L'un des tout premiers micro ordinateurs de très grande popularité, particulièrement aux États-Unis. L'Apple II.
Voici une recréation en synthèse, avec un moniteur ambre posé lui-même sur une paire de lecteurs Disk II.
Récréation 3D, CDC 6400 ()
Le langage Pascal, nommé ainsi en référence à Blaise Pascal, concepteur de la Pascaline, a été développé sur une machine nommée CDC 6400. C'est une machine de type mainframe, un gros truc, même si la version 6400 est une version allégée d'une autre de la gamme, et dont l'unité de mémoire adressée a une largeur de 60 bits.
Voici une recréation en synthèse, où l'on voit en premier lieu la console avec ses deux écrans ronds, hérités des écrans de RADARs. Les calculs sont fait dans les grosses armoires que je n'ai pas détaillées.
Brève présentation de l'Intel 8008 ()
Le 8008 d'Intel est un processeur assez particulier. C'est le premier micro-processeur 8 bits, et on peut même dire : le premier micro-processeur tout court. Son grand frère, le 4004, étant plutôt considéré comme un micro-contrôleur. D'autres sites expliquent le pourquoi de cette distinction.
Je veux ici me pencher sur le 8008 sous certains aspects techniques. Une brève introduction d'une puce qui va en générer d'autres (8080, 8086, Z80,...)
Cette puce, je l'ai étudiée à travers son utilisation dans le Micral N de la R2E, mais ceci est une autre histoire. Le 8008 est rapidement utilisé dans une série de micro-ordinateurs (le terme apparaît avec le Micral N) sur un cours laps de temps. Dans le désordre, MCM/70, SCELBI, Intellec-8, Mark-8, MCS 8, Bill-1,... Certaines de ces machines reçoivent très rapidement une mise à jour vers le 8080, beaucoup plus flexible. Cependant, c'est bien avec le 8008 que cela commence.
La puce
Et le voici en image de synthèse. Ou du moins, dans l'un des boîtiers existant, car il en existe plusieurs. C'est celui que j'avais en référence, et c'est donc celui que j'ai modélisé.
Une première chose étonnante : pas de masse. Le 8008 prend du +5V et du -9V. Il semble que la raison soit une volonté d'être compatible avec des circuits électroniques 5V, mais avec un besoin d'une tension totale de 14V... Ce n'est pas trop mon rayon, alors je laisse ça en note. Pour plus de précisions, jusqu'au niveau transistor, je vous dirige vers l'analyse en anglais de Ken Shirriff.
Branchements
Mis à part VCC et VDD, les deux tensions nécessaires, le 8008 communique avec l'extérieur à travers 16 autres broches.
À noter que le 8008 travaille en « logique physique inversée » par rapport aux signaux logiques : le 0 logique est à +5V, le 1 logique est entre ~0.8V et -9V.
Broche de synchronisation
En entrée, le 8008 reçoit en entrée deux horloges déphasées, de même fréquence (500 kHz) : Ø1 et Ø2. Ces deux horloges lui permettent de cadencer les opérations internes.
À partir de ces impulsions, le 8008 forme en sortie le signal
SYNC/qui est haut pendant un premier cycle Ø1, Ø2, puis bas pendant un second cycle Ø1, Ø2. Le tout forme un état processeur complet.Vu qu'il y a un temps de 2µs entre deux fronts de Ø1, cela signifie qu'un état du 8008 dure 4µs.
Broches d'états
Trois autres broches en sortie :
S1,S2etS3, forment un triplet indiquant dans quel état le processeur se trouve.Les états sont les suivants :
T1etT1I,T2,T3,T4,T5,WAITetSTOPPED.Les états
T1etT2forment ensemble une demande d'information au reste du système. Lors de T1, le 8008 place la partie basse de l'adresse de l'information à obtenir sur les broches d'entrées/sorties. Lors de T2 y est placée la partie haute de l'adresse, ainsi que deux bits indiquant le type de cycle actuel et donc la nature de la donnée attendue : est-ce une instruction, une lecture ou une écriture de donnée en mémoire, ou une opération d'entrée/sortie ?Cette manière de placer une adresse sur le bus se fera toujours de la même manière lors de différents cycles d'une instruction, et toujours sur les états T1 et T2 : d'abord les 8 bits bas de l'adresse, puis les 6 bits haut (le 8008 a un espace d'adressage de 14 bits), complétés par 2 bits indiquant au système ce que ce couple d'information représente.
T1Iest une variante de T1 qui est utilisée lorsque le processeur a validé une interruption. L'état est le même que T1 à l'exception du traitement du compteur d'instruction (le registre interne PC), qui n'est pas avancé. Après T1I, le 8008 passera à un état T2.Lors de l'état
T3, le processeur lit la donnée obtenue. Si c'est une instruction à exécuter, celle-ci est stockée pour les états suivants, sauf pour l'instructionHLT, qui est immédiate.Les états
T4etT5sont des états supplémentaires qui existent dans certaines instructions.Et chaque instruction peut répéter l'ensemble de ces états dans l'ordre pour compléter son exécution. L'instruction
INr(incrément d'un registre) va s'exécuter en un seul cycle avec les états T1, T2, T3, T4 et T5, pour un total de 5 états. L'instructionJMP(branchement à une adresse absolue) aura besoin de trois cycles : le premier et le second avec T1, T2 et T3, le troisième avec T1, T2, T3, T4 et T5, pour un total de 11 états.
Broches d'entrée
Le 8008 possède deux broches en entrée en plus des deux phases d'horloges :
INTERRUPT/etREADY/.READY/La broche READY/ permet de synchroniser le temps que prend l'acquisition d'une donnée avec le 8008. En effet, le cycle T3 s'attend à pouvoir lire une donnée sur les broches d'entrées/sorties. L'emplacement de cette donnée a été complètement caractérisée (emplacement et nature) lors du cycle T2.
Pour être certain que le monde extérieur est prêt, le 8008 ne passera de l'état T2 à T3 que si READY/ est au 1 logique. Dans le cas contraire, il se placera dans l'état WAIT et patientera... Dès que READY/ est signalé par le reste du système, le 8008 reprend sa course en passant vers l'état T3.
INTERRUPT/La broche INTERRUPT/, comme son nom l'indique, place le 8008 dans un état d'interruption. La gestion des interruptions par le 8008 est très rudimentaire. Lorsqu'une instruction est terminée, si INTERRUPT/ est signalée, alors le processeur passe en état T1I plutôt que T1.
Et c'est tout !
C'est aussi le seul moyen pour le processeur de sortir de l'état STOPPED si une instruction
HLT(halt) a été exécutée. Et de la même manière, le premier état sera alors T1I.Comme indiquée plus haut, la différence entre l'état T1 et T1I est que pour T1, le registre PC est incrémenté après l'émission de l'adresse. Pas dans le cas de T1I. L'idée est pour le système de placer sur le bus lors d'un état T1I une instruction particulière, généralement
RST(Restart).L'instruction
RSTest une instruction d'un octet de taille qui permet de brancher sur une sous-routine (comme unCAL) à une des 8 adresses multiples de 8 en mémoire. Elle est faite pour être utilisée dans ce contexte.Le 8008 doit donc être aidé par le reste du système pour gérer des interruptions. Le processeur lui-même ne fait que le strict minimum...
Les broches d'entrées/sorties
Il reste 8 broches à décrire, et celles-ci fonctionnent en entrée comme en sortie. Elles forment l'interface d'échange de données entre le 8008 et le reste du système. Ces broches ne sont pas spécialisées : toute donnée passe par là, que ce soit un morceau d'adresse, une données à échanger avec la mémoire ou avec un périphérique.
Comme indiqué plus haut, une combinaison de l'état courant du 8008 et des deux bits hauts placés en T2 sur ces broches permet de déterminer la fonction de ces 8 broches.
Sur T1 et T2, ce sont des broches en sortie qui indiquent deux morceaux d'adresse ainsi que la nature du cycle. Sauf dans le cas d'une données adressée à un périphérique, qui se trouvera en cycle T1 du second cycle.
En T3, ce sont des broches en entrée qui vont y lire une donnée... ou rien (dans le cas de
OUTlors du second cycle).Les broches ne servent pas lors des autres états.
Les registres
Le 8008 possède des registres accessibles par le code utilisateur, ainsi que quelques registres internes, non accessibles.
Passons sur la plupart des registres internes, qui servent au fonctionnement... interne (deux registres temporaires, celui d'instruction, de cycle,...) mais arrêtons nous sur une particularité : le pointeur d'instruction, généralement nommé
PCsur les micro-processeurs, n'est pas accessible au code exécuté !Le PC
En premier lieu, il faut dire que ce registre n'existe pas vraiment. Le 8008 possède une mémoire de 8 x 14 bits organisée en pile, munie de son pointeur de pile. L'adresse pointée est le
PCactuel. Lors d'un branchement, l'adresse pointée est mise à jour, avec une mise à jour potentielle du pointeur dans le cas d'instruction d'appel de sous-routine (CALpar exemple).Cela signifie au passage que le 8008, sans aide externe et avec ses seules instructions, ne peut pas dépasser une profondeur d'appel de plus de 8. Ou plutôt, il peut, mais la mémoire étant cyclique, il ne pourra pas remonter correctement.
Et le contenu de cette mémoire est parfaitement inaccessible. Il n'y a pas d'instruction permettant de lire le contenu de la pile, ni le niveau du pointeur.
Les autres registres
Les registres accessibles sont
A,B,C,D,E,HetL. Rien de très étonnant si vous connaissez le Z80 par exemple.Aest l'accumulateur. Toutes les opérations logiques et arithmétiques se font par rapport à A, et le résultat potentiel est stocké dans A. Sauf pour les opérations d'incréments et décréments, qui ne peuvent être appliqués que sur les registres généraux qui suivent.B,C,DetEsont 4 registres généraux. On peut copier le contenu de n'importe lequel vers n'importe quel autre (y compris l'accumulateur). On peut même copier le contenu d'un registre vers lui-même. Et c'est d'ailleurs, par convention, la copie de A vers A (LAA) qui forme l'instructionNOPdu 8008.HetLsont 2 autres registres généraux qui se comportent comme les précédents, mais qui ont une capacité supplémentaire. Pris ensemble, ils formeHL, nommé aussiM, un pseudo registre de pointeur vers la mémoire.Ainsi, l'instruction
LAMcopie le contenu du pseudo registreMvers l'accumulateur. Autrement dit, l'octet pointé par la paireHLest chargée dans A.Mot de la fin.
Le 8008, conçu et construit par Intel, est avant tout une commande pour reproduire dans un petit volume les fonctionnalités d'un appareil existant. C'est sous cet aspect qu'il est à comprendre et comprendre une partie des choix techniques et donc de ses limitations.
Récréation 3D, Pascaline ()
Depuis longtemps, très longtemps, les humains cherchent des moyens pour aider aux calculs. Blaise Pascal fut de ceux-ci, lorsqu'il conçu un modèle fonctionnel d'une machine mécanique permettant d'additionner et de soustraire des nombres.
La Pascaline devient la première machine à calculer de bureau commercialisée (même si elle le fut à très peu d'exemplaires).
En voici une modélisation que j'ai terminée récemment.
VG5000µ, Schémas de principe mis à jour en v1.4 ()
Il y a deux ans et demi, je publiais ici une remise au propre du schéma de principe de la documentation du VG5000µ.
Cette première version a été mise à jour avec la découvertes d'erreurs, ou de précisions à apporter.
Cette fois-ci, c'est l'œil exercé de 6502man du forum system-cfg qui, lors de la réparation d'un VG5000µ, m'a fait parvenir des corrections. Et je le remercie ici à nouveau.
Les modifications par rapport à la v1.3 sont :
- retirer la broche
A14de la ROM7802et les brochesA13des deux RAM en accès direct par le Z80,7804et7805. Du copier coller raté très probablement. - correction d'un inversion des broches 26 et 28 sur la ROM
7802. Le +5V arrive sur 28. - inversion des broches 4 et 5 de la porte NAND fournie par
7812. Les broches indiquées sur les versions précédentes sont fidèles au schéma de la documentation, mais le relevé sur le matériel montre le contraire. Il est possible qu'il existe différente carte mère, mais je donne la priorité à un relevé vérifié. D'un point de vue logique, inverser les branches d'une porte NAND ne change rien. - ajout de la mention 4Mhz sur la sortie HP du VDP
7801, pour plus d'information lors de la recherche de panne.
Ce qui donne, mis à jour.
La platine principale
Image cliquable pour une version en haute définition. (mise à jour 29 avril 2021)
La platine K7/Son
Image cliquable pour une version en haute définition. (mise à jour 9 sept. 2018)
Note
Le schéma a été mis à jour dans un nouvel article.
- retirer la broche
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