1975 жылғы 8 биттік микропроцессор: MOS Technology 6502 тарихы

Кіріспе

1975 жылғы 8 биттік микропроцессор

MOS Technology 6502 (көбінесе "алпыс бес ноль екі" деп айтылады) – 8 биттік микропроцессор, ол MOS Technology үшін Чак Педдл басқарған шағын команда жасаған. Дизайн тобы бұрын Motorola компаниясында Motorola 6800 жобасы бойынша жұмыс істеген; 6502 негізінен сол дизайнның қарапайым, арзан және жылдам нұсқасы болып табылады. 1975 жылы пайда болған кезде 6502 микропроцессоры нарықтағы ең арзан микропроцессор болды. Ол бастапқыда 6800 немесе Intel 8080 сияқты ірі компаниялардың бәсекелес дизайнды құнынан кем дегенде алты есе арзан сатылды. Оның енгізілуі процессорлар нарығында бағаның күрт төмендеуіне әкелді. Zilog Z80-мен бірге ол 1980-ші жылдардың басында үй компьютерлері революциясына жол ашқан бірқатар жобаларды тудырды. 1980 және 1990 жылдардың басындағы танымал ойын консольдары мен үй компьютерлері, мысалы Atari 2600, Atari 8 биттік компьютерлер, Apple II, Nintendo Entertainment System, Commodore 64, Atari Lynx, BBC Micro және тағы да басқалары 6502 немесе оның негізгі дизайнының өзгеруін пайдаланды. 6502-нің пайда болуынан кейін көп ұзамай, Commodore International компаниясы MOS Technology компаниясын толығымен сатып алды және микропроцессорды, сондай-ақ басқа өндірушілерге лицензияларды сатуды жалғастырды. 6502-нің алғашқы күндері оны Rockwell және Synertek қосымша өндірді, ал кейін басқа компанияларға лицензия берілді. 1981 жылы Western Design Center 65C02 CMOS нұсқасын әзірлеуді бастады. Ол ендірілген жүйелерде кеңінен қолданылады, өндіріс көлемі жүздеген миллионға жетеді деп есептеледі.

Motorola компаниясының бастамасы

6502 микропроцессоры Motorola 6800 микропроцессорлар отбасын жасаған көптеген инженерлермен жобаланған. Motorola компаниясы 6800 микропроцессор жобасын 1971 жылы Том Беннетт бас архитектор ретінде бастады. Motorola инженерлері IBM 370 165 мейнфрейм компьютерінде аналогты және цифрлық симуляцияларды жүргізе алды. Чиптердің құрылымы 1972 жылдың соңында басталды, алғашқы 6800 чиптері 1974 жылдың ақпанында жасалды және толық отбасы 1974 жылдың қарашасында ресми түрде шығарылды. Джон Бьюкенен 6800 чипінің дизайнері болды, ал кейіннен 6501-ді жасаған Род Орджилл Бьюкененге схемаларды талдау және чиптің орналасуына көмектесті. Билл Мэнш 1971 жылдың маусымында Аризона университетін бітіргеннен кейін (26 жасында) Motorola компаниясына қосылды. Оның алғашқы міндеті 6800 отбасы үшін перифериялық интегралды схемаларды (IC) анықтауға көмектесу болды, ал кейіннен ол 6820 перифериялық интерфейс адаптерінің (PIA) негізгі дизайнері болды. Беннет 1973 жылы Чак Педдлді жұмысқа алды, ол 6800 отбасы өнімдері бойынша архитектуралық қолдау жұмыстарын жүргізді. Ол көптеген салаларда үлес қосты, соның ішінде 6850 ACIA (сериялық интерфейс) дизайнында. Motorola-ның мақсатты клиенттері Hewlett Packard, Tektronix, TRW және Chrysler сияқты белгілі электронды компаниялар болды. 1972 жылдың мамырында Motorola инженерлері таңдалған клиенттерге барып, ROM, RAM, параллель және сериялық интерфейстері бар ұсынылған 8 биттік микропроцессор жүйесінің егжей-тегжейін бөлісе бастады. 1974 жылдың басында олар клиенттерге өздерінің дизайндарын прототиптеу үшін чиптердің инженерлік үлгілерін ұсынды. Motorola компаниясының "толық өнім отбасы" стратегиясы микропроцессордың бағасына емес, клиенттің жалпы жобалау шығындарын азайтуға бағытталған. Олар уақытты бөлісу компьютерінде дамыту бағдарламалық жасақтамасын, "EXORciser" жөндеу жүйесін, оқу орталығындағы оқытуды және техникалық қолдау инженерлерінің қызметін ұсынды. Intel және Motorola бастапқыда бір микропроцессордың бағасын жариялаған болатын. Бірақ өндірістік көлемдегі нақты баға одан әлдеқайда төмен болды. Motorola 6800 микропроцессорын және оны қолдайтын алты чиптен тұратын жиынтықты ұсынды. Педдл сатушылармен бірге клиенттерге сапарлар жасағанда, клиенттер микропроцессор чиптерінің жоғары бағасынан көңілі тоймады. Сонымен қатар, оның ұсынған инженерлері әрқашан 6800-ге енгізілген "барлық осы әсем нұсқаулардан" әлдеқайда кішірек қажетті нұсқаулардың тізімін жасады. Педдл және команданың басқа мүшелері жақсартылған мүмкіндіктерге және кішірек өлшемге ие микропроцессордың дизайнын жасауды бастады. Сол кезде Motorola-ның Техас штатындағы Остин қаласындағы жаңа жартылай өткізгіш өндіріс орны MOS чиптерін өндіруде қиындықтарға тап болды, ал 1974 жылдың ортасы жартылай өткізгіш өнеркәсібінде бір жылдық төмендеудің бастамасы болды. Сонымен қатар, Аризона штатының Меса қаласындағы көптеген қызметкерлер Остинге көшуге наразылық білдірді. Motorola компаниясының жартылай өткізгіш өнімдері бөлімінің басшылығы Педдлдің төмен бағалы микропроцессор ұсынысына қызығушылық танытпады. Ақырында Педдлге жүйеде жұмыс істеуді тоқтату туралы ресми хат берілді. Педдл бұл бұйрыққа жауап ретінде Motorola компаниясына хат жолдап, оның мәлімдемесі "жобаны тоқтату" туралы ресми хабарлама екенін және осыған байланысты ол әзірлеген зияткерлік меншік енді оның меншігі екенін хабарлады. 1975 жылдың қараша айындағы сұхбатында Motorola компаниясының төрағасы Роберт Галвин Педдлдің тұжырымдамасы жақсы екенін және бөлім мүмкіндікті жіберіп алғанын мойындады: "Біз жартылай өткізгіш өнімдері бөлімінде дұрыс басшыларды таңдамадық". Бөлім қайта ұйымдастырылды және басқару құрамы ауыстырылды. Жаңа топтың вице-президенті Джон Велти: "Жартылай өткізгіш сату ұйымы тұтынушылардың қажеттіліктеріне сезімталдығын жоғалтып алды және жылдам шешімдер қабылдай алмады" деді.

The 6502 was designed by many of the same engineers that had designed the Motorola 6800 microprocessor family. Motorola started the 6800 microprocessor project in 1971 with Tom Bennett as the main architect. Motorola's engineers could run analog and digital simulations on an IBM 370 165 mainframe computer. The chip layout began in late 1972, the first 6800 chips were fabricated in February 1974 and the full family was officially released in November 1974. John Buchanan was the designer of the 6800 chip and Rod Orgill, who later did the 6501, assisted Buchanan with circuit analyses and chip layout. Bill Mensch joined Motorola in June 1971 after graduating from the University of Arizona (at age 26). His first assignment was helping define the peripheral ICs for the 6800 family and later he was the principal designer of the 6820 Peripheral Interface Adapter (PIA). Bennett hired Chuck Peddle in 1973 to do architectural support work on the 6800 family products already in progress. He contributed in many areas, including the design of the 6850 ACIA (serial interface). Motorola's target customers were established electronics companies such as Hewlett Packard, Tektronix, TRW, and Chrysler. In May 1972, Motorola's engineers began visiting select customers and sharing the details of their proposed 8 bit microprocessor system with ROM, RAM, parallel and serial interfaces. In early 1974, they provided engineering samples of the chips so that customers could prototype their designs. Motorola's "total product family" strategy did not focus on the price of the microprocessor, but on reducing the customer's total design cost. They offered development software on a timeshare computer, the "EXORciser" debugging system, onsite training and field application engineer support. Both Intel and Motorola had initially announced a price for a single microprocessor. The actual price for production quantities was much less. Motorola offered a design kit containing the 6800 with six support chips for
Peddle, who would accompany the salespeople on customer visits, found that customers were put off by the high cost of the microprocessor chips. At the same time, these visits invariably resulted in the engineers he presented to producing lists of required instructions that were much smaller than "all these fancy instructions" that had been included in the 6800. Peddle and other team members started outlining the design of an improved feature, reduced size microprocessor. At that time, Motorola's new semiconductor fabrication facility in Austin, Texas, was having difficulty producing MOS chips, and mid 1974 was the beginning of a year long recession in the semiconductor industry. Also, many of the Mesa, Arizona employees were displeased with the upcoming relocation to Austin. Motorola's Semiconductor Products Division management showed no interest in Peddle's low cost microprocessor proposal. Eventually Peddle was given an official letter telling him to stop working on the system. Peddle responded to the order by informing Motorola that the letter represented an official declaration of "project abandonment", and as such, the intellectual property he had developed to that point was now his. In a November 1975 interview, Motorola's Chairman, Robert Galvin, ultimately agreed that Peddle's concept was a good one and that the division missed an opportunity, "We did not choose the right leaders in the Semiconductor Products division." The division was reorganized and the management replaced. The new group vice president John Welty said, "The semiconductor sales organization lost its sensitivity to customer needs and couldn't make speedy decisions."

MOS технологиясы

Педдл осы жаңа жобаны қаржыландыру үшін Motorola компаниясынан тыс көз іздеуді бастады. Ол бастапқыда Mostek компаниясының бас директоры Л. Дж. Севинге жүгінді, бірақ ол бас тартты. Кейін Севин бұл Motorola оларға сот процесін бастауынан қорқытқанын мойындады. Педдл Ford Motor Company компаниясына сапармен барғанда, Боб Джонсон, кейін Ford-тың қозғалтқыштарды автоматтандыру бөлімінің басшысы, олардың бұрынғы әріптесі Джон Пайвиненнің General Instrument компаниясына ауысып, жартылай өткізгіштерді жобалауды үйренгенін айтты. Пайвинен 1969 жылы Пенсильвания штатының Валли Фордж қаласында General Instrument компаниясының тағы екі басшысы – Морт Джаффе және Дон Маклафлинмен бірге MOS Technology компаниясын құрды. Аллен Брэдли, электрондық компоненттер мен өнеркәсіптік басқару жүйелерін жеткізуші, 1970 жылы компанияның көп бөлігіне ие болды. Компания клиенттер үшін арнайы интегралдық схемаларды (ИС) жобалап, өндірді және калькуляторларға арналған чиптер желісін әзірледі. Mostek-пен болған әрекеттер сәтсіз аяқталғаннан кейін Педдл Пайвиненге жүгінді, ол "мүмкіндігін бірден түсінді". 1974 жылдың 19 тамызында Чак Педдл, Билл Мэнш, Род Оргилл, Гарри Бауком, Рей Хирт, Терри Холдт және Уилл Мэтис Motorola компаниясынан MOS компаниясына жұмысқа өтті. Кейін Майк Джэйнс қосылды. 6800 командасының 17 чип жобалаушысы мен құрастырушысының сегізі кетіп қалды. Команданың мақсаты кіріктірілген жүйелерге арналған төмен құнды микропроцессорды жобалау және өндіру, сондай-ақ барынша кең клиенттік базаны қамту болды. Бұл тек микропроцессордың төмен құнды болуы арқылы ғана мүмкін болатын, сондықтан команда бағаны көлемдік өндірісте белгіледі. Мэнш кейіннен мақсаттың процессордың бағасы емес, жақында ұсынылған Intel 4040-пен бәсекелесуге болатын чиптер жиынтығын жасау екенін айтты. Чиптер чип дизайнының бірнеше көшірмесін "пластинаның" бетіне – яғни, жоғары таза кремнийден жасалған жұқа дискке басып шығару арқылы жасалады. Пластинаға кішірек чиптерді көбірек басып шығаруға болады, бұл олардың салыстырмалы құнын төмендетеді. Сонымен қатар, пластиналарда әрқашан бетіне шашыраңқы орналасқан бірнеше кішкентай физикалық ақаулар болады. Ондай жерге басылған кез келген чип бұзылып, кәдесіз болады. Кішірек чиптердің кез келген көшірмесінің ақаулы жерге түсу ықтималдығы төмендеу. Осы екі себептің салдарынан түпкілікті өнімнің құны чип дизайнының мөлшеріне тікелей байланысты. Бастапқы 6800 чиптері жоспарланған еді, бірақ құрастыру 29.0-де немесе 29.0 ауданында аяқталды. Жаңа жоба үшін құн мақсаты мөлшер мақсатын талап етті, яғни 16.6 ауданы. Бұл мақсатқа жету үшін бірнеше жаңа техникалар қажет болды.

Peddle began looking outside Motorola for a source of funding for this new project. He initially approached Mostek CEO L. J. Sevin, but he declined. Sevin later admitted this was because he was afraid Motorola would sue them. While Peddle was visiting Ford Motor Company on one of his sales trips, Bob Johnson, later head of Ford's engine automation division, mentioned that their former colleague John Paivinen had moved to General Instrument and taught himself semiconductor design. Paivinen then formed MOS Technology in Valley Forge, Pennsylvania in 1969 with two other executives from General Instrument, Mort Jaffe and Don McLaughlin. Allen Bradley, a supplier of electronic components and industrial controls, acquired a majority interest in 1970. The company designed and fabricated custom ICs for customers and had developed a line of calculator chips. After the Mostek efforts fell through, Peddle approached Paivinen, who "immediately got it". On 19 August 1974, Chuck Peddle, Bill Mensch, Rod Orgill, Harry Bawcom, Ray Hirt, Terry Holdt, and Wil Mathys left Motorola to join MOS. Mike Janes joined later. Of the seventeen chip designers and layout people on the 6800 team, eight left. The goal of the team was to design and produce a low cost microprocessor for embedded applications and to target as wide as possible a customer base. This would be possible only if the microprocessor was low cost, and the team set the price goal at in volume. Mensch later stated the goal was not the processor price itself, but to create a set of chips that could sell at to compete with the recently introduced Intel 4040 that sold for in a similar complete chipset. Chips are produced by printing multiple copies of the chip design on the surface of a "wafer", a thin disk of highly pure silicon. Smaller chips can be printed in greater numbers on the same wafer, decreasing their relative price. Additionally, wafers always include some number of tiny physical defects that are scattered across the surface. Any chip printed in that location will fail and has to be discarded. Smaller chips mean any single copy is less likely to be printed on a defect. For both of these reasons, the cost of the final product is strongly dependent on the size of the chip design. The original 6800 chips were intended to be , but layout was completed at , or an area of 29.0. For the new design, the cost goal demanded a size goal of , or an area of 16.6. Several new techniques would be needed to hit this goal.

NMOS-қа ауысу

6502 жобаланып жатқан кезде нарыққа екі маңызды жетістік келді, олар шығынды едәуір төмендетті. Біріншісі – NMOS-ті тозу арқылы жүктеу. 6800 NMOS процесінің ерте нұсқасын пайдаланды, ол үш қуат көзіне мұқтаж болды. 6800-дің маңызды ерекшеліктерінің бірі – +5, -5 және +12 В үшін ішкі түрде +5 В қуат көзін пайдалануға мүмкіндік беретін кіріктірілген екі еселенген кернеуді қолдану болды, бұл Intel 8080 сияқты басқа чиптерге қарағанда үш жеке қуат көзіне мұқтаждықты жойды. Бұл мүмкіндік қуат көзінің және қосылымдардың күрделілігін азайта отырып, чиптегі әртүрлі қақпаларға жеке қуат сызығын қажет етті, бұл күрделілікті және өлшемді арттырды. Жаңа тозу жүктемелі конструкцияға көшу арқылы, тек бір +5 В қуат көзі қажет болды, бұл барлық күрделілікті жойды. Тағы бір артықшылығы – тозу жүктемелі конструкциялар ауысу кезінде аз қуатты тұтынады, осылайша салқындап жұмыс істейді және жоғары жұмыс жылдамдықтарына мүмкіндік береді. Тағы бір маңызды жайт – бұрынғы процессорлардың сағат сигналы тізбектер арқылы өтетін барлық шығынды сақтап қалуға жеткілікті күшті болуы керек еді, бұл әрқашан қуатты сигнал бере алатын жеке сыртқы чипті қажет етті. Тозу жүктемесінің қуат талаптары төмендегенімен, сағат чипке орнатылуы мүмкін болды, бұл жалпы компьютерлік конструкцияны жеңілдетті. Бұл өзгерістер күрделілікті және толық жүйені жүзеге асыру құнын едәуір төмендетті. Өнеркәсіпте кеңінен орын алған өзгеріс – проекциялық маска қолдану болды. Бұрын чиптерді вафли бетіне масканы қойып, оған жарқыраған жарық шашу арқылы жасаған. Маскалар көбінесе чиптен алынған кезде кішкентай кір немесе фоторезист жинап алатын, бұл кез келген келесі маскалау кезінде сол жерлерде ақауларға әкелетін. CPU сияқты күрделі конструкциялар үшін 5 немесе 6 маскалау қадамы қолданылатын, және кем дегенде осы қадамдардың бірінде ақау тууының ықтималдығы өте жоғары еді. Көп жағдайда мұндай конструкциялардың 90% ақаулы болып шығатын, нәтижесінде 10% ғана пайдалы болар еді. Жұмыс істейтін үлгілердің бағасы лақтырылған 90% өндіріс шығындарын өтеуі керек еді. 1973 жылы Perkin Elmer Micralign жүйесін ұсынды, ол масканың бейнесін вафлиге тікелей жанасусыз проекциялайтын. Маскалар енді вафлиден кір жинамайтын, ал қызмет ету мерзімі 10 емес, 100 000 ретке дейін жететін. Бұл қадамдық сәтсіздіктерді және күрделі конструкцияларда бұрын байқалған жоғары ақаулық деңгейін жойды. CPU-дың өнімділігі бірден 10%-дан 60-70%-ға дейін өсті. Бұл CPU бағасы шамамен бірдей деңгейде төмендеді дегенді білдіріп, микропроцессор кенеттен кең таралған құрылғыға айналды.

There were two significant advances that arrived in the market just as the 6502 was being designed that provided significant cost reductions. The first was the move to depletion load NMOS. The 6800 used an early NMOS process, enhancement mode, that required three supply voltages. One of the 6800's headlining features was an onboard voltage doubler that allowed a single +5 V supply be used for +5, −5 and +12 V internally, as opposed to other chips of the era like the Intel 8080 that required three separate supply pins. While this feature reduced the complexity of the power supply and pin layout, it still required separate power line to the various gates on the chip, driving up complexity and size. By moving to the new depletion load design, a single +5 V supply was all that was needed, eliminating all of this complexity. A further advantage was that depletion load designs used less power while switching, thus running cooler and allowing higher operating speeds. Another practical offshoot is that the clock signal for earlier CPUs had to be strong enough to survive all the dissipation as it traveled through the circuits, which almost always required a separate external chip that could supply a powerful signal. With the reduced power requirements of depletion load, the clock could be moved onto the chip, simplifying the overall computer design. These changes greatly reduced complexity and the cost of implementing a complete system. A wider change taking place in the industry was the introduction of projection masking. Previously, chips were patterned onto the surface of the wafer by placing a mask on the surface of the wafer and then shining a bright light on it. The masks often picked up tiny bits of dirt or photoresist as they were lifted off the chip, causing flaws in those locations on any subsequent masking. With complex designs like CPUs, 5 or 6 such masking steps would be used, and the chance that at least one of these steps would introduce a flaw was very high. In most cases, 90% of such designs were flawed, resulting in a 10% yield. The price of the working examples had to cover the production cost of the 90% that were thrown away. In 1973, Perkin Elmer introduced the Micralign system, which projected an image of the mask on the wafer instead of requiring direct contact. Masks no longer picked up dirt from the wafers and lasted on the order of 100,000 uses rather than 10. This eliminated step to step failures and the high flaw rates formerly seen on complex designs. Yields on CPUs immediately jumped from 10% to 60 or 70%. This meant the price of the CPU declined roughly the same amount and the microprocessor suddenly became a commodity device.

Жобалық ескертулер

Чак Педдл, Род Оргилл және Уилл Мэтис жаңа процессорлардың бастапқы архитектурасын жобалады. 1975 жылдың қыркүйегінде EDN журналында жарияланған мақалада жобаның мынадай тұжырымы келтірілген: MOS Technology 650X отбасы – бұл 6800 жүйесін әзірлеуде жұмыс істеген сегіз бұрынғы Motorola қызметкерінің 6800-ді алмастырып, одан да тиімді жұмыс істейтін, бірақ арзанырақ бөлікті жасауға жасаған қасаты. 6800 жобасынан алынған тәжірибелерді пайдалана отырып, Чак Педдл басқаратын MOS Technology командасы Motorola CPU архитектурасында келесі өзгерістерді енгізді.

Чиптің мөлшері тұрғысынан негізгі өзгеріс – адрестік шинаның шығыстарынан үш күйлі драйверлерді жою болды. Үш күйлі шинада «1», «0» және «жоғары кедергі» күйлері болады. Соңғы күй басқа құрылғыларға шинаға қол жеткізуге мүмкіндік беру үшін қолданылады және көбінесе көп процессорлық өңдеу үшін немесе осы рөлдерде, тікелей жадқа қол жеткізу (DMA) үшін қолданылады. Бұл мүмкіндік пайдалы болғанымен, чиптік схемалар тұрғысынан өте қымбатқа түседі. 6502 бұл мүмкіндікті жойды, оның дизайнына сәйкес, ол белгілі бір міндеттерді орындауға және қарапайым құрылғылармен байланысуға арналған арзан контроллер болды. Педдл осы стильдегі қол жеткізімділік қажет болған жағдайда, оны бір 74158 арқылы жүзеге асыруға болатынын ұсынды. Келесі маңызды айырмашылық – тіркелімдерді қарапайымдау болды. Біріншіден, екі аккумулятордың бірі алынып тасталды. Аккумуляторлар сияқты жалпы мақсаттағы тіркелімдерге нұсқаулық декодердің көп бөліктерінен қол жеткізу қажет, сондықтан оларды сақтау үшін және олардан деректерді жылжыту үшін көп сымдар қажет болады. Екі аккумулятор көптеген кодтау міндеттерін жеңілдетсе де, чип дизайнының өзін күрделендіреді. Сонымен қатар, стек тіркелімі 16 биттен 8 битке дейін қысқартылды, яғни стек тек 256 байтқа дейін жетеді, бұл микроконтроллер ретінде оның мақсатына жеткілікті болды. 16 биттік IX индекс тіркелімі екіге бөлініп, X және Y болып аталды. Ең маңыздысы, қол жеткізу стилі өзгерді. 6800-де IX 16 биттік адресті сақтады, ол нұсқаумен бірге сақталған 8 биттік санмен өтеліп, қосылды. 6502 (және басқа да көптеген қазіргі заманғы дизайндарда) 16 биттік негізгі мекенжай нұсқаулықта сақталады, ал 8 биттік X немесе Y оған қосылады. Соңында, нұсқаулар жиынтығы қарапайымдастырылды, бұл декодер мен басқару логикасында орын босатуға мүмкіндік берді. 6800-дегі бастапқы 72 нұсқаудың 56-сы жүзеге асырылды. Алынғандардың арасында 6800-дің екі аккумуляторы арасында жұмыс істейтін нұсқаулар және PDP 11-ден шабыт алған бірнеше тармақталу нұсқаулары болды. Чиптің жоғары деңгейдегі дизайны транзисторлар мен өзара байланыстардың сызбаларына айналдырылды. MOS Technology компаниясында «layout» процесі түрлі-түсті қарындаштармен және пергамент қағазымен қолмен жасалатын. Бұл жоба алты түрлі сызбадағы мыңдаған көпбұрышты пішіндерден тұрады; әр қабатқа бірден. Өлшемі шектеулі болғандықтан, бүкіл чип дизайны үнемі қарастырылуы керек еді. Мэнш пен Пайвинен нұсқаулық декодерінде жұмыс істеді, ал Мэнш, Педдл және Оргилл АЛУ және тіркелімдерде жұмыс істеді. Бір кеште жасалған тағы бір жетістік – ішкі сымдардың бір бөлігін бөлісу арқылы АЛУ-дың мөлшерін азайту болды. Барлық күш-жігеріне қарамастан, соңғы дизайн 5 милге тым кең болып шықты. Алғашқы 6502 чиптерінің ауданы 19,8 болды. Процессордың бастапқы нұсқасында оңға бұру (ROR) мүмкіндігі болмаған, сондықтан бұл нұсқау бастапқы құжаттамадан алынып тасталды. Дизайнның келесі нұсқасы чипті қысқартып, оңға бұру мүмкіндігін қосты, ал ROR қайта қарастырылған құжаттамаға енгізілді.

The main change in terms of chip size was the elimination of the tri state drivers from the address bus outputs. A three state bus has states for "1", "0" and "high impedance". The last state is used to allow other devices to access the bus, and is typically used for multiprocessing, or more commonly in these roles, for direct memory access (DMA). While useful, this feature is very expensive in terms of on chip circuitry. The 6502 simply removed this feature, in keeping with its design as an inexpensive controller being used for specific tasks and communicating with simple devices. Peddle suggested that anyone that actually required this style of access could implement it with a single 74158. The next major difference was to simplify the registers. To start with, one of the two accumulators was removed. General purpose registers like accumulators have to be accessed by many parts of the instruction decoder, and thus require significant amounts of wiring to move data to and from their storage. Two accumulators makes many coding tasks easier, but costs the chip design itself significant complexity. Further savings were made by reducing the stack register from 16 to 8 bits, meaning that the stack could only be 256 bytes long, which was enough for its intended role as a microcontroller. The 16 bit IX index register was split in two, becoming X and Y. More importantly, the style of access changed. In the 6800, IX held a 16 bit address which was offset by an 8 bit number stored with the instruction, and added together. In the 6502 (and most other contemporary designs), the 16 bit base address was stored in the instruction, and the 8 bit X or Y was added to it. Finally, the instruction set was simplified, freeing up room in the decoder and control logic. Of the original 72 instructions in the 6800, 56 were implemented. Among those removed were instructions that operated between the 6800's two accumulators, and several branch instructions inspired by the PDP 11. The chip's high level design had to be turned into drawings of transistors and interconnects. At MOS Technology, the "layout" was a very manual process done with color pencils and vellum paper. The layout consisted of thousands of polygon shapes on six different drawings; one for each layer of the fabrication process. Given the size limits, the entire chip design had to be constantly considered. Mensch and Paivinen worked on the instruction decoder while Mensch, Peddle and Orgill worked on the ALU and registers. A further advance, developed at a party, was a way to share some of the internal wiring to allow the ALU to be reduced in size. In spite of their best efforts, the final design ended up being 5 mils too wide. The first 6502 chips were , for an area of 19.8. The original version of the processor had no rotate right (ROR) capability, so the instruction was omitted from the original documentation. The next iteration of the design shrank the chip and added the rotate right capability, and ROR was included in revised documentation.

6501 және 6502 үлгілерін таныстыру

MOS бірдей негізгі жобаға негізделген екі микропроцессорды ұсынатын болады: 6501, Motorola 6800 сияқты ұяға қосылады, ал 6502 чиптегі сағат генераторын қолдау үшін қосылымдарды (пин-аутты) қайта құрастырады. Екеуі де 6800 үшін жасалған басқа да қолдау микросхемаларымен жұмыс істейді. Олар 6800 бағдарламаларын іске қоспайды, себебі оларда әртүрлі нұсқаулар жиынтығы, әртүрлі тіркегіштер және көбінесе әртүрлі адрестеу тәсілдері бар. Осы туралы мақалалар EE Times (1975 жылғы 24 тамыз), EDN (1975 жылғы 20 қыркүйек), Electronic News (1975 жылғы 3 қараша), Byte (1975 жылғы қараша) және Microcomputer Digest (1975 жылғы қараша) басылымдарында жарияланды. 6501 үшін жарнамалар 1975 жылғы тамыздың бірінші аптасында бірнеше басылымда пайда болды. 6501-ші үлгі Wescon көрмесінде әрқайсысынан сатылады. 1975 жылғы қыркүйекте жарнамалар 6501 және 6502 микропроцессорларын қамтыды. 6502 тек құнға бағаланады (1975 жылғы 25,0 доллар қазіргі шақта шамамен <есептелген сомаға> тең). MOS Technology Wescon көрмесіне келгенде, көрмеге қатысушылардың көрме алаңында ештеңе сатуға рұқсаты жоқ екенін анықтады. Олар "Сент-Франсис" қонақ үйіндегі "МакАртур" люксін жалға алып, клиенттерді процессорларды сатып алу үшін сол жерге бағыттады. Люксте процессорлар ірі банкаларда сақталды, бұл чиптер өндірісте және қолжетімді екенін көрсету үшін жасалды. Клиенттер әр банканың төменгі жартысында жұмыс істемейтін чиптер бар екенін білмеді. Чиптер құны болды және құжаттама жиынтығы қосымша төленді. Пайдаланушылар құжаттардың фотокөшірмесін жасауға шақырылды, бұл MOS Technology үшін өнім туралы ақпаратты таратудың арзан тәсілі болды. Алдын ала деректер парақтарында тек 55 нұсқау тізімделген, Rotate Right (ROR) нұсқауын қоспағанда, ол осы алғашқы чиптерде қолдау көрсетілмеген. Byte және EDN журналдарындағы шолуларда ROR нұсқауының жоқтығы атап өтілді. Келесі түзету бұл мәселені шешті және 1976 жылғы мамыр айындағы деректер парағында 56 нұсқау тізімделген. Peddle әрбір қызығушы инженер мен хоббишінің чиптерге және құжаттамаға қол жеткізуін қалады, ал басқа жартылай өткізгіш компаниялары тек "нақты" клиенттермен ғана жұмыс істегісі келеді. Мысалы, Signetics 2650 микропроцессорын ұсынып, жарнамасында оқырмандардан компанияның ресми қағазында ақпарат сұрауын өтінді. + Қосылымдардың (пин-аут) айырмашылықтары Pin 6800 6501 6502 2 Halt Ready Ready 3 ∅1 (in) ∅1 (in) ∅1 (out) 5 Дұрыс жад мекенжайы Дұрыс жад мекенжайы N. C. 7 Бус қолжетімді Бус қолжетімді SYNC 36 Деректер бусын қосу Деректер бусын қосу N. C. 37 ∅2 (in) ∅2 (in) ∅0 (in) 38 N. C. N. C. Overflow флагын орнату 39 Үш күйлі басқару N. C. ∅2 (out)

MOS would introduce two microprocessors based on the same underlying design: the 6501 would plug into the same socket as the Motorola 6800, while the 6502 re arranged the pinout to support an on chip clock oscillator. Both would work with other support chips designed for the 6800. They would not run 6800 software because they had a different instruction set, different registers, and mostly different addressing modes. Stories also ran in EE Times (August 24, 1975), EDN (September 20, 1975), Electronic News (November 3, 1975), Byte (November 1975) and Microcomputer Digest (November 1975). Advertisements for the 6501 appeared in several publications the first week of August 1975. The 6501 would be for sale at Wescon for each. In September 1975, the advertisements included both the 6501 and the 6502 microprocessors. The 6502 would cost only (25.0 in 1975 is equivalent to about <calculated amount> in recent years). When MOS Technology arrived at Wescon, they found that exhibitors were not permitted to sell anything on the show floor. They rented the MacArthur Suite at the St. Francis Hotel and directed customers there to purchase the processors. At the suite, the processors were stored in large jars to imply that the chips were in production and readily available. The customers did not know the bottom half of each jar contained non functional chips. The chips were and while the documentation package was an additional Users were encouraged to make photocopies of the documents, an inexpensive way for MOS Technology to distribute product information. The preliminary data sheets listed just 55 instructions excluding the Rotate Right (ROR) instruction which was not supported on these early chips. The reviews in Byte and EDN noted the lack of the ROR instruction. The next revision of the layout fixed this problem and the May 1976 datasheet listed 56 instructions. Peddle wanted every interested engineer and hobbyist to have access to the chips and documentation, whereas other semiconductor companies only wanted to deal with "serious" customers. For example, Signetics was introducing the 2650 microprocessor and its advertisements asked readers to write for information on their company letterhead. + Pinout differences Pin 6800 6501 6502 2 Halt Ready Ready 3 ∅1 (in) ∅1 (in) ∅1 (out) 5 Valid memory address Valid memory address N. C. 7 Bus available Bus available SYNC 36 Data bus enable Data bus enable N. C. 37 ∅2 (in) ∅2 (in) ∅0 (in) 38 N. C. N. C. Set overflow flag 39 Three state control N. C. ∅2 (out)

Motorola-ның сот ісі

6501/6502 моделінің басылымда және Весконда таныстырылуы үлкен табысқа жетті. Бірақ, бұл жағдайдың кері жағы – кең ауқымды баспасөз жарияланымдары Motorola компаниясының назарын аударды. 1975 жылдың қазан айында Motorola бір 6800 микропроцессорының бағасын төмендетіп, оны [баға] долларға дейін жеткізді. Ал жүйелік дизайн жиынтығының бағасы [баға] долларға дейін төмендеді және енді ол басылған тізбек тақтасымен бірге келді. 1975 жылдың 3 қарашасында Motorola Федералды соттан MOS Technology компаниясының микропроцессор өнімдерін жасау мен сатуын тоқтату үшін бұйрық беруді сұрады. Олар сонымен қатар патентті бұзу және коммерциялық құпияларды заңсыз пайдалану туралы да шағымданып сотқа жүгінді. Motorola жеті бұрынғы қызметкерінің MOS Technology компаниясына қосылып, осы компанияның микропроцессор өнімдерін жасағанын мәлімдеді. Motorola миллиард долларлық компания болғандықтан, олардың ісіне негіз бар еді және қымбат заңгерлері болды. 1974 жылдың 30 қазанында Motorola микропроцессорлар отбасы бойынша көптеген патенттік өтінімдерді берді және жиырма бес патент алды. Бірінші патент 1976 жылдың маусым айында, ал екіншісі – 6 шілдеде Билл Мэншке 6820 PIA чипінің схемасы үшін берілді. Бұл патенттер 6800 шинасын және микропроцессормен интерфейс жасайтын перифериялық чиптерді қамтыды. Motorola 1950 жылдан бастап транзисторлар жасауды бастады және жартылай өткізгіш патенттерінің кең портфеліне ие болды. Allen Bradley бұл іске қарсы күресуге шешім қабылдамады және MOS Technology-дегі үлесін негізін қалаушыларға қайтарды. Сотта бұрынғы Motorola инженерлерінің төртеуінің есімі аталды: Чак Педдл, Уилл Мэтис, Билл Мэнш және Род Оргилл. Олардың барлығы 6800 патенттік өтінімдеріндегі өнертапқыштар ретінде тіркелді. Тергеу барысында Motorola компаниясы бір инженер, Майк Жейнстің Педдлдің нұсқауларын елемегенін және өзінің 6800 жобалық құжаттарын MOS Technology компаниясына әкелгенін анықтады. 1976 жылдың наурыз айында енді тәуелсіз MOS Technology ақшасы таусылып, істі реттеуге мәжбүр болды. Олар 6501 процессорынан бас тарды, Motorola компаниясына 5000 доллар төледі және Motorola компаниясының құпия деп санайтын құжаттарды қайтарды. Екі компания да микропроцессор патенттерін өзара лицензиялауға келісті. Сол мамыр айында Motorola бір 6800 микропроцессорының бағасын төмендетіп, қараша айына дейін Commodore компаниясы MOS Technology компаниясын сатып алды.

The 6501/6502 introduction in print and at Wescon was an enormous success. The downside was that the extensive press coverage got Motorola's attention. In October 1975, Motorola reduced the price of a single 6800 microprocessor from to The system design kit was reduced to and it now came with a printed circuit board. On November 3, 1975, Motorola sought an injunction in Federal Court to stop MOS Technology from making and selling microprocessor products. They also filed a lawsuit claiming patent infringement and misappropriation of trade secrets. Motorola claimed that seven former employees joined MOS Technology to create that company's microprocessor products. Motorola was a billion dollar company with a plausible case and expensive lawyers. On October 30, 1974, Motorola had filed numerous patent applications on the microprocessor family and was granted twenty five patents. The first was in June 1976 and the second was to Bill Mensch on July 6, 1976, for the 6820 PIA chip layout. These patents covered the 6800 bus and how the peripheral chips interfaced with the microprocessor. Motorola began making transistors in 1950 and had a portfolio of semiconductor patents. Allen Bradley decided not to fight this case and sold their interest in MOS Technology back to the founders. Four of the former Motorola engineers were named in the suit: Chuck Peddle, Will Mathys, Bill Mensch and Rod Orgill. All were named inventors in the 6800 patent applications. During the discovery process, Motorola found that one engineer, Mike Janes, had ignored Peddle's instructions and brought his 6800 design documents to MOS Technology. In March 1976, the now independent MOS Technology was running out of money and had to settle the case. They agreed to drop the 6501 processor, pay Motorola ,000 and return the documents that Motorola contended were confidential. Both companies agreed to cross license microprocessor patents. That May, Motorola dropped the price of a single 6800 microprocessor to By November, Commodore had acquired MOS Technology.

Компьютерлер мен ойындар

Заңдық мәселелер шешілгеннен кейін, MOS әзірлеушілерді өз процессорларын сынап көруге иктерген мәселесімен күресіп жатты, бұл Чак Педдлді MDT 650 ("микрокомпьютерлік даму терминалы") бір тақталы компьютерін жобалауға түрткі болды. Компания ішіндегі тағы бір топ KIM 1-ді жасады, ол жартылай толық күйде сатылды және үшінші тараптың компьютерлік терминалы мен жинақы кассеталық дискісі қосылғанда пайдалануға болатын жүйеге айналдырылды. Ол мақсатты нарығында жақсы сатылса да, компания KIM 1 хоббистер мен өзіне жарасымды нәрселерді іздейтіндерге де жақсы сатылатынын анықтады. Rockwell-дің AIM 65 бақылау, оқыту және дамыту жүйесі де сәтті болды. AIM 65 бағдарламалық құралы MDT бағдарламалық құралына негізделген. Тағы бір ұқсас өнім – Synertek SYM 1. Бұл жобаның алғашқы "халыққа" таныстырылған қолданылуларының бірі – 1976 жылы ұсынылған Apple I микрокомпьютері. 6502 келесі Commodore PET және Apple II компьютерлерінде қолданылды, екеуі де 1977 жылы шықты. Кейін ол Atari 8-биттік компьютерлерінде, Acorn Atom, BBC Micro, Commodore 64 үй компьютерінде қолданылды. 6500 отбасының тағы бір маңызды қолданылуы – бейне ойындар. Процессор дизайнын алғаш рет 1977 жылы шыққан Atari VCS пайдаланды, кейіннен ол Atari 2600 деп аталды. VCS 6502-нің 6507 деп аталатын түрін қолданды, оның қосылымдары аз болғандықтан, ол тек 8 КБ жадты ғана қолдай алды. Миллиондаған Atari консольдері сатылды, олардың әрқайсысы MOS процессорымен жабдықталған. Тағы бір маңызды қолданылу – Nintendo Entertainment System және Famicom. NES-те қолданылған 6502 Ricoh-тың екінші көзінен алынған нұсқасы болды, ол чиптегі жартылай жүйе, онда бинарлық кодталған ондық режим болмады, бірақ 22 жад тіркелгісі және дыбыс шығару, джойпадты оқу және DMA тізімі үшін аппараттық құралдары қосылды. NTSC консольдерінде 2A03, ал PAL консольдерінде 2A07 деп аталды (айырмашылығы – сағат жиілігінің бөлгіш қатынасы және аудио үлгілеу жылдамдықтарының іздеу кестесі), бұл процессор тек Nintendo үшін жасалған. 6502 немесе оның түрлері Commodore-дің барлық 8-биттік компьютерлеріндегі дискілік дискілерде қолданылды, ПЭТ желісінен бастап Commodore 128D және Commodore 64-ке дейін. 8 дюймдік ПЭТ дискілерінде екі 6502 процессоры болды. Atari өз 810 және 1050 дискілік дискілерінде, 400/800-ден XEGS-ке дейін барлық 8-биттік компьютерлерінде Atari VCS-де қолданылған 6507-ні пайдаланды. 1980 жылдары танымал электроника журналы Elektor/Elektuur процессорды өзінің микропроцессорлық даму тақтасында Junior Computer ретінде пайдаланды. 6502 CMOS-тің ізбасары WDC 65C02 үй компьютерлері мен бейне ойын консольдерінде де қолданылды. Apple оны Apple IIc-ден бастап Apple II желісінде және Apple IIe-нің кейінгі түрлерінде пайдаланды, сондай-ақ ескі IIe жүйелерін жаңа процессормен жаңартуға арналған жиынтық ұсынды. TurboGrafx 16-да қолданылған Hudson Soft HuC6280 чипі 65C02 ядросына негізделген. Atari Lynx Epyx компаниясы жасаған "Mikey" деп аталатын арнайы чипті пайдаланды, онда VLSI VL65NC02 лицензиялық жасушасы болды. GTE Microcircuits (кейін California Micro Devices) компаниясының G65SC12 түрі BBC Master-де қолданылды. BBC Master-дің кейбір модельдері қосымша G65SC102 копроцессорын да қамтыды.

With legal troubles behind them, MOS was still left with the problem of getting developers to try their processor, prompting Chuck Peddle to design the MDT 650 ("microcomputer development terminal") single board computer. Another group inside the company designed the KIM 1, which was sold semi complete and could be turned into a usable system with the addition of a 3rd party computer terminal and compact cassette drive. While it sold well to its intended market, the company found the KIM 1 also sold well to hobbyists and tinkerers. The related Rockwell AIM 65 control, training, and development system also did well. The software in the AIM 65 was based on that in the MDT. Another roughly similar product was the Synertek SYM 1. One of the first "public" uses for the design was the Apple I microcomputer, introduced in 1976. The 6502 was next used in the Commodore PET and the Apple II, both released in 1977. It was later used in the Atari 8 bit computers, Acorn Atom, BBC Micro, Commodore 64 home computer. Another important use of the 6500 family was in video games. The first to make use of the processor design was the 1977 Atari VCS, later renamed the Atari 2600. The VCS used a 6502 variant named the 6507, which had fewer pins, so it could address only 8 KB of memory. Millions of the Atari consoles would be sold, each with a MOS processor. Another significant use was by the Nintendo Entertainment System and Famicom. The 6502 used in the NES was a second source version by Ricoh, a partial system on a chip, that lacked the binary coded decimal mode but added 22 memory mapped registers and on die hardware for sound generation, joypad reading, and sprite list DMA. Called 2A03 in NTSC consoles and 2A07 in PAL consoles (the difference being the clock frequency divider ratio and a lookup table for audio sample rates), this processor was produced exclusively for Nintendo. 6502 or variants were used in all of Commodore's floppy disk drives for all of their 8 bit computers, from the PET line through the Commodore 128D, including the Commodore 64. 8 inch PET drives had two 6502 processors. Atari used the same 6507 used in the Atari VCS for its 810 and 1050 disk drives used for all of their 8 bit computer line, from the 400/800 through the XEGS. In the 1980s, a popular electronics magazine Elektor/Elektuur used the processor in its microprocessor development board Junior Computer. The CMOS successor to the 6502, the WDC 65C02, also saw use in home computers and video game consoles. Apple used it in the Apple II line starting with the Apple IIc and later variants of the Apple IIe and also offered a kit to upgrade older IIe systems with the new processor. The Hudson Soft HuC6280 chip used in the TurboGrafx 16 was based on a 65C02 core. The Atari Lynx used a custom chip named "Mikey" designed by Epyx which included a VLSI VL65NC02 licensed cell. The G65SC12 by GTE Microcircuits (renamed California Micro Devices) variant was used in the BBC Master. Some models of the BBC Master also included an additional G65SC102 co processor.

Тіркелімдер

Оның 6800 сияқты, 6502 процессорда да тіркелімдері өте аз. 6502 тіркелімдеріне бір 8 биттік аккумулятор тіркелімі (A), екі 8 биттік индекс тіркелімі (X және Y), 7 процессор күй белгісінің биті (P; 7-ден 0-ға дейін: теріс (N), ағып кету (V), резервтелген, үзіліс (B), ондық (D), үзіліс тежегіш (I), нөлдік (Z) және тасымалдау (C) белгілері), 8 биттік стек көрсеткіші (S) және 16 биттік бағдарлама санағышы (PC) кіреді. Бұл Intel 8080 процессормен салыстырғанда, ол да 8 биттік аккумулятор және 16 биттік бағдарлама санағышына ие, бірақ одан бөлек, алты қосымша жалпы мақсаттағы 8 биттік тіркелімдері (оларды үш 16 биттік көрсеткіш ретінде біріктіруге болады) және үлкен 16 биттік стек көрсеткіші бар. Тіркелімдердің жетіспеушілігін толықтыру үшін 6502 нөлдік бет адрестеу режимін қамтиды, ол жадтың толық 64 адресін көрсету үшін қажетті екі байттың орнына, нұсқаулықта бір адрес байтын пайдаланады. Бұл қысқа нұсқауларды қолдану арқылы RAM-нің алғашқы 256 байтына жылдам қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Мысалы, жадтан мәнді аккумулятордағы мәнге қосу нұсқаулықтары әдетте үш байттан тұрады: біреуі нұсқау үшін, екеуі 16 биттік адрес үшін. Нөлдік бетті пайдалану оны 8 байттық адреске дейін азайтады, нұсқаудың жалпы ұзындығын екі байтқа дейін қысқартады, соның нәтижесінде нұсқаудың орындалу жылдамдығы артады. Стек адрестік кеңістігі $01 жад бетіне бекітілген, яғни $0100–$01FF (256–511) адрес диапазонына. Стекке бағдарламалық қол жеткізу төрт имплицитті адрестеу режиміндегі нұсқаулар арқылы жүзеге асырылады, олардың функциялары аккумуляторды немесе процессор күй тіркелімін стекке түрту (push) немесе стектен алу (pop) болып табылады. Осы стек JSR (подпрограммаға секіру) және RTS (подпрограммадан қайту) нұсқаулары арқылы подпрограмма шақырулары үшін, сондай-ақ үзілістерді өңдеу үшін де қолданылады.

Адрестік

Чип индекс пен стек регистрлерін бірнеше адрестеу режимдерімен тиімді пайдаланады, соның ішінде PDP 8-де кездесетін жылдам "тікелей бет" немесе "нөлдік бет" режимі бар, ол 0-ден 255-ке дейінгі жад орналасуларына бір 8 биттік адресімен тікелей кіреді (адрестің жоғары ретті байтын алуға қажетті циклді үнемдейді). 6502 коды нөлдік бетті басқа процессорлар үшін жазылған кодтар сияқты регистрлерді пайдалану арқылы қолданады. 6502 негізіндегі операциялық жүйесі бар микрокомпьютерлерде, операциялық жүйе нөлдік беттің көп бөлігін пайдаланады, пайдаланушыға тек бірнеше орын қалады. Адрестеу режимдеріне сонымен қатар: жасырын (1 байттық нұсқау); абсолютті (3 байт); индекстелген абсолютті (3 байт); индекстелген нөлдік бет (2 байт); салыстырмалы (2 байт); аккумулятор (1); жанама, x және жанама, y (2); және дереу (2) жатады. Абсолюттік режим – жалпы мақсаттағы режим. Тармақтау нұсқаулары тармақтан кейінгі нұсқауға қатысты белгілі 8 биттік ауытқуды қолданады; сандық диапазон -128-ден 127-ге дейін, демек, тармақтан кейінгі нұсқаудан 128 байт артқа және 127 байт алға жылжуға болады (яғни тармақ нұсқаусының басынан 126 байт артқа және 129 байт алға). Аккумулятор режимінде аккумулятор тиімді мекенжай ретінде қолданылады және операнд деректері қажет емес. Дереу режимде 8 биттік литералдық операнд қолданылады.

Тікелей емес адрестік

Жанама режимдер массивтік өңдеу және басқа да циклдар үшін пайдалы. 5/6 циклды "(жанама),y" режимінде 8 биттік Y тіркегі нөлдік беттен оқылған 16 биттік базалық мекенжайға қосылады, ол код операциясынан кейін бір байтпен көрсетіледі. Сондықтан Y тіркегі нақты индексті сақтауға арналған индекс тіркегі болып табылады (6800-дегі X тіркегінен өзгеше, онда базалық мекенжай тікелей сақталады және оған бірден смещение қосылуы мүмкін). Массивті байт бойынша қарап шығу үшін индекс тіркегін арттыру үшін тек екі қосымша цикл қажет. Көбінесе қолданылмайтын "(жанама,x)" режимінде операцияның тиімді мекенжайы X тіркегінің мазмұнына нұсқаудың екінші байтын қосу арқылы қалыптастырылған нөлдік бет мекенжайында табылады. Индекстелген режимдерді пайдалану арқылы нөлдік беттер 128 қосымша (бірақ өте баяу) мекенжай тіркегінің жиынтығы ретінде әрекет етеді. 6502 бинарлық немесе бинарлық кодталған ондық сандармен қосу және алу операцияларын орындай алады. SED (D туын орнату) нұсқауларымен процессорды BCD режиміне қою ондық арифметикаға әкеледі, онда $99 + $01 нәтижесі $00 болады және тасымалдау (C) туы орнатылады. Бинарлық режимде (CLD, D туын тазалау) дәл сол операция $9A нәтижесін береді және тасымалдау туы тазаланады. Atari BASIC-тен басқа, BCD режимі үй компьютерлерінде сирек қолданылды. "Сәлем, әлем!" мақаласын қараңыз, ол 6502 тілінің қарапайым, бірақ ерекше мысалы.

Нұсқаулар мен опкодтар

6502 нұсқаулық операциялық кодтары (опкодтар) 8 биттен тұрады және AAABBBCC деген жалпы пішімге ие, онда AAA және CC опкодты, ал BBB адрестеу режимін анықтайды. Мысалы, ORA нұсқаулығын қарастырайық, ол аккумулятордағы биттерді басқа мәнмен біттік «ЖӘНЕ» (OR) операциясы арқылы өңдейді. Нұсқаулық опкоды 000bbb01 түрінде болады, мұнда bbb тікелей режимдегі мән үшін 010 (тұрақты), нөлдік беттің белгілі мекенжайы үшін 001, абсолюттік мекенжай үшін 011 және т.б. болуы мүмкін. Операнд 6502 процессордың әдеттегі кіші эндиан форматында сақталады. 65C816, 6502 процессордың 16 биттік CMOS ұрпағы, 24 биттік адрестеуді де қолдайды, бұл нұсқауларды үш байттық операндармен құрастыруға мүмкіндік береді, олар да кіші эндиан форматында орналастырылған. Қалған 105 опкод анықталмаған. Бастапқы жобада ең төменгі 4 биттен (ниббл) 3, 7, B немесе F болатын нұсқаулар қолданылмады, бұл болашақта кеңейтуге мүмкіндік жасады. Сондай-ақ, $2x бағанында тек бір ғана жазу бар, яғни LDX #constant. Қалған 25 бос орын бөлінді. 65C02 процессордағы бос слоттардың бір бөлігі жаңа нұсқауларды және жаңа адрестеу режимдерімен ескі нұсқаулардың өзгертілген түрлерін ұсыну үшін пайдаланылды. $Fx нұсқаулары бастапқыда үшінші тарап өндірушілеріне өздерінің нұсқауларын қосуға мүмкіндік беру үшін бос қалдырылды, бірақ 65C02 процессордың кейінгі нұсқалары Rockwell Semiconductor компаниясы әзірлеген биттік операцияларды орындау нұсқауларының жиынтығын стандарттады.

Ассамблея тілі

6502 ассемблер тіліндегі нұсқау үш таңбадан тұратын нұсқаулық мнемоникасынан және одан кейін келетін операндтардан құралады. Жеке операнд қабылдамайтын, бірақ адрестеу режимі бойынша бір ғана тіркелгіні өзгертетін нұсқаулар, мақсат тіркелгіні нұсқаулық мнемоникасымен біріктіреді. Сондықтан, құрастырушы X тіркелгісін арттыру үшін INC X емес, INX-ті пайдаланады.

Нұсқаулар кестесі

6502 командалар жиынтығы үшін операциялық кодтар кестесі. Адрестеу режимдері: – аккумулятор, – дереу, – нөлдік бет, – абсолютті, – жанама, X – X тіркегімен индекстелген, Y – Y тіркегімен индекстелген, – салыстырмалы Жоғары ниббл Төмен ниббл 0 1 2 4 5 6 8 9 A C D E 0BRKORA (ind,X) ORA zpgASL zpgPHPORA #ASL A ORA absASL abs 1BPL relORA (ind),Y ORA zpg,XASL zpg,XCLCORA abs,Y ORA abs,XASL abs,X 2JSR absAND (ind,X) BIT zpgAND zpgROL zpgPLPAND #ROL ABIT absAND absROL abs 3BMI relAND (ind),Y AND zpg,XROL zpg,XSECAND abs,Y AND abs,XROL abs,X 4RTI EOR (ind,X) EOR zpgLSR zpgPHA EOR #LSR AJMP absEOR absLSR abs 5BVC relEOR (ind),Y EOR zpg,XLSR zpg,XCLI EOR abs,Y EOR abs,XLSR abs,X 6RTS ADC (ind,X) ADC zpgROR zpgPLA ADC #ROR AJMP (ind)ADC absROR abs 7BVS relADC (ind),Y ADC zpg,XROR zpg,XSEI ADC abs,Y ADC abs,XROR abs,X 8 STA (ind,X) STY zpgSTA zpgSTX zpgDEY TXASTY absSTA absSTX abs 9BCC relSTA (ind),Y STY zpg,XSTA zpg,XSTX zpg,YTYA STA abs,YTXS STA abs,X ALDY #LDA (ind,X)LDX #LDY zpgLDA zpgLDX zpgTAYLDA #TAXLDY absLDA absLDX abs BBCS relLDA (ind),Y LDY zpg,XLDA zpg,XLDX zpg,YCLVLDA abs,YTSXLDY abs,XLDA abs,XLDX abs,Y CCPY #CMP (ind,X) CPY zpgCMP zpgDEC zpgINYCMP #DEXCPY absCMP absDEC abs DBNE relCMP (ind),Y CMP zpg,XDEC zpg,X CLDCMP abs,Y CMP abs,XDEC abs,X ECPX #SBC (ind,X) CPX zpgSBC zpgINC zpgINXSBC #NOPCPX absSBC absINC abs FBEQ relSBC (ind),Y SBC zpg,XINC zpg,XSEDSBC abs,Y SBC abs,XINC abs,XBlank opcodes (e. g., F2) and all opcodes whose low nibbles are 3, 7, B and F are undefined in the 6502 instruction set. 6502 командалар жиынтығындағы төмен нибблдері 3, 7, B және F болатын бос операциялық кодтар (мысалы, F2) және барлық операциялық кодтар анықталмаған.

Толық мінез-құлық

Процессордың маскаланбайтын үзілісінің (NMI) кірісі жиекті сезімтал, яғни үзіліс сигналдың деңгейінен емес, сигналдың төмендеу жиегімен туындайды. Бұл мүмкіндіктің салдары – сымдық ОР үзіліс тізбегін қолдау қиын. Алайда, бұл аппараттық жабдық NMI кірісін қайтадан инерттендіргенге дейін, көбінесе NMI үзілісін басқарушының бақылауында, тікелей NMI үзілістерінің пайда болуына да жол бермейді. NMI және IRQ (маскаланатын) аппараттық үзіліс сызықтарының бір мезгілде белсенділігі IRQ-ның назарсыз қалдырылуына себеп болады. Бірақ, егер IRQ сызығы NMI қызмет көрсетілгеннен кейін белсенді күйде болса, процессор IRQ деңгейіне сезімтал болғандықтан, IRQ-ға дереу жауап береді. Осылайша, 6502 дизайнында белгілі бір үзіліс басымдығы орнатылды. B туы 6502-нің NMI жиек детекторының шығысын және IRQ кірісін үнемі сынап отыру арқылы орнатылады. IRQ сигналы төменге түскенде, тек I туы рұқсат берген жағдайда ғана танылады. Егер осылайша NMI сұранысы немесе (маскаланатын) IRQ анықталса, B туы нөлге орнатылады және процессор бағдарлама санауышқа сүйенген келесі нұсқауды орындаудың орнына BRK нұсқауын орындауға көшіріледі. BRK нұсқауы процессор күйін стекке салады, B туы биті нөлге орнатылады. BRK нұсқауын орындағаннан кейін B туының мәні бірге қайта орнатылады. B туын өзгертудің жалғыз жолы осы. Егер BRK нұсқауынан басқа нұсқау процессор күйінің бөлігі ретінде B туын стекке салса, B туының мәні әрқашан бір болады. SO кіріс тірегінің жоғарыдан төменге өтуі процессордың толып кету күйін белгілейді. Бұл сыртқы жабдыққа жылдам жауап беру үшін пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, жоғары жылдамдықты сауалдау драйвері жабдықты тек үш цикл ішінде бір рет сауалдай алады, SO төмендегенге дейін өзіне тармақталатын Branch on oVerflow Clear (BVC) нұсқауын пайдалана отырып, толып кету орнатылғанға дейін. Commodore 1541 және басқа Commodore дискілері осы әдісті сериализатордың дискілік деректің тағы бір байтын беруге дайын екенін анықтау үшін қолданады. Жүйелік жабдық пен бағдарламалық жасақтама дизайны арифметикалық өңдеу кезінде SO пайда болмайтынын және есептеулерді бұзбайтынын қамтамасыз етуі керек.

The processor's non maskable interrupt (NMI) input is edge sensitive, which means that the interrupt is triggered by the falling edge of the signal rather than its level. The implication of this feature is that a wired OR interrupt circuit is not readily supported. However, this also prevents nested NMI interrupts from occurring until the hardware makes the NMI input inactive again, often under control of the NMI interrupt handler. The simultaneous assertion of the NMI and IRQ (maskable) hardware interrupt lines causes IRQ to be ignored. However, if the IRQ line remains asserted after the servicing of the NMI, the processor will immediately respond to IRQ, as IRQ is level sensitive. Thus a sort of built in interrupt priority was established in the 6502 design. The B flag is set by the 6502's periodically sampling its NMI edge detector's output and its IRQ input. The IRQ signal being driven low is only recognized though if IRQs are allowed by the I flag. If in this way a NMI request or (maskable) IRQ is detected the B flag is set to zero and causes the processor to execute the BRK instruction next instead of executing the next instruction based on the program counter. The BRK instruction then pushes the processor status onto the stack, with the B flag bit set to zero. At the end of its execution the BRK instruction resets the B flag's value to one. This is the only way the B flag can be modified. If an instruction other than the BRK instruction pushes the B flag onto the stack as part of the processor status the B flag always has the value one. A high to low transition on the SO input pin will set the processor's overflow status bit. This can be used for fast response to external hardware. For example, a high speed polling device driver can poll the hardware once in only three cycles using a Branch on oVerflow Clear (BVC) instruction that branches to itself until overflow is set by an SO falling transition. The Commodore 1541 and other Commodore floppy disk drives use this technique to detect when the serializer is ready to transfer another byte of disk data. The system hardware and software design must ensure that an SO will not occur during arithmetic processing and disrupt calculations.

16-биттік туындылар

Батыс дизайн орталығы 65C02 процессорының 16 биттік, статикалық өзектік мұрагері WDC 65C816S процессорын жобалап, қазіргі кезде өндіріп отыр. W65C816S – бұл Apple IIGS компьютерінің өзегі болып табылатын 65C816-ның жаңа нұсқасы, сонымен қатар Super Nintendo Entertainment System жүйесін қуаттандыратын Ricoh 5A22 процессорының негізі. W65C816S, 65C816-ға қарағанда шағын жақсартуларға ие, бұл жаңа чипті ескісімен толық аппараттық үйлесімділікке ие емес етеді. Осы жақсартулардың бірі – статикалық өзектікке өту, бұл тіркегіштер деректерін жоғалтпай, сағатты кез келген фазада тоқтатуға мүмкіндік береді. 2020 жылдың наурызынан бастап, W65C816S электрондық дистрибьюторлар арқылы қолжетімді және ресми түрде 14 МГц жиілікте жұмыс істеуге бағаланған. Батыс дизайн орталығы 65C802 процессорын да жобалап, өндірді, ол 65C816 өзегі болып табылады, 65(C)02 ұясымен үйлесімді корпуста 64 килобайттық адрестік кеңістікке ие. 65C802 процессорды 6502 платасына қосымша орнатуға болады және ол қосылған кезде "эмуляция режимінде" 65C02 ретінде жұмыс істейді. 65C816 сияқты, екі команда 65C802-ні "туған режимге" ауыстырады, осы арқылы 16 биттік аккумулятор мен индекс тіркегіштері, сондай-ақ басқа 65C816 мүмкіндіктері қолжетімді болады. 65C802 кеңінен қолданылмады және өндірісі тоқтатылды.