KIM-1: Первый одноплатный компьютер на 6502 от MOS Technology

Введение

KIM 1, сокращение от Keyboard Input Monitor, – небольшой одноплатный компьютер на базе 6502, разработанный и произведенный компанией MOS Technology, Inc. и представленный в 1976 году. Он имел большой успех в то время благодаря низкой цене (обусловленной недорогим микропроцессором 6502) и простоте расширения возможностей.

История

Первый процессор MOS Technology, 6501, можно было подключить к существующим материнским платам, использующим Motorola 6800, что позволяло потенциальным пользователям (то есть инженерам и любителям) очень легко запустить систему разработки, используя имеющееся оборудование. Motorola немедленно подала в суд, вынудив MOS снять 6501 с рынка. Изменение расположения выводов привело к созданию "устойчивого к судебным искам" 6502. Несмотря на полную идентичность с 6501, он имел недостаток: отсутствие машины, в которой новички могли бы быстро начать экспериментировать с процессором. Чак Пэддл, руководитель группы 650x в MOS (и бывший сотрудник команды Motorola 6800), разработал KIM 1, чтобы удовлетворить эту потребность. KIM 1 поступил в продажу в 1976 году. Хотя изначально машина предназначалась для инженеров, она быстро завоевала популярность среди любителей. Полную систему можно было собрать менее чем за 500 долларов США, купив сам компьютер всего за 245 долларов США, а затем добавив блок питания, подержанный терминал и кассетный магнитофон. Было доступно множество книг с примерами небольших программ на языке ассемблера для KIM, включая "The First Book of KIM" Джима Баттерфилда и др. Одна из демонстрационных программ превращала KIM в музыкальную шкатулку, переключая программно-управляемый выходной бит, подключенный к небольшому динамику. Канадский программист Питер Р. Дженнингс создал, вероятно, первую коммерчески продаваемую игру для микрокомпьютеров – Microchess, изначально для KIM 1. С ростом популярности системы одним из распространенных дополнений стал язык программирования Tiny BASIC. Для этого требовалось простое расширение памяти: "вся схема декодирования для первых 4 КБ реализована прямо на плате KIM. Вам нужно только добавить 4 КБ микросхем RAM и несколько буферов". Самым сложным было загрузить BASIC с кассетной ленты – это занимало 15 минут и было подвержено ошибкам. Rockwell International, наряду с Synertek, как второй производитель 6502, выпустила в 1978 году свой собственный микрокомпьютер на одной плате – AIM 65. AIM включал в себя полноразмерную клавиатуру ASCII, 20-символьный 14-сегментный буквенно-цифровой светодиодный дисплей и небольшой принтер, похожий на кассовый аппарат. В качестве стандартной прошивки для AIM предоставлялся отладочный монитор, а пользователи также могли приобрести дополнительные микросхемы ROM с ассемблером и интерпретатором Microsoft BASIC на выбор. Наконец, существовала модификация Synertek SYM 1, которую можно назвать машиной, находящейся между KIM и AIM: она имела небольшой дисплей KIM и простую мембранную клавиатуру из 29 клавиш (только шестнадцатеричные цифры и клавиши управления), но предоставляла стандартные интерфейсы расширения AIM и полноценный RS 232 (с поддержкой как уровня напряжения, так и токового цикла).

MOS Technology's first processor, the 6501, could be plugged into existing motherboards that used the Motorola 6800, allowing potential users (i. e. engineers and hobbyists) to get a development system up and running very easily using existing hardware. Motorola immediately sued, forcing MOS to pull the 6501 from the market. Changing the pin layout produced the "lawsuit friendly" 6502. Otherwise identical to the 6501, it nevertheless had the disadvantage of having no machine in which new users could quickly start playing with the CPU. Chuck Peddle, leader of the 650x group at MOS (and former member of Motorola's 6800 team), designed the KIM 1 in order to fill this need. The KIM 1 came to market in 1976. While the machine was originally intended to be used by engineers, it quickly found a large audience with hobbyists. A complete system could be constructed for under US$500 with the purchase of the computer itself for only US$245, and then adding a power supply, a secondhand terminal and a cassette tape drive. Many books were available demonstrating small assembly language programs for the KIM, including The First Book of KIM by Jim Butterfield et al. One demo program converted the KIM into a music box by toggling a software controllable output bit connected to a small loudspeaker. Canadian programmer Peter R. Jennings produced what was probably the first game for microcomputers to be sold commercially, Microchess, originally for the KIM 1. As the system became more popular one of the common additions was the Tiny BASIC programming language. This required an easy memory expansion; "all of the decoding for the first 4 K is provided right on the KIM board. All you need to provide is 4 K more of RAM chips and some buffers." The hard part was loading the BASIC from cassette tape—a 15 minute, error prone ordeal. Rockwell International—who second sourced the 6502, along with Synertek—released their own microcomputer in one board in 1978, the AIM 65. The AIM included a full ASCII keyboard, a 20 character 14 segment alphanumeric LED display, and a small cash register like printer. A debug monitor was provided as standard firmware for the AIM, and users could also purchase optional ROM chips with an assembler and a Microsoft BASIC interpreter to choose from. Finally, there was the Synertek SYM 1 variant, which could be said to be a machine halfway between the KIM and the AIM; it had the KIM's small display, and a simple membrane keyboard of 29 keys (hex digits and control keys only), but provided AIM standard expansion interfaces and true RS 232 (voltage level as well as current loop mode supported).

Описание

KIM 1 состоял из одной печатной платы со всеми компонентами на одной стороне. Он включал три основных интегральных схемы: процессор MCS6502 и два периферийных интерфейса/устройства памяти MCS6530. Каждый MCS6530 включал в себя маску программируемой ПЗУ объемом 1024 x 8, ОЗУ объемом 64 x 8, два 8-битных двунаправленных порта и программируемый интервальный таймер. В брошюре KIM 1 было указано "1 K BYTE RAM", но фактически объем памяти составлял 1152 байта. Память состояла из восьми статических ОЗУ 6102 (1024 x 1 бит) и двух ОЗУ объемом 64 байта в составе MCS6530. В 1970-х годах размеры памяти выражались различными способами. Производители полупроводников использовали точный размер памяти, например, 2048 x 8, и иногда указывали количество бит (16384). Мини- и мэйнфрейм-компьютеры имели различную ширину памяти (от 8 до более 36 бит), поэтому производители использовали термин "слова", например, 4K слов. В ранней рекламе любительских компьютеров использовались как "слова", так и "байты". Часто можно было встретить "4096 слов", "4K (4096) слов" и "4 K байта". Термин КБ практически не использовался или был очень редким. KIM 1 был представлен в апрельском выпуске журнала BYTE в 1976 году, а в рекламе было указано "1 K BYTE RAM" и "2048 ROM BYTES". Также в комплект входили шесть семисегментных светодиодов (подобных тем, что используются в карманных калькуляторах) и 24-клавишная клавиатура калькуляторного типа. Многие выводы ввода-вывода 6530 были подключены к двум разъемам на краю платы, где их можно было использовать в качестве последовательной системы для управления телетипом Model 33 ASR, а также устройством чтения и перфоратором бумажной ленты. Один из этих разъемов также служил разъемом питания и включал аналоговые линии, которые можно было подключить к кассетному магнитофону. Более ранние микрокомпьютерные системы, такие как MITS Altair, использовали ряд переключателей на передней панели для ввода данных. Чтобы выполнить какую-либо полезную задачу, пользователю необходимо было ввести небольшую программу, известную как "загрузчик", в машину с помощью этих переключателей – процесс, известный как загрузка. После загрузки загрузчик использовался для загрузки более крупной программы с устройства хранения, такого как устройство чтения бумажной ленты. Загрузка крошечной программы в память часто занимала более пяти минут, и одна ошибка при переключении переключателей могла привести к сбою загрузчика. Это могло привести к искажению части кода загрузчика, в этом случае программисту приходилось вводить все заново и начинать с самого начала. KIM 1 включал в себя более сложную встроенную программу Terminal Interface Monitor под названием TIM, которая "размещалась в 2048 байтах ПЗУ в двух массивах 6530 ROM/RAM/IO". Эта программа мониторинга включала возможность использования кассетного магнитофона для хранения данных, управления светодиодным дисплеем и работы с клавиатурой. Как только питание включалось, программа мониторинга запускалась, и пользователь мог немедленно начать взаимодействовать с машиной через клавиатуру. KIM 1 был одним из первых одноплатных компьютеров, которому требовался только внешний источник питания для использования в качестве автономного экспериментального компьютера. Этот факт, а также относительно низкая стоимость начала работы, сделали его весьма популярным среди любителей в конце 1970-х годов.

The KIM 1 consisted of a single printed circuit board with all the components on one side. It included three main ICs; the MCS6502 CPU, and two MCS6530 Peripheral Interface/Memory Devices. Each MCS6530 comprises a mask programmable 1024 x 8 ROM, a 64 x 8 RAM, two 8 bit bi directional ports, and a programmable interval timer. The KIM 1 brochure said "1 K BYTE RAM" but it actually had 1152 bytes. The memory was composed of eight 6102 static RAMs (1024 x 1 bits) and the two 64 byte RAMs of the MCS6530s. In the 1970s memory sizes were expressed in several ways. Semiconductor manufacturers would use a precise memory size such as 2048 by 8 and sometimes state the number of bits (16384). Mini and mainframe computers had various memory widths (8 bits to over 36 bits) so manufacturers would use the term "words", such as 4K words. The early hobbyist computer advertisements would use both "words" and "bytes". It was common to see "4096 words", "4K (4096) words" and "4 K bytes". The term KB was unused or very uncommon. The KIM 1 was introduced in the April 1976 issue of BYTE and the advertisement stated "1 K BYTE RAM" and "2048 ROM BYTES". Also included were six 7 segment LEDs (similar to those on a pocket calculator) and a 24 key calculator type keypad. Many of the pins of the I/O portions of the 6530s were connected to two connectors on the edge of the board, where they could be used as a serial system for driving a Teletype Model 33 ASR and paper tape reader and punch. One of these connectors also doubled as the power supply connector, and included analog lines that could be attached to a cassette tape recorder. Earlier microcomputer systems such as the MITS Altair used a series of switches on the front of the machine to enter data. In order to do anything useful, the user had to enter a small program known as the "bootstrap loader" into the machine using these switches, a process known as booting. Once loaded, the loader would be used to load a larger program off a storage device like a paper tape reader. It would often take upwards of five minutes to load the tiny program into memory, and a single error while flipping the switches meant that the bootstrap loader would crash the machine. This could render some of the bootstrap code garbled, in which case the programmer had to reenter the whole thing and start all over again. The KIM 1 included a somewhat more complex built in Terminal Interface Monitor software called TIM that was "contained in 2048 bytes of ROM in two 6530 ROM/RAM/IO arrays". This monitor software included the ability to run a cassette tape for storage, drive the LED display, and run the keypad. As soon as the power was turned on, the monitor would run and the user could immediately start interacting with the machine via the keypad. The KIM 1 was one of the first single board computers, needing only an external power supply to enable its use as a stand alone experimental computer. This fact, plus the relatively low cost of getting started, made it quite popular with hobbyists through the late 1970s.

Видео-дисплей

Дизайнер ТВ-пишущей машинки Дон Ланкастер разработал недорогой видеодисплей для KIM 1. Эта плата расширения позволяла отображать до 4000 символов на телевизоре или мониторе. Типичная конфигурация включала 16 строк по 32 символа, только в верхнем регистре. Плата содержала всего 10 недорогих микросхем и использовала память KIM для хранения содержимого экрана. Проект TVT 6 был представлен на обложке журнала Popular Electronics в июле 1977 года. Полный комплект можно было заказать в PAiA Electronics за 34,95 доллара США. Ланкастер усовершенствовал эту конструкцию, добавив поддержку цветного изображения и простую графику, в книге "The Cheap Video Cookbook" (Дешёвый видео-кулинар).

Формат ленты

Каждый бит представлен тремя тонами длительностью 2,484 мс. Первый тон всегда 3700 Гц, средний – 3700 Гц для "0" или 2400 Гц для "1", а последний тон всегда 2400 Гц. Это обеспечивает эффективную скорость передачи данных 134,2 бит/с. Обнаружение осуществляется с помощью ФАПЧ (PLL) с использованием LM565. Формат данных на ленте следующий: 100 байт со значением 0x16 (SYN, Synchronous Idle), один байт со значением 0x2A (*), номер идентификации записи, начальный адрес (два символа для младшего байта адреса, два символа для старшего байта), конечный адрес (в том же формате), сами данные, один байт со значением 0x2F ("/" символ), двухбайтовая контрольная сумма и два байта со значением 0x04 (EOT, End Of Transmission). Каждый байт памяти сохраняется на ленте в виде двух последовательных символов ASCII; например, шестнадцатеричное значение B5 в памяти (181 десятичное) будет сохранено как два последовательных символа ASCII "B" и "5" (42 и 35 шестнадцатеричные).