ARM zawojował rynek? Phi, to ten procesor swego czasu był absolutnie wszędzie

Dziś słyszy się o dwóch rodzinach procesorów: o układach x86 obecnych w wysokowydajnych komputerach, serwerach i konsolach do gier – oraz o układach ARM, które zawojowały świat urządzeń mobilnych. Tymczasem swego czasu trudno było znaleźć urządzenie komputeropodobne z czymś innym niż MOS Technology 6502 na pokładzie.

Apple II, Commodore 64, NES (w tym nasza rodzima podróbka w formie Pegasusa), Atari 2600, rozmaite zabawki elektroniczne i urządzenia przemysłowe… wszystkie łączy jedno. Jeden układ od firmy, która ma niewiele wspólnego z Intelem i równie niewiele z biurem projektowym Arm. Chodzi o układ MOS 6502, który swego czasu absolutnie zdominował rynek elektroniki – głównie konsumenckiej, choć odniósł też niemały sukces w innych branżach.

Za 6502 nie stała jednak potęga wielkiej korporacji. Można wręcz napisać, że wielka korporacja – jaką wówczas w świecie układów scalonych była Motorola – mogła mieć na wyłączność ten układ. Wymyślił go bowiem jeden z jej pracowników i bardzo chciał, by to właśnie jego dotychczasowy pracodawca rozpoczął jego produkcję. Motorola, tak jak wówczas Intel, nie była jednak zainteresowana tworzeniem czipów w cenie niższej niż kilkaset dolarów. Entuzjasta komputerów i elektroniki w oczach Motoroli musiał być zamożny – by można było na nim zarabiać. Chuck Peddle miał inne zdanie. Sądził, że najwyższa pora na atrakcyjne cenowo komputery domowe.

Na szczęście dla Peddle’a, Motorola początkowo nie rozpoznała potencjału projektu swojego pracownika – odrzuciła jego projekt, pozwalając inżynierowi zarazem zachować prawa do wynalazku. Chuck Peddle zdawał sobie sprawę z potencjału układu 6502. Na szczęście ów potencjał rozpoznał też MOS Technology.

MOS 6502 – rewolucja dla świata komputerów i portfeli ich miłośników

Procesor ten został zaprojektowany przez zespół inżynierów, którzy wcześniej pracowali nad projektem Motorola 6800 w firmie Motorola. Głównymi postaciami stojącymi za projektem 6502 byli Chuck Peddle i Bill Mensch, którzy byli niezadowoleni z polityki cenowej Motoroli wobec mikroprocesora 6800. Motorola rozpoczęła prace nad 6800 w 1971 r., którym przewodził Tom Bennett.

W marcu 1974 r. Motorola oficjalnie wprowadziła mikroprocesor 6800, ale produkcja ruszyła dopiero w listopadzie tego samego roku, z ceną początkową wynoszącą 360 dolarów za sztukę przy małych zamówieniach. Chuck Peddle, który prowadził seminaria marketingowe dla dużych klientów wczesnym 1974 r., dostrzegł okazję i próbował przekonać Motorolę do stworzenia tańszej wersji mikroprocesora przeznaczonej dla rynku urządzeń przemysłowych. Jednak Motorola nie była zainteresowana takim kierunkiem.

W sierpniu 1974 r. Peddle opuścił Motorolę, aby dołączyć do MOS Technology – małego producenta układów scalonych zlokalizowanego w pobliżu Valley Forge w Pensylwanii. Dołączył do niego Bill Mensch oraz sześciu innych inżynierów z Motoroli: Harry Bawcom, Ray Hirt, Terry Holdt, Michael Janes, Wil Mathys i Rod Orgill. W MOS Technology stworzyli oni procesor MCS 6501/6502.

MOS Technology 6502 został dostarczony klientom we wrześniu 1975 r. Był znacznie prostszy, tańszy i szybszy niż jego poprzednik z Motoroli. Był na tyle udany, że jego wprowadzenie w relatywnie szybkim czasie spowodowało gwałtowny spadek cen na rynku mikroprocesorów. To nie był pod żadnym względem najpotężniejszy układ na rynku. Relacja możliwości do ceny, za sprawą niezwykle inteligentnego projektu, była tu w zasadzie nie do pobicia.

Nic więc dziwnego, że wkrótce po wprowadzeniu 6502, MOS Technology zostało zakupione przez Commodore International, co jeszcze bardziej zwiększyło jego obecność na rynku.

Hołd ku prostocie. Nie zawsze najbardziej wypasiony znaczy najlepszy

Procesor MOS Technology 6502 wprowadził kilka innowacji, które wyróżniały go na tle konkurencji i przyczyniły się do jego popularności. Jedną z głównych było zastosowanie technologii NMOS, która pozwoliła na znaczne obniżenie kosztów produkcji przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności. Dzięki temu 6502 był oferowany na rynku po znacznie niższej cenie niż konkurencyjne mikroprocesory, takie jak Motorola 6800 czy Intel 8080.

Inną ważną cechą 6502 była jego prostota konstrukcyjna, która wynikała z mniejszej liczby tranzystorów w porównaniu do innych procesorów tamtego czasu. Mimo to, oferował on zestaw 56 instrukcji i był w stanie pracować z prędkością od 1 MHz do 3 MHz, co było konkurencyjne na ówczesnym rynku. Procesor 6502 posiadał również unikalny zestaw trybów adresowania, w tym adresowanie strony zerowej, które pozwalało na szybki dostęp do pierwszych 256 bajtów pamięci RAM, co mogło być wykorzystywane prawie jak rejestry wewnętrzne. To zwiększało efektywność programowania i wydajność procesora.

Dodatkowo, 6502 nie posiadał specjalnych rozkazów do obsługi urządzeń wejścia-wyjścia, co było różnicą w stosunku do konkurenta Z80. Obszar stosu był zaimplementowany za pomocą 8-bitowego rejestru stosu, odwołującego się wyłącznie do pierwszej strony pamięci. W późniejszym czasie, Western Design Center rozpoczęło rozwój wersji CMOS tego procesora, znanego jako 65C02, który wprowadził poprawki błędów i nowe rozkazy oraz tryby adresowania, eliminując nieudokumentowane rozkazy obecne w oryginalnym 6502. Te zmiany pozwoliły na dalsze zastosowanie procesora w nowych systemach wbudowanych i utrzymanie jego obecności na rynku przez wiele lat.

6502 kosztował 25 dolarów. Intel 8080 i Motorola 6800 wycenione były na prawie 200 dolarów. Jakim cudem?

MOS 6502, jak każdy mikroprocesor swojej epoki, miał pewne ograniczenia. Jednym z głównych ograniczeń była jego 8-bitowa architektura, która ograniczała wielkość danych, z którymi mógł bezpośrednio operować, do 8 bitów. Oznaczało to, że większe operacje musiały być dzielone na mniejsze kroki, co mogło wpływać na wydajność. Ponadto, 6502 miał 16-bitową przestrzeń adresową, co pozwalało mu na adresowanie tylko do 64 KB pamięci. W czasach, gdy aplikacje stawały się coraz bardziej zaawansowane, ta ilość pamięci mogła być ograniczeniem.

Innym ograniczeniem było to, że 6502 posiadał stosunkowo mały zestaw instrukcji, co mogło utrudniać programowanie bardziej złożonych operacji. Mimo że zestaw instrukcji był wystarczający dla wielu zastosowań, niektórzy programiści mogli odczuwać brak bardziej zaawansowanych instrukcji dostępnych w innych mikroprocesorach tamtego czasu. Procesor nie miał również sprzętowej obsługi operacji zmiennoprzecinkowych, co oznaczało, że wszystkie obliczenia zmiennoprzecinkowe musiały być realizowane programowo, co było czasochłonne i wymagało dodatkowego kodu.

Tyle że urządzenia, z myślą o których był projektowany 6502, całego tego zaawansowania kompletnie nie potrzebowały. Przeciwnie, lekkość i niska cena 6502 były właśnie tym, czego ówczesna branża potrzebowała. Ta kompletnie zwariowała na punkcie tego układu.

Czytaj też:

Czy warto czekać z zakupem laptopa na Snapdragona X Elite? Oto co wiemy przed premierą Google stworzył własny chip. Nie kupisz go, ale z niego skorzystasz Snapdragon X Plus – wszystko, co o nim wiemy. Potwór i jego mniejszy, tańszy brat

Procesor MOS 6502 – specyfikacja

Podsumowując dotychczasowe informacje i uzupełniając pozostałe parametry, 6502 można opisać następująco:

Szerokość danych: 8-bitowa, co oznacza, że procesor może bezpośrednio operować na danych o wielkości 8 bitów. Szerokość adresu: 16-bitowa przestrzeń adresowa, umożliwiająca adresowanie do 64 KB pamięci. Zegar CPU: Maksymalna częstotliwość taktowania procesora wynosiła od 1 MHz do 3 MHz. Zestaw instrukcji: Procesor posiadał zestaw 56 instrukcji, które były wystarczające do obsługi różnorodnych zadań. Tranzystory: Zawierał około 3510 tranzystorów, co było imponującą liczbą na tamte czasy. Obudowa: Standardowo dostarczany w 40-pinowej obudowie DIP (Dual In-line Package).

Rejestry procesora 6502:

Akumulator (A): Główny rejestr używany do operacji arytmetycznych i logicznych. Rejestry indeksowe (X i Y): Używane do adresowania pośredniego i iteracji. Wskaźnik stosu (S): 8-bitowy rejestr stosu, który odwoływał się wyłącznie do pierwszej strony pamięci (tzw. strona zerowa). Rejestr statusu (P): Zawierał flagi stanu, takie jak zero, przeniesienie, przerwanie i inne.

Tryby adresowania w 6502:

Bezpośredni: Pozwalał na dostęp do danych znajdujących się pod konkretnym adresem w pamięci. Pośredni: Umożliwiał dostęp do danych poprzez wskaźnik. Indeksowy: Używał rejestrów X lub Y do modyfikacji adresu bazowego. Strona zerowa: Szybki dostęp do pierwszych 256 bajtów pamięci, co było wykorzystywane prawie jak rejestry wewnętrzne.

Ograniczenia procesora 6502:

Brak sprzętowej obsługi operacji zmiennoprzecinkowych: Wszystkie obliczenia zmiennoprzecinkowe musiały być realizowane programowo. Ograniczona ilość pamięci: 16-bitowa przestrzeń adresowa ograniczała dostępny zakres pamięci do 64 KB. Mały zestaw instrukcji: W porównaniu do nowocześniejszych mikroprocesorów, 6502 miał stosunkowo mały zestaw instrukcji.

Niezwykła spuścizna układu 6502. Od Atari, przez Nintendo… aż do dziś

Chociaż dokładne liczby dotyczące sprzedaży i przychodów z procesora 6502 są trudne do ustalenia, wiadomo, że był on wykorzystywany w setkach milionów urządzeń. Produkcja procesora 6502 i jego wariantów, takich jak 65C02, kontynuowana jest do dziś, głównie w systemach wbudowanych, co świadczy o jego długotrwałym sukcesie i wpływie na przemysł elektroniczny.

Procesor 6502 znalazł zastosowanie w wielu kultowych komputerach i konsolach do gier, które zdefiniowały całą epokę. Najbardziej charakterystyczne przykłady, częściowo wcześniej w tekście wspomniane, to:

Apple II – jeden z pierwszych sukcesów komercyjnych wśród komputerów osobistych, który przyczynił się do popularyzacji komputerów domowych. Commodore 64- uznawany za jeden z najpopularniejszych komputerów domowych wszech czasów, sprzedany w milionach egzemplarzy na całym świecie. Nintendo Entertainment System (NES) -konsola, która zrewolucjonizowała rynek gier wideo i przyczyniła się do powstania wielu klasycznych tytułów. BBC Micro – komputer edukacyjny, który miał znaczący wpływ na nauczanie informatyki w Wielkiej Brytanii. Atari 2600 – jedna z pierwszych konsol do gier wideo, która przyniosła gry wideo do salonów na całym świecie.

Te i wiele innych urządzeń wykorzystujących procesor 6502 miały ogromny wpływ na rozwój branży komputerowej i gier wideo, a ich dziedzictwo jest nadal obecne w dzisiejszej kulturze cyfrowej. Bezpośredni wpływ 6502 na architektury x86 i ARM jest trudny do jednoznacznego określenia, ponieważ te dwie architektury rozwinęły się niezależnie, kierując się własnymi założeniami projektowymi i wymaganiami rynku.

Architektura x86, zapoczątkowana przez Intel z procesorem 8086, była rozwijana z myślą o kompatybilności wstecznej i obsłudze złożonych systemów operacyjnych. Z kolei ARM, zaprojektowany przez Acorn Computers, skupiał się na efektywności energetycznej i prostocie, co czyni go popularnym wyborem w urządzeniach mobilnych i systemach wbudowanych. Chociaż obie architektury mogły czerpać ogólne lekcje z sukcesu 6502, takie jak znaczenie kosztów i dostępności dla masowego rynku, to jednak ich techniczne rozwiązania i innowacje były wynikiem własnych ścieżek rozwoju.

Koniecznie sprawdź: Byłem w miejscu, gdzie stoją najważniejsze komputery świata. Chodź, pokażę ci je

Warto zauważyć, że 6502 i jego pochodne nadal znajdują zastosowanie w niektórych systemach wbudowanych, a jego prostota i deterministyczne zachowanie są cenione w aplikacjach wymagających precyzyjnego czasowania, co może być inspiracją dla niektórych aspektów projektowania nowoczesnych mikroprocesorów. Nadal. W 2024 roku.