Intel 4040

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

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

Микроархитектура процессора Intel 4040

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

Характеристики i4040

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

Конструкторы

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

Специализированные микросхемы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ссылки

• Как разрабатывались первые микросхемы Intel (рус.)