Instrumentos de Texas TMS1000

El TMS1000 es una familia de microcontroladores introducidos por Texas Instruments en 1974. ^{[1] [2] [3]}

Combinaba una unidad central de procesamiento de 4 bits , memoria de solo lectura (ROM), memoria de acceso aleatorio (RAM) y líneas de entrada/salida (E/S) como una "computadora en un chip" completa. Estaba destinada a sistemas integrados en automóviles, electrodomésticos, juegos e instrumentos de medición.

Fue el primer microcontrolador comercial de uso general y de gran volumen ^[4] . En 1974, los chips de esta familia se podían comprar en grandes cantidades por unos 2 dólares cada uno. ^[5] En 1979, se vendían unos 26 millones de piezas de esta familia cada año. ^[6]

El TMS 1000 se utilizó en el juguete educativo Speak & Spell de Texas Instruments , ^[5] el vehículo de juguete programable Big Trak y en el juego electrónico Simon . ^[7]

Según el Instituto Smithsoniano, los ingenieros de TI Gary Boone y Michael Cochran lograron crear el primer microcontrolador en 1971. El TMS1802NC era un microcontrolador de un solo chip que se anunció el 17 de septiembre de 1971 e implementó una calculadora de cuatro funciones. El TMS1802NC, a pesar de su designación, no formaba parte de la serie TMS 1000; más tarde se lo rebautizó como TMS0102 como parte de la serie TMS 0100, ^[8] que se utilizó en la calculadora TI Datamath y la calculadora Sinclair Executive . ^[9]

La serie posterior TMS 1000 salió al mercado en 1974. TI destacó el TMS 1000 de 4 bits para su uso en aplicaciones integradas preprogramadas. ^{[10] [11] [12] [13] [14]}

Una computadora en un chip combina el núcleo del microprocesador (CPU), la memoria y las líneas de E/S ( entrada/salida ) en un solo chip . La patente de la computadora en un chip, llamada en su momento "patente de microcomputadora", patente estadounidense 4.074.351 , fue otorgada a Gary Boone y Michael J. Cochran de TI. Aparte de esta patente, el significado estándar de microcomputadora es una computadora que utiliza uno o más microprocesadores como su(s) CPU, mientras que el concepto definido en la patente es más parecido a un microcontrolador.

La familia TMS1000 incluyó variantes tanto de la lógica PMOS original como de NMOS y CMOS . Las variaciones del producto incluían diferentes tamaños de ROM y RAM, diferentes cantidades de E/S y versiones sin ROM destinadas al desarrollo o al uso con ROM externa. El TMS1000 original tenía 1024 x 8 bits de ROM, 64 x 4 bits de RAM y 23 líneas de entrada/salida.

La familia TMS1000 utilizaba una ROM programada con máscara . Una vez que el usuario tenía un programa depurado listo para enviarlo a producción, lo enviaba a Texas Instruments, que luego creaba una máscara especial para programar la ROM en el chip. La ROM no se podía alterar en el campo; el contenido se fijaba mediante los patrones establecidos en el chip por el fabricante. Si bien este proceso tenía un alto costo inicial, el costo de producción era muy bajo, lo que lo hacía adecuado para productos de gran volumen (por ejemplo, más de unos pocos miles de artículos vendidos por año).

Todas las rutas de datos internas del procesador tenían una anchura de 4 bits. La ROM de programa y la RAM de datos se direccionaban por separado, como en una arquitectura Harvard ; esto se convirtió en una característica típica de los microcontroladores de muchos otros fabricantes.

La ALU tenía un indicador de acarreo para indicar el desbordamiento y facilitar la aritmética de precisión múltiple. La RAM en chip se direccionaba mediante registros X e Y, donde Y tenía 4 bits y X tenía 2 o 3 bits según el tamaño de la RAM en la pieza. El contador de programa tenía 6 bits de ancho, con registros de "página" y "capítulo" para direccionar hasta 2 KB de memoria de programa ROM.

No se proporcionó ninguna pila, pero se proporcionó un registro para almacenar el contador del programa y el indicador de acarreo para permitir un nivel de subrutina (algunos miembros de la familia permitían 2 o 3 niveles). No se proporcionó ninguna función de interrupción.

Algunos modelos tenían tan solo 4 líneas de E/S porque no tenían ROM en el chip y se necesitaba el número limitado de pines del paquete para acceder a la memoria de programa fuera del chip. Una versión tenía salidas especiales para controlar una pantalla fluorescente de vacío y una matriz lógica programable útil para controlar pantallas de siete segmentos . Se proporcionaron cuatro líneas de entrada para fines tales como detectar entradas del teclado y se proporcionó un número variable de líneas de salida para controlar dispositivos externos o para escanear las filas de un circuito de matriz de teclado .

Las versiones PMOS funcionaban con -9 o -15 voltios y consumían alrededor de 6 mA. Por lo tanto, los niveles de lógica de salida no eran compatibles con la lógica TTL . Las partes NMOS y CMOS funcionaban con un voltaje de +5 voltios estilo TTL y podían interoperar con lógica de 5 voltios.

Los conjuntos de instrucciones variaban ligeramente según el modelo: el conjunto básico tenía 43 instrucciones y algunos miembros de la familia tenían 54; las instrucciones tenían una longitud de 8 bits. Se proporcionaban instrucciones aritméticas BCD , pero no había instrucciones disponibles para operaciones lógicas AND u OR de registros.

Cada instrucción tardaba entre 10 y 15 microsegundos en ejecutarse en las partes NMOS y PMOS, pero algunas partes CMOS podían ejecutarse a una velocidad de hasta 6 microsegundos. El oscilador interno ofrecía una velocidad de reloj efectiva de alrededor de 0,3 megahertz.

Las piezas del TMS1000 se empaquetaron en paquetes dobles en línea con orificios pasantes de 28 o 40 pines, pero algunos modelos para creación de prototipos se empaquetaron en paquetes de 64 pines. Todas las versiones tenían un rango de temperatura de 0 a 70 grados C.

Dado que estaban pensados ​​como sistemas integrados de un solo chip, no se fabricaron chips de soporte especiales (como UART ) específicamente en la familia TMS 1000. ^[15]