MOS Technology 6502: domar la semilla de semiconductores

El 14 de noviembre de 1999, un episodio de Futurama, una serie animada de comedia de ciencia ficción diseñada por el creador de Los Simpson, Matt Groening, sorprendió a los fanáticos de la computadora con una visión tecnológica que no tenía precedentes en el entretenimiento en horario estelar. En el episodio "Fry and the Slurm Factory", un personaje llamado Profesor Farnsworth dirige su rayo F hacia la cabeza del famoso robot Bender. En el área iluminada, puedes ver un pequeño rectángulo con la inscripción 6502.

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Tecnología MOS 6502 El

cameo de este legendario chip en Futurama conmocionó la mente de los geeks, causando una explosión de comentarios en foros en línea. Pero mucho antes de la entrada en la era de Internet, el microprocesador 6502 hizo una revolución, que sirvió como un impulso en el desarrollo y la accesibilidad de la tecnología informática para el consumidor masivo.

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MOS 6502: el cerebro de un robot Bender

En 1971, Motorola lanzó el proyecto del microprocesador 6800 con Tom Bennett como arquitecto jefe. El diseño de los chips comenzó a fines de 1972, las primeras copias del 6800 se hicieron en febrero de 1974, y la familia completa se lanzó oficialmente en noviembre de ese año. Un año antes, Bennett contrató a Chuck Peddle para el soporte arquitectónico de los productos existentes de la familia 6800. Esta solución se convertirá posteriormente en una de las claves en la industria de los semiconductores.

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Chuck vende

En ese momento, los clientes objetivo de Motorola eran compañías electrónicas bien conocidas como Hewlett-Packard, Tektronix, TRW y Chrysler. En mayo de 1972, los ingenieros de Motorola comenzaron a visitar clientes seleccionados y compartir los detalles de su sistema de microprocesador de 8 bits propuesto con ROM, RAM, interfaces paralelas y seriales. A principios de 1974, proporcionaron muestras de ingeniería de los chips para que los clientes pudieran crear prototipos de sus sistemas. La estrategia de Motorola para toda la familia de productos no se centró en el precio del microprocesador, sino en reducir el costo total de desarrollo para el cliente. Intel y Motorola inicialmente establecieron el precio en $ 360 por microprocesador, mientras que el precio real de producción fue mucho más bajo. Motorola ha propuesto un kit de desarrollo,que contiene 6800 con seis chips de soporte por $ 300.

Peddle, que acompañaba a los vendedores durante las visitas a los clientes, descubrió que estaban confundidos por el alto costo de estos microprocesadores. Además, en 6800 había muchas instrucciones "adicionales" que simplemente no se usaban en la práctica. Paddle y otros miembros del equipo comenzaron a diseñar un microprocesador más pequeño, pero con características mejoradas. En esos años, las nuevas instalaciones de fabricación de semiconductores de Motorola en Austin, Texas, tuvieron dificultades para fabricar chips MOS, y a mediados de 1974 comenzó un declive anual en la industria de semiconductores.

La gestión de productos semiconductores de Motorola se vio abrumada por problemas y no mostró interés en la oferta de microprocesadores de bajo costo de Peddle. Al final, Peddle recibió una carta oficial pidiéndole que dejara de trabajar en su sistema. Respondió diciéndole a Motorola que la carta era una declaración oficial sobre el "abandono del proyecto", por lo que la propiedad intelectual que había desarrollado hasta este momento ahora le pertenecía. En noviembre de 1975, el presidente de Motorola, Robert Galvin, finalmente acordó que el concepto del chip Paddle era bueno y que la división perdió esa oportunidad. Finalmente, el departamento fue reorganizado y la administración cambió.

Paddle comenzó a buscar fuera de Motorola una fuente de financiación para su nuevo proyecto. Primero recurrió al CEO de MOSTEK. Se negó y luego comentó su negativa por temor a un litigio con Motorola. Durante uno de sus viajes, Paddle visitó una compañía de automóviles Ford. Bob Johnson, quien luego dirigió la división de automatización de motores de Ford, dijo que su ex colega, John Payvinen, se mudó a General Instrument, donde aprendió el arte de diseñar dispositivos semiconductores. Desde que dejó General Instrument, ha estado trabajando en conjuntos de chips de calculadora en la nueva compañía MOS Technology, que fundó en Forge Valley, PA en 1969.

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John Payvinen

Después de una serie de intentos fallidos de encontrar financiamiento, Peddle recurrió a Payvinen, quien inmediatamente dio luz verde a su proyecto. El 19 de agosto de 1974, Chuck Peddle y seis de sus colegas dejaron Motorola y se unieron a MOS Technology. De los diecisiete desarrolladores y diseñadores de chips en el equipo 6800, siete permanecen. El objetivo del equipo era diseñar y fabricar un microprocesador económico para aplicaciones integradas y dirigirlo a la base de clientes más amplia posible. Esto solo era posible si el microprocesador fuera económico.

En el verano de 1975, Chuck Peddle, Will Matis y Rod Orgill desarrollaron la arquitectura de los nuevos procesadores. El artículo de septiembre del mismo año en la revista EDN ofrece una breve descripción del diseño de los nuevos chips:

Familia de tecnología MOS
MOS Technology 650X , 6800, , , . 6800 MOS Technology, , …

En MOS Technology, el procesador se maqueta con lápices de colores y papel vitela. Dadas las limitaciones en el tamaño del chip, todos los dibujos tuvieron que ser revisados ​​constantemente. Payvinen trabajó en el dibujo del decodificador de instrucciones, Peddle en ALU y registros.

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Varios miembros del equipo MOS 6502 (de izquierda a derecha):
Chuck Peddle, Rod Orgill, Terry Holdt y Ray Heart.
Sentados: Will Matis.
El circuito que sostienen es un aumento de 200 veces en el diseño del chip 6502


El tamaño del chip 6502 era casi la mitad que el del 6800, lo que permitía imprimir más chips en una oblea de silicio de alta pureza. Además, las placas contenían un cierto porcentaje de defectos físicos en su superficie; cualquier chip impreso en este defecto sería defectuoso. Dado que los chips más pequeños se imprimen con menos frecuencia en un defecto, la producción de dichos procesadores ha proporcionado una reducción significativa en los costos y el costo final.

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Tamaño de cristal MOS 6502 y Motorola 6800

Posteriormente, MOS introdujo dos microprocesadores basados ​​en el mismo diseño básico: 6501, que era compatible con el conector Motorola 6800, y 6502, que reorganizó el pinout para admitir el reloj incorporado. Ambos chips funcionan con otros chips de soporte diseñados para el 6800, pero no funcionan con el software, debido al diferente conjunto de instrucciones, registros y modos de direccionamiento.

La introducción de los nuevos microprocesadores MOS fue muy diferente del lanzamiento tradicional de productos de varios meses. El primer lanzamiento de un nuevo chip generalmente se usa para pruebas internas y se proporciona a clientes individuales como muestras de ingeniería. Estos chips a menudo tienen defectos estructurales que posteriormente se reparan antes de que comience la producción. El objetivo de Chuck Peddle era vender el primer lote de 6501 y 6502 a la exhibición de Wescon San Francisco, que comenzó el 16 de septiembre de 1975. Peddle era un representante muy eficiente y los microprocesadores de MOS Technology estaban ampliamente cubiertos en la prensa de la industria.

Una de las primeras fue una historia de página completa sobre microprocesadores en la edición del 24 de julio de 1975 de la revista Electronics. Los artículos también aparecieron en las revistas EE Times, EDN, Electronic News, Byte y Microcomputer Digest. Un anuncio del chip 6501 apareció en varias publicaciones en la primera semana de agosto de ese año. El costo del microprocesador fue de $ 20. En septiembre, comenzó la campaña publicitaria de los nuevos microprocesadores MOS Technology. En el mismo mes, 6502 salió a la venta a un precio de solo $ 25.

El 6502 era un procesador de 8 bits con un bus de direcciones de 16 bits que puede direccionar hasta 64 KB de memoria. Fue producido usando un proceso de 8 micras. El área del cristal era de 3,9 por 4,3 mm.

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Tamaño de cristal MOS 6502

La lógica interna del procesador funciona a la misma velocidad que la frecuencia de reloj externa, pero a pesar de las bajas frecuencias de reloj (de 1 a 2 MHz), el rendimiento del chip fue competitivo con otros procesadores de esa época utilizando una frecuencia de reloj significativamente mayor. La baja velocidad del reloj redujo los requisitos de rendimiento de la memoria y los dispositivos periféricos conectados al procesador. Esto fue crítico en un momento en que la memoria disponible tenía tiempos de acceso que oscilaban entre 250 y 450 nanosegundos. El NMOS 6502 original tenía un diseño minimalista y una fabricación eficiente y, por lo tanto, era mucho más barato, un factor importante para obtener victorias arquitectónicas en los mercados muy sensibles a los precios de las consolas de juegos y las computadoras domésticas.

La presentación de los microprocesadores 6501 y 6502 en Wescon fue un gran éxito. El obstáculo fue que la cobertura de prensa generalizada llamó la atención de Motorola. En octubre de 1975, Motorola bajó el precio en 6.800 de $ 175 a $ 69, y el 3 de noviembre solicitó a la corte federal que prohíba que MOS Technology produzca y venda productos con microprocesador. También presentaron una demanda alegando infracción de patente y apropiación indebida de secretos comerciales.

En ese momento, Motorola era una empresa con enormes recursos, una facturación total de miles de millones de dólares y una cartera de patentes para semiconductores, incluyendo 6800.
La demanda citó los nombres de cuatro ex ingenieros de Motorola que trabajaban en el chip 6800. Durante la demanda, Motorola descubrió que un ingeniero, Mike Janes, ignoró las instrucciones de Peddle e introdujo su diseño de chip 6800 en los documentos de diseño de MOS Technology.

En marzo de 1976, ahora la tecnología MOS independiente tenía una situación financiera desfavorable, lo que ayudó a resolver el problema. La compañía abandonó el procesador 6501, pagó 200 mil dólares y devolvió documentos disputados confidencialmente por Motorola. En mayo de 1976, Motorola bajó el precio de 6.800 a $ 35, y en noviembre Commodore adquirió la tecnología MOS.

Con problemas legales, MOS todavía tenía problemas para obligar a los desarrolladores a comprar sus procesadores. Esto llevó a Chuck Peddle a diseñar la computadora de placa única MDT-650. Otro grupo dentro de la compañía desarrolló KIM-1, que se suministró sin una caja y dispositivos de E / S, pero que hizo posible ensamblar una computadora por menos de $ 500: la placa en sí costó $ 245 y se pudo comprar un terminal de computadora de terceros y una grabadora de cassette compacta. Sorprendentemente, el MOS KIM-1 se vendió bien tanto a entusiastas como a ingenieros.

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KIM-1

Una de las primeras aplicaciones disponibles públicamente del diseño 6502 fue la computadora Apple I, desarrollada por Steve Wozniak y demostrada en abril de 1976 en el Homemade Computer Club en Palo Alto. Luego se usó en Commodore PET y Apple II, lanzado en 1977. Más tarde se usó en computadoras de 8 bits de la familia Atari, Acorn Atom, BBC Micro y otros diseños para computadoras domésticas y comerciales.

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El bajo costo del procesador se ha convertido en una de las razones de la disponibilidad de computadoras para el comprador masivo. Un área importante del uso del procesador se ha convertido en consolas de juegos. El pionero en el uso del diseño del procesador en sus sistemas fue Atari en la consola de juegos Atari VCS (más tarde conocida como Atari 2600).

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Atari vcs

VCS utilizó una versión mejorada de 6502 llamada 6507, que tenía menos pines y, como resultado, solo podía direccionar 8 KB de memoria. La consola de segunda generación salió a la venta en Navidad de 1977 y se convirtió en una de las consolas de juegos más comunes en los próximos veinte años. Se han vendido más de cuarenta millones de copias.

Otra aplicación importante fue la japonesa Famicom de Nintendo, en los Estados Unidos, en Europa, más conocida como Nintendo Entertainment System. En Rusia, le vendieron un clon: Dendy. La consola ha conquistado casi todo el mercado estadounidense y japonés. Según cifras oficiales, se vendieron más de 60 millones de copias, pero se desconocen cuántos de ellos, incluidos los clones. Hoy, la consola continúa produciendo y vendiendo, pero no Nintendo. Oficialmente, el prefijo se admitió hasta 2003 en Japón y hasta 1995 en los Estados Unidos.

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Sistema de entretenimiento de Nintendo La

industria militar soviética lanzó un procesador 4KC602VM1 65C02 compatible para su uso en sistemas 4K602VM1 integrados

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Sin embargo, las computadoras personales Agat soviéticas usaban procesadores 6502 de fabricación extranjera. Agate se convirtió en la primera computadora soviética en serie de 8 bits y estaba destinada para su uso en el campo educativo. Fue construido en el Instituto de Investigación de Complejos de Computación basado en una computadora Apple. Fabricaron la computadora desde 1984, la asamblea continuó hasta 1993. En las escuelas, las computadoras se usaron hasta 2001.

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Ágata

A pesar de la posición dominante de x86 en el mundo moderno y la victoria de la arquitectura de PC de IBM, debemos recordar la historia de esos microcircuitos distantes que invariablemente condujeron al hecho de que los microprocesadores se han convertido en una parte integral de nuestra vida cotidiana. La introducción de este legendario chip ha llevado a una rápida reducción de los precios en todo el mercado de procesadores. Junto con el Zilog Z-80, fue el fundador de una serie de proyectos que llevaron a la revolución de las computadoras domésticas a principios de los años 80. Y, a pesar de su antigüedad, 6502 continúa siendo ampliamente utilizado en sistemas integrados con volúmenes de producción estimados de cientos de millones.

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