TMS1000
Die Mikrocontrollern-Familie TMS1000 wurde 1974 eingeführt. Sie kombinierte eine 4-Bit-Zentraleinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM) und Ein-/Ausgabeleitungen (E/A) zu einem kompletten „Computer auf einem Chip“. Er war für eingebettete Systeme in Automobilen, Haushaltsgeräten, Spielen und Messinstrumenten gedacht.
Es war der erste kommerzielle Mikrocontroller, der in großen Stückzahlen hergestellt wurde. Im Jahr 1974 konnten Chips dieser Familie für circa 2 $ pro Stück gekauft werden. Bis 1979 wurden jährlich etwa 26 Millionen verkauft.
Der TMS1000 wurde in Texas Instruments‘ eigenem Lernspielzeug Speak&Spell, dem programmierbaren Spielzeugfahrzeug Big Trak und in dem elektronischen Spiel Simon verwendet.
TMS0100-Serie
Den TI-Ingenieuren Gary Boone und Michael Cochran gelang es, den ersten Mikrocontroller zu entwickeln. Der TMS1802NC war ein Ein-Chip-Mikrocontroller, der am 17. September 1971 angekündigt wurde und einen Rechner mit vier Funktionen enthielt. Er war trotz seiner Bezeichnung nicht Teil der TMS-1000-Serie und wurde später in die TMS-1100-Serie umbenannt, die im Datamath-Rechner und im Sinclair Executive-Rechner verwendet wurde.
TMS1000-Serie
Die spätere TMS1000-Serie kam 1974 auf den Markt. Das Patent, damals „Mikrocomputer-Patent“ genannt, U.S. Patent 4,074,351, wurde Gary Boone und Michael J. Cochran von TI erteilt.
1000 Details
Die Chip-Familie umfasste Varianten sowohl in der ursprünglichen PMOS-Logik als auch in NMOS und CMOS. Zu den Produktvariationen gehörten verschiedene Größen von ROM und RAM, diverse E/A-Zahlen und ROMless-Versionen, die für die Entwicklung oder für die Verwendung mit externem ROM bestimmt waren. Der TMS1000 hatte 1024 x 8 Bits ROM, 64 x 4 Bits RAM und 23 Eingangs-/Ausgangsleitungen.
Es wurde ein maskenprogrammiertes ROM verwendet. Sobald der Benutzer ein fehlerbereinigtes Programm für die Produktion bereit hatte, schickte er es an Texas Instruments, die dann eine spezielle Maske zur Programmierung des On-Chip-ROM anfertigten. Das ROM konnte im Feld nicht verändert werden. Der Inhalt war durch die vom Hersteller auf dem Chip festgelegten Muster dekretiert. Dieses Verfahren war zwar mit hohen Anfangskosten verbunden, aber die Produktionskosten waren sehr niedrig.
4 Bit
Alle internen Datenpfade des Prozessors waren 4 Bit breit. Programm-ROM und Daten-RAM wurden wie in einer Harvard-Architektur getrennt adressiert. Dies wurde ein typisches Merkmal von Mikrocontrollern vieler anderer Hersteller.
Die ALU (Arithmetic logic unit) verfügte über ein Carry-Flag, das einen Überlauf anzeigte und die Arithmetik mit mehrfacher Genauigkeit ermöglichte. Das On-Chip-RAM wurde durch X- und Y-Register adressiert, wobei X 4 Bits und Y entweder 2 oder 3 Bits hatte, je nach der Größe des RAM auf dem Bauteil. Der Programmzähler war 6 Bits breit, mit „Page“- und „Chapter“-Registern zur Adressierung von bis zu 2 KB ROM-Programmspeicher.
Es gab keinen Stack, aber ein Register, in dem der Programmzähler und das Carry-Flag gespeichert werden konnten, um eine Ebene von Unterprogrammen zu ermöglichen. Einige Mitglieder der Familie ermöglichten 2 oder 3 Ebenen. Eine Interrupt-Funktion war nicht vorgesehen.
Verschiedene Versionen
Einige Modelle hatten nur 4 E/A-Leitungen, da sie kein On-Chip-ROM besaßen und die begrenzte Anzahl von Gehäusepins für den Zugriff auf den Off-Chip-Programmspeicher benötigt wurde. Eine Version verfügte über spezielle Ausgänge für die Ansteuerung einer Vakuum-Fluoreszenzanzeige und ein programmierbares Logik-Array, das für die Ansteuerung von Siebensegmentanzeigen nützlich war. Vier Eingangsleitungen dienten z. B. der Abfrage von Tastatureingaben, und eine unterschiedliche Anzahl von Ausgangsleitungen diente der Steuerung externer Geräte oder der Abtastung der Tastaturzeilen.
Die Befehlssätze variierten je nach Modell geringfügig, wobei 43 Befehle im Basissatz und 54 in einigen Familienmitgliedern verfügbar waren; die Befehle waren 8 Bit lang. Es gab BCD-Arithmetikbefehle, aber keine für logisches UND oder ODER von Registern. Unterprogramme waren in manchen Teilen auf eine Ebene beschränkt (ein Unterprogramm konnte kein weiteres Unterprogramm aufrufen), während in anderen Teilen 2 oder 3 Ebenen verfügbar waren.
Die Ausführung eines Befehls dauerte bei den NMOS- und PMOS-Bausteinen zwischen 10 und 15 Mikrosekunden, bei einigen CMOS-Bausteinen waren sogar nur 6 Mikrosekunden möglich. Der interne Oszillator sorgte für eine effektive Taktrate von etwa 0,3 Megahertz.
Die TMS1000-Bauteile waren in Through-Hole-Dual-In-Line-Gehäusen mit 28 oder 40 Pins untergebracht, aber einige Modelle für die Prototypenerstellung waren in 64-Pin-Gehäusen platziert. Alle Versionen hatten einen Temperaturbereich von 0 bis 70 °C.
