El Fairchild 9440 MICROFLAME , también conocido como F9440 y μFLAME , fue un microprocesador de 16 bits presentado por Fairchild Semiconductor en 1977. El 9440 implementó el conjunto de instrucciones de Data General Nova 2 en un DIP de 40 pines de un solo chip . El nombre "MICROFLAME" fue parte de un ejercicio de marca más amplio llamado "FIRE", que era un sistema de software de desarrollo.
En 1978 se anunció una versión actualizada, la 9445, pero no llegó al mercado hasta finales de 1981. En ese momento, los diseños de 16 bits estaban siendo superados por diseños de 32 bits e híbridos como el Motorola 68000 , y Fairchild comenzó a centrar su atención en su propio diseño Fairchild Clipper de 32 bits . El núcleo subyacente del 9445 también se utilizó para implementar el 9450, que utilizó un nuevo microcódigo para implementar el conjunto de instrucciones MIL-STD-1750A .
Los modelos 9440 y 9445 fueron objeto de constantes demandas por parte de Data General (DG), que arrastraron a ambas empresas. DG finalmente resolvió todos los litigios en curso en septiembre de 1986 pagando a Fairchild más de 52 millones de dólares. Fairchild fue comprada y vendida varias veces durante este período, terminando en National Semiconductor en 1987. National finalizó la producción del 9445, dejando a varios usuarios en la estacada. Se presentó una versión final, la IDC9445, para satisfacer esta necesidad.
El Data General Nova se introdujo en 1969, implementado utilizando circuitos integrados (CI) individuales montados en una placa de circuito impreso de 15x15 pulgadas . Para reducir la complejidad del diseño, y por lo tanto el tamaño y el costo de la placa, la unidad aritmética lógica (ALU) tenía solo 4 bits de ancho, implementados utilizando un solo CI 74181. Esto significaba que requería cuatro ciclos de máquina para completar una instrucción de 16 bits, pero también permitía que el sistema fuera mucho menos costoso que las minicomputadoras de la competencia de Digital Equipment Corporation (DEC) o Hewlett-Packard . El NOVA tuvo mucho éxito, impulsando a DG al segundo lugar detrás de DEC en el mercado de minicomputadoras durante la década de 1970. [1]
En 1970, DG presentó el SuperNOVA, que incluía una ALU de 16 bits de ancho utilizando cuatro 74181 en modo de corte de bits , y por lo tanto funcionaba aproximadamente cuatro veces más rápido que el NOVA original. Esto se vio impulsado aún más por otros cambios, incluida una memoria central más rápida y una memoria semiconductora opcional , lo que convirtió al SuperNOVA en el mini más rápido durante algún tiempo. Esto también significó que había dos diseños diferentes de unidad central de procesamiento que implementaban la misma arquitectura de conjunto de instrucciones subyacente (ISA). A medida que continuó el desarrollo de ambos diseños, los dos se modificaron para que la versión más rápida pudiera incorporarse a las máquinas existentes que originalmente ejecutaban el hardware de menor velocidad. Esto condujo a las series NOVA 2, 3 y 4.
La mejora de los procesos de fabricación de semiconductores , especialmente durante la década de 1970, ejerció una presión cada vez mayor sobre los diseños de CPU con circuitos integrados individuales como el NOVA. Inicialmente, solo se podían fabricar fácilmente CPU de 4 bits y luego de 8 bits en un solo chip, pero a mediados de la década de 1970, aparecieron diseños de 16 bits. En 1973, National Semiconductor presentó el IMP-16 , que implementó un sistema similar al NOVA en un conjunto de solo cinco circuitos integrados. El año siguiente, su PACE lo redujo a un solo circuito integrado. Durante este período aparecieron varios diseños similares, incluido el Texas Instruments TMS 9900 , que implementó su minicomputadora TI-990 , y el Intersil 6100 , una versión de un solo chip del PDP-8 .
DG necesitaba responder a estos sistemas y comenzó a desarrollar el microNOVA mN601, un diseño de un solo chip que implementaba el conjunto de instrucciones NOVA 3. [1] También agregó multiplicación y división de precisión simple por hardware, anteriormente un complemento opcional para los sistemas NOVA. Se anunció a principios de 1976 y se vendió a cualquiera que quisiera uno: se podían comprar como un solo chip, una tarjeta de CPU con chips de soporte o una máquina NOVA completa empaquetada. Los chips individuales se vendían por $ 225, o $ 95 en lotes de 100. [2] Más tarde, sin embargo, DG detuvo las ventas directas del 601 a favor de vender sistemas completos. [1]
El mN601 se implementó utilizando tecnología NMOS , y por lo tanto requería cuatro voltajes de entrada separados de la fuente de alimentación. [1] También carecía de un reloj interno y requería que el sistema proporcionara una señal de reloj de dos fases para impulsarlo. Funcionaba a velocidades bastante bajas, normalmente utilizando un reloj de 240 ns (~4,2 MHz), completando instrucciones en 2,4 a 10 μs. [3] Esto, junto con las limitaciones en el rendimiento del bus, significaba que el sistema funcionaba aproximadamente la mitad de rápido que un Nova original. [3]
A lo largo de la evolución de la línea Nova, los sistemas se habían construido principalmente utilizando circuitos integrados discretos de Fairchild Semiconductor , líder en diseño de circuitos integrados durante la década de 1960. Esta relación terminó con el microNOVA, que se fabricó en una nueva fábrica propiedad de DG en Sunnyvale, California . [2]
Por razones que no se encuentran en los registros históricos, Fairchild decidió producir su propia implementación en un solo chip del diseño NOVA, sin la aprobación de Data General. Los tribunales ya habían decidido que el conjunto de instrucciones de una CPU no estaba sujeto a derechos de autor, y esto había sido probado varias veces por empresas que implementaron sistemas compatibles con mainframes de IBM utilizando diferentes implementaciones internas. DG tampoco había hecho nada sobre la introducción del IMP-16 y PACE, ambos similares a los diseños de DG. [4]
Fairchild tenía motivos de sobra para creer que una nueva versión del Nova sería legalmente aceptable. Para su sorpresa, DG presentó una demanda en 1977, no por infracción de diseño, sino alegando que Fairchild estaba incitando a los clientes de DG a romper sus acuerdos de licencia, que estipulaban que el software de DG sólo podía ejecutarse en el hardware de DG. Al año siguiente, Fairchild presentó una contrademanda, alegando que la licencia de DG violaba las leyes anticompetitivas. [3]
El modelo 9440 era mucho más caro que el mN601; el primero se vendía por 395 dólares en lotes de 100, incluido el paquete de software, [5] mientras que el segundo costaba 95 dólares por la misma cantidad. La combinación de los precios más altos y la demanda judicial hicieron que el modelo 9440 se vendiera lentamente y ninguno de los socios habituales de Fairchild lo eligió como segunda fuente. [4]
En 1978 se anunció una versión actualizada, la 9445. Utilizando un nuevo proceso de 2 micrones, la 9445 implementó el conjunto de instrucciones NOVA 3 en microcódigo , agregó multiplicación y división de hardware incorporadas y agregó direccionamiento para hasta 128 kWords. A diferencia de la 9440, que funcionaba aproximadamente a la misma velocidad que una NOVA original, la 9445 era bastante rápida; Fairchild afirmó que funcionaría diez veces más rápido que una NOVA 3 real. [4]
Los problemas de producción retrasaron mucho su introducción en el mercado. Esta fue una de las CPU bipolares más grandes que se habían intentado hasta ese momento. El modelo 9445 finalmente comenzó a entregarse a fines de 1981 a 16 MHz, y luego mejoró a 20 y 24 MHz. En ese momento, los primeros microprocesadores de 32 bits estaban llegando al mercado y todas las máquinas basadas en Nova estaban obsoletas. [4]
DG demandó nuevamente y, finalmente, hubo once demandas en curso. Schlumberger , originalmente una empresa de servicios petroleros pero que buscaba diversificarse, compró Fairchild en 1979. Esto significó que Fairchild estaba bien capitalizada y continuaron luchando contra las demandas. En 1986, con el mercado de minicomputadoras colapsando a medida que los nuevos diseños de IBM PC comenzaron a apoderarse de su mercado, DG decidió llegar a un acuerdo. En septiembre de 1986, DG acordó pagarle a Fairchild $ 52,5 millones. En ese momento, la línea NOVA ya no se fabricaba y el interés en el 9445 había muerto hacía tiempo. [4]
Schlumberger decidió salir del negocio y en 1987 vendió Fairchild a National Semiconductor , quien inmediatamente terminó la producción de la línea. [4]
Strobe Data, que fabricaba placas complementarias basadas en el chip 9445 para PC, contrató a IC Designs para que continuara la producción de lo que se convertiría en el ICD9445. Esta versión se fabricó en formato CMOS de 1,25 μm y comenzó a distribuirse en 1990. Esta versión funcionaba aproximadamente el doble de rápido que el 9445, lo que la convertía en la Nova más rápida de la historia. [4]
A diferencia del NMOS mN601, el diseño 9440 de Fairchild se fabricó utilizando el proceso de lógica de inyección integrada isoplanar de transistor bipolar de 3 micrones patentado por Fairchild, I3L . Se trataba de un sistema de lógica transistor-transistor (TTL), por lo que el chip resultante solo requería una única fuente de alimentación de +5 V en lugar de la fuente de alimentación de cuatro niveles del mN601. El proceso también le permitió funcionar más rápido, hasta 12 MHz; mientras que el mN601 funcionaba aproximadamente a la mitad de la velocidad del Nova original, el 9440 funcionaba aproximadamente a la velocidad de un Nova 1200. También integraron el generador de reloj y el oscilador, eliminando la necesidad de soporte de reloj externo adicional, aunque podía leer un reloj externo si se proporcionaba uno. Se envió en el mismo DIP de 40 pines que el mN601. [6]
Internamente, el sistema era diferente al NOVA 2; como decía la hoja de datos, "Aunque estructuralmente diferente de las CPU de la línea de minicomputadoras NOVA de Data General, el 9440 ofrece un rendimiento comparable y ejecuta el mismo conjunto de instrucciones". [7] Esto fue posible porque el conjunto de instrucciones estaba en microcódigo , [8] lo que permitía que la CPU (en teoría) fuera de cualquier diseño.
El μFLAME se diferenciaba ligeramente del mN601 en el modelo de programación, ya que su conjunto de instrucciones se basaba en el NOVA 2, no en el NOVA 3, y por lo tanto carecía de la pila de hardware que se había introducido en el 3. También carecía de la multiplicación y división de hardware del mN601, aunque esto se podía añadir con la Unidad de Función Especial 9443 opcional. La Unidad de Control de Memoria (MCU) 9441 y la Unidad de Control de E/S 9442 completaban el sistema completo. Sin relación específica con el 9440, Fairchild también vendió chips de RAM dinámica (DRAM) adecuados, el 93481 de 4 kB y el 93483 de 16 kB. [9]
Existen otras dos diferencias importantes entre el mN601 y el 9440. Mientras que el 9440 incluía señales de acceso directo a memoria (DMA) para indicar el inicio y el final de un proceso DMA, cuando las recibía simplemente pausaba y liberaba el bus del sistema. Dependía del hardware externo mover los datos a la memoria. [3] Por el contrario, el NOVA realizaba una interrupción opcional que permitía al procesador mover los datos por sí mismo, saltando a través de una dirección en la ubicación de memoria 0001. [10] Además, el mN601 tenía un sistema interno de actualización de DRAM , que realizaba una actualización cada 20.000 ciclos internos. El 9440 carecía de esto internamente, y dejaba esta tarea en manos del 9441. [11]
Fairchild también ofreció una suite de desarrollo para el sistema, el paquete FIRE. [6]
El 9445, que ya no se conoce como MICROFLAME, fue un avance importante respecto del 9440. Un cambio significativo fue el paso de tamaños de características de 3 micrones a 2 micrones, lo que permitió construir más puertas en el chip sin afectar el rendimiento y permitir que las velocidades operativas se incrementaran a 24 MHz, el doble que las del 9440. [12]
El 9445 implementó completamente el conjunto de instrucciones NOVA3, agregando los registros SP (puntero de pila) y FP (puntero de marco) para soportar la pila de hardware. El 9445 también admitió el nuevo sistema de memoria conmutada por bancos del NOVA3, que extendió el espacio de direcciones de 32 kWord a 128. Este cambio también requirió la adición de los tres nuevos modos de direccionamiento del NOVA3, para un total de once. Agregó la multiplicación y división de 16 bits basada en hardware que se había omitido del 9440, eliminando la necesidad del 9443. Además, agregó un conjunto de nuevos códigos de operación para ayudar con las matemáticas de punto flotante , que podían operar en datos de 8, 16 o 32 bits. [12] La ALU se expandió de 4 bits a una implementación completa de 16 bits, mejorando enormemente el rendimiento general. [13]
Fairchild utilizó el mismo diseño de procesador subyacente del 9445, con un microcódigo diferente, para producir el 9450. Esto proporcionó el conjunto de instrucciones MIL-STD-1750A en lugar del de Nova. Este llegó al mercado en 1985, ofreciendo un procesador matemático integrado, un chip externo opcional en la mayoría de las demás implementaciones del 1750A. [4]