Микропроцессор MOS Technology 6502: История и влияние

Введение

8-битный микропроцессор 1975 года

MOS Technology 6502 (обычно произносится как "сиксти файв о ту") – 8-битный микропроцессор, разработанный небольшой командой под руководством Чака Пэддла для компании MOS Technology. Команда разработчиков ранее работала в Motorola над проектом Motorola 6800; 6502 по сути является упрощенной, менее дорогой и более быстрой версией этой разработки. Когда он был представлен в 1975 году, 6502 был самым дешевым микропроцессором на рынке с существенным отрывом. Первоначально он продавался по цене менее чем в одну шестую от стоимости конкурирующих разработок крупных компаний, таких как 6800 или Intel 8080. Его появление привело к быстрому снижению цен на всем рынке процессоров. Вместе с Zilog Z80 он послужил толчком к ряду проектов, которые привели к революции домашних компьютеров в начале 1980-х годов. Популярные игровые консоли и домашние компьютеры 1980-х и начала 1990-х годов, такие как Atari 2600, 8-битные компьютеры Atari, Apple II, Nintendo Entertainment System, Commodore 64, Atari Lynx, BBC Micro и другие, использовали 6502 или его модификации. Вскоре после выхода 6502 компания MOS Technology была полностью приобретена Commodore International, которая продолжила продавать микропроцессор и лицензии другим производителям. На заре 6502 его производство было налажено компаниями Rockwell и Synertek, а позже лицензии были переданы другим фирмам. В 1981 году Western Design Center начала разработку CMOS-версии, 65C02. Она до сих пор широко используется во встраиваемых системах, с оценочными объемами производства в сотнях миллионов штук.

Истоки в Motorola

6502 был разработан многими из тех же инженеров, которые разработали семейство микропроцессоров Motorola 6800. Motorola начала проект микропроцессоров 6800 в 1971 году, главным архитектором был Том Беннетт. Инженеры Motorola могли проводить аналоговое и цифровое моделирование на мэйнфрейме IBM 370 165. Разработка компоновки чипа началась в конце 1972 года, первые чипы 6800 были изготовлены в феврале 1974 года, а полное семейство было официально выпущено в ноябре 1974 года. Джоном Бьюкененом был разработан чип 6800, а Род Орджилл, позже создавший 6501, помогал Бьюкенену в анализе схем и компоновке чипа. Билл Менш присоединился к Motorola в июне 1971 года после окончания Университета Аризоны (в возрасте 26 лет). Его первым заданием было определение периферийных интегральных схем для семейства 6800, а позже он стал главным конструктором периферийного интерфейсного адаптера (PIA) 6820. Беннетт нанял Чака Педдла в 1973 году для поддержки архитектуры уже разрабатываемых продуктов семейства 6800. Он внес вклад во многие области, включая разработку АЦИА 6850 (последовательного интерфейса). Основными клиентами Motorola были известные электронные компании, такие как Hewlett Packard, Tektronix, TRW и Chrysler. В мае 1972 года инженеры Motorola начали посещать избранных клиентов и делиться деталями своей предлагаемой 8-битной микропроцессорной системы с ПЗУ, ОЗУ, параллельными и последовательными интерфейсами. В начале 1974 года они предоставили инженерные образцы чипов, чтобы клиенты могли создавать прототипы своих разработок. Стратегия Motorola, ориентированная на "полное семейство продуктов", была сосредоточена не на цене микропроцессора, а на снижении общей стоимости разработки для клиента. Они предлагали разработку программного обеспечения на компьютере с разделением времени, систему отладки "EXORciser", обучение на месте и поддержку инженеров по применению. И Intel, и Motorola первоначально объявили цену за один микропроцессор. Фактическая цена за производственные партии была значительно ниже. Motorola предложила комплект разработчика, содержащий 6800 и шесть поддерживающих чипов, который Педдл сопровождал во время посещений клиентов, обнаружив, что высокая стоимость микропроцессорных чипов отпугивала клиентов. В то же время эти визиты неизменно приводили к тому, что инженеры, которым его представляли, составляли списки необходимых инструкций, которые были намного меньше, чем "все эти сложные инструкции", включенные в 6800. Педдл и другие члены команды начали намечать дизайн улучшенного микропроцессора с уменьшенными размерами. В то время новый завод Motorola по производству полупроводников в Остине, штат Техас, испытывал трудности с производством МОП-чипов, а середина 1974 года ознаменовала начало годовой рецессии в полупроводниковой промышленности. Кроме того, многие сотрудники из Месы, штат Аризона, были недовольны предстоящим переездом в Остин. Руководство подразделения полупроводниковых продуктов Motorola не проявило интереса к предложению Педдла о недорогом микропроцессоре. В конечном итоге Педдлу было отправлено официальное письмо с требованием прекратить работу над системой. Педдл ответил на приказ, сообщив Motorola, что письмо представляет собой официальное заявление о "прекращении проекта", и, следовательно, интеллектуальная собственность, которую он разработал к этому моменту, теперь принадлежит ему. В интервью в ноябре 1975 года председатель Motorola Роберт Галвин в конечном итоге согласился с тем, что концепция Педдла была хорошей и что подразделение упустило возможность: "Мы не выбрали правильных лидеров в подразделении полупроводниковых продуктов". Подразделение было реорганизовано и руководство было заменено. Новый вице-президент группы Джон Уэлти сказал: "Организация продаж полупроводников потеряла чувствительность к потребностям клиентов и не могла принимать оперативные решения".

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."

Технология MOS

Педдл начал искать вне Motorola источник финансирования для этого нового проекта. Первоначально он обратился к генеральному директору Mostek Л. Дж. Севину, но тот отказался. Позже Севин признал, что это было связано с опасениями, что Motorola подаст на них в суд. Во время одной из своих торговых поездок Педдл посетил Ford Motor Company, где Боб Джонсон, впоследствии возглавивший подразделение автоматизации двигателей Ford, упомянул, что их бывший коллега Джон Пайвинен перешел в General Instrument и самостоятельно освоил проектирование полупроводников. В 1969 году Пайвинен основал MOS Technology в Вэлли Фордж, штат Пенсильвания, вместе с двумя другими руководителями из General Instrument – Мортом Джаффе и Доном Маклафлином. В 1970 году Allen Bradley, поставщик электронных компонентов и промышленных систем управления, приобрел контрольный пакет акций. Компания занималась проектированием и изготовлением заказных интегральных схем для клиентов и разработала линейку микросхем для калькуляторов. После того, как попытки сотрудничества с Mostek не увенчались успехом, Педдл обратился к Пайвинену, который "сразу же все понял". 19 августа 1974 года Чак Педдл, Билл Мэнш, Род Оргилл, Гарри Бауком, Рэй Хирт, Терри Холдт и Уилл Мэтис покинули Motorola, чтобы присоединиться к MOS. Майк Джейнс присоединился позже. Из 17 разработчиков микросхем и специалистов по компоновке из команды 6800 ушли восемь. Целью команды было разработать и произвести недорогой микропроцессор для встраиваемых приложений и охватить максимально широкую клиентскую базу. Это было возможно только при низкой стоимости микропроцессора, поэтому команда установила целевую цену в объеме. Позже Мэнш заявил, что целью была не цена самого процессора, а создание набора микросхем, которые можно было бы продавать по цене, чтобы конкурировать с недавно представленным Intel 4040, который продавался в аналогичном полном наборе микросхем по цене. Микросхемы производятся путем нанесения множества копий схемы микросхемы на поверхность "пластины" – тонкого диска из высокочистого кремния. Меньшие микросхемы можно наносить на одну и ту же пластину в большем количестве, что снижает их относительную стоимость. Кроме того, пластины всегда содержат некоторое количество крошечных физических дефектов, разбросанных по поверхности. Любая микросхема, нанесенная в этом месте, будет бракованной и подлежит утилизации. Меньшие микросхемы означают, что вероятность попадания копии на дефект ниже. По этим двум причинам стоимость конечного продукта сильно зависит от размера схемы микросхемы. Изначально чипы 6800 планировалось сделать размером, но компоновка была завершена на площади 29,0. Для новой разработки целевая стоимость требовала размера, или площади 16,6. Для достижения этой цели потребуется несколько новых технологий.

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.

Переход на NMOS

Было два значительных достижения, появившихся на рынке одновременно с разработкой 6502, которые обеспечили существенное снижение стоимости. Первым был переход к НМОС с нагрузкой на истощение. 6800 использовал ранний NMOS-процесс, в режиме обогащения, который требовал трех напряжений питания. Одной из ключевых особенностей 6800 был встроенный удвоитель напряжения, позволявший использовать один источник +5 В для питания +5, −5 и +12 В внутри схемы, в отличие от других чипов того времени, таких как Intel 8080, которым требовалось три отдельных вывода питания. Хотя эта функция упрощала схему питания и компоновку выводов, она все равно требовала отдельных линий питания для различных логических элементов на чипе, что усложняло и увеличивало его размер. Переход к новой схеме с нагрузкой на истощение позволил использовать всего один источник +5 В, устранив всю эту сложность. Дополнительным преимуществом было то, что схемы с нагрузкой на истощение потребляли меньше энергии при переключении, что обеспечивало более низкую температуру и более высокую рабочую скорость. Еще одним важным следствием стало то, что тактовый сигнал для ранних процессоров должен был быть достаточно мощным, чтобы выдержать потери при прохождении по схеме, что почти всегда требовало отдельного внешнего чипа для генерации сильного сигнала. Благодаря сниженному энергопотреблению схемы с нагрузкой на истощение, генератор тактового сигнала можно было разместить непосредственно на чипе, упрощая общую конструкцию компьютера. Эти изменения значительно снизили сложность и стоимость создания полноценной системы. Другим важным изменением в отрасли стало внедрение проекционной маскировки. Ранее чипы создавались путем нанесения рисунка на поверхность кремниевой пластины с помощью маски, которая прижималась к поверхности, а затем освещалась ярким светом. Маски часто собирали мельчайшие частицы грязи или фоторезиста при снятии с пластины, что приводило к дефектам в соответствующих местах при последующей маскировке. Для сложных схем, таких как процессоры, использовалось 5 или 6 этапов маскировки, и вероятность появления дефекта хотя бы на одном из этапов была очень высока. В большинстве случаев 90% таких схем оказывались бракованными, что давало выход годных всего 10%. Цена рабочих экземпляров должна была покрывать производственные затраты 90% отбракованных. В 1973 году компания Perkin Elmer представила систему Micralign, которая проецировала изображение маски на кремниевую пластину вместо прямого контакта. Маски больше не загрязнялись частицами с пластин и служили около 100 000 циклов вместо 10. Это устранило пошаговые дефекты и высокую частоту брака, характерную для сложных схем. Выход годных процессоров сразу же увеличился с 10% до 60 или 70%. Это означало, что цена процессора снизилась примерно на ту же величину, и микропроцессор внезапно стал массовым товаром.

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.

Замечания по конструкции

Чак Педдл, Род Оргилл и Уил Мэтис разработали начальную архитектуру новых процессоров. В сентябре 1975 года в журнале EDN была опубликована статья, в которой приводилось следующее описание конструкции: "Семейство MOS Technology 650X представляет собой осознанную попытку восьми бывших сотрудников Motorola, работавших над разработкой системы 6800, создать компонент, который заменил бы и превзошел 6800, но при этом стоил бы дешевле. Используя опыт, полученный при работе над проектом 6800, команда MOS Technology во главе с Чаком Педдлом внесла следующие архитектурные изменения в процессор Motorola.

Основным изменением с точки зрения размера чипа стало исключение трехстабильных драйверов с выходов адресной шины. Трехстабильная шина имеет состояния для "1", "0" и "высокого импеданса". Последнее состояние используется для предоставления доступа к шине другим устройствам и обычно применяется для многопроцессорной обработки или, чаще, для прямого доступа к памяти (DMA). Хотя эта функция и полезна, она очень затратна с точки зрения схемотехники на кристалле. 6502 просто отказался от этой функции, что соответствовало его концепции как недорогого контроллера, предназначенного для выполнения конкретных задач и взаимодействия с простыми устройствами. Педдл предположил, что любой, кому действительно необходим такой тип доступа, может реализовать его с помощью одного 74158. Следующим важным отличием стало упрощение регистров. Во-первых, был удален один из двух аккумуляторов. Регистры общего назначения, такие как аккумуляторы, должны быть доступны для многих частей декодера инструкций, что требует значительного количества соединений для перемещения данных в них и из них. Два аккумулятора облегчают многие задачи кодирования, но значительно усложняют конструкцию чипа. Дополнительная экономия была достигнута за счет уменьшения разрядности регистра стека с 16 до 8 бит, что означало, что стек мог иметь длину всего 256 байт, чего было достаточно для его предполагаемой роли микроконтроллера. 16-битный индексный регистр IX был разделен на два регистра – X и Y. Более того, изменился способ доступа к памяти. В 6800 в IX хранился 16-битный адрес, к которому прибавлялось 8-битное смещение, хранящееся вместе с инструкцией. В 6502 (и большинстве других современных конструкций) 16-битный базовый адрес хранился в инструкции, а к нему прибавлялись 8-битные X или Y. Наконец, был упрощен набор инструкций, что освободило место в декодере и логике управления. Из первоначальных 72 инструкций в 6800 было реализовано 56. Среди удаленных были инструкции, работающие с двумя аккумуляторами 6800, и несколько инструкций ветвления, вдохновленных PDP 11. Высокоуровневый дизайн чипа должен был быть преобразован в схемы транзисторов и соединений. В MOS Technology "разводка" (layout) была очень ручным процессом, выполняемым с помощью цветных карандашей и кальки. Разводка состояла из тысяч многоугольных фигур на шести различных чертежах – по одному для каждого слоя технологического процесса. Учитывая ограничения по размеру, весь дизайн чипа должен был постоянно учитываться. Mensch и Paivinen работали над декодером инструкций, а Mensch, Peddle и Orgill – над АЛУ и регистрами. Еще одним достижением, разработанным на вечеринке, стал способ совместного использования части внутренней проводки, что позволило уменьшить размер АЛУ. Несмотря на все усилия, окончательный дизайн оказался на 5 мил шире. Первые чипы 6502 имели площадь 19,8. Оригинальная версия процессора не поддерживала операцию циклического сдвига вправо (ROR), поэтому эта инструкция была исключена из первоначальной документации. Следующая итерация дизайна уменьшила размер чипа и добавила поддержку циклического сдвига вправо, и ROR была включена в пересмотренную документацию.

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.

Введение 6501 и 6502

MOS представила два микропроцессора, основанных на единой базовой конструкции: 6501 подключался к тому же разъему, что и Motorola 6800, а 6502 изменил распиновку для поддержки встроенного генератора тактовой частоты. Оба работали с другими вспомогательными чипами, разработанными для 6800. Они не могли выполнять программное обеспечение для 6800, поскольку имели другой набор инструкций, различные регистры и в основном отличались режимами адресации. Статьи на эту тему были опубликованы в EE Times (24 августа 1975 г.), EDN (20 сентября 1975 г.), Electronic News (3 ноября 1975 г.), Byte (ноябрь 1975 г.) и Microcomputer Digest (ноябрь 1975 г.). Реклама 6501 появилась в нескольких изданиях в первую неделю августа 1975 года. 6501 продавался на Wescon по цене за штуку. В сентябре 1975 года реклама включала как микропроцессор 6501, так и 6502. 6502 стоил всего (25,0 долларов в 1975 году эквивалентны примерно <рассчитанной сумме> в настоящее время). Когда MOS Technology прибыла на Wescon, они обнаружили, что экспонентам запрещено продавать товары непосредственно на выставочной площадке. Они арендовали люкс "МакАртур" в отеле "Сент-Францис" и направили туда клиентов для покупки процессоров. В люксе процессоры хранились в больших банках, чтобы создать впечатление, что чипы производятся и легко доступны. Клиенты не знали, что нижняя половина каждой банки содержала нерабочие чипы. Стоимость чипов составляла и, а документация стоила дополнительно. Пользователям предлагалось делать фотокопии документов – это был недорогой способ для MOS Technology распространять информацию о продукте. В предварительных спецификациях было указано всего 55 инструкций, не считая инструкции Rotate Right (ROR), которая не поддерживалась на этих ранних чипах. В обзорах в Byte и EDN отмечалось отсутствие инструкции ROR. Следующая редакция схемы исправила эту проблему, и в спецификации за май 1976 года было указано 56 инструкций. Peddle хотел, чтобы каждый заинтересованный инженер и любитель имел доступ к чипам и документации, в то время как другие компании-производители полупроводников хотели работать только с "серьезными" клиентами. Например, Signetics представила микропроцессор 2650, и в ее рекламе читателей просили запросить информацию на фирменном бланке своей компании. + Различия в распиновке Pin 6800 6501 6502 2 Halt Ready Ready 3 ∅1 (вх) ∅1 (вх) ∅1 (вых) 5 Действительный адрес памяти Действительный адрес памяти N. C. 7 Bus available Bus available SYNC 36 Enable Data bus Enable Data bus N. C. 37 ∅2 (вх) ∅2 (вх) ∅0 (вх) 38 N. C. N. C. Set overflow flag 39 Three state control N. C. ∅2 (вых)

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)

Иск Motorola

Введение 6501/6502 в печатных изданиях и на выставке Wescon имело огромный успех. Однако, широкое освещение в прессе привлекло внимание компании Motorola. В октябре 1975 года Motorola снизила цену на один микропроцессор 6800 до 6000 долларов. 3 ноября 1975 года Motorola обратилась в федеральный суд с иском о запрете производства и продажи микропроцессорной продукции компанией MOS Technology. Также был подан иск о нарушении патентных прав и хищении коммерческой тайны. Motorola утверждала, что семь бывших сотрудников перешли в MOS Technology для разработки микропроцессорной продукции этой компании. Motorola, будучи компанией с оборотом в миллиард долларов, имела веские основания для иска и могла позволить себе дорогостоящих адвокатов. 30 октября 1974 года Motorola подала множество заявок на патенты семейства микропроцессоров и получила двадцать пять патентов. Первый патент был выдан в июне 1976 года, а второй – Биллу Меншу 6 июля 1976 года на компоновку чипа 6820 PIA. Эти патенты охватывали шину 6800 и взаимодействие периферийных чипов с микропроцессором. Motorola начала производство транзисторов в 1950 году и обладала обширным портфелем патентов в области полупроводников. Компания Allen Bradley решила не вступать в судебную тяжбу и продала свою долю в MOS Technology обратно основателям. В иске были названы имена четырех бывших инженеров Motorola: Чака Педдла, Уилла Мэтиса, Билла Менша и Рода Оргилла. Все они были указаны в качестве изобретателей в заявках на патенты 6800. В ходе судебного разбирательства Motorola обнаружила, что один из инженеров, Майк Дженс, проигнорировал указания Педдла и передал свои проектные документы 6800 в MOS Technology. В марте 1976 года, оказавшись в стесненных финансовых обстоятельствах, независимая компания MOS Technology была вынуждена пойти на мировое соглашение. Они согласились прекратить выпуск процессора 6501, выплатить Motorola 10 000 долларов и вернуть документы, которые Motorola считала конфиденциальными. Обе компании согласились на перекрестное лицензирование патентов на микропроцессоры. В мае того же года Motorola снизила цену на один микропроцессор 6800 до 4000 долларов. К ноябрю компания Commodore приобрела MOS Technology.

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.

Компьютеры и игры

После решения юридических проблем, MOS по-прежнему сталкивалась с задачей привлечения разработчиков к своему процессору, что побудило Чака Пэддла разработать одноплатный компьютер MDT 650 ("терминал разработки микрокомпьютеров"). Другая группа внутри компании создала KIM 1, который продавался в полусобранном виде и мог быть превращен в полноценную систему с добавлением стороннего компьютерного терминала и компактного кассетного магнитофона. Несмотря на успешные продажи целевой аудитории, компания обнаружила, что KIM 1 также пользовался спросом у любителей и энтузиастов. Система управления, обучения и разработки Rockwell AIM 65 также оказалась востребованной. Программное обеспечение в AIM 65 было основано на программном обеспечении MDT. Еще одним схожим продуктом был Synertek SYM 1. Одним из первых "публичных" применений этой разработки стал микрокомпьютер Apple I, представленный в 1976 году. Процессор 6502 затем был использован в Commodore PET и Apple II, оба выпущенных в 1977 году. Позже он применялся в 8-битных компьютерах Atari, Acorn Atom, BBC Micro и домашнем компьютере Commodore 64. Важным направлением использования семейства 6500 стали видеоигры. Первым, кто использовал эту архитектуру процессора, стала Atari VCS 1977 года, позже переименованная в Atari 2600. В VCS использовался вариант 6502 под названием 6507, имевший меньше контактов и, следовательно, мог адресовать только 8 КБ памяти. Были проданы миллионы консолей Atari, каждая из которых оснащалась процессором MOS. Значительное применение процессор нашел и в Nintendo Entertainment System и Famicom. 6502, использовавшийся в NES, представлял собой вторую версию от Ricoh, частичную систему на кристалле, лишенную режима двоично-десятичного кодирования, но включавшую 22 регистра, отображаемые в память, и аппаратную поддержку для генерации звука, считывания данных с джойстика и DMA для списков спрайтов. Этот процессор, обозначенный как 2A03 в NTSC-консолях и 2A07 в PAL-консолях (разница заключалась в коэффициенте делителя тактовой частоты и таблице поиска частот дискретизации звука), производился исключительно для Nintendo. Процессоры 6502 или их варианты использовались во всех дисководах Commodore для всех их 8-битных компьютеров, от линейки PET до Commodore 128D, включая Commodore 64. 8-дюймовые дисководы PET имели два процессора 6502. Atari использовала тот же 6507, что и в Atari VCS, для своих дисководов 810 и 1050, применяемых во всех своих 8-битных компьютерных линейках, от 400/800 до XEGS. В 1980-х годах популярный журнал по электронике Elektor/Elektuur использовал этот процессор в своей плате разработки микропроцессоров Junior Computer. CMOS-преемник 6502, WDC 65C02, также нашел применение в домашних компьютерах и игровых консолях. Apple использовала его в линейке Apple II, начиная с Apple IIc и более поздних модификаций Apple IIe, а также предлагала комплект для модернизации старых систем IIe с новым процессором. Чип Hudson Soft HuC6280, использовавшийся в TurboGrafx 16, был основан на ядре 65C02. Atari Lynx использовала специализированный чип под названием "Mikey", разработанный Epyx, который включал лицензированную ячейку VLSI VL65NC02. Вариант G65SC12 от GTE Microcircuits (переименованной в California Micro Devices) использовался в BBC Master. Некоторые модели BBC Master также включали дополнительный сопроцессор G65SC102.

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.

Реестры

Как и его предшественник, 6800, процессор 6502 имеет очень мало регистров. Регистры 6502 включают один 8-битный регистр-аккумулятор (A), два 8-битных индексных регистра (X и Y), 7 битов флагов состояния процессора (P; от бита 7 до бита 0 это флаги отрицательного числа (N), переполнения (V), зарезервированный, прерывания (B), десятичного режима (D), запрета прерываний (I), нуля (Z) и переноса (C)), 8-битный указатель стека (S) и 16-битный счетчик команд (PC). Это сопоставимо с современным конкурентом, Intel 8080, который также имеет один 8-битный аккумулятор и 16-битный счетчик команд, но располагает шестью дополнительными универсальными 8-битными регистрами (которые можно объединять в три 16-битных указателя) и более крупным 16-битным указателем стека. Чтобы частично компенсировать недостаток регистров, в 6502 реализован режим адресации нулевой страницы, который использует один байт адреса в инструкции вместо двух, необходимых для адресации всей 64-килобайтной памяти. Это обеспечивает быстрый доступ к первым 256 байтам оперативной памяти за счет использования более коротких инструкций. Например, инструкция для добавления значения из памяти к значению в аккумуляторе обычно состоит из трех байтов: один для самой инструкции и два для 16-битного адреса. Использование нулевой страницы сокращает это до двух байтов, уменьшая общую длину инструкции и, следовательно, повышая производительность. Адресное пространство стека жестко привязано к странице памяти $01, то есть диапазону адресов $0100–$01FF (256–511). Доступ к стеку из программного обеспечения осуществляется через четыре инструкции с неявным режимом адресации, которые выполняют операции помещения (push) или извлечения (pop) аккумулятора или регистра состояния процессора. Тот же стек также используется для вызова подпрограмм с помощью инструкций JSR (переход к подпрограмме) и RTS (возврат из подпрограммы), а также для обработки прерываний.

Обращение

Чип эффективно использует индексные и стековые регистры с несколькими режимами адресации, включая быстрый режим "прямой страницы" или "нулевой страницы", аналогичный тому, что реализовано в PDP 8, который обеспечивает доступ к ячейкам памяти по адресам от 0 до 255 с использованием одного 8-битного адреса (что позволяет избежать цикла, обычно необходимого для получения старшего байта адреса). Код для 6502 использует нулевую страницу аналогично тому, как код для других процессоров использует регистры. В некоторых микрокомпьютерах на базе 6502 с операционной системой, операционная система занимает большую часть нулевой страницы, оставляя пользователю лишь несколько ячеек. Режимы адресации включают: неявный (1 байт инструкций); абсолютный (3 байта); индексированный абсолютный (3 байта); индексированная нулевая страница (2 байта); относительный (2 байта); аккумуляторный (1 байт); косвенный,X и косвенный,Y (2 байта); и непосредственный (2 байта). Абсолютный режим является режимом общего назначения. Инструкции перехода используют знаковый 8-битный сдвиг относительно инструкции, следующей за переходом; числовой диапазон от -128 до 127, таким образом, соответствует 128 байтам назад и 127 байтам вперед от инструкции, следующей за переходом (что эквивалентно 126 байтам назад и 129 байтам вперед от начала инструкции перехода). Аккумуляторный режим использует аккумулятор в качестве эффективного адреса и не требует операндов. Непосредственный режим использует 8-битный литеральный операнд.

Косвенный адрес

Косвенные режимы полезны для обработки массивов и других циклов. В режиме 5/6 циклов "(косвенно),y" 8-битовый регистр Y добавляется к 16-битному базовому адресу, прочитанному из нулевой страницы, который находится по одному байту, следующему за опкодом. Таким образом, регистр Y является индексным регистром в том смысле, что он используется для хранения фактического индекса (в отличие от регистра X в 6800, где базовый адрес хранился непосредственно и к нему можно было добавить непосредственный сдвиг). Увеличение индексного регистра для последовательного доступа к байтам массива занимает всего два дополнительных цикла. В менее часто используемом режиме "(косвенно,x)" эффективный адрес для операции находится по адресу нулевой страницы, сформированному путем добавления второго байта инструкции к содержимому регистра X. Используя индексированные режимы, нулевая страница фактически действует как набор до 128 дополнительных (хотя и очень медленных) адресных регистров. 6502 способен выполнять сложение и вычитание в двоичной или двоично-десятичной системе. Перевод процессора в режим BCD с помощью инструкции SED (установить флаг D) приводит к десятичной арифметике, в которой $99 + $01 даст $00 и установит флаг переноса (C). В двоичном режиме (CLD, сбросить флаг D) та же операция даст $9A и сбросит флаг переноса. За исключением Atari BASIC, режим BCD редко использовался в домашних компьютерных приложениях. См. статью "Hello, world!" для простого, но характерного примера языка ассемблера 6502.

Инструкции и операционные коды

Коды операций инструкций 6502 (опкоды) имеют длину 8 бит и имеют общую форму AAABBBCC, где AAA и CC определяют опкод, а BBB – режим адресации. Например, рассмотрим инструкцию ORA, которая выполняет побитовое ИЛИ между битами в аккумуляторе и другим значением. Код операции имеет форму 000bbb01, где bbb может быть 010 для непосредственного значения (константы), 001 для фиксированного адреса нулевой страницы, 011 для абсолютного адреса и так далее. Операнд хранится в стандартном little-endian формате 6502. 65C816, 16-битный CMOS-потомок 6502, также поддерживает 24-битную адресацию, что приводит к тому, что инструкции собираются с трехбайтовыми операндами, также расположенными в формате little-endian. Остальные 105 кодов операций не определены. В оригинальной конструкции инструкции, у которых младшие 4 бита (ниббл) были равны 3, 7, B или F, не использовались, что оставляло место для будущего расширения. Аналогично, столбец $2x содержал только одну запись – LDX #constant. Оставшиеся 25 пустых ячеек были распределены. Некоторые из этих пустых ячеек были использованы в 65C02 для предоставления как новых инструкций, так и модификаций существующих с новыми режимами адресации. Инструкции $Fx изначально были оставлены свободными, чтобы сторонние разработчики могли добавлять свои собственные инструкции, но в более поздних версиях 65C02 был стандартизирован набор инструкций для манипулирования битами, разработанный Rockwell Semiconductor.

Язык сборки

Инструкция на языке ассемблера 6502 состоит из мнемоники инструкции длиной в три символа, за которой следуют операнды (если они есть). Инструкции, которые не принимают отдельных операндов, но оперируют с одним регистром в зависимости от режима адресации, объединяют целевой регистр в мнемонике инструкции, поэтому ассемблер использует INX вместо INC X для инкремента регистра X.

Таблица инструкций

Матрица кодов операций для набора инструкций 6502. Режимы адресации: – аккумулятор, – непосредственный, – нулевая страница, – абсолютный, – косвенный, X – индексируется регистром X, Y – индексируется регистром Y, – относительный Старший ниббл Нижний 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 8STA (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.

Детальное поведение

Вход процессора с не маскируемым прерыванием (NMI) реагирует на фронт, то есть прерывание вызывается падающим фронтом сигнала, а не его уровнем. Это означает, что схема прерывания по логическому ИЛИ не поддерживается напрямую. Однако, это также предотвращает вложенные прерывания NMI до тех пор, пока аппаратное обеспечение снова не деактивирует вход NMI, часто под управлением обработчика прерывания NMI. Одновременная активация линий аппаратных прерываний NMI и IRQ (маскируемого) приводит к игнорированию IRQ. Однако, если линия IRQ остаётся активной после обработки NMI, процессор немедленно отреагирует на IRQ, поскольку IRQ чувствителен к уровню. Таким образом, в архитектуре 6502 был реализован встроенный приоритет прерываний. Флаг B устанавливается 6502 путем периодической выборки выхода детектора фронта NMI и его входа IRQ. Сигнал IRQ, переведенный в низкий уровень, распознается только если прерывания IRQ разрешены флагом I. Если таким образом обнаружен запрос NMI или (маскируемое) IRQ, флаг B устанавливается в ноль и заставляет процессор выполнить инструкцию BRK вместо следующей инструкции, определяемой счётчиком программы. Инструкция BRK помещает состояние процессора в стек, при этом бит флага B устанавливается в ноль. По завершении выполнения инструкция BRK возвращает значение флага B в единицу. Это единственный способ изменить флаг B. Если какая-либо инструкция, отличная от BRK, помещает флаг B в стек как часть состояния процессора, флаг B всегда будет иметь значение единицы. Переход с высокого на низкий уровень на входе SO установит бит переполнения процессора. Это можно использовать для быстрой реакции на внешнее оборудование. Например, драйвер высокоскоростного устройства опроса может опрашивать аппаратное обеспечение один раз за три цикла, используя инструкцию Branch on oVerflow Clear (BVC), которая переходит на себя до тех пор, пока не произойдет переход SO в низкий уровень и не установится флаг переполнения. Commodore 1541 и другие дисководы Commodore используют эту технику для определения готовности сериализатора к передаче следующего байта данных с диска. Аппаратная и программная архитектура системы должна гарантировать, что переход SO не произойдет во время арифметических операций и не нарушит вычисления.

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-битовые производные

В настоящее время Western Design Center проектирует и производит процессор WDC 65C816S, 16-битный процессор со статической архитектурой ядра, являющийся преемником 65C02. W65C816S – это более новая версия 65C816, который является ядром компьютера Apple IIGS и лежит в основе процессора Ricoh 5A22, используемого в Super Nintendo Entertainment System. W65C816S включает в себя незначительные улучшения по сравнению с 65C816, из-за которых новый чип не является полностью аппаратно совместимой заменой более ранней версии. Одно из этих улучшений – переход к статической архитектуре ядра, позволяющий останавливать тактовую частоту в любой фазе без потери данных в регистрах. Доступный через дистрибьюторов электронных компонентов, по состоянию на март 2020 года W65C816S официально рассчитан на работу на частоте 14 МГц. Western Design Center также разработал и выпустил 65C802, представляющий собой ядро 65C816 с 64-килобайтным адресным пространством, заключенным в корпус, совместимый по распиновке с 65(C)02. 65C802 можно было установить на плату 6502, и он функционировал бы как 65C02 при включении, работая в "режиме эмуляции". Как и в случае с 65C816, последовательность из двух инструкций переводила 65C802 в "нативный режим", раскрывая его 16-битный аккумулятор и индексные регистры, а также другие функции 65C816. 65C802 не получил широкого распространения, и его производство было прекращено.