によると、TIのエンジニアであるゲイリー・ブーン氏とマイケル・コクラン氏は1971年に世界初のマイクロコントローラの開発に成功した。TMS1802NCは1971年9月17日に発表されたシングルチップのマイクロコントローラで、4機能計算機を実装していた。TMS1802NCは、その名称にもかかわらずTMS 1000シリーズの一部ではなかった。後にTMS0102に改名され、TMS 0100シリーズの一部となった^[8]。これはTI Datamath計算機やSinclair Executive計算機で使用された。^[9]

TMS 1000シリーズ

TMS1099。プロトタイピングおよびソフトウェア開発に使用される TMS1000 の ROM なしバージョン。

その後のTMS 1000シリーズは1974年に発売されました。TIは4ビットのTMS 1000を、事前にプログラムされた組み込みアプリケーションでの使用に重点を置きました。^[10]^[11]^[12]^[13]^[14]

コンピュータオンチップは、マイクロプロセッサコア (CPU)、メモリ、および I/O (入出力) ラインを 1 つのチップに統合したものです。当時「マイクロコンピュータ特許」と呼ばれていたコンピュータオンチップの特許 (米国特許 4,074,351 ) は、TI の Gary Boone 氏と Michael J. Cochran 氏に与えられました。この特許以外では、マイクロコンピュータの標準的な意味は、1 つ以上のマイクロプロセッサを CPU として使用するコンピュータですが、特許で定義されている概念はマイクロコントローラに近いものです。

説明

TMS1000 ファミリには、最終的に、オリジナルのPMOSロジックと、NMOSおよびCMOSの両方のバリエーションが含まれるようになりました。製品のバリエーションには、ROM と RAM のさまざまなサイズ、さまざまな I/O 数、開発用または外部 ROM での使用を目的とした ROM なしバージョンなどがありました。オリジナルの TMS1000 には、1024 x 8 ビットの ROM、64 x 4 ビットの RAM、および 23 の入出力ラインがありました。

TMS1000 ファミリはマスクプログラム ROMを採用していました。デバッグ済みのプログラムが完成し、生産に移せる状態になったら、そのプログラムを Texas Instruments 社に送り、同社がオンチップ ROM をプログラムするための特別なマスクを作成します。ROM は現場で変更できず、内容は製造元がチップ上に設定したパターンによって固定されていました。このプロセスは初期コストが高額でしたが、生産コストが非常に低いため、大量生産製品 (年間数千個以上販売される製品など) に適しています。

プロセッサのすべての内部データパスは 4 ビット幅でした。プログラム ROM とデータ RAM は、ハーバードアーキテクチャのように個別にアドレス指定されました。これは、他の多くのメーカーのマイクロコントローラの一般的な特徴になりました。

ALUには、オーバーフローを示し、多倍長演算を容易にするキャリーフラグがありました。オンチップ RAM は、X レジスタと Y レジスタによってアドレス指定されました。Y は 4 ビット、X は部品の RAM のサイズに応じて 2 ビットまたは 3 ビットでした。プログラムカウンターは 6 ビット幅で、「ページ」レジスタと「チャプター」レジスタを使用して、最大 2 KB の ROM プログラムメモリをアドレス指定しました。

スタックは提供されていませんでしたが、プログラムカウンターとキャリーフラグを格納するレジスタが提供され、1 レベルのサブルーチンが可能になりました (ファミリの一部のメンバでは 2 レベルまたは 3 レベルが可能)。割り込み機能は提供されていません。

一部のモデルでは、オンチップ ROM がなく、オフチッププログラムメモリにアクセスするために必要なパッケージピンの数が限られていたため、I/O ラインが 4 本しかありませんでした。1 つのバージョンには、真空蛍光表示管を駆動するための特別な出力と、7 セグメントディスプレイを駆動するのに便利なプログラマブルロジックアレイがありました。キーボード入力を検知するなどの目的で 4 本の入力ラインが提供され、外部デバイスを制御したり、キーボードマトリックス回路の行をスキャンしたりするために、さまざまな数の出力ラインが提供されました。

PMOS バージョンは -9 または -15 ボルトで動作し、約 6 mA を消費しました。そのため、出力ロジックレベルはTTL ロジックと互換性がありませんでした。NMOS および CMOS 部分は TTL スタイルの +5 ボルトで動作し、5 ボルトロジックと相互運用できました。

命令セットはモデルによって若干異なり、基本セットには 43 個の命令があり、一部のファミリメンバーでは 54 個の命令が使用可能です。命令の長さは 8 ビットです。BCD演算命令は提供されていましたが、レジスタの論理 AND または OR 用の命令はありませんでした。

NMOS および PMOS 部分では、各命令の実行に 10 ～ 15 マイクロ秒かかりましたが、一部の CMOS 部分は 6 マイクロ秒という高速で実行できました。内部発振器の有効クロック速度は約 0.3 メガヘルツでした。

TMS1000 部品は 28 ピンまたは 40 ピンのスルーホールデュアルインラインパッケージにパッケージ化されていましたが、プロトタイプ用の一部のモデルは 64 ピンパッケージにパッケージ化されていました。すべてのバージョンの温度範囲は 0 ～ 70 度でした。

これらはシングルチップの組み込みシステムとして意図されていたため、 TMS 1000ファミリには特別なサポートチップ（ UARTなど）は特に製造されていません。 ^[15]

参考文献

^ Texas Instruments (2006)。「Texas Instruments History 1970's」。2006年1月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。1974年: TMS1000ワンチップマイクロコンピュータを発表。
^ Texas Instruments (2005). 「TMS 1000 ワンチップマイクロコンピュータ」。2005年2月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。これは、Texas Instruments が 1974 年に最初に発表した TMS1000 ファミリです。
^ Siewiorek, Daniel P.; Bell, C. Gordon; Newell, Allen 編 (1982)。「パート 3: コンピュータクラス、セクション 1: モノリシックマイクロコンピュータ」。コンピュータ構造: 原理と例。McGraw-Hill。p. 583。ISBN 0-07-057302-6. 2017年11月8日閲覧。TMS1000は1974年に発表され、SR-16計算機に使用されました。
^ 1974年: 汎用マイクロコントローラファミリが発表される (コンピュータ歴史博物館)
^ ab Zurawski, Richard (2009).組み込みシステムハンドブック: 組み込みシステムの設計と検証(第 2 版). CRC Press. pp. 12– 13. ISBN 978-1439807637。
^ モートン・ジュニア、デビッド・L.、ガブリエル、ジョセフ（2007年）。エレクトロニクス：テクノロジーのライフストーリー。JHUプレス。p.113。ISBN 978-0801887734。
^ オースティン、マイケル (2016)。「第 1 章」。ミュージックビデオゲーム: パフォーマンス、政治、プレイ。ブルームズベリーパブリッシング。ISBN 978-1501308505。
^ Texas Instruments 電卓チップ (電卓技術情報)
^ 「『計算機オンチップ』の登場」
^ Seitz, Frederick; Einspruch, Norman G. (1998). Electronic Genie: The Tangled History of Silicon. University of Illinois Press. p. 229. ISBN 0252023838。「電子の精霊：シリコンの複雑な歴史」、フレデリック・ザイツ、ノーマン・G. アインシュプルッフ、イリノイ大学
^ 米国特許第4,074,351号（TMS1802NC）
^ Shirriff, Ken (2016 年 8 月 30 日). 「最初のマイクロプロセッサの驚くべき物語」. IEEE Spectrum . 53 (9): 48– 54. doi :10.1109/MSPEC.2016.7551353. S2CID 32003640.
^ オーガルテン、スタン（1983）。最も広く使われているチップ上のコンピュータ：TMS 1000。ニューヘイブンおよびニューヨーク：ティックナー＆フィールズ。ISBN 0-89919-195-9. 2010年2月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年12月23日閲覧。 {{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ)
^ 「テキサス・インスツルメンツ、チップ上の標準計算機を発表」(プレスリリース)。テキサス・インスツルメンツ。1971 年 9 月 19 日。2006 年 2 月 18 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ Money, SA (2014).マイクロプロセッサデータブック（第2版）. アカデミックプレス. pp. 35– 37. ISBN 978-1483268705。

さらに読む

Texas Instruments Incorporated のエンジニアリングスタッフ、半導体グループ (1975)。TMS 1000 シリーズ MOS/LSI ワンチップマイクロコンピュータ(PDF)。
— (1975). TMS 1000 シリーズ MOS/LSI ワンチップマイクロコンピュータ: プログラマーズリファレンスマニュアル(PDF)。
— (1976 年 12 月) TMS 1000 シリーズデータマニュアル(PDF)。
Shirriff, Ken (2020 年 11 月)。「初期の Texas Instruments 計算機チップの RAM ストレージのリバースエンジニアリング」。
OpenCores (2021 年 8 月)。「TMS1000 チップの Verilog 実装」。

[1] Texas Instruments (2006)。「Texas Instruments History 1970's」。2006年1月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。1974年: TMS1000ワンチップマイクロコンピュータを発表。

[2] Texas Instruments (2005). 「TMS 1000 ワンチップマイクロコンピュータ」。2005年2月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。これは、Texas Instruments が 1974 年に最初に発表した TMS1000 ファミリです。

[3] Siewiorek, Daniel P.; Bell, C. Gordon; Newell, Allen 編 (1982)。「パート 3: コンピュータクラス、セクション 1: モノリシックマイクロコンピュータ」。コンピュータ構造: 原理と例。McGraw-Hill。p. 583。ISBN 0-07-057302-6. 2017年11月8日閲覧。TMS1000は1974年に発表され、SR-16計算機に使用されました。

[4] 1974年: 汎用マイクロコントローラファミリが発表される (コンピュータ歴史博物館)

[RZ09-5] Zurawski, Richard (2009).組み込みシステムハンドブック: 組み込みシステムの設計と検証(第 2 版). CRC Press. pp. 12– 13. ISBN 978-1439807637。

[6] モートン・ジュニア、デビッド・L.、ガブリエル、ジョセフ（2007年）。エレクトロニクス：テクノロジーのライフストーリー。JHUプレス。p.113。ISBN 978-0801887734。

[7] オースティン、マイケル (2016)。「第 1 章」。ミュージックビデオゲーム: パフォーマンス、政治、プレイ。ブルームズベリーパブリッシング。ISBN 978-1501308505。

[ti_calc_chips-8] Texas Instruments 電卓チップ (電卓技術情報)

[9] 「『計算機オンチップ』の登場」

[10] Seitz, Frederick; Einspruch, Norman G. (1998). Electronic Genie: The Tangled History of Silicon. University of Illinois Press. p. 229. ISBN 0252023838。「電子の精霊：シリコンの複雑な歴史」、フレデリック・ザイツ、ノーマン・G. アインシュプルッフ、イリノイ大学

[11] 米国特許第4,074,351号（TMS1802NC）

[12] Shirriff, Ken (2016 年 8 月 30 日). 「最初のマイクロプロセッサの驚くべき物語」. IEEE Spectrum . 53 (9): 48– 54. doi :10.1109/MSPEC.2016.7551353. S2CID 32003640.

[13] オーガルテン、スタン（1983）。最も広く使われているチップ上のコンピュータ：TMS 1000。ニューヘイブンおよびニューヨーク：ティックナー＆フィールズ。ISBN 0-89919-195-9. 2010年2月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年12月23日閲覧。 {{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ)

[14] 「テキサス・インスツルメンツ、チップ上の標準計算機を発表」(プレスリリース)。テキサス・インスツルメンツ。1971 年 9 月 19 日。2006 年 2 月 18 日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[15] Money, SA (2014).マイクロプロセッサデータブック（第2版）. アカデミックプレス. pp. 35– 37. ISBN 978-1483268705。