टीएमएस9900

टीएमएस9900 पहले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध, सिंगल-चिप 16-बिट माइक्रोप्रोसेसरो में से एक था। जून 1976 में प्रस्तुत किया गया, इसने टेक्सस उपकरण के टीआई-990 मिनी कंप्यूटर आर्किटेक्चर को सिंगल-चिप प्रारूप में क्रियान्वित किया और प्रारम्भ में उस लाइनअप के लो-एंड मॉडल के लिए उपयोग किया गया था।

इसके 64-पिन डी आई पी प्रारूप ने इसे अधिक सामान्य 40-पिन प्रारूप की तुलना में छोटी मशीनों में क्रियान्वित करना अधिक मूल्यवान बना दिया और टीआई के स्वयं के उपयोग के बाहर अपेक्षाकृत कम डिज़ाइन की जीत देखी गई। उन उपयोगों में उनके टीआई-99/4 और टीआई-99/4ए घरेलू कंप्यूटर थे, जिनकी अंततः लगभग 2.8 मिलियन इकाइयाँ बिकीं।

40-पिन पैकेज में 9900 के माइक्रो कंप्यूटर-ऑन-चिप कार्यान्वयन में टीएमएस9940, टीएमएस9980/81, टीएमएस9995 सम्मिलित थे। टीएमएस99105/10 1981 में 9900 का अंतिम पुनरावृत्ति था और इसमें टीआई के 990/10 मिनीकंप्यूटर की विशेषताएं सम्मिलित थीं।

1980 के दशक के मध्य तक माइक्रो कंप्यूटर क्षेत्र इंटेल 8088 जैसे 16-बिट प्रणाली और मोटोरोला 68000 जैसे नए 16/32-बिट डिज़ाइन की ओर बढ़ रहा था। चिप के लिए कोई स्पष्ट भविष्य नहीं होने के कारण, टीआई ने अपना ध्यान विशेष प्रयोजन प्रोसेसर की ओर लगाया जैसे टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टीएमएस320 1983 में प्रस्तुत किया गया।

इतिहास
टीएमएस9900 को टीआई-990 मिनीकंप्यूटर श्रृंखला के सिंगल-चिप वर्जन के रूप में डिज़ाइन किया गया था, इंटरसिल 6100 के समान सिंगल-चिप पीडीपी-8 (12 बिट) था और फेयरचाइल्ड 9440 और डेटा जनरल एमएन601 दोनों डेटा के सिंगल-चिप वर्जन थे। नोवा. नेशनल सेमीकंडक्टर आईएमपी-16 या डीईसी एलएसआई-11 जैसे मल्टी-चिप 16-बिट माइक्रोप्रोसेसरों के विपरीत, जिनमें से कुछ टीएमएस9900 से पहले थे और 9900 सिंगल-चिप, सेल्फ-कन्टेन्ड 16-बिट माइक्रोप्रोसेसर था।

टीएमएस9900 की मिनीकंप्यूटर रूट्स अनेक आर्किटेक्चर विशेषताओं को उत्पन्न करती हैं जो सामान्यतः रिक्त शीट से प्रारंभ होने वाले डिज़ाइनों पर नहीं पाई जाती हैं। इनमें से टीएमएस9900 में प्रोसेसर रजिस्टररो का उपयोग उल्लेखनीय था, जिन्हें मुख्य मेमोरी में मैप किया जाता है। यह तेजी से कॉनटेक्स्ट स्विचिंग की अनुमति प्रदान करता है, जिसे रजिस्टर मानों की सूची में पहली प्रविष्टि को सूचना देने के लिए सिगल रजिस्टर, वर्कस्पेस पॉइंटर को परिवर्तित कर पूरा किया जा सकता है। अधिक पारंपरिक डिज़ाइनों के लिए आंतरिक रजिस्टरों के पूरे सेट को मेमोरी या स्टैक में संग्रहीत करने की आवश्यकता होगी।

इस दृष्टिकोण का ऋणात्मक पक्ष यह है कि इन रजिस्टरों तक पहुँचने में अधिक समय लगता है। इस प्रकार तीव्र मेमोरी वाले मिनीकंप्यूटर कार्यान्वयन में, प्रभाव अपेक्षाकृत छोटा होता है और वास्तविक समय या मल्टी-टास्किंग वातावरण में विपरीत महत्वपूर्ण होता है क्योंकि कॉनटेक्स्ट स्विच सामान्य होते हैं। सिंगल-यूजर माइक्रो कंप्यूटर जैसी अन्य भूमिकाओं में यह ट्रेडऑफ़ उचित नहीं हो सकता है। 9900 के 40-पिन कार्यान्वयन में रजिस्टरों के लिए 128 या 256 बाइट्स तेज़ ऑनबोर्ड रैम सम्मिलित थे।

टीआई ने कॉर्पोरेट सामंजस्य के लिए विभिन्न प्रभागों में समान कंपनी, कंप्यूटर आर्किटेक्चर का उपयोग किया। 1970 के दशक के उत्तरार्ध में वाल्डेन सी. राइन्स ने टीएमएस99110 की प्रस्तुति दी, जिसका कोड नाम "अल्फा" था। आईबीएम समूह पर्सनल कंप्यूटर विकसित कर रहा है। उन्होंने याद करते हुए कहा कि हमें 1981 तक यह नहीं ज्ञात था कि हमने क्या खोया है क्योंकि आईबीएम ने आईबीएम पीसी के लिए इंटेल 8088 को चुना था। फैक्टर 64के से अधिक लॉजिकल मेमोरी तक पहुँचने के लिए रोडमैप की कमी थी। 9900 फैमिली केवल पेज-मैपिंग द्वारा अपना एड्रेस स्पेस 16एमआईबी तक विस्तारित कर सका| 99000 खंडों के माध्यम से 256के को संबोधित कर सकता है।

टीआई-99/4ए जैसे उत्पादों के साथ पर्सनल कंप्यूटर बाजार से बाहर होने के पश्चात, कंपनी के माइक्रोप्रोसेसर क्षेत्र ने अंततः टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टीएमएस320 विशेष प्रयोजन प्रोसेसर श्रृंखला पर ध्यान केंद्रित किया।

आर्किटेक्चर
टीएमएस9900 में तीन आंतरिक 16-बिट प्रोसेसर रजिस्टर हैं| जो कि निम्नलिखित है- प्रोग्राम काउंटर (पीसी), स्टेटस रजिस्टर (एसटी) और वर्कस्पेस पॉइंटर रजिस्टर (डब्ल्यूपी)। डब्लूपी पॉइंट रजिस्टर (कंप्यूटर प्रोग्रामिंग) बाहरी रैंडम एक्सेस मेमोरी में बेस एड्रेस पर जहां प्रोसेसर के 16 जनरल परपज यूजर रजिस्टर (प्रत्येक 16 बिट चौड़ा) रखे जाते हैं। यह आर्किटेक्चर तुरंत कॉनटेक्स्ट स्विचिंग की अनुमति देता है| जैसे जब सबरूटीन प्रयुक्त किया जाता है, तब रजिस्टरों को भिन्न-भिन्न सहेजने की आवश्यकता के स्थान पर केवल सिंगल वर्क स्पेस रजिस्टर को परिवेतित करने की आवश्यकता होती है। बिट्स को अपरंपरागत रूप से क्रमांकित किया जाता है जिसमें सबसे महत्वपूर्ण बिट 0 होता है।

एड्रेस एंडियननेस ऑर्डरिंग कन्वेंशन वाले बाइट्स को संदर्भित करते हैं। टीएमएस9900 क्लासिक 16 बिट मशीन है जिसका एड्रेस स्पेस 216 बाइट्स (65,536 बाइट्स या 32,768 शब्द) है।

स्टैक की कोई अवधारणा नहीं है और कोई स्टैक पॉइंटर रजिस्टर नहीं है। इसके स्थान पर शाखा इंस्ट्रक्शन उपस्थित हैं जो प्रोग्राम काउंटर को रजिस्टर में सँभालते हैं और रजिस्टर कॉनटेक्स्ट को बदलते हैं। 16 हार्डवेयर और 16 सॉफ़्टवेयर इंटरप्ट सदिश प्रत्येक में पीसी और डब्लूपी मानों की जोड़ी होती है, इसलिए रजिस्टर कॉनटेक्स्ट स्विच स्वचालित रूप से व्यवधान द्वारा भी पूरा होता है।

इंस्ट्रक्शन सेट और संबोधन
टीएमएस9900 में 69 इंस्ट्रक्शन हैं जो एक, दो या तीन शब्द लंबे हैं और मेमोरी में सदैव वर्ल्ड-एलाइन रहते हैं। इंस्ट्रक्शन सेट अधिक ऑर्थोगोनल इंस्ट्रक्शन सेट है, जिसका अर्थ है कि कुछ अपवादों के साथ, इंस्ट्रक्शन ओपेरंड (एड्रेसिंग मोड) तक पहुंचने के सभी उपायों का उपयोग कर सकते हैं।

एड्रेसिंग मोड में तुरंत (इंस्ट्रक्शन में ऑपरेंड), डायरेक्ट या सिम्बोलिक (इंस्ट्रक्शन में ऑपरेंड एड्रेस), रजिस्टर (वर्क स्पेस रजिस्टर में ऑपरेंड), रजिस्टर इनडायरेक्ट (वर्कस्पेस रजिस्टर में ऑपरेंड पता) ऑटो-इंक्रीमेंट के साथ या उसके बिना, इंडेक्स (इंस्ट्रक्शन में ऑपरेंड एड्रेस) सम्मिलित हैं। इसके साथ वर्क स्पेस रजिस्टर सामग्री के साथ इंडेक्स और प्रोग्राम काउंटर रिलेटिव आदि भी सम्मिलित है।

सबसे महत्वपूर्ण डबल-ऑपरेंड इंस्ट्रक्शनों (जोड़ें, घटाएं, तुलना करें, स्थानांतरित करें आदि) में सोर्स और डेस्टिनेशन ऑपरेंड दोनों के लिए 2-बिट एड्रेसिंग मोड और 4-बिट रजिस्टर चयनकर्ता फ़ील्ड सम्मिलित हैं। ऑपकोड में सिम्बोलिक मोड को रजिस्टर फ़ील्ड के साथ 0 पर सेट के साथ इंडेक्स मोड के रूप में दर्शाया गया है, इसलिए वर्कस्पेस रजिस्टर 0 (WR0) का उपयोग इंडेक्स मोड में नहीं किया जा सकता है। एक्सओआर जैसे कम बार उपयोग किए जाने वाले डबल-ऑपरेंड इंस्ट्रक्शनों में, डेस्टिनेशन ऑपरेंड वर्कस्पेस रजिस्टर (या गुणा और विभाजित इंस्ट्रक्शनों की स्थिति में वर्कस्पेस रजिस्टर युग्म) होना चाहिए।

बिना नियम और बारह कंडीशनल जम्प इंस्ट्रक्सन के समूह के माध्यम से प्रवाह नियंत्रण की सुविधा प्रदान की जाती है। जंप लक्ष्य -128 से +127 वर्ल्ड एड्रेस के ऑफसेट के साथ पीसी के सापेक्ष हैं।

सबरूटीन कॉल के लिए, ब्रांच और लोड वर्कस्पेस पॉइंटर (बीएलडब्ल्यूपी) इंस्ट्रक्शन नए डब्लूपी और पीसी मानों को लोड करता है, फिर डब्लूपी, पीसी और एसटी के मानों को क्रमशः (नए) रजिस्टर 13, 14 और 15 में संभालता है। सबरूटीन के अंत में, रिटर्न वर्कस्पेस पॉइंटर (आरटीडब्ल्यूपी) इन्हें विपरीत क्रम में पुनर्स्थापित करता है। बीएलडब्ल्यूपी/आरटीडब्ल्यूपी का उपयोग करके स्टैक की अनुपस्थिति के पश्चात सबरूटीन कॉल को नेस्ट करना संभव है, चूकि प्रोग्रामर को उचित रजिस्टर वर्कस्पेस को स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट करने की आवश्यकता है।

इंस्ट्रक्शन सेट में ब्रांच और लिंक (बीएल) ऑपकोड भी सम्मिलित है| जो केवल डब्लूपी को बदले बिना पीसी को रजिस्टर 11 को संभालता है। इस स्थिति में टारगेट एड्रेस के रूप में डब्लूआर11 का उपयोग करने वाला ब्रांच इंस्ट्रक्शन (बी) रिटर्न ऑपकोड के रूप में काम कर सकता है, किंतु प्रोग्रामर द्वारा रिटर्न एड्रेस को संभालने के लिए एड्रेस किए बिना बीएल-टाइप सबरूटीन्स को नेस्ट नहीं किया जा सकता है।

टीएमएस9900 एक्सीक्यूट इन्सट्रकशन X (eXecute) का समर्थन करता है। यह इंस्ट्रक्शन एक्सीक्यूट (कंप्यूटर) रजिस्टर में इंस्ट्रक्सन को क्रियान्वित करता है।। इसका उपयोग डिबगिंग ( ब्रेकपाइंट इंस्ट्रक्शन के रूप में) और बाइट-कोड इंटरप्रिटर में उपयोग किए जाने वाले इंडेक्स-ओपकोड सारणियो को बनाने के लिए किया जा सकता है ।

टीएमएस9900 एक्सटेंडेड ऑपरेशन (एक्सओपी) इंस्ट्रक्सन का भी समर्थन करता है। एक्सओपी को 0-15 की श्रेणी में नंबर के साथ सोर्स एड्रेस भी दिया गया है। जब क्रियान्वित किया जाता है, तब इंस्ट्रक्शन मेमोरी में पूर्वनिर्धारित स्थानों पर सोलह सदिशो में से एक के माध्यम से कॉनटेक्स्ट स्विच करेगा। एक्सओपी इंस्ट्रक्शन नए कार्यक्षेत्र के रजिस्टर 11 में सोर्से ऑपरेंड का प्रभावी एड्रेस भी रखता है।

एक्सओपी बीएलडब्ल्यूपी की तुलना में कम लचीला है क्योंकि ट्रांसफर सदिश को निश्चित स्थानों पर होना चाहिए, किंतु सोर्से ऑपरेंड को रजिस्टर में या अन्यथा पारित करने के स्थान पर सीधे एड्रेस करने की अनुमति देता है।

एक्सओपी का उपयोग प्रणाली कॉल सुविधा को क्रियान्वित करने के लिए किया जा सकता है। टीआई के डीएक्स10 ऑपरेटिंग प्रणाली में, एक्सओपी 15 प्रणाली कॉल को सामान्यंत्रित करता है। प्रोग्रामर असेंबलर मैक्रो को परिभाषित कर सकता है, उदाहरण के लिए एसवीसी, जो एक्सओपी 15 को सामान्यंत्रित करता है।

एक्सओपी का अन्य उपयोग सॉफ्टवेयर में इंस्ट्रक्शनों को क्रियान्वित करना था| जिसे 990 मिनीकंप्यूटर श्रृंखला के भविष्य के संस्करणों में डेडिकेटेड हार्डवेयर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।

इंटेल 8086 के साथ सामान्य तुलना में, टीएमएस9900 में छोटे प्रोग्राम थे। कुछ हानियाँ स्माल एड्रेस स्पेस और तेज़ रैम की आवश्यकता थी।

कार्यान्वयन
टीएमएस9900 को N-चैनल सिलिकॉन गेट एमओएस प्रक्रिया में क्रियान्वित किया गया था, जिसके लिए +5 V, −5 V और +12 V विद्युत की आपूर्ति और 3 मेगाहर्ट्ज (333ns चक्र) की अधिकतम आवृत्ति के साथ चार-चरण (गैर-अतिव्यापी) क्लॉक की आवश्यकता होती है। सामान्यतः टीआईएम9904 (या 74एलएस362) क्लॉक जनरेटर चिप का उपयोग करके 48 मेगाहर्ट्ज क्रिस्टल से उत्पन्न होता है।

सबसे छोटे इंस्ट्रक्शनों को पूरा करने के लिए ऐट-क्लॉक साइकल या 2.7 μs की आवश्यकता होती है (0 बाहरी वेट साईकल मानते हुए), अनेक अन्य 10 और 14 चक्रों (3.3...4.7 μs) के मध्य चलते हैं| सबसे लंबे समय तक चलने वाले इंस्ट्रक्शन (डीआईवी) में 124 साइकल (41.3 μs) तक का समय लग सकता है।

चिप को (तब असामान्य) 64-पिन, 0.9 चौड़े दोहरे इन-लाइन पैकेज में पैक किया गया था। 15-बिट (वर्ड) एड्रेस बस और 16-बिट बस (कंप्यूटिंग) के लिए तुलनात्मक रूप से बड़ी संख्या में पिन को मल्टीप्लेक्सिंग (उदाहरण के लिए इंटेल 8086 सीपीयू के विपरीत) के उपयोग के बिना बाहरी मेमोरी कनेक्शन रखते हुए डेडिकेटेड पिन पर लाने की अनुमति है। अनेक अन्य निर्माताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली परंपरा के विपरीत, टीआई ने सबसे महत्वपूर्ण एड्रेस और डेटा लाइनों को क्रमशः A0 और D0 लेबल किया। सभी आंतरिक डेटा पाथ और एएलयू 16 बिट चौड़ी हैं।

प्रोसेसर को एक्सटर्नल डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस (डीएमए) के लिए एड्रेस बस ट्राई-स्टेट के साथ रोका जा सकता है।मेमोरी एक्सेस सदैव 16 बिट चौड़ा होता है,सीपीयू स्वचालित रूप से बाइट-वाइड एक्सेस के लिए रीड-बिफोर-राइट का संचालन करता है।

हार्डवेयर इंटरप्ट प्रणाली 4-बिट इंटरप्ट प्राइमरी इनपुट का समर्थन करता है, जिसे इंटरप्ट अनुरोध को पूरा करने के लिए स्टेटस रजिस्टर (बिट्स 12−15) में संग्रहीत प्राइमरी स्टेज से अधिक होना आवश्यक है। इसके अतिरिक्त /लोड इनपुट डेडिकेटेड वेक्टर के साथ नॉन-मास्केबल इंटरप्ट सुविधा प्रदान करता है।

टीएमएस9900 सीपीयू में 16-बिट शिफ्ट रजिस्टर (सीआरयू) भी सम्मिलित है, जिसे बाहरी शिफ्ट रजिस्टरों के साथ इंटरफेस करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें कुल 4096 एड्रेसेबल बिट्स में से 1−16 बिट चौड़ाई के फ़ील्ड तक पहुंच का समर्थन करने वाले सपोर्टिंग इंस्ट्रक्शन हैं।

समानांतर बाह्य उपकरणों को मेमोरी-मैप्ड फैशन में नियमित एड्रेस और डेटा बस से जोड़ा जा सकता है।

अनुप्रयोग
टीएमएस9900 का उपयोग टीआई-99/4 और टीआई-99/4ए होम कंप्यूटर में किया गया था। दुर्भाग्य से उत्पादन व्यय को कम करने के लिए, टीआई ने इन प्रणालियों में तेज़ प्रकार की रैम के केवल 128 16-बिट शब्दों का उपयोग करना चुना, जिसे टीएमएस9900 सीधे एक्सेस कर सकता था। रेस्ट मेमोरी 16KB की 8 बिट डायनामिक रैंडम एक्सेस मेमोरी थी| जो केवल अप्रत्यक्ष रूप से वीडियो डिस्प्ले कंट्रोलर के माध्यम से पहुंच योग्य थी, जिसने टीआई-99/4 के प्रदर्शन को व्यर्थ कर दिया जाता है।

टीआई ने सीपीयू, मेमोरी, आई/ओ सहित कंप्यूटर मॉड्यूल की टीएम990 श्रृंखला विकसित की, जिसे कार्ड फ्रेम में प्लग करने पर 16-बिट मिनीकंप्यूटर बन सकता है। इनका उपयोग सामान्यतः प्रक्रिया नियंत्रण के लिए किया जाता था। माइक्रोप्रोसेसर ट्रेनर टिएम990/189 के रूप में जारी किया गया था।

टीएमएस9900 फैमिली उत्पाद विकास
माइक्रोप्रोसेसरों के टीएमएस9900 फैमिली की दूसरी पीढ़ी टीएमएस9995 थी| जो किसी भी पिछले 9900 फैमिली प्रोसेसर की तुलना में 3 गुना तेज गति से मुख्यतः अनुदेश प्रीफ़ेच प्रौद्योगिकी के समावेशन के कारण कार्यात्मक प्रदर्शन प्रदान करती थी। घरेलू कंप्यूटर क्षेत्र में टीएमएस9995 का उपयोग केवल टॉमी ट्यूटर, गुप्त टीआई99-4/A अपग्रेड जिसे जिनेव 9640 कहा जाता है और इलेक्ट्रॉनिक्स टुडे में मुद्रित एक प्रोजेक्ट पॉवरट्रान कॉर्टेक्स में हुआ। इसे टीआई-99/2 और टीआई-99/8 कंप्यूटर प्रणाली में उपयोग करने की योजना बनाई गई थी, किंतु प्रोटोटाइप चरण से आगे नहीं बढ़ पाया।

टीआई ने पश्चात में माइक्रोप्रोसेसरों का अधिक शक्तिशाली टीएमएस99000 फैमिली विकसित किया, जिसका उपयोग व्यय में कमी के रूप में टीआई990/10ए मिनीकंप्यूटर में सीपीयू के रूप में किया गया था। दुर्भाग्य से, जब तक 990/10A मार्केट में आया, मिनीकंप्यूटर का अंत पहले से ही प्रतीत हो रहा था।

टीएमएस99000 फैमिली में दो माइक्रोप्रोसेसर सम्मिलित हैं, टीएमएस99105ए और टीएमएस99110ए, जो ऑन-चिप मैक्रोस्टोर रोम की सामग्री को छोड़कर समान हैं (मैक्रोस्टोर मेमोरी में मानक मशीन कोड में लिखे गए इम्यूलेशन रूटीन के माध्यम से अतिरिक्त फ़ंक्शन या इंस्ट्रक्शन सम्मिलित हैं)। टीएमएस99110ए माइक्रोप्रोसेसर में ऑन-चिप रोम मैक्रोस्टोर में फ्लोटिंग पॉइंट इंस्ट्रक्शन होते हैं जो मशीन लैंग्वेज इंस्ट्रक्शन सेट के भाग के रूप में उपलब्ध होते हैं, जबकि बेसलाइन टीएमएस99105A नहीं होता है। दोनों चिप्स मैक्रोस्टोर इंस्ट्रक्शनों को बाहरी रोम में क्रियान्वित कर सकते हैं। टीएमएस99000 फैमिली के तीसरे सदस्य, टीएमएस99120 की घोषणा की गई किंतु इसका व्यावसायिक उत्पादन कभी नहीं किया गया होगा। टीएमएस99120 में ऑन-चिप रोम मैक्रोस्टोर में पास्कल उच्च-स्तरीय लैंग्वेज के लिए रन-टाइम सपोर्ट रूटीन सम्मिलित था।

टीएमएस99000 फैमिली के लिए इंस्ट्रक्शन सेट अनुकूलता बनाए रखते हुए 9900 इंस्ट्रक्शन सेट का विस्तार करता है। अतिरिक्त इंस्ट्रक्शनों में हस्ताक्षरित गुणा और भाग (पहली बार टीएमएस9995 में प्रदर्शित), लॉन्ग-वर्ड शिफ्ट, जोड़ना और घटाना सम्मिलित हैं| इसकेअतिरिक्त लोड स्टेटस रजिस्टर, लोड वर्कस्पेस पॉइंटर, स्टैक ऑपरेशंस, मल्टीप्रोसेसर समर्थन, बिट मैनीपुलेशन भी सम्मिलित है। फैमिली के सदस्य कोड/डेटा विभाजन के माध्यम से 256KB मेमोरी तक पहुंच सकते हैं, और 16MiB तक का पता लगाने के लिए टीआईएम99610 मेमोरी मैपर का उपयोग कर सकते हैं। आर्किटेक्चर में टीएमएस9900 और टीएमएस9995 की तुलना में अनेक अन्य उन्नतियाँ सम्मिलित हैं।

बाहरी संबंध

 * टीएमएस9900 manuals and references from         Bitsavers