Hitachi 6309

Gyártási technológia

A 6309-es CMOS technológiával, míg a 6809 NMOS technológiával készült eszköz. A CMOS technológia fogyasztása kisebb, mint az NMOS alapú eszközöké, emiatt a 6309 működéséhez kevesebb energiát igényel: fogyasztása kisebb, hőtermelése is alacsonyabb, mint a 6809-nek. Ezen felül a 6309-es egy teljesen statikus eszköz, ami nem veszíti el a belső állapotinformációt az órajel vagy feszültségszint változásaival (a statikus logikával készült eszközök érzéketlenek az órajel változásaira, az órajel akár teljesen ki is maradhat, az eszköz akkor sem veszti el az állapotinformációit; a statikus eszközök emellett gyorsabbak, ám drágábbak is a dinamikus, órajelvezérelt eszközöknél). Ennek egyik következménye, hogy a processzor külső DMA-val használható, anélkül, hogy szüksége lenne memóriafrissítésre minden 14. órajelciklusban, mint ahogy ez a 6809-nél van.

Órajel

A 6309-nek van egy B (2 MHz-es) változata is, a 6809-hez hasonlóan. Ugyanakkor, egy „C” sebességosztályú processzort is készítettek, amely vagy 3,0, vagy 3,5 MHz-es maximális órajelen futott, attól függően, hogy melyik adatlapot nézzük. (Több japán számítógép készült 3,58 MHz-es órajelű 63C09 CPU-val, ahol a 3,58 MHz az NTSC szabvány szerinti színsegédvivő jel frekvenciája, így a processzorsebességnél a 3,5-höz közeli érték a valószínű).

Különböző források szerint a 63C09 változat akár 5 MHz-es órajelen is képes futni, mindenféle káros mellékhatás nélkül. A 6809-hez hasonlóan, a Hitachi processzora is belső és külső órajelű változatokban jelent meg: HD63B/C09 és HD63B/C09E jelölésekkel.

Számítási hatékonyság

Alapértelmezésben a 6309 kompatibilis módban (másként emulációs módban) indul, amelyben működése teljesen megegyezik a 6809-essel. Üzemmódja átkapcsolható úgynevezett natív módra, melyben az utasítások nagy részét kevesebb órajelciklus alatt hajtja végre. Ez a végrehajtás sebességét akár 30%-kal is megnövelheti.

Hozzáadott regiszterek

• Két újabb 8 bites akkumulátor: 'E' és 'F'. Ezek összevonhatók egy 16 bites 'W' jelű akkumulátorrá. A 6809-es architektúrában már meglévő 16 bites 'D' akkumulátor összevonható a 'W'-vel úgy, hogy ez a kettő egy 32 bites akkumulátort alkosson: ennek a jele 'Q'. A 'D' rövidítés valószínűleg a „double” (kétszeres), a 'Q' pedig a „quad” (négyszeres) szóból ered, ami a regiszterek bájtméretére utal.
• 'V' átvitelregiszter – regiszterek közötti átviteli utasításokhoz. Értékét megtartja hardver reset alatt és után, így egy állandó érték megőrzésére és átadására használható. A 'V' a „value” (érték) szóból ered.
• '0' 8/16 bites nulla-regiszter – a nulla állandót használó műveletek gyorsítására. Ez a regiszter olvasáskor mindig nullát ad vissza, a regiszterbe történő írás nem hajtódik végre.
• 'MD' üzemmód-regiszter – másodlagos feltételkód-regiszter, amely az üzemmódot és a megszakításkezelést vezérli. A regiszter 8 bites, de ebből a processzor csak 4 bitet használ. Az MD 0. bitje határozza meg az üzemmódot: 0 = 6809 emulációs mód, 1 = 6309 natív mód.

Új utasítások

A legtöbb új utasítás a meglévő utasítások változata, alkalmassá téve az újabb regiszterek kezelésére, például a betöltés/kiírás és az aritmetikai műveletekben. A 6309 saját új utasításokat kapott a regiszterek közötti aritmetika, blokkos adatátvitelt, hardveres osztás és bitszintű műveletek végzésére. A 6309-es kiterjesztett utasításai és címzési módjai mind az emulációs, mind a natív módban elérhetők.

További hardverjellemzők

Lehetséges a megszakítási üzemmód változtatása: a gyors megszakításkezelés (FIRQ) során a normál 6809 működés szerint csak a PC és CC regisztert menti el a processzor, a 6309-nél beállítható, hogy a FIRQ a teljes regiszterkészlet elmentse a verembe, mint a hagyományos megszakításkezelésben. Ezen felül a 6309-nek van két csapdázó megszakítása (trap), egy az illegális utasítások lehívásakor keletkezik, és egy a nullával való osztás kezelésére. Az illegális utasítás-csapda nem maszkolható.

Szoftveres jellemzők

A 6309-esnek két üzemmódja van: az emulációs mód és a natív mód. Az emulációs módban a 6309-es ugyanazokat a jellemzőket mutatja, mint a 6809-es. Ezek az alábbiak:

• 10 címzési mód
  • 6800-kompatibilis módok
  • rövid címzés: bármely 256 bites memóriablokk közvetlen címzése
  • hosszú relatív elágazáscímzés
  • programszámlálóhoz viszonyított (PC-relatív) címzés
  • valódi indirekt címzés
  • indexelt címzés 0, 5, 8 vagy 16 bites konstans címeltolással, 8 vagy 16 bites akkumulátor eltolással (offsetként), autoinkremens és autodekremens (automatikus címnövelés és -csökkentés) 1 vagy 2 értékkel
• fejlett veremkezelés
• az utasítások száma 1400 feletti, minden címzési módot beleszámítva
• 8 × 8 bites előjel nélküli hardveres szorzás
• 16 bites aritmetika

A 6309-esben kibővítették az utasításkészletet és a regisztertömböt, újabb címzési módokat vezettek be, amelyek még az emulációs módban is működnek. Ezek a következők:

• két újabb regiszter: 'E' és 'F', amelyek együttesen a 16 bites 'W' regiszterként használhatók
• a 'D' és 'W' regiszter egy 32 bites 'Q' regiszterré vonható össze
• Új utasítások:
  • 16 × 16 bites hardveres szorzás
  • 32/16 bites és 16/8 bites hardveres osztás
  • megszakítható memória-memória blokkmozgatás
  • regiszterek közötti aritmetikai és logikai műveletek
  • bájtorientált bitműveletek
  • egybites aritmetikai és logikai utasítások
• Újabb indexelt címzési módok:
  • E-, F- és W-eltolás a 6809 indexregiszterhez képest, választható indirekcióval
  • automatikus címnövelés és -csökkentés 2-vel a 'W' regiszterben, választható indirekcióval
  • 0 címeltolás a 'W' regiszterhez
  • 16 bites címeltolás a 'W' regiszterhez
• automatikus alacsony fogyasztású üzemmód a SYNC (stop, várakozás és folytatás) és CWAI (feltételbit törlés és várakozás megszakításra) utasítások alatt
• érvénytelen művelet csapda (trap megszakítás)
• nullával való osztás csapda
• 16 bites aritmetika

Natív módban a processzorműveletek kissé változnak:

• sok utasítás gyorsabb végrehajtása (tipikusan 15%-os sebességnövekedés)
• megszakítás kiszolgálásakor a vezérlés a 'W' regisztert is elmenti és visszatölti

Minden új utasítás és címzési mód elérhető mind natív, mind emulációs üzemmódban. A processzor emulációs módban indul (a RESET törli az üzemmódot jelző bitet), ezután az állapota bármikor átváltható a két üzemmód között (LDMD utasítás).