MOS 6502

Der MOS 6502 ist ein Mikroprozessor, der 1975 auf den Markt kam. Aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit und seines deutlich niedrigeren Preises im Vergleich zu Konkurrenzprozessoren von Intel und Motorola war der 6502 ein beliebter Prozessor für Heimcomputer. Der 6502 ist im Diskettenlaufwerk 1541 verbaut, außerdem findet die Variante MOS 6510 im C64 Verwendung. Der Hauptkonkurrent des MOS 6502 war der Zilog Z80, welcher in bestimmten Modellen ebenfalls von Commodore verwendet wurde (hauptsächlich, um CP/M-Kompatibilität zu gewährleisten). Entwickelt wurde der 6502 unter der Leitung von Chuck Peddle.

Der 6502 lebt heute als Prozessorkern der Microcontroller Mitsubishi/Renesas (38000/740 Series) und VMC Scal von Micronas Intermetall (eingesetzt in Automotive- und Fernseh-Technik) weiter und wird zudem in vielen PC-Tastaturen als Controller verwendet.

Design[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Design des 6502 ist stark an das Design des Motorola 6800 angelehnt. Der Befehlssatz ist ähnlich, aber statt eines 16-Bit-Index-Registers werden zwei 8-Bit-Index-Register verwendet, deren Wert auf eine im Speicher (auch im Programmcode) vorgegebene 16-Bit-Adresse addiert wird. Besonders die 256 Byte umfassende Zeropage, deren Zugriff besonders rasch abläuft, macht die freie 16-Bit-Adressierung erst möglich, was somit quasi einem Satz von 128 16-Bit-Registern entspricht (auch wenn diese nicht so effizient arbeiten wie tatsächliche interne Register). Deswegen haben 6502-Programme einen anderen Stil: Für Datenmanipulationen, die sich über mehr als 256 Byte erstrecken, muss zusätzlicher Programmieraufwand für die Handhabung der Zeropage-Register betrieben werden, wenn 16-Bit-Operationen aus mehreren 8-Bit-Manipulationen zusammengesetzt werden. Hingegen geht die Manipulation von 8-Bit-Werten auf einem 8-Bit-Mikroprozessor erheblich schneller vonstatten.
Anders als die 16-Bit-Register des 6800, später des 6809 oder etwa des Z80, welche eine absolute Adresse darstellen, stellen die 8-Bit-Register des 6502 lediglich einen Array-Index (bzw. Register-Index in der Zeropage) dar. Das Fehlen von 16-Bit-Registern wurde mit komplexeren Adressierungsarten, basierend auf dem Zusammenspiel der Index-Register mit der Zeropage kompensiert. In manchen Fällen kann ein einziger 8-Bit-Increment- oder Decrement-Befehl sowohl das Zählen der Adressen als auch das Setzen der Bedingung für den Schleifenabbruch bei index=0 leisten, was zu kompakten und schnellen Schleifen führt.

Technisch war der 6502 durchaus innovativ: Er war der erste Mikroprozessor mit rudimentärer (zweistufiger) Pipeline-Architektur, d.h., wenn nur noch interne Schaltschritte für einen Befehl notwendig waren, konnte der nächste Befehl bereits gleichzeitig aus dem Speicher geholt werden. Eine echte Pipeline mit Überlappung der Lese- und Schreibzugriffe mehrerer Befehle gab es aber noch nicht. Außerdem kann der Befehlssatz des 6502 – zumindest im Vergleich zur direkten Konkurrenz Intel 8080 – als „fast orthogonal“ angesehen werden.

Der 6502 in der 1541[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Über den SO-Pin des 6502, der es erlaubt, direkt das Overflow-Flag des Prozessors zu beeinflussen, kann die 1541 mit besonders geringer Latenzzeit auf Daten vom Schreib-/Lesekopf reagieren (siehe $F4D4 im 1541-ROM). Der im C64 verbaute 6510 bietet diesen Pin nicht.

Varianten des 6502[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

2002

von Yamaha

Ricoh 2A03 (NTSC) bzw. 2A07 (PAL)^[1]

eingesetzt im NES
Standard-6502-Core, aber ohne BCD-Arithmetik
40-polig mit anderer Pin-Belegung
4 Channels: interne Channels lassen sich über memory-mapped Register als semi-analoge Sound-Ausgänge verwenden.
DMC - Delta Modulation Channel um DMA-basiert Sound-Samples direkt aus dem Speicher abzuspielen.
interner Counter/Timer

3800

Microcontrollerfamilie von Renesas Technology mit 740er Kern. Siehe 740

6501

Gehäuse- und signalkompatibel (nicht softwarekompatibel) zum Motorola 6800 (nicht Motorola 68000)
musste nach einer Patentverletzungsklage seitens Motorola eingestellt werden

6502

NMOS-Technologie
wurde noch komplett auf Papier entwickelt und die Masken zur Chip-Herstellung weitgehend von Hand erstellt^[2]
eingesetzt
- in den Commodore-PET- und -CBM-Modellen PET 2001 bis CBM 8296 sowie im VC20
- in Floppy-Laufwerken wie 1540 und 1541
- im Apple II, im Apple II+, und im nicht erweiterten Apple IIe
- im Ohio Scientific Superboard II
- in diversen Single-Board-Systemen und Kits (KIM-1, AIM-65)
- in einer Reihe anderer Heimcomputer (u.a. Oric-1/Atmos, VTech Laser 3000)
CPUs hergestellt vor Mai 1976 haben keinen ROR-Befehl ^[3]

6502A

2-MHz-Taktung
eingesetzt
- im Apple III
- in BBC Micro Model A und B
- in 8-Bit-Atari-Heimcomputern wie Atari 400, Atari 800 mit 1,79 MHz

6502B

3-MHz-Taktung

6502C

Gleiche Bezeichnung für zwei Varianten:

Standard-NMOS-Version für 4 MHz^[4], z.B. gefertigt von MOS, Rockwell, Synertek
Eine Custom-Version^[5] nur für Atari ("Sally" genannt), eingesetzt in deren 8-Bit-Heimcomputern Atari 800XL, Atari 130 XE usw. mit 1,79-MHz-Taktung
- extra Pin namens HALT
- Taktung: 2 MHz

65C02

CMOS-Technologie
zusätzliche Befehle und Adressierungsmodi
eingesetzt im
- erweiterten Apple IIe und im Apple IIc bzw. VTech Laser 128
- Atari Lynx mit 4-MHz-Taktung

R65C02, WDC65C02

erweiterte Variante eines 65C02 mit zusätzlichen Bit-Befehlen (RMB, SMB, BBR und BBS), z.B. von WDC, Rockwell

65SC02

eingeschränkter Befehlssatz (keine Bit-Befehle) gegenüber der 65C02-Variante von GTE
eingesetzt im Watara Supervision^[6]

65CE02^[7]^[8]^[9]

entwickelt von der CSG (Commodore Semiconductor Group vormals MOS Technology)
extra Z-Index-Register (initial auf 0 gesetzt) mit entsprechenden Adressierungsarten
Base-Page-Register für eine verschiebliche Zeropage
optional verwendbarer 16-Bit Stapelzeiger
Adressierungsart relativ zum Stapelzeiger
zusätzliche 16-Bit-RMW-Befehle (Read-Modify-Write) wie Increment, Decrement, Shift, Rotate
16-Bit Stapelbefehle
relative Sprünge und Unterprogrammaufrufe mit 16-Bit-Offset
NEG-Befehl (2er-Komplementberechnung)
Taktraten bis zu 10 MHz
eingesetzt im Commodore C65 (4510)

6503, 6505, 6506

12-Bit-Adressbus (4 KByte)

6504, 6507

13-Bit-Adressbus (8 KByte), eingesetzt z. B. in Commodore-Tastaturen (Amiga 1000) und in Floppy-Laufwerken (Atari 1050) und Druckern (z.B. MPS 802)

6507

eingesetzt in der Atari 2600 Gaming Console mit 1,19-MHz-Taktung
28-poliges DIL-Gehäuse: Im Vergleich zum Standard-6502 fehlen die Anschlüsse V_ss (der 2.), φ1, A13 bis A15, SYNC, SO, IRQ, NMI, drei NC-Pins.^[10]
13-Bit-Adressbus (8 KByte)

6509(A)

20-Bit-Adressbus (1 MiB) durch internes Bankswitching (4-Bit Port-Register an Adressen $00 und $01)
in A-Variante mit 2-MHz-Taktung
eingesetzt in den Commodore-PET-II-Modellen (CBM 500, 600 und 700).

6510

6502 mit zusätzlichem 6-Bit-I/O-Port
Adressbus kann hochohmig geschaltet werden
kein SO-Pin
eingesetzt im C64 mit 985 kHz (PAL-Version) respektive 1022 kHz (NTSC-Version) Takt

6511

Microcontroller mit I/O-Ports, serieller Schnittstelle und RAM, von Rockwell

65F11 & 65F12 ^[11]

Variante des 6511 mit integriertem Forth-Interpreter (RSC-Forth, ein FIG-Forth-Abkömmling).
65F12 hat ein 64-Pin-Gehäuse und damit 40 statt sonst 16 I/O-Pins.

6512 bis 6517

Variante des entsprechenden 650x, aber ohne eingebauten Oszillator (d.h. externe Regulierung der Taktfrequenz möglich)
eingesetzt bei BBC Micro Model B+64/128

6570, 6571

eingesetzt in Amiga-Tastaturen

6280

entwickelt von NEC auf Basis der 65SC02
inklusive MMU (2 MiB adressierbar)
eingesetzt in der NEC PC Engine

6702

eingesetzt nur im Plug-in-Board des Commodore SuperPET

740

Microcontrollerfamilie von Renesas Technology (vormals Mitsubishi Electric)
basierend auf der 65C02
mehr als 100 Varianten
bis 60 KiB ROM/PROM/Flash on-chip
bis 2 KiB RAM on-chip
erweiterter Befehlssatz

Multiplikation
Division
Erweiterte Bitbefehle
Stop/Wait

neue Adressierungsarten
Transfer (Speicher-Speicher-Befehle)
Special Page
Bit-Relativ
bis 17 MHz

7501

6502 in HMOS-Technologie
eingesetzt im C16 und Plus/4

8500

6510 in CMOS-Technologie

8502

6510 umschaltbar auf 2 MHz
7-Bit-I/O-Port
eingesetzt im C128

65802 (65C802)

Variante des 65816, die pin-kompatibel zum 6502 ist, Adressraum daher wie dieser nur 64 KiB
zum direkten Austausch des 6502 in bereits bestehenden Schaltungen gedacht
bis zu 16 MHz

65816 (65C816)

entwickelt von Western Design Center
eingesetzt u. a. im Apple IIgs, Nintendo SNES, den meisten Beschleunigungskarten für 6502-Rechner
16-Bit-Register und ALU
24-Bit-Adressbus (16 MiB)
bis zu 24 MHz

G65SC150 Microcontroller Familie^[12]^[13]

6502-Core
CMOS
I/O-Interfaces für Telekommunikationsanwendungen (Timer, Counter, Peripheral lines)
2 KiB ROM
64 Byte RAM