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모토로라 6800

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목차

1. 개요

모토로라 6800(MC6800)은 1974년에 출시된 모토로라의 8비트 마이크로프로세서이다. PDP-11 아키텍처를 기반으로 설계되었으며, 8비트 데이터 버스, 16비트 어드레스 버스, 2개의 8비트 누산기, 1개의 16비트 인덱스 레지스터, 16비트 스택 포인터, 40핀 DIP 패키지를 특징으로 한다. M6800 제품군은 6800 프로세서, 주변 장치, 소프트웨어 및 하드웨어 개발 시스템을 포함하는 전체 시스템 접근 방식으로 출시되었으며, 개인용 컴퓨터, 테크트로닉스 4051 그래픽 컴퓨팅 시스템, APF MP1000 게임 콘솔 등 다양한 시스템에 사용되었다. 6800은 여러 파생 모델과 호환 제품을 낳았으며, 후지쯔, 히타치, AMI 등 여러 회사에서 세컨드 소스로 생산되었다.

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모토로라 6800
기본 정보
모토로라 MC6800 마이크로프로세서
모토로라 MC6800 마이크로프로세서
제조 시작1974년
데이터 폭8비트
주소 폭16비트
트랜지스터 수4,100개
제조사모토로라
아키텍처6800
패키지40핀 DIP
명령어 수72
클럭 속도 (최저)1 MHz
클럭 속도 (최고)2 MHz
후속 모델모토로라 6809
모토로라 68000
MOS 6502

2. 역사적 배경

모토로라 6800 마이크로프로세서는 1970년대 초, 급변하는 반도체 시장과 기술 발전 속에서 탄생했다.

1928년 갈빈 제조 주식회사로 시작하여 1947년 모토로라로 사명을 변경한 이 회사는, 1955년 애리조나주 피닉스에 새로운 시설을 건설하며 트랜지스터의 상업적 생산을 시작했다.[10] 1960년대 중반, 레스터 호건의 지휘 아래 반도체 부문을 확장하여 자사 제품뿐만 아니라 다른 회사에도 트랜지스터와 집적 회로를 판매했다. 1973년에는 반도체 제품 부문(SPD) 매출이 4.19억달러에 달해 텍사스 인스트루먼트에 이어 업계 2위를 차지했다.[12]

1970년대 초, 모토로라는 계산기 사업에 진출하면서 이탈리아 회사 올리베티의 마이크로프로세서 설계를 의뢰받았고, 이 과정에서 5065 개발에 착수했다. 초기에는 판매량 예측이 저조했지만, 링크 영의 노력으로 내셔널 데이터 코퍼레이션으로부터 20만 개 이상의 잠재적 주문을 확보하여 5065 설계가 시작되었다.[14]

이러한 배경 속에서, 모토로라는 1970년대 초 새로운 마이크로프로세서 설계를 추진하며 6800 개발팀을 꾸렸다. 이들은 고객의 다양한 요구를 반영하여 단일 칩으로 여러 기능을 구현할 수 있는 유연한 설계를 목표로 했다.

2. 1. 모토로라의 반도체 사업

모토로라는 1950년대에 반도체 생산을 시작했다.


갈빈 제조 주식회사(Galvin Manufacturing Corporation)는 1928년에 설립되었으며, 회사명은 1947년에 모토로라로 변경되었다. 모토로라는 1955년 애리조나주 피닉스에 150만달러 규모의 새로운 시설을 짓고 트랜지스터의 상업적 생산을 시작했다.[10]

1960년대 중반까지 모토로라는 레스터 호건(Lester Hogan)의 지휘 아래 반도체 부문을 확장했다. 모토로라의 트랜지스터와 집적 회로는 자사의 통신, 군사, 자동차 및 소비자 제품에 사용되었으며, 다른 회사에도 판매되었다. 1968년, 로버트 노이스가 페어차일드 반도체를 떠나 인텔을 설립하자, 페어차일드는 호건을 새로운 CEO로 고용했다. 다른 8명의 모토로라 직원도 그와 함께 이동했으며, 그들은 "호건의 영웅들"로 알려지게 되었다.[11]

1973년까지 반도체 제품 부문(SPD)의 매출은 4.19억달러로, 텍사스 인스트루먼트에 이어 두 번째로 큰 반도체 회사였다.[12]

2. 2. 5065 개발 배경

1970년대 초, 모토로라는 계산기 사업에 진출하면서 이탈리아 회사 올리베티의 마이크로프로세서 설계를 의뢰받았다. 이 과정에서 모토로라는 5065 개발에 착수하게 되었다. 하지만, 1972년 초 마케팅 부서에서는 5년 동안 18,000개만 판매 가능하다는 보고서를 제출했고, 이에 톰 베넷은 링크 영을 고용하여 시장 조사를 다시 진행했다. 링크 영은 내셔널 데이터 코퍼레이션으로부터 200,000개에 달하는 잠재적 주문을 확보하여 5065 설계를 시작하기에 충분한 수요를 확인했다.[14]

2. 3. 6800 개발팀

M6800 마이크로컴퓨터 시스템의 블록 다이어그램


6800 개발팀은 1970년대 초, 모토로라가 새로운 마이크로프로세서 설계를 추진하면서 꾸려졌다. 이들은 고객들의 다양한 요구사항을 반영하여, 단일 칩으로 여러 기능을 구현할 수 있는 유연한 설계를 목표로 했다.

6800 개발팀의 주요 인물들은 다음과 같다.[13]

  • 톰 베넷 (Tom Bennett): 팀의 리더이자 6800의 핵심 아키텍처 설계자였다. 빅터 콤프토미터(Victor Comptometer)에서 최초의 MOS IC를 사용한 전자 계산기 빅터 3900(Victor 3900)을 설계했고, 인텔 4004(Intel 4004)의 초기 다이어그램을 검토하기도 했다.[15][16] 6800 개발 이후에는 자동차용 마이크로프로세서 분야에서 활약하여 모토로라가 이 분야의 주요 공급 업체가 되는 데 기여했다.
  • 제프 라벨 (Jeff LaBelle): 엔지니어링 이사로서, 휴렛 팩커드(Hewlett-Packard), NCR 코퍼레이션(National Cash Register), 컨트롤 데이터 코퍼레이션(Control Data Corporation), 디지털 이큅먼트 코퍼레이션(Digital Equipment Corporation) 등 주요 고객사들의 요구사항을 조사하고 분석하여 6800 제품군의 기반을 다졌다.[14]
  • 링크 영 (Link Young): 제품 마케터로서, 초기 시장 조사에서 6800의 판매량이 저조할 것이라는 예측에도 불구하고, 내셔널 데이터 코퍼레이션(National Data Corporation)으로부터 20만 개 이상의 잠재적 주문을 확보하여[14] 6800 개발의 동력을 제공했다.
  • 마이크 와일스 (Mike Wiles): 시스템 디자이너로서, 6800 컴퓨터 시스템용 상주 모니터(monitor) 프로그램인 MIKBUG를 개발했다.[25] 이 프로그램은 사용자가 메모리 내용을 검사하고 프로그램을 테이프에 저장하거나 로드할 수 있게 해주었다.
  • 존 부캐넌 (John Buchanan): 메모리 디자이너로서, 6800에 필요한 전압 배가기를 설계했다.[18] 일반적인 n 채널 MOS IC는 세 가지 전원 공급 장치가 필요했지만, 6800은 +5볼트 전원 하나만 사용하도록 설계되었다.
  • 빌 래틴 (Bill Lattin): 6800의 새로운 MOS 회로 특성을 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 도구를 제공했다.[20]
  • 빌 멘쉬 (Bill Mensch): 6820 주변 장치 인터페이스 어댑터(PIA) 개발에 참여했으며, 나중에 MOS 테크놀로지 6502(MOS Technology 6502) 마이크로프로세서를 설계하게 된다.[24]


MIKBUG는 모토로라의 응용 엔지니어링 그룹에서 개발한 광범위한 M6800 마이크로컴퓨터 지원의 일부였다.


척 페들(Chuck Peddle)은 6800 프로세서 설계가 완료된 후인 1973년에 팀에 합류하여, 전체 시스템 설계와 6820 (PIA) 등 주변 칩 개발에 기여했다.[28] 그는 잠재 고객들을 방문하여 피드백을 수집하는 역할도 수행했다.[30] 그러나 1974년 8월, 페들은 모토로라를 떠나 MOS 테크놀로지(MOS Technology)로 이직하여 6500 마이크로프로세서 제품군을 설계하는 팀을 이끌었다.

페들의 이탈과 6502 개발은 당시 기술 경쟁의 치열함을 보여주는 사건이었다. 특히 페들이 모토로라의 기밀 정보를 유출했다는 의혹과 함께, 6502가 6800과 핀 호환이 가능한 6501을 출시하면서 모토로라와 MOS 테크놀로지 간의 특허 소송으로 이어지기도 했다.

2. 4. MC6800 마이크로프로세서 설계

모토로라 MC6800 마이크로프로세서 레지스터 및 I/O 라인


모토로라 6800은 인텔 8080과 비슷한 시기에 설계되었으며 기능도 유사했다. 8080은 Datapoint 2200에 쓰인 TTL 기반 CPU 설계를 LSI로 구현한 인텔 8008을 확장 및 개선한 버전이었다. 6800 아키텍처는 DEC PDP-11 프로세서를 모델로 한 TTL 호환 LSI 설계였다.[31]

6800은 8비트 양방향 데이터 버스, 64 KB의 메모리를 어드레싱할 수 있는 16비트 어드레스 버스를 가졌으며, 40핀 DIP 패키지로 제공되었다. 6800은 다음과 같은 레지스터를 가지고 있었다.

레지스터 종류이름설명
주요 레지스터A8비트 누산기
B8비트 누산기
16비트 레지스터IX인덱스 레지스터
SP스택 포인터
PC프로그램 카운터
상태 레지스터플래그H, I, N, Z, V, C



다른 프로세서에서 제로 페이지로 알려진 직접 어드레싱 모드를 사용하면 처음 256 바이트 메모리에 빠르게 접근할 수 있었다. I/O 장치는 메모리로 어드레싱되었기 때문에 특별한 I/O 명령어가 없었다. 6800이 리셋되면 프로그램 카운터가 가장 높은 주소에서 로드되고, 그곳에 저장된 메모리 위치에서 실행을 시작했다.[32]

6800은 다른 장치가 DMA할 수 있도록 어드레스 버스를 비활성화하는 3상태 제어를 가지고 있었다. 예를 들어, 플로피 디스크 컨트롤러는 CPU 지원 없이 데이터를 메모리에 로드할 수 있었다. 심지어 2개의 6800 프로세서가 동일한 메모리에 접근하는 것도 가능했다.[33] 그러나 실제로는 이러한 복잡한 시스템은 일반적으로 시스템 버스를 구동하기 위해 외부 버스 송수신기를 사용해야 했다. 이러한 회로에서 프로세서 내 버스 제어는 버스 송수신기의 유사한 기능을 사용하는 것을 선호하여 완전히 비활성화되었다.[34]

MOS IC는 일반적으로 1970년대에 듀얼 클럭 신호(2상 클럭)를 사용했다. 이것들은 6800을 위해 외부에서 생성되었다.[35] 6800은 100 kHz의 최소 클럭 속도를 가졌으며, 초기에는 최대 1 MHz로 작동했다. 6800의 고속 버전은 1976년에 출시되었다.[36]

미니컴의 아키텍처와 프로그램 분석을 기반으로 설계되었다. PDP-11의 아키텍처를 참고했다고 한다. 동시대 인텔 8080과 비교하여, 세련된 구성으로 평가받고 있다. 하지만, 인덱스 레지스터가 하나뿐이며, 블록 전송 절차가 번거로운 점이 약점으로 지적된다.

MC6800의 명령은 ALU 연산/로드 스토어 계열, 인덱스 레지스터/스택 포인터 조작 계열, 절대 번지 분기/상대 번지 분기 계열, CCR 조작 계열로 구분된다.[103] 분기 명령에 -128~+127의 상대 주소 지정을 사용할 수 있어, 위치에 의존하지 않는 프로그램을 만들 수 있다. 그 외에도 10진 연산 명령과 비트 테스트 명령, 소프트웨어 인터럽트 명령을 갖추고 있으며, 2상 클럭을 사용하여 메모리 접근을 1클럭으로 실행한다.

2. 5. MOS IC 기술

초기 금속 산화물 반도체 (MOS) 칩은 p 채널 MOSFET (p 채널은 트랜지스터의 구성을 설명)를 사용했다. 이러한 IC는 계산기와 최초의 마이크로프로세서인 인텔 4004에 사용되었다. 생산하기는 쉬웠지만 느렸고, 널리 사용되는 TTL 디지털 로직 IC와 인터페이스하기가 어려웠다. n 채널 MOS 집적 회로는 두세 배 더 빠르게 작동할 수 있었고 TTL과 호환되었다. 초청정 생산 라인과 세심한 공정 관리가 필요한 오염에 대한 민감도가 증가하여 생산이 훨씬 더 어려웠다.[37] 모토로라는 n 채널 MOS 생산 능력이 없었기에 6800 제품군을 위해 이를 개발해야 했다.

모토로라의 n 채널 MOS 테스트 집적 회로는 1971년 말에 완성되었으며, 클록 속도가 1MHz로 제한될 것임을 나타냈다. 이들은 "인핸스먼트 모드" MOS 트랜지스터를 사용했다. "디플리션 모드" MOS 트랜지스터를 부하로 사용하는 새로운 제작 기술이 있었는데, 이는 더 작고 빠른 회로를 가능하게 할 것이다 (이는 디플리션-로드 nMOS로도 알려져 있었다). "디플리션 모드" 공정은 추가 단계를 필요로 했기 때문에 모토로라는 새로운 단일 전압 설계에 "인핸스먼트 모드"를 유지하기로 결정했다. 1MHz 클록 속도는 칩 설계자가 마이크로프로세서 처리량을 높이기 위해 몇 가지 아키텍처 혁신을 생각해내야 함을 의미했다.[1] 이러한 결과 회로는 더 빨랐지만 칩에서 더 많은 공간을 필요로 했다.[38]

1970년대에는 반도체가 지름이 약 7.62cm인 실리콘 웨이퍼에서 제작되었다. 각 웨이퍼는 100개에서 200개의 집적 회로 칩 또는 다이를 생산할 수 있었다. 기술 문헌은 각 칩의 길이와 너비를 "밀" (약 0.00cm)로 표기했다. 현재 업계 관행은 칩 면적을 표기하는 것이다. 웨이퍼를 처리하는 데는 여러 단계가 필요했고, 각 단계에서 웨이퍼의 다양한 위치에 결함이 나타났다. 칩이 클수록 결함을 만날 가능성이 더 높았다. 작동하는 칩의 비율, 즉 수율은 한 변이 160mil보다 큰 칩의 경우 급격히 감소했다.

6800의 목표 크기는 각 변이 180mil이었지만 최종 크기는 212mil로 면적은 29.0mm2였다. 180mil에서는 웨이퍼에 약 190개의 칩이 들어갔지만, 212mil에서는 140개의 칩으로 줄어든다. 이 크기에서 수율은 20% 또는 웨이퍼당 28개 칩이 될 수 있다.[39][40] 모토로라 1975년 연례 보고서에는 새로운 MC6800 마이크로프로세서가 강조되었지만 "MOS 수율 문제"에 대한 여러 단락이 있었다.[1]

수율 문제는 1975년에 시작된 설계 개정을 통해 해결되었으며, M6800 제품군 장치에 디플리션 모드를 사용했다. 6800 다이 크기는 각 변이 160mil로 줄어들어 면적이 16.5mm2가 되었다. 이를 통해 더 빠른 클록 속도도 가능해졌으며, MC68A00은 1.5MHz로 작동하고 MC68B00은 2.0MHz로 작동했다. 새로운 부품은 1976년 7월에 출시되었다.[41][42]

2. 6. M6800 제품군 출시

모토로라 M6800 패밀리 마이크로컴퓨터 시스템의 초기 광고


1974년 3월 7일, ''일렉트로닉스''에는 모토로라가 MC6800 마이크로프로세서, MC6820 주변 인터페이스 어댑터(PIA), MC6850 비동기 통신 인터페이스 어댑터(ACIA), MCM6810 128바이트 RAM, MCM6830 1024바이트 ROM을 출시했다는 2페이지 분량의 기사가 실렸다.[43] 같은 해 4월 18일에는 모토로라 설계 팀이 작성한 8페이지 분량의 후속 기사가 실렸는데, 이 호에는 인텔 8080에 대한 기사도 함께 소개되었다.[44][45]

최초의 작동 MC6800 칩은 1974년 2월에 생산되었고, 콜로라도주 러브랜드의 휴렛 팩커드는 새로운 데스크톱 계산기를 위해 MC6800을 채택하여 6월까지 프로토타입 시스템을 작동시켰다.[48][49] M6800 마이크로컴퓨터 시스템은 1974년 11월에 최종 생산에 들어갔으며, 모토로라는 인텔과 동일하게 단일 마이크로프로세서 가격을 360USD로 책정했다.[50][51] 1975년 4월에는 M6800 제품군의 6개 칩과 응용 프로그램 및 프로그래밍 매뉴얼이 포함된 MEK6800D1 마이크로컴퓨터 설계 키트가 300USD에 제공되었고, 단일 MC6800 마이크로프로세서의 가격은 175USD였다.

모토로라는 6800 마이크로프로세서와 함께 완전한 지원 칩 세트를 출시하고, 소프트웨어 및 하드웨어 개발 시스템을 제공하는 전체 시스템 접근 방식을 채택했다. 소프트웨어 개발 도구는 원격 시분할 컴퓨터에서 사용하거나 소스 코드를 사용할 수 있도록 하여 고객이 자체 컴퓨터 시스템을 활용할 수 있게 했다. 마이크로프로세서 시스템에서 실행될 소프트웨어는 일반적으로 어셈블리 언어로 작성되었으며, 개발 시스템은 텍스트 편집기, 어셈블러 및 시뮬레이터로 구성되어 개발자가 대상 시스템이 완료되기 전에 소프트웨어를 테스트할 수 있었다.[53] 하드웨어 개발은 EXORcisor로 알려진 M6800 제품군 CPU 및 주변 장치로 구축된 데스크톱 컴퓨터를 통해 이루어졌다.[1] 모토로라는 6800 하드웨어 및 소프트웨어를 위한 3~5일 마이크로프로세서 설계 과정을 제공했다.[54] 이러한 시스템 지향적 접근 방식은 이후 새로운 마이크로프로세서 도입의 표준 방식이 되었다.[55]

2. 7. 개발팀 해체와 오스틴 이전

1974년 중반, 반도체 산업 불황과 모토로라의 오스틴 이전 계획으로 인해 개발팀이 해체되고, 주요 엔지니어들이 회사를 떠나게 되었다.

모토로라는 텍사스 주 오스틴에 새로운 MOS 반도체 시설을 열었고, 1975년에 전체 엔지니어링 팀을 이전할 계획이었다.[56] 하지만 많은 직원들은 피닉스 교외의 메사에서의 생활을 좋아했고 오스틴으로 이사하는 것을 꺼려했다. 팀 리더들은 이전을 연기해 달라고 경영진에 요청했지만 실패했다.[57]

1974년 중반, 반도체 산업 불황으로 인해 수천 명의 직원이 해고되었다. 1974년 11월 ''일렉트로닉스'' 잡지에 따르면, 모토로라는 4,500명, 텍사스 인스트루먼트는 7,000명, 시그네틱스는 4,000명을 해고했다.[58] 모토로라의 반도체 제품 사업부는 12개월 동안 3000만달러의 손실을 볼 것으로 예상되었고, IC 그룹이 매각될 것이라는 소문이 돌았다. 모토로라는 사업부를 매각하지 않았지만 경영진과 조직을 변경했다.[59] 1974년 말까지 인텔은 3,500명의 직원 중 거의 3분의 1을 해고했다.[60]

척 페들(Chuck Peddle)을 비롯한 모토로라 엔지니어들은 마이크로프로세서의 장점을 설명하기 위해 고객들을 방문했다. 인텔과 모토로라 모두 처음에 단일 마이크로프로세서의 가격을 360USD으로 책정했지만, 많은 고객들이 높은 가격에 주저했다. 1974년 중반, 페들은 훨씬 저렴한 가격에 판매할 수 있는 단순화된 마이크로프로세서를 제안했지만, 모토로라의 "총체적 제품군" 전략은 MPU의 가격이 아닌 고객의 총 설계 비용 절감에 초점을 맞추었다.[61][62] 페들의 제안은 반복적으로 거부되었고, 결국 경영진은 그에게 더 이상 이야기하지 말라고 지시했다.

1975년 8월 MOS 테크놀로지 MCS6501 마이크로프로세서의 소개 광고


페들은 새로운 마이크로프로세서 개념에 대한 투자자를 찾다가, 1974년 8월 모토로라를 떠나 MOS 테크놀로지에 합류했다. 그는 해리 바컴, 레이 허트, 테리 홀트, 마이크 제임스, 윌 매티스, 빌 멘쉬, 로드 오길 등 7명의 다른 모토로라 엔지니어들과 함께 했다.[1] MOS 테크놀로지에서 페들의 그룹은 6820 PIA와 같은 모토로라 주변 칩과 호환되는 두 개의 새로운 마이크로프로세서(MCS6501, MCS6502)를 개발했다. 로드 오길은 MC6800 소켓에 꽂을 수 있는 MCS6501 프로세서를 설계했고, 빌 멘쉬는 칩에 클럭 생성 회로가 있는 MCS6502를 설계했다. 이들은 25USD 미만에 판매될 예정이었다.[65]

MOS 테크놀로지 마이크로프로세서는 업계 언론에서 광범위하게 다루어졌고, 1975년 8월 첫 주에 여러 간행물에 6501에 대한 광고가 게재되었다. 6501은 1975년 9월 샌프란시스코에서 열린 WESCON 전시회에서 각 20USD에 판매될 예정이었다.[68] 6502는 25USD에 판매되었다.[69]

모토로라는 MOS 테크놀로지의 20USD 마이크로프로세서에 대응하여 6800 마이크로프로세서의 가격을 175USD에서 69USD로 인하하고, 1975년 11월에 MOS 테크놀로지를 고소했다.[70][71] 모토로라는 8명의 전 모토로라 엔지니어들이 6501 및 6502 마이크로프로세서 설계에 모토로라에서 개발한 기술 정보를 사용했다고 주장했다. 소송은 1976년 4월에 MOS 테크놀로지가 6501 칩을 포기하고 모토로라의 주변 칩에 대한 라이선스를 획득하면서 해결되었다.[72][73] 모토로라는 6800의 가격을 35USD로 인하했다.[1][74]

M6800 제품군 칩은 디플리션 모드 기술을 사용하도록 재설계되었다. MC6820 PIA는 MC6821이 되었다.


1976년 8월 모토로라 광고에 표시된 MC6800의 세 가지 전형적인 응용 분야: 판매 시점 관리 단말기, 전자 신호 테스터, 보안 카드 입력 시스템.


게리 다니엘스(Gary Daniels)는 1974년 11월 마이크로프로세서 그룹에서 일자리를 제안받고 오스틴에서 마이크로프로세서 개발을 관리했다.

첫 번째 과제는 제조 수율을 개선하고 더 빠른 클럭으로 작동하도록 6800 MPU를 재설계하는 것이었다. 이 설계는 디플리션 모드 기술을 사용했으며 내부적으로 MC6800D로 알려졌다. 트랜지스터 수는 4,000개에서 5,000개로 늘었지만 다이 면적은 29mm2에서 16.5mm2로 줄었고, 선택된 부품의 최대 클럭 속도는 2 MHz로 두 배로 증가했다. M6800 제품군의 다른 칩도 디플리션 모드 기술을 사용하도록 재설계되었다. MC6820 PIA는 MC6821이 되었다.[76] 이 새로운 IC는 1976년 7월에 완료되었다.

1977년에는 새로운 저가형 클럭 생성기 칩인 MC6875가 출시되었다.[77]

MC6802 마이크로프로세서는 1977년 3월에 출시되었다. 이 칩은 128바이트의 RAM과 클럭 생성기를 단일 칩에 통합했다. 동반 칩 MC6846은 2048바이트 ROM, 8비트 양방향 포트 및 프로그래밍 가능한 타이머를 가지고 있었다. 이것은 2칩 마이크로컴퓨터였다. 6802는 외부 4 MHz 석영 결정을 사용하여 2상 1 MHz 클럭을 생성하는 온칩 발진기를 가지고 있다. 내부 128바이트 RAM은 핀을 접지하여 비활성화할 수 있었으며, 불량 RAM이 있는 장치는 MC6808로 판매되었다.[78]

1978년까지 일련의 주변 칩이 도입되었다.

  • MC6840 프로그래밍 가능 카운터: 주파수 측정, 이벤트 카운트 또는 간격 측정을 위해 사용할 수 있는 3개의 16비트 이진 카운터.
  • MC6844 직접 메모리 액세스 컨트롤러: I/O 컨트롤러에서 RAM으로 데이터를 전송.
  • MC6845 CRT 컨트롤러(CRTC): 문자 기반 컴퓨터 터미널의 제어 논리를 제공. 라이트 펜 지원.


MC6845는 매우 인기 있는 칩이었으며, IBM Monochrome Display Adapter, IBM PC 및 후속 기종의 IBM Color Graphics Adapter에도 사용되었다.[80]

MC6801은 6802 CPU (128 바이트 RAM, 2 KB ROM, 16비트 타이머, 31개의 프로그래밍 가능한 병렬 I/O 라인 및 직렬 포트)를 통합한 단일 칩 마이크로컴퓨터였다. 6801은 6800 코드를 실행하지만 10개의 추가 명령이 있었고, 주요 명령의 실행 시간이 단축되었다. 두 개의 8비트 누산기는 이중 정밀도 덧셈, 뺄셈 및 곱셈을 위한 단일 16비트 누산기로 작동할 수 있었다.[81][82]

3. 6800의 기술적 특징

모토로라 6800은 인텔 8080과 비슷한 시기에 설계되었으며 기능적으로도 유사했다. 8080은 인텔 8008의 확장판이었고, 6800은 DEC PDP-11 프로세서를 모델로 한 TTL 호환 LSI 설계였다.[31]

6800은 8비트 양방향 데이터 버스, 64KB 메모리를 직접 어드레싱할 수 있는 16비트 어드레스 버스를 가졌으며, 40핀 DIP 패키지로 제공되었다. 2개의 8비트 누산기, 1개의 16비트 인덱스 레지스터, 1개의 16비트 스택 포인터를 가지고 있었다. 제로 페이지 직접 어드레싱 모드를 통해 처음 256바이트 메모리에 빠르게 접근할 수 있었다. I/O 장치는 메모리 맵 I/O 방식을 사용했기 때문에 별도의 I/O 명령어가 없었다. 6800은 리셋 시 프로그램 카운터가 가장 높은 주소에서 로드되어 해당 위치에서 실행을 시작했다.[32]

6800은 DMA을 위해 어드레스 버스를 비활성화하는 3상태 제어 기능을 가지고 있었다. 이를 통해 플로피 디스크 컨트롤러 등이 CPU 개입 없이 메모리에 데이터를 로드할 수 있었다. 심지어 두 개의 6800 프로세서가 동일한 메모리에 접근하는 것도 가능했다.[33] 그러나 실제로는 외부 버스 송수신기를 사용하는 것이 일반적이었다.[34]

MOS IC는 1970년대에 주로 듀얼 클럭 신호(2상 클럭)를 사용했으며, 6800도 외부에서 생성된 2상 클럭을 사용했다.[35] 6800은 최소 100kHz, 초기에는 최대 1MHz 클럭 속도로 작동했으며, 1976년에는 고속 버전이 출시되었다.[36]

모토로라는 M6800 제품군을 위한 다양한 부품을 개발했다. MC6870 2상 클럭 IC, ROM 및 RAM, MC14411 비트 전송 속도 생성기(MC6850 직렬 인터페이스용), 주소 및 데이터 버스용 버퍼 등이 제공되었다. 모토로라는 MC6800 기반 컴퓨터 구축에 필요한 모든 IC, 트랜지스터, 다이오드를 공급할 수 있었다.

3. 1. 레지스터 구성



모토로라 6800은 8비트 양방향 데이터 버스, 64,000B의 메모리를 어드레싱할 수 있는 16비트 어드레스 버스를 가졌으며, 다음과 같은 레지스터를 가지고 있었다.[32]

모토로라 6800 레지스터 구성[32]
레지스터설명비트 수
A누산기8비트
B누산기8비트
X인덱스 레지스터16비트
PC프로그램 카운터16비트
SP스택 포인터16비트
CCR조건 코드 레지스터(플래그 레지스터)8비트


3. 2. 명령어 집합

모토로라 6800의 명령어는 ALU 연산, 로드/스토어, 인덱스 레지스터 및 스택 포인터 조작, 절대 번지 분기 및 상대 번지 분기, CCR 조작 계열로 구분된다.[103]

6800은 2개의 8비트 누산기(A, B)와 1개의 16비트 인덱스 레지스터(IX), 16비트 스택 포인터(SP)를 가지고 있었다. 메모리 0000~00FF 번지(총 256바이트)는 8비트로 지정하는 직접 주소 지정 기능을 통해 빠르게 접근할 수 있었다.

분기 명령에는 -128~+127 범위의 상대 주소 지정을 사용하여 위치에 의존하지 않는 프로그램을 만들 수 있었다. 10진 연산, 비트 테스트, 소프트웨어 인터럽트 명령도 지원했다.

6800은 2상 클럭을 사용하여 메모리 접근을 1클럭으로 실행했다. 이를 통해 CPU와 비디오 컨트롤러가 메모리에 접근하는 타이밍을 조정하여 버스 경합을 방지하는 투명성을 통한 사이클 스틸이 가능했다.

다음은 6800 어셈블리 언어로 작성된 `memcpy` 서브루틴의 예시이다. 이 서브루틴은 지정된 크기의 데이터 블록을 한 메모리 위치에서 다른 위치로 복사한다.



; memcpy --

; 메모리 블록을 한 위치에서 다른 위치로 복사합니다.

; 서브루틴으로 호출되며, 종료 시 저장된 PC 주소로 반환됩니다.

; 입력 매개변수

; cnt - 복사할 바이트 수

; src - 소스 데이터 블록의 주소

; dst - 대상 데이터 블록의 주소

cnt dw $0000 ; 메모리 주소 공간 확보

src dw $0000 ; 메모리 주소 공간 확보

dst dw $0000 ; 메모리 주소 공간 확보

memcpy public

ldab cnt+1 ; B = cnt.L 설정

beq check ; cnt.L=0이면 check로 이동

loop ldx src ; IX = src 설정

ldaa ix ; (src)에서 A 로드

inx ; src = src+1 설정

stx src

ldx dst ; IX = dst 설정

staa ix ; (dst)에 A 저장

inx ; dst = dst+1 설정

stx dst

decb ; B 감소

bne loop ; 루프 반복

check tst cnt+0 ; cnt.H=0이면,

beq done ; 종료

dec cnt+0 ; cnt.H 감소

; 다시 루프를 돌며 256*(cnt.H+1)개 더 복사 (B=0)

bra loop ; 루프 반복

done rts ; 반환



6800은 동시대의 8080에 비해 레지스터가 부족하고 블록 전송 절차가 번거롭다는 단점이 있었지만, PDP-11의 아키텍처를 참고하여 설계되어 더 세련된 구성을 가졌다는 평가를 받는다.

3. 3. 주변 장치

MC6800영어 버스에 연결 가능한 주변 장치 제품군이 있었다. 메모리 맵 I/O가 사용되었으며, I/O 포트는 메인 메모리 주소 공간의 일부에 매핑되었다.[102]

1978년 11월 "모토로라 마이크로컴퓨터 부품" 목록은 다음과 같다.

부품설명이미지
MCM6810128 바이트 정적 RAM브로셔
MC6820주변 장치 인터페이스 어댑터(PIA)브로셔
MC6821주변 장치 인터페이스 어댑터 (PIA)브로셔
MC6828우선 순위 프로그래밍 가능 인터럽트 컨트롤러(PIC)브로셔
MCM68301024 바이트 ROM브로셔
MC6840프로그래밍 가능 타이머 모듈 (PTM)브로셔
MC6843플로피 디스크 컨트롤러 (FDC)브로셔
MC6844직접 메모리 접근 제어기 (DMAC)브로셔
MC6845CRT 컨트롤러 (CRTC)브로셔
MC6846ROM-I/O-타이머브로셔
MC6847비디오 디스플레이 생성기 (VDG)
MC68488범용 인터페이스 어댑터 (GPIB) IEEE488브로셔
MC6850비동기식 통신 인터페이스 어댑터 (ACIA)브로셔
MC6852동기식 직렬 데이터 어댑터 (SDAA)브로셔
MC6854고급 데이터 링크 컨트롤러 (ADLC)브로셔
MC6859데이터 보안 장치 (DSD)
MC68600–600 bit/s 디지털 모뎀브로셔
MC68622400 bit/s 변조기브로셔
MC68702상 마이크로프로세서 클록광고
MC6875클록 발생기브로셔
MC6883동기식 주소 멀티플렉서 (SAM)


4. 6800 기반 시스템

모토로라 6800은 여러 시스템, 특히 개인용 컴퓨터 분야에서 두드러지게 사용되었다.

1975년 말, 스피어 코퍼레이션은 6800 마이크로프로세서를 사용한 컴퓨터 키트를 650USD에 판매했다. 이 키트는 TV나 모니터에 32자 16행을 표시할 수 있었다.[90] 스피어 컴퓨터 키트는 1975년 11월에 출시되기 시작했다.[91]

사우스웨스트 테크니컬 프로덕츠 코퍼레이션(SWTPC)은 1975년 11월에 SWTPC 6800 컴퓨터 시스템을 발표했다. 이 시스템은 모토로라 MEK6800 설계 평가 키트 칩 세트를 기반으로 했으며 MIKBUG ROM 소프트웨어를 사용했다.[1]

1975년 11월에 출시된 SWTPC 6800 컴퓨터 시스템.


MITS는 인텔 8080을 사용한 알테어 8800을 출시한 이후, 6800을 사용한 알테어 680을 1975년 11월에 발표했다. 초기 디자인 수정 후, 알테어 680B는 1976년 4월에 출시되었다.[92]

MITS Altair 680


스피어는 1977년 파산했고, MITS는 알테어 8800에 집중하면서 1978년 취미 시장에서 철수했다. SWTPC 컴퓨터는 6800 기반 개인용 컴퓨터 중 가장 성공적이었다.[94][95] 스모크 시그널 브로드캐스팅, 기믹스, 미드웨스트 사이언티픽 등 여러 회사들이 SWTPC 6800 버스 호환 보드 및 시스템을 생산했다. 테크니컬 시스템 컨설턴츠는 6800/6809 기반 컴퓨터용 소프트웨어를 제공했다. 그러나 8080 시스템이 더 인기가 있었다.[96]

테크트로닉스 4051 그래픽 컴퓨팅 시스템.


1975년 10월, 테크트로닉스 4051 그래픽 컴퓨팅 시스템이 출시되었다. 6800 마이크로프로세서, 최대 32KB RAM, 300KB 자기 테이프 저장 장치, ROM 기반 BASIC, 1024 x 780 그래픽 디스플레이를 갖춘 전문 데스크톱 컴퓨터로, 가격은 7000USD였다.[97]

APF MP1000 게임 콘솔에도 6800 프로세서가 사용되었다. 마쓰시타 JR 시리즈는 MC6802와 호환되는 파나소닉 MN1800A NMOS 마이크로프로세서를 사용했다.[98]

HP는 1975년에 6800 기반 9815A 데스크톱 계산기를 출시했다. 16k ROM과 2k RAM을 장착했으며, 선택적으로 IO 확장 및 RAM 확장을 통해 4k까지 확장이 가능했다. 나중에 출시된 9815S에는 두 옵션이 모두 기본으로 포함되었다.[99][100]

히스킷은 6800 아키텍처와 명령어 집합을 쉽게 이해할 수 있도록 마이크로프로세서 과정과 ET3400 6800 트레이너를 개발하여 개인과 학교에서 인기를 얻었다.[101]

6800은 제너럴 모터스의 자동차용 전자 제어 컴퓨터로도 설계되었다.[103]

4. 1. 개인용 컴퓨터

모토로라 6800을 사용한 최초의 개인용 컴퓨터는 1975년 말에 출시되었다. 1975년 7월, 유타 주 바운티풀의 스피어 코퍼레이션은 6800 마이크로프로세서, 4KB 램, 비디오 보드 및 키보드를 포함한 650USD짜리 컴퓨터 키트 광고를 ''라디오-일렉트로닉스''에 게재했다. 이 키트는 TV나 모니터에 32자 16행을 표시할 수 있었다.[90] 스피어 컴퓨터 키트는 1975년 11월에 출시되기 시작했다.[91]

텍사스 주 샌안토니오의 사우스웨스트 테크니컬 프로덕츠 코퍼레이션(SWTPC)은 1975년 11월에 SWTPC 6800 컴퓨터 시스템을 공식 발표했다. 웨인 그린은 1975년 8월 SWTPC를 방문하여 1975년 10월 ''73''에 작동하는 시스템 사진과 함께 SWTPC 컴퓨터 키트를 설명했다. SWTPC 6800은 모토로라 MEK6800 설계 평가 키트 칩 세트를 기반으로 했으며 MIKBUG ROM 소프트웨어를 사용했다.[1]

최초의 성공적인 개인용 컴퓨터인 MITS의 Altair 8800은 인텔 8080 마이크로프로세서를 사용했으며 1975년 1월 ''파퓰러 일렉트로닉스'' 표지에 소개되었다.[89] MITS는 1975년 11월호 ''파퓰러 일렉트로닉스'' 표지에 Altair 680을 소개했다. Altair 680은 6800 마이크로프로세서를 사용했으며, SWTPC 머신과 달리 토글 스위치와 LED가 있는 전면 패널도 있었다. 초기 디자인은 수정이 필요했고, Altair 680B의 첫 배송은 1976년 4월에 이루어졌다.[92]

스피어는 작은 신생 기업이었고, 발표한 모든 제품을 제공하는 데 어려움을 겪었다. 결국 1977년 4월에 파산 신청(챕터 11)을 했다.[93] Altair 680B는 인기가 있었지만, MITS는 자원 대부분을 Altair 8800 컴퓨터 시스템에 집중했고 1978년에 취미 시장에서 철수했다.

SWTPC 컴퓨터는 6800 기반 개인용 컴퓨터 중 가장 성공적이었다.[94][95] 스모크 시그널 브로드캐스팅(캘리포니아), 기믹스(시카고), 미드웨스트 사이언티픽(캔자스 주 올라테), 헬릭스 시스템즈(미주리 주 헤이즐우드)와 같은 다른 회사들도 SWTPC 6800 버스 호환 보드 및 완제품 시스템을 생산하기 시작했다. 테크니컬 시스템 컨설턴츠(인디애나 주 웨스트라파예트)는 6800(후에 6809) 기반 컴퓨터용 테이프 기반 소프트웨어와 디스크 시스템이 출시된 후 운영 체제 및 디스크 소프트웨어도 제공했다. 하지만 8080 시스템이 6800 시스템보다 훨씬 더 인기가 있었다.[96]

1975년 10월, 테크트로닉스 4051 그래픽 컴퓨팅 시스템이 출시되었다. 이 시스템은 6800 마이크로프로세서와 최대 32KB의 사용자 RAM, 300KB 자기 테이프 저장 장치, ROM에 내장된 BASIC, 1024 x 780 그래픽 디스플레이를 갖춘 전문 데스크톱 컴퓨터였다. 테크트로닉스 4051의 판매 가격은 7000USD였다.[97]

6800 프로세서는 APF MP1000 게임 콘솔에도 사용되었다. 마쓰시타 JR 시리즈는 파나소닉 MN1800A NMOS 마이크로프로세서를 사용했는데,[98] MC6802와 호환되었다.

HP는 1975년에 6800을 기반으로 하는 9815A 데스크톱 계산기를 출시했다. 당시 HP의 다른 모든 머신은 자체 프로세서 설계를 사용했다. 이 계산기에는 16k ROM과 2k RAM이 장착되었으며 선택적으로 IO 확장 및 RAM 확장을 통해 4k까지 확장이 가능했다. 나중에 출시된 9815S에는 두 옵션이 모두 기본으로 포함되었다.[99][100]

6800의 아키텍처와 명령어 집합은 초보자가 이해하기 쉬웠고, 히스킷은 마이크로프로세서 과정과 ET3400 6800 트레이너를 개발했다. 이 과정과 트레이너는 개인과 학교에서 인기가 있었다.[101]

4. 2. 기타 응용 분야

제너럴 모터스의 자동차용 전자 제어 컴퓨터로 설계되었다.[103]

5. 6800의 파생 모델 및 호환 제품

아메리칸 마이크로시스템즈(AMI), 히타치, 후지쯔, 페어차일드, 록웰, 톰슨 반도체 등 여러 회사에서 모토로라 6800의 세컨드 소스 제품을 생산했다. 이는 제조사들이 부품 수급 안정성을 확보하기 위해 여러 공급 업체를 두는 관행에 따른 것이었다.[103]

MC6800을 기반으로 다양한 프로세서가 개발되었는데, 이들은 객체 코드 호환성은 없지만 일부는 니모닉 레벨에서 상위 호환성을 고려했다. 후지쯔의 MB8861은 MC6800의 세컨드 소스 제품으로, 비트 조작이나 인덱스 가산 등 5개의 명령이 추가되어 MC6800과 상위 호환성을 가진다.

5. 1. 파생 모델

MC6802는 128바이트의 RAM과 클럭 생성기를 단일 칩에 통합한 마이크로프로세서로, 1977년 3월에 출시되었다.[78] MC6846 칩과 함께 사용하면 2칩 마이크로컴퓨터를 구성할 수 있었다. 6802는 외부 4 MHz 석영 결정을 사용하여 2상 1 MHz 클럭을 생성하는 온칩 발진기를 가지고 있었다. 내부 RAM은 핀을 접지하여 비활성화할 수 있었으며, 불량 RAM이 있는 장치는 MC6808로 판매되었다.[78]

MC6808은 MC6802에서 내부 RAM을 제거한 버전이다.[78] 6808은 범용 컴퓨터의 주 마이크로프로세서로 거의 사용되지 않았고, 주로 임베디드 시스템에서 활용되었다 (1979년 ACFA-8 마이크로컴퓨터는 예외).[79]

MC6801은 6802 CPU에 128 바이트 RAM, 2 KB ROM, 16비트 타이머, 31개의 프로그래밍 가능한 병렬 I/O 라인 및 직렬 포트를 통합한 단일 칩 마이크로컴퓨터였다.[81][82] MC6803은 ROM이 없고 버스 구성이 더 적다는 점을 제외하면 MC6801과 동일했다. 6801은 6800 코드를 실행할 수 있었지만, 10개의 추가 명령이 있었고, 주요 명령의 실행 시간이 단축되었다. 또한, 두 개의 8비트 누산기를 단일 16비트 누산기로 작동시켜 이중 정밀도 덧셈, 뺄셈 및 곱셈을 지원했다.[81][82] 6801은 곱셈 명령이 있는 최초의 마이크로프로세서 중 하나였다.[82]

5. 2. 호환 제품

아메리칸 마이크로시스템즈(AMI), 히타치, 후지쯔, 페어차일드, 록웰, 톰슨 반도체 등 여러 회사에서 모토로라 6800의 세컨드 소스 제품을 생산했다. 이는 제조사들이 부품 수급 안정성을 확보하기 위해 여러 공급 업체를 두는 관행에 따른 것이었다.[103]

MC6800을 기반으로 다양한 프로세서가 개발되었다. 이들은 객체 코드 호환성은 없지만, 일부는 니모닉 레벨에서 상위 호환성을 고려했다.

  • MC6809: MC6800을 대폭 강화한 MPU로, "궁극의 8비트 CPU"라고도 불린다.
  • MC6805: MC6800에서 B 레지스터를 삭제하고 X/SP/PC/CCR의 비트 폭을 축소하여 명령 수를 줄여 간소화하고, CPU 기능에 ROM/RAM 및 타이머 등의 주변 기능을 내장한 소규모 임베디드용 마이크로컨트롤러이다.
  • MC68HC08: MC6805의 CMOS 버전(MC68HC05)을 기반으로 기능을 강화한 마이크로컨트롤러 (HC08). MC6805 상위 호환.
  • MC68HCS08: HC08을 논리 합성에 의한 회로 설계와 공정 개선을 통해 고클럭화한 마이크로컨트롤러 (S08).
  • MC68HC11: MC6805와는 반대로 MC6801에 IY 레지스터와 명령을 추가하여 고기능화하고, CPU 기능과 ROM/RAM 및 타이머/SPI/SCI/AD 컨버터 등의 주변 기능을 내장한 마이크로컨트롤러.
  • MC68HC12: MC68HC11에 일부 명령을 추가한 형태의 16비트 CPU 기능을 내장한 마이크로컨트롤러 (HC12).
  • MC68HCS12: HC12를 논리 합성에 의한 회로 설계와 공정 개선을 통해 고클럭화한 제품. 퍼지 제어 명령 추가 (S12).
  • MC68HC16: 16비트 마이크로컨트롤러. DSP 명령이 있다.
  • MB8861: 후지쯔의 MC6800 세컨드 소스 제품. MC6800에 대해 상위 호환으로, 비트 조작이나 인덱스 가산 등 명령이 5개 추가되었다.

참조

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