1801ая серия

16-разрядный микропроцессорный комплект среднего быстродействия и средней потребляемой мощности, n-МОП-технология, аналоги (не копии) DEC'овских процессоров; система команд "Электроника-60". Начало разработки серии - 1978 год; разработчик - НИИТТ ("Ангстрем").

К(Р)1801ВМ1(А,Г) (У,К)(Р,М, Н)1801ВМ2А К(А,М,Н)1801ВМ3 К(А,Н)1801ВМ4 К(Р)1801ВП1 К1801РЕ1

Особенности - все процессоры имели т.н. спецкоманды, не имевшиеся в DEC машинах и выполнявшиеся только в режиме HALT. ПУСК, ШАГ для пошаговой отладки, в 1801ВМ2 ЗКСК/ЧКСК (запись/чтение копии счетчика команд), ну и еще несколько; общим число 9. Эти команды могли вызываться только из системного ПЗУ. Поэтому в справочниках встречаются расхождения в описании количества команд процессоров этой серии, в зависимости от того, учитывались спецкоманды или нет.

Данные на вариант этой серии в пластмассовом корпусе (КР1801) из отраслевого справочника.

К1801ВМ1А + КР1801ВМ1Г

16-разрядный микропроцессор, выполненный по технологии n-МОП. Система команд - фиксированная, соответствует Basic Instruction Set фирмы DEC.

Электрические параметры

Быстродействие по регистровым операциям - до 500 000 оп/с
Тактовая частота - 5 МГц
Емкость адресуемой памяти - 64 кБ
Число регистров общего назначения - 8
Число уровней прерывания - 4
Потребляемая мощность - 1 Вт
Напряжение питания +5 В

Выпускались версии процессора с буквами А и Г. Последняя отличалась тем, что в дополнение к основному набору команд имела команду умножения. Предположительно, это результат выходной отбраковки - блок микропрограммного управления, реализованный на ПЛМ, был одинаков для всех процессоров. Но реализация команды умножения была сложной, и работала лишь в малом числе процессоров; после выходного контроля они и получали маркировку Г.

Как правило, на самой микросхеме версия маркировалась не буквой, а точками; А - одна точка, Г - две.

Производители - зеленоградский "Ангстрем" и "Экситон" (г.Павловский Посад).

Иногда эти процессоры (а также К1801ВП1) встречаются с залитой черным компаундом крышкой.

Оказывается, крышки-то там и вовсе нет, всё пространство залито эмалью! Так делали, если кристалл смонтированный в корпус браковался на этапе электротермотренировки. Крышку срезали наждаком, кристалл отрывали от эвтектики и готовили к монтажу по новой - металлокерамический корпус вещь дорогая.

Таким образом улучшали экономические показатели :)))


(фото с сайта CPU UKRAINE)

УР1801ВМ2А, КМ1801ВМ2А, КН1801ВМ2

Широко распространенный (когда-то) шестнадцатиразрядный микропроцессор, дальнейшее развитие К1801ВМ1 как по структуре, так и по системе команд.
В структуре были добавлены блок обработки ветвлений, ускоряющий выполнение команд по условиях N, Z, V, С, и спец. блок расширенной арифметики (с плавающей запятой) - к базовому набору добавились MUL, DIV, ASH и ASHC, которые выполнялись программным способом на системном ПЗУ К1801РЕ1 (т.е. когда проц встречал код этой команды, то он генерировал спец. прерывание, читал внешний регистр SEL, и в зависимости от одного из битов давал либо прерывание по недопустимой команде, либо переход на программу ее выполнения). В работу других блоков также внесены изменения, что позволило вдвое (до 1 мкс) сократить время выполнения регистровой команды, ввести операцию выхода на системную магистраль через "окно", дополнительную зону адресного пространства системной памяти, упростить внешние схемы формирования интерфейсных сигналов.
Повышение быстродействия достигнуто за счет более глубокой конвейеризации, организуемой так, что к концу выполнения любой команды следующая уже находится в буферном регистре команд, а с магистрали начинается прием очередной. При построении многопроцессорных систем может быть образована дополнительная магистраль путем выделения "окна" — адресного пространства ОЗУ от 160 000 до 163 777.

Микросхема К1801ВМ2 по сравнению с К1801ВМ1 имеет несколько иное расположение выводов и их функции. Так, вместо вывода IPQ1 те же функции выполняют вывод HALT. В дополнение к входу синхронизации CLK1 имеется вход CLK0 с частотой импульсов вдвое меньше, используемый для синхронизации внешних устройств. Для повышения помехоустойчивости выведены дополнительный выводы ("Земля") для шины адрес/данные.

Приближенный аналог DECовского DCT-11AC. Цитата с форума IXBT - "...1801ВМ2 - реализует систему команд PDP-11. Но с точки зрения конструктива - это полностью самостоятельная разработка. Ну то есть как Атлон и Пентиум."

Разработан в 1982 году в НИИТТ (на кристалле стоит дата "1983"). Главный конструктор — В.Л. Дшхунян, разработчики В.Н.Науменков, Е.Максимов, И.А.Бурмистров, Г.М.Куров и др. Производители - "Ангстрем" и Солнечногорский электромеханический завод.

Электрические параметры

Быстродействие - до 1 000 000 оп/с
Тактовая частота - 10 МГц
Число команд - 77
Емкость адресуемой памяти - 64 кБ
Число регистров общего назначения - 8
Число уровней прерывания - 2
Потребляемая мощность - 1,7 Вт
Напряжение питания +5 В

Его немного модернизнированная версия в КМОП-исполнении - Н1806ВМ2.

Ничего необычного в микросхеме и не было, если б не обозначение. Нет привычной буквы "К". Такое встречается у микросхем с военной приемкой, но здесь нет и ромба.

Разгадку могла бы прояснить этикетка от этой микросхемы, но она еще больше запутывает картину. На ней написано "УР1801ВМ2А" ! Что это за загадочная буква "У" ?

А вот за этими микросхемами я гонялся долго:

Во-первых, долгое время было неизвестно, что это за производитель; и только благодаря форумным раскопкам удалось узнать, что это СЭМЗ. А во-вторых, среди них есть редкий вариант с никелированными выводами.

Самый свежий из известных мне процессоров этой серии:

А на сайте Музей вычислительной техники школы №1 г. Называевск есть фото процессора со снятой крышкой:


(фото с форума Радиокартинки)

(фото с форума Радиокартинки)

Слева - ангстремовский кристалл, справа - от СЭМЗ. ОНи чуть-чуть разные, хотя бы если судить по расположению надписи.

Вот очень редкий вариант процессора в корпусе для поверхностного монтажа:


(фото Александра из Воронежа)

КМ1801ВМ3, КН1801ВМ3А, КА1801ВМ3

Довольно известный в кругах разработчиков и программистов 16-разрядный процессор, дальнейшее развитие КМ1801ВМ2. Наиболее мощный процессор семейства К1801; собственная разработка.
Процессор сохраняет совместимость с системами команд К1801ВМ1 и К1801ВМ2, реализует в полном объеме систему команд мини-ЭВМ "Электроника 100/25" и включает команды арифметики с плавающей запятой и управления сопроцессором.
По сравнению с ВМ2 увеличено быстродействие в 2-3 раза (быстродействие по командам регистр-регистр 2 млн операций), расширена система команд и увеличено адресное пространство до 4Мб, предусмотрены аппаратно-программные средства организации микропроцессорных систем, средства обнаружения и коррекции ошибок в передаваемой информации. В операционном блоке с помощью регистра-счетчика тактов аппаратно реализован ряд микроопераций при выполнении команд умножения, деления, параметрических сдвигов. Передача информации в АЛУ осуществляется по двум шинам чтения и отдельной шине записи.

Справочный лист на КМ1801ВМ3 - здесь; а здесь данные из отраслевого каталога.

Производитель - "Ангстрем".

Ныне выпускается его КМОП-версия под названием КН1836ВМ3.

Вот варианты (в никеле и в золоте) в редком корпусе типа "Н"... хоть и 1992-1993гг., но всё еще опытное производство.

и еще более редкий вариант КА1801ВМ3, в PLCC-корпусе:

(фото Алексея Проскурина)

1801ВМ4 + КА1801ВМ4 + КН1801ВМ4

Математический сопроцессор для 1801ВМ3, 32/64 разряда, 6 МГЦ, собственная разработка. Статья из журнала "Электронная промышленность", 1989, №2 про него.

Производитель - "Ангстрем".

Первая микросхема в ряду - возможно, буквы "КН" просто подчищены.

Микросхема не потеряла актуальности и сегодня:

"Подпрограмма Союзного государства "Разработка и освоение серий цифровых, цифро-аналоговых, аналоговых интегральных микросхем для аппаратуры специального назначения и двойного применения"
(Утверждена 29.10.2003 Постановлением 20 Совета Министров Союзного государства)
....
по 8 ОКР изготовлены и исследованы экспериментальные образцы микросхем, в том числе:
...
- микропроцессорный комплект из 2 типов микросхем - 16/32-разрядного КМОП процессора (аналог 1801ВМ3) и 32/64-разрядного КМОП сопроцессора обработки чисел с плавающей запятой (аналог 1801ВМ4)"

К1801ВП1

К1801ВП1 - пожалуй, первый отечественный БМК, выполненный по n-МОП технологии. 

Его кристалл выполнен по проектным нормам длины канала 3 мкм и имеет размер 4,2х4,2мм. Полузаказные БИС, создаваемые на основе БМК К1801ВП1, функционируют при напряжении питания 5 В.

Производители - "Ангстрем" (Зеленоград), "Экситон" (г.Павловский Посад), Солнечногорский электромеханический завод и некто, пока неизвестный.

Варианты прошивок, показанные здесь на фото:
- номер 014 - контроллер клавиатуры для БК-0010
- номер 016 - устройство хранения и передачи управляющих сигналов на электроавтоматику оборудования.
- номер 034 - многофункциональное устройство (режимы работы: устройство передачи информации, буферный 16-разрядный регистр данных, генератор вектора прерывания, коммутатор шин и компаратор адреса); использовалось для ДВК в качестве ПДП-контроллера, и как многофункциональный контроллер внешних устройств (например для подключения накопителя на магнитных дисках «Электроника ГМД-7012»); также применялась в одноплатных микроЭВМ «Электроника НЦ-80», «Электроника МС 1201».
- номер 055 - двyнапpавленный бyфеpный pегистp для межшинного моста Q16-Q16 (развязка по ёмкостной нагрузке).

Наиболее полный перечень прошивок, встреченный мной - здесь.

 Кристалл БМК условно разделен на внутреннюю и периферийную части с 43 контактными площадками. Внутренняя часть представляет собой матрицу 13х40 из 520 кристаллов типа А. Эта матрица имеет дополнительно два ряда по 40 усилительных матричных базовых ячеек (МБЯ) типа В для реализации усилительных функций внутри матрицы.

Шины питания и земли включены в переменные слои металлизации и подлежат разводке. Разводка линий связи на кристалле двухслойная, причем слой поликремния неизменяемый, а алюминия — переменный. Межслойные соединения осуществляются с помощью переменного слоя контактов. Основным критерием оптимальности разводки линий связи можно считать их наименьшую длину и проведение их преимущественно в слое алюминия.

Поликремниевые слои в рабочей зоне для удобства разводки линий связи через каждые две ячейки имеют разрыв. Если необходимо провести более длинную поликремниевую линию связи, то в местах разрыва ставят алюминиевые соединения.

Каждая МБЯ содержит 10 транзисторов и обеспечивает разветвление по выходу ячейки, равное 3. Усилительная ячейка содержит четыре транзистора, позволяющих расширить нагрузочные способности МБЯ, и обеспечивает коэффициент разветвления по выходу, равный 10.

Периферийная часть БМК представляет собой ячейки, каждая из которых содержит 20 транзисторов и контактную площадку, что позволяет осуществить 40 входов-выходов.

Между контактной площадкой питания (42) и площадкой смещения (43) размещен генератор смещения подложки. Шина земли выведена на контактную площадку 21.


(фото с форума Радиокартинки)

Библиотека функциональных ячеек содержит 60 вариантов матричных и 11 вариантов периферийных ячеек.

Наборы элементов, входящих в МБЯ типа А          Усилительная МБЯ типа В


(фото с форума Портативное ретрорадио)
Крайне интересный экземпляр, со странным обозначением производителя:

это микросхема производства венгерской фирмы Intermos. Видимо, они выпускали их по лицензии.


(фото с форума Портативное ретрорадио)

Электрические параметры

Напряжение питания 4,75 - 5,25 В
Выходное напряжение низкого уровня не более 0,4 В
Выходное напряжение высокого уровня не менее 2,7 В
Входное напряжение низкого уровня не более 0,6 В
Входное напряжение высокого уровня не менее 2,4 В
Ток потребления не более 180 мА
Ток утечки по входу не более 1 мкА
Среднее время задержки на элемент 5 нс
Максимальная входная частота 8 МГц
Емкость входа-выхода С не более 15 пФ

Динамические параметры и ток потребления каждой конкретной БИС определяются в процессе разработки.

Время задержки основных функциональных ячеек без учета топологических связей (для собственной емкости) указано в таблице:

Для обеспечения заданного быстродействия БИС необходимо рассчитать динамические параметры основных цепей схемы с учетом реальных физических процессов в кристалле и реальной трассировки. Ориентировочный расчет проводится с учетом максимальных значений RС-линий связи между логическими элементами. При расчете необходимо учитывать топологические особенности компоновки, так как задержка, вносимая поликремниевым слоем, может быть сравнима с задержкой ЛЭ.

Редкий вариант, в корпусе Н, с опытного производства; признаться, я даже не знаю, это версия 001 (формирователь входных сигналов) или 032 (устройство распределения импульсов и формирования временной диаграммы ЦМД ЗУ).


(фото Nikolaki)

К1801РЕ1

В качестве ПЗУ для систем, построенных на процессорах этой серии, широко известны КР1801РЕ2. А вот более ранний вариант, 1801РЕ1, снятый с производства, по моим оценкам, в середине 80-х годов.

Это масочные ПЗУ объемом 64 кбит ( 4к х 16). Справочный лист на них. Я, признаться, не уловил, в чём их отличие от РЕ2. Только в керамическом корпусе?

Особенность микросхем - наличие в структуре адресного устройства с записанным собственным адресом, селектора адреса, регистров адреса и данных, устройства формирования сигнала ответа в процессе взаимодействия с магистралью. Они ориентированы на магистральный параллельный интерфейс по ГОСТ 26765.51-86. Выходные формирователи микросхем построены по схеме с тремя состояниями.

Производитель - "Ангстрем".


(фото с форума Радиокартинки)

Если номера прошивок совпадают с таковыми же у 1801РЕ2, то "000" представляет собой монитор ДВК МС1201.0...

...а 012 - Бейсик МС1201.0

Источники:

1. В.Л. Дшхунян, Ю.И. Борщенко, В.Р. Науменков, А.А. Рыжов, Ю.В. Романец, И.А. Бурмистров, Е.М. Соловьев. Однокристальные микропроцессоры комплекта БИС серии К1801. - "Микропроцессорные средства и системы" №4, 1984.
2. Каталог интегральных микросхем. Том 1. Центральное конструкторское бюро. 1986.
3. Микропроцессоры. В 3-х кн. Кн. 1. Архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов: Учеб. для втузов/П.В. Нестеров, В.Ф. Шаньгин, В.Л. Горбунов и др.; Под редакцией Л.Н. Преснухина. М.: Высш. шк., 1986
4. Каталог интегральных микросхем. Дополнение № 1 к базовому Каталогу ИС 1986г. Центральное конструкторское бюро. 1987.
5. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2 т. / Н.Н. Аверьянов, А.И. Березенко, Ю.И. Борщенко и др.; Под ред. В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь, 1988
6. Цифровая обработка информации на основе быстродействующих БИС / С.А.Гамкрелидзе, А.В.Завьялов, П.П.Мальцев, В.Г.Соколов: Под ред. В.Г.Домрацева.- М.: Энергоатомиздат, 1988.
7. АИПС "Меркурий". Каталог интегральных микросхем. Часть 2. Приборы производственно-технического назначения и народного потребления. - ЦКБ "Дейтон", редакция 1990г.
8. Димитър Рачев. Справочник радиолюбителя. Държавно издателство "Техника". 1990.
9. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: Учеб. пособие / В. В. Солодовников, В. Г. Коньков, В. А. Суханов, О. В. Шевяков; Под ред. В. В. Солодовникова. - М.: Высш. шк., 1991.
10. Мячев А. А., Степанов В. Н. Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации: Справочник/Под ред. А. А. Мячева. - М.: Радио и связь, 1991
11. Микросхемы интегральные серии КС1590...КА1843. - СПб.: Издательство РНИИ "Электронстандарт", 1993.
12. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П.П. Мальцев, Н.С. Долидзе, М.И.Критенко и др.- М.: Радио и связь, 1994г.
13. Лебедев О. Н. Применение микросхем памяти в электронных устройствах: Справ. пособие. - М.: Радио и связь, 1994. (Массовая радиобиблиотека; Выпуск 1199)
14. Титов М.А. и др. Изделия электронной техники. Микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ: Справочник / М.А. Титов, А.Ю. Веревкин, В.И. Валерьянов; Под ред. А.И. Ладика и А.И. Сташкевича. - М.: Радио и связь, 1994.
15. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т. 11. - М.: ИП РадиоСофт, 2001.

домой