Intel 4040

Intel 4040
Центральный процессор
Микропроцессор Intel 4040
Производство	с 1974 по 1981
Производитель	Intel Corp.
Частота ЦП	500—740 КГц
Технология производства	10 мкм
Наборы инструкций	60 инструкций
Разъём
Ядра
Intel 4004 Intel 8008

Микроархитектура процессора Intel 4040

Intel 4040 — 4-битный микропроцессор (улучшенный), разработанный Intel Corp. и выпущенный в 1974 году. Преемник Intel 4004 и предшественник первого 8-битного микропроцессора Intel 8008.

Чип i4040 содержал 3000 транзисторов, размещённых на одном кристалле по техпроцессу 10 мкм. Микропроцессор использовался, в основном, в игровых устройствах, микроконтроллерах, управляющих различными процессами, и тестовых устройствах. Корпус i4040 вдвое шире корпуса i4004 и имеет 24 вывода (это замышлялось с самого начала, но из-за политики тогдашнего руководства Intel все микросхемы выпускались в корпусах с 16 выводами, из-за чего i4004 не смог реализовать первоначально задуманных функций). В новый процессор добавили 14 новых команд к 46 старым, увеличили количество регистров до 24, расширили память команд до 8 кб и увеличили глубину стека до 7 уровней, также, самое важное, появилась поддержка прерываний (отдельная линия ввода) . Семейство микросхем i4040 также именовали как MCS-40. Выпускались микросхемы 3 типов: C4040, D4040, P4040.

Характеристики i4040

• Разрядность регистров: 4 бита
• Внутренняя шина: 4 бита
• Внешняя шина: мультиплексированная для адреса, данных, управления — 4 бита
• Банки памяти:
  • Область программ: 2 банка (2 линии CM)
  • Область данных: 4 банка (4 линии CM) или 8 банков (4 линии CM с дешифратором)
• Рабочая тактовая частота 500-740 кГц (макс. ~740,740...кГц)
• Полная программная совместимость с i4004
• Добавлена поддержка прерываний
• Добавлены режимы остановки программы Halt, Stop и пошаговое выполнение программы
• Набор инструкций расширен до 60 команд (46+14 новых)
• Память команд (ПЗУ) расширена до 8 Кбайт
• Число регистров увеличено до 24
• Глубина стека теперь составляет 7 уровней
• Напряжение питания +15 В
• Разъём DIP24

Конструкторы

Тед Хофф, Федерико Фаджин, Стэнли Мэйзор (Stan Mazor), Масатоси Сима (en:Masatoshi Shima)

Специализированные микросхемы

Как и i4004, чип i4040 поставлялся с дополнительными микросхемами, в зависимости от потребностей микросхема могла поставляться со следующими чипами:

• 4201 — тактовый генератор, схема формирования сигналов RESET, STOP/ACK и импульсов пошагового исполнения.

Схемы для банков программ (ПЗУ, ОЗУ и ввода-вывода):

• 4001 — 256-байтовое масочное ПЗУ (256 8-битовых программных инструкций) и один встроенный 4-битный порт ввода-вывода.
• 4308 — 1024-байтовое масочное ПЗУ (1024 8-битовых программных инструкций) и четыре встроенных 4-битных порта ввода-вывода. Полная замена для четырёх схем 4001.

• 4008, 4009 — комплект для подключения стандартных чипов памяти (ПЗУ, ППЗУ, ОЗУ) и портов ввода-вывода. Позволяет подключить до 16 разных устройств памяти в формате 8 бит адреса, 8 бит данных. Для записи в ОЗУ используется ранее недокументированная команда WPM (Write Program Memory). Также поддерживается до 16 четырёхбитных портов ввода и до 16 четырёхбитных портов вывода. Intel рекомендует совместно использовать чипы: 4316 (2048 байт масочное ПЗУ), 4702А (256 байт ППЗУ/EPROM), 4101 (256 байт статическое ОЗУ).

• 4289 — схема для подключения стандартных чипов памяти и портов ввода-вывода. Более поздняя замена 4008/4009 в одном корпусе.
• 4207, 4209, 4211 — порты GPIO (4 порта по 4 бит). Схемы имеют адрес 3 в области программ, поэтому не могут использоваться совместно с 4008/4009/4289, а схемы 4001/4308 не должны занимать адрес 3. Можно использовать одновременно до восьми схем, используя для выбора линии CM-RAM.
  • 4207 — 8 бит синхронного вывода данных, 4 выходных бита управления, 4 входных бита управления.
  • 4209 — 8 бит синхронного ввода данных, 4 выходных бита управления, 4 входных бита управления.
  • 4211 — 8 бит синхронного вывода данных, 8 бит синхронного ввода данных.

Схемы для банков данных (ОЗУ и ввода-вывода):

• 4002 — 40-байтовое ОЗУ (80 4-битных ячеек) и один встроенный 4-битный выходной порт; RAM в чипе организована в 4 «регистра» из двадцати 4-битных ячеек:
  • 16 ячеек данных (в оригинальном калькуляторе использовались для цифр мантиссы)
  • 4 ячейки состояния (в оригинальном калькуляторе использовались для цифр экспоненты и знаков)
• 4003 — 10-битный расширитель вывода (сдвиговый регистр, преобразующий последовательный код в параллельный)

• 4265 — 4 универсальных четырёхбитных порта ввода/вывода. Программно поддерживаются 14 режимов. Полностью замещает один из банков ОЗУ 4002.
• 4269 — программируемый контроллер клавиатуры и дисплея. Производит циклическое сканирование двух клавиатурных матриц 8×8 (128 клавиш) и циклический вывод 2*16*4 бит данных для управления дисплеем. Полностью замещает один из банков ОЗУ 4002.

Ссылки

• Как разрабатывались первые микросхемы Intel (рус.)