Dlaczego nie ' t WDC 65816 nie jest dostępny w “ zewnętrznie ” 16-bitowych wersjach?

65816 ma fizycznie 8-bitową jednostkę ALU, chociaż wiele rejestrów wewnętrznych ma teraz szerokość 16 bitów. W związku z tym wykonanie każdej operacji ALU w trybie 16-bitowym wymaga dodatkowego cyklu, co daje czas potrzebny na pobranie dodatkowych danych przez magistralę danych (co pozostaje bardzo proste w obsłudze).

Tam nie jest częścią rdzenia, w którym dostępna jest 16-bitowa magistrala danych, nawet w częściowo niestandardowych wersjach rdzenia 65816, które WDC nadal oferuje programistom systemów wbudowanych.

Oczywiście można zaprojektować nowy rdzeń z szerszą jednostką ALU i zewnętrzną szyną danych, a tym samym z wyższą wydajnością w operacjach 16-bitowych. Byłoby nawet możliwe wprowadzenie pipeliningu i buforowania w celu dalszej poprawy wydajności. Ale wynik byłby zgodny tylko z 65816 ISA; nie byłby to 65816. Byłby też większy, bardziej energochłonny, droższy (nie tylko ze względu na bardziej złożony pakiet wymagany do wyeksponowania szerszego autobusu) i znacznie mniej przyjazny hobbystom.

Komentarze

• Zgodnie z arkuszem danych ( datasheets.chipdb.org/Western%20Design/w65c816s .pdf ), W65C816 ma pełną 16-bitową jednostkę ALU.
• @StarCat Interesująca uwaga. Patrząc na czasy instrukcji, zastanawiam się, dlaczego mieliby się tym przejmować: wygląda na to, że rzeczywiście poradziliby sobie dobrze z 8-bitową jednostką ALU. (Nawet instrukcje takie jak INX to nadal dwa cykle). Być może twierdzą, że programista ' widzi to jako 16- bit ALU (tj. istnieją 16-bitowe instrukcje dodawania itp.), podobnie jak programista znajduje Z80 ' s 4 -bit ALU nie do odróżnienia od 8-bitowej jednostki ALU 8085 '?
• 65816 ma 16-bitową jednostkę ALU. Jest to najbardziej widoczne podczas porównywania gałęzi, które działają tak samo w trybie natywnym, jak i emulacji (przesunięcie 8-bitowe), ale nie otrzymują żadnej kary za przekraczanie strony w trybie natywnym, podczas gdy nadal występuje to w emulacji (i na 65C02). Jest to również widoczne przy wszystkich bezpośrednich operacjach na stronach, obsługując również przekraczanie stron bez kary.DP w trybie emulacji dodatkowo pokazuje, że tutaj ALU po prostu ' obniżył ' do 8 bitów, tak jak DH robi to ' t musi być ustawione na zero, btu zostanie zignorowane.
• @StarCat Pełny cudzysłów to: ” Pełna 16-bitowa jednostka ALU, Akumulatory, wskaźniki stosu i rejestry indeksu ” – co może być po prostu niezgrabnie napisane, ale wydaje się sugerować, że tylko rejestry mają szerokość 16 bitów. Jednak charakterystyka wydajności 16-bitowej jednostki ALU nie jest łatwa do zaobserwowania w tym CPU, ponieważ większość operandów (w tym adresy pamięci) musi być ładowana z pamięci 8 bitów naraz. Nawet jeśli pełna szerokość jednostki ALU jest używana do obliczeń trybu adresowania, zauważam, że jeśli DPR nie jest wyrównany do strony, dostęp w trybie bezpośrednim pobiera karę 1 cyklu, co jest zgodne z 8-bitową jednostką ALU.
• @Raffzahn W przypadku indeksów 16-bitowych należy wykonać pełne 16-bitowe dodanie między adresem bazowym a przesunięciem indeksu. Wygląda na to, że nie można tego rozpocząć, dopóki adres bazowy nie zostanie całkowicie załadowany, prawdopodobnie z powodu braku rejestrów wewnętrznych. To, że dodanie 16 + 16 zajmuje dwa cykle, ale tylko jeden cykl dla dodania 16 + 8, pokazuje, że istnieje 8-bitowy sumator z propagacją przenoszenia górnego bajtu używaną do tego celu.

65816 jest pomyślany jako ścieżka aktualizacji dla obecnych klientów 6502. Utrzymanie 8-bitowej wersji było rozsądną decyzją z punktu widzenia użytkownika, ponieważ oferuje

• Łatwa aktualizacja istniejących projektów
• W pełni kompatybilny z istniejącym oprogramowaniem
• Standard Pakiet 40-pinowy wymaga mniej otworów przelotowych i oferuje tańszą obsługę.
• Do korzystania z rozszerzonego zakresu adresów potrzebny jest tylko jeden zatrzask
• Potrzebne są tylko standardowe 8-bitowe komponenty zewnętrzne

Szczególnie te późniejsze są ważne ze względu na koszty. W przypadku produkcji liczy się każdy otwór, ponieważ czas wiercenia skraca się, a tym samym obniża koszty. W 1983 roku komponenty 16-bitowe (RAM / ROM) były raczej rzadkie i drogie. W przypadku konstrukcji 8-bitowej wiele standardowych (EP) układów ROM i RAM zostało zdefiniowanych tylko według potrzebnego rozmiaru, podczas gdy 16-bitowa magistrala danych zawsze wymaga co najmniej dwóch z każdego. W końcu to, który projekt w przeszłości był prototypem, nie jest wrażliwy na koszty. Seria 65xx zawsze była ukierunkowana na niskie koszty / aplikacje wbudowane. W rzeczywistości jej rynek docelowy był podobny do tego, jaki Intel przewidywał dla 8086, jako ścieżkę modernizacji dla 8080 / 85 użytkowników.

W przeciwieństwie do Intela, który zaprojektował 16-bitowy procesor i zapewnił zgodność 8-bitową (* 1), WDC pozostawało 8-bitowe, co miało sens przy projektowaniu procesora, ponieważ upraszczało rozwój ze względu na

• Podstawowa struktura wewnętrzna mogła zostać zachowana z 65C02
• Brak zmian w generowaniu podstawowego adresu
• nie ma potrzeby dodawania 8/16 bitowego protokołu magistrali, aby uzyskać dostęp do bajtów w jednym słowie
• brak potrzeby zarządzania kolejkami instrukcji

Idąc tą drogą, cały projekt był na tyle mały, że mógł być obsługiwany przez zasoby, które mogła zapewnić mała firma, taka jak WDC – bez wkładania przyszłość zagrożona.

Oprócz tego, że jest porównywalnie łatwy do stworzenia, przejście na magistralę 16-bitową nie przynosi tak dużych korzyści, jak można by przypuszczać na początku. W końcu wydajność w dużej mierze zależy od przepustowości pamięci, prawda? 8088 w porównaniu z 8086 jest tutaj świetnym punktem odniesienia, ponieważ oba używają dokładnie tego samego EU (Execution Unit; * 1), a różnią się tylko szerokością magistrali BIU ( Bus Interface Unit) wykorzystuje do uzyskania dostępu do pamięci. Podczas gdy teoretycznie 8086 powinien zapewniać około dwukrotnie wyższą wydajność dzięki podwojeniu przepustowości przy tej samej częstotliwości taktowania, wzrost wydajności w świecie rzeczywistym wynosi tylko około 30-40%. Jest to jeszcze bardziej niezwykłe, ponieważ BIU projekt działa całkiem dobrze, wykorzystując magistralę blisko 100% (* 2)

Więc chociaż podwojenie szerokości magistrali zawsze zapewni mniej niż dwukrotną prędkość, wystarczy podwoić częstotliwość zegara projektu bez żadnych niepewności. Do 1983 roku pamięć osiągnęła punkt, w którym łatwo było osiągnąć projekt w stylu 4 MHz 6500, czterokrotnie zwiększając przepustowość bez żadnych jitterów.

Podsumowując: pozostanie 8-bitowym zapewniało wiele korzyści w projektowaniu i dla użytkowników, jednocześnie unikając niepotrzebnego wysiłku i kosztów.

Wreszcie, jako efekt uboczny, 65802 może być dodatkowo utworzony, oferując spadek możliwości zastąpienia funkcji 16-bitowych w istniejących projektach 65C02.

* 1 – W większości krajów UE może być postrzegana jako „prawdziwy” rdzeń procesora 8086

* 2 – Wiele z tego wynika z dostępu jednobajtowego, ale także przez niewyrównane słowa pamięci i cele skoku, co spowolni działanie szyny 16-bitowej do 8-bitowej. I chociaż nowe oprogramowanie może to uwzględnić, istniejące już nie. Najgorszym przykładem może być tutaj Applesoft BASIC, gdzie prawie wszystkie wskaźniki na stronie zerowej znajdowały się pod nieparzystymi adresami. Dla 8-bitowych nikogo to nie obchodziło, 16-bitowe to zabójcze.

Zaleta 8-bitowej zewnętrznej magistrali danych i multipleksowania 8 pierwszych bitów magistrali adresowej w pierwsze wydanie 65816 wydaje się jasne. W rzeczywistości istniały dwie wersje układu: W65C816S, jak opisano w pytaniu, i W65C802. Według Wikipedii

[The] 65C802 … był wewnątrz identyczny z 65C816. Oba zostały wyprodukowane na tych samych liniach produkcyjnych i rozeszły się dopiero podczas ostatnich etapów metalizacji, kiedy chip był podłączany do zewnętrznych pinów. W 65C802 te piny miały ten sam układ, co oryginalny 6502, co pozwoliło na użycie ich jako zamiennika typu drop-in, jednocześnie pozwalając na użycie 16-bitowego przetwarzania procesora. Jednakże, ponieważ wykorzystywał oryginalny układ pinów, miał tylko 16 pinów adresujących i dlatego mógł uzyskać dostęp tylko do 64 kB pamięci zewnętrznej. Zwykle, gdy producenci sprzętu projektowali projekt od podstaw, używali 65C816 zamiast 65C802, co powodowało wycofanie tego ostatniego z produkcji.

Ale to nie wyjaśnia, dlaczego wszystkie wersje 65816 nadal korzystały z zewnętrznego 8-bitowego interfejsu nawet po wycofaniu 65802.

Myślę, że odpowiedź jest prosta: w dzisiejszych czasach taka wersja 65C816 nie jest potrzebna. Western Design Center (WDC), producent 65C816, skupia się na IP i IoT. Myślę, że „nowa 65C816” produkcja to swego rodzaju nostalgia za nimi. Weryfikacja chipów i pakietów nie ma jasnego uzasadnienia biznesowego, IMHO.

Kolejne pytanie brzmi: „dlaczego w latach 80. nie było 16-bitowej wersji magistrali danych?”. Rozsądne wyjaśnienie brzmi: była to sekwencja zdarzeń zewnętrznych. Rynek prawdopodobnie poruszał się szybciej niż oczekiwano WDC. W pierwszej połowie lat 80., kiedy wprowadzono 65C816, zainstalowano 8-bitową szynę danych. etter do systemów już zaprojektowanych dla chipa 6502, a rynek nie wymaga 16-bitowej magistrali danych. Później, gdy pojawiły się 16-bitowe urządzenia peryferyjne, producent 65C816 nie zaoferował na czas procesora „nowej generacji”, więc najwięksi klienci, tacy jak Apple (// GS) czy Nintendo (SNES), przeszli na lepsze, szybsze itd. , procesorów (Motorola, NEC MIPS,…) podczas projektowania nowej generacji ich sprzętu. Ten ruch spowodował, że „16-bitowa magistrala danych 65C816” stała się przestarzała przed jej utworzeniem.

Komentarze

• Wydaje mi się, że Apple nigdy ” przeszedłem na lepsze, szybsze procesory „; IIgs był końcem linii dla Apple II i nadal używał ' 816 do 1992 roku. (Apple używał 68000 na Macu, ale decyzja została podjęta w pod koniec 1980 roku, na długo przed ' 816 rozpoczęciem rozwoju.) A Nintendo nie ' rozpoczęło rozwój SNES najwcześniej do 1988 roku, pięć lat po wydaniu ' 816.
• To prawda, że Mac kontra II to różne rozwiązania. Ponadto, pomimo sukcesu Apple IIg, z zaledwie 1,25 mln jednostek, Apple nie był ich największym klientem. Liczby SNES wynoszą około 50 milionów, nie licząc klonów. W tym regionie jest też sporo innych wbudowanych aplikacji. Ogólnie rzecz biorąc, komputery stacjonarne były dla nas chyba najbardziej widocznym zastosowaniem 6502, ale w sumie są jednymi z najmniej ważnych. Nawet dodanie wszystkich Commodore, Apple, BBC itd. Skończy się na wykorzystaniu mniej niż 1% wszystkich rdzeni 65xxx, jakie kiedykolwiek zbudowano.

W65C265S , mikrokontroler oparty na 65816, ma odsłoniętą całą magistralę adresową 24b, z oddzielną magistralą danych 8b.

I żeby było jasne, „265S” to „nie” 65816. Jest bardzo, bardzo blisko. Ale bez względu na wbudowane urządzenia peryferyjne i logikę dekodowania, ma kilka różnych wektorów przerwań, które mogą spowodować, że „kod 265S będzie niekompatybilny z zestawem 65816”. Ze wszystkich praktycznych powodów „są identyczne pod względem oprogramowania, ale są pewne drobne różnice.