Texas Instruments’ 7400 TTL (1966)

Een digitale NAND poort is een schakeling met twee ingangen A en B en één uitgang Y die de wiskundige formule NIET(A EN B) representeert. De schakeling is met twee transistoren en twee weerstanden opgebouwd en gaat uit van genormaliseerde spanningswaarden op de ingangen die de logische waarden ‘1’ en ‘0’ representeren. De uitgang Y toont de NAND formule met elektronensnelheid, ongeveer de snelheid van het licht in een vacuüm. De NAND poort werd door Texas Instruments in 1966 in viervoud in een epoxy 14-pins DIL behuizing als de ‘Quadruple 2-input positive-NAND gate’ op de markt gebracht en zou de start van het digitale tijdperk inluiden.

2-input NAND gate uitgevoerd met twee transistoren en twee weerstanden

Op de routekaart naar microprocessoren zoals we die vandaag de dag kennen staan een aantal belangrijke vindingen: de halfgeleider, fotolithografie en geïntegreerde circuits, digitale elektronica en elektronische digitale logische poorten en binaire logica en de Von Neumann architectuur voor processoren die volledig met digitale elektronica is op te bouwen. De rol van Texas Instruments is hier van doorslaggevend belang geweest, met zowel de vinding voor de toepassing van fotolithografie voor de realisatie van miniatuur elektronische ‘bouwblokken’ door Jack Kilby in 1959, geïntegreerde schakelingen eveneens door Jack Kilby in 1966, de grootschalige vermarkting van digitale elektronica met de 7400-serie in 1966 en de uitvinding van de microprocessor door Gary Boone in 1971.

Digitale elektronica was in 1966 voor de meeste elektronici een onbekend fenomeen. De introductie van de 7400-reeks van digitale schakelingen in eenvoudig toepasbare en betaalbare elektronische bouwblokken was allesbepalend voor het succes van de praktische digitale elektronica. Toen ikzelf elektronica studeerde waren ‘analoge elektronica’ en ‘digitale elektronica’ twee gescheiden vakgebieden met enig, maar niet al te veel, overlap. Waren in de analoge elektronica vooral de halfgeleiders (diodes en transistoren en hun vervangingsschema’s) de belangrijkste spelers, in de digitale elektronica werkte je met Karnaugh-diagrammen en logische poorten die alleen bij de introductie ervan de transistorvervangingsschema’s bespraken. Texas Instruments was de grootste speler op het gebied van digitale IC’s en hun toepassingsgids “The TTL Data Book for Design Engineers” was het belangrijkste naslagwerk voor iedere elektrotechnisch ingenieur.

De transistorschakelingen van de vier NAND poorten van de 7400 in een geïntegreerd circuit

Digitale schakelingen ontlenen hun belangrijkheid aan de binaire logica, die in de basis uit drie eenvoudige formules bestaat waarvan de uitkomst in de vorm van ‘waarheidstabellen’ kan worden gerepresenteerd:

  • Y = A EN B
  • Y = A OF B
  • Y = NIET(A)

De drie formules kunnen worden gecombineerd tot complexere formules, zoals:

  • Y = A NIET-EN B is equivalent aan Y = NIET(A EN B)
  • Y = A X-OF B is equivalent aan Y = ( A EN NIET(B) ) OF ( NIET(A) EN B )
  • Y = A NIET-OF B is equivalent aan Y = NIET(A OF B)

Elk van de formules heeft een schemasymbool dat ervoor zorgt dat digitale schakelingen eenduidig kunnen worden ontworpen:

Schemasymbolen voor digitale bouwblokken

Texas Instruments besloot in 1966 al dit soort digitale ‘waarheden’ in de vorm van eenvoudig met elkaar te combineren geïntegreerde circuits aan de massa beschikbaar te stellen in de vorm van wat zij noemden ‘TTL chips’. TTL staat voor ‘Transistor-to-Transistor-Logic en representeert het gebruik van transistoren voor het opbouwen van digitale schakelingen voor logische ‘1’ (3-5 volt) en ‘0’ (0-1 volt) signalen.

Met de TTL IC’s kunnen complexe digitale schakelingen worden opgebouwd aan de hand van de logische formules. Een halve opteller bijvoorbeeld telt twee enkele binaire cijfers A en B op. Het heeft twee uitgangen, som (S) en overdracht (C). Het overdracht-signaal vertegenwoordigt een overloop naar het volgende cijfer van een meercijferige optelling. De waarde van de som is 2C + S. De halve opteller wordt met één XOR en één NAND poort opgebouwd, hetgeen met één 7400 TTL chip te realiseren is.

Externe links

Signetics’ 555 timer IC (1972)

Door de jaren heen hebben hobbyisten en ingenieurs diverse gebieden ontdekt waar ze een 555 timer konden gebruiken: van temperatuurmetingen tot spanningsregelingen en van timer tot tijdtoepassingen heeft dit IC bewezen een betrouwbaar bouwblok te zijn. De drie belangrijkste toepassingen: generator van blokvormige spanningen, inschakelvertraging en elektronisch schakelen worden met een handvol externe componenten bepaald en hiermee is de 555 uiterst veelzijdig gebleken.

Een 555 timer IC is een 8-pins chip met 25 transistoren, 2 diodes en 15 weerstanden die zijn toepassing vindt in timer-, oscillatie- en pulsgeneratiecircuits. Hans R. Camenzind, toen werkzaam voor Signetics Corporation, ontwierp de eerste 555 timer IC in 1971 en kwam na enkele interne reviews uit op de nu bekende 8-pins verpakking waarbij een externe weerstand en condensator voor de precieze werking en timing eigenschappen zorgt.

In 1972 begrepen ze bij Signetics al dat ze met de 555 een spectaculair product in de markt gingen zetten die nog jaren voor een substantiële meerwaarde in het elektronicaveld zou zorgen. Er werd door de afdeling vormgeving dan ook extra werk verricht om het toepassen van de 555 ook voor nieuwelingen eenvoudig en snel te maken. Speciale aandacht werd besteed aan het gebruik van logische niveau’s, een concept dat toen nog slechts enkele jaren in opkomst was en wat bij vele analoog geschoolde elektronici een eerste kennismaking zou zijn met digitale schakelingen.

Externe links

Motorola’s 6809 (1978)

De Motorola 6809 is een 8-bit microprocessor afgeleid van de Motorola 6800 en de MOS Technology 6502, maar met enkele 16-bit eigenschappen en enkele duidelijke en innovatieve verbeteringen, zoals een relatieve adresseerbaarheid: de mogelijkheid om een programma op iedere plek in het geheugen te draaien, in plaats van alleen vanaf de geheugenlocatie waar het programma oorspronkelijk voor was geschreven.

De 6809 was op veel manieren een snellere versie van de 6800 en 6502, maar had intern nog steeds de 8-bits adresbus, ook al was deze naar de buitenkant in 16-bits gebracht. Een jaar na de introductie van de 6809 zou Motorola de 68000 familie van processoren op de markt brengen, die een echte interne 16-bits adresbus hadden en een veel uitgebreidere instructieset. Maar hoewel de glorietijd van de 6809 dus niet lang is geweest, heeft de 6809 toch een lange levensduur gekend. Hij werd onder andere toegepast in de Vectrex game console, de TRS-80 Color Computer en de Dragon 32 home computer.

Omdat Motorola weinig interesse meer had in de 6809 toen het zelf met de 68000 processoren op de markt kwam, ging Hitachi de processor vanaf 1978 onder eigen naam en label produceren. De 6303 was een directe kloon van de 6809 die in drie verpakkingen werd geproduceerd: de DP-64 dual-in-line package, de FP-80 surface mount en de CP-68 chipvoet surface mount. In de FP-80 verpakking kwam de 6303 onder meer voor in de Psion Organiser II.

Externe link

Roland Moreno’s chipkaart (1974)

Als je in 1974 over “met plastic betalen” sprak, bedoelde je betalen met een magneetstrip. Zo’n magneetstrip was foutgevoelig, gemakkelijk te kopiëren en erg kwetsbaar. Niet heel modern ook. Roland Moreno bedacht dat er met een kleine microcontroller veel meer mogelijk was en kwam in 1974 met de chipkaart, die ook wel ‘smart card’ werd genoemd. Deze kaart was voorzien van een chip met software erop. De stroomvoorziening werd door de lezer van de chipkaart verzorgd.

Het prototype van de chipkaart bestond uit een printplaat ter grootte van een bankpas met daarop een verzonken gemonteerd programmeerbaar ROM-geheugen van 2 kilobit, voorzien van een kaartrandaansluiting. Daar was nog niks slims aan: het was letterlijk een geheugenkaartje. Al snel kwam hij echter op het idee om een microcontroller te gebruiken, zodat er versleutelde gegevensuitwisseling mogelijk werd. Twee Duitse uitvinders, Jürgen Dethloff and Helmut Gröttrup, hadden in 1969 al eens een plastic kaartje met een elektronisch circuit bedacht, maar het was Moreno die het patent van de chipkaart in Frankrijk op 25 maart 1974 op zijn naam wist te zetten.

De chipkaart werd ontworpen als chip-in-plastic, elektrisch verbonden met een kaartlezer middels goudkleurige sleepcontacten. Moreno’s chipkaart wordt gezien als een contactvoerende chipkaart, waarbij de communicatie tussen chip en lezer, en de voeding van de chip in de kaart, met een galvanische verbinding plaatsvindt. Een modernere variant is de contactloze chipkaart, waarbij de communicatie (en voeding) tussen chip en lezer draadloos plaatsvindt.

De eerste toepassing van de chipkaarten was het gebruik als telefoonkaart, een betaalmiddel voor openbare telefooncellen. Deze kaarten werden vanaf 1990 door Schlumberger in licentie geproduceerd voor France Telecom en het Zweedse Telia. Schlumberger speelde hierna een grote rol bij het produceren van de SIM kaarten die later voor GSM telefoons zouden worden gebruikt. Een andere wereldwijde toepassing waren bankpassen.

Bankpassen maakten voor de uitvinding van de chipkaart nog gebruik van magneetstrips maar schakelden later massaal over naar chipkaarttechnologie.

Texas Instruments’ TMS1000 (1974)

De TMS1000 is een familie van microcontrollers die door Texas Instruments in 1974 op de markt werden gebracht. In de TMS1000 werd een 4-bit microprocessor gecombineerd met ROM, RAM en I/O lijnen die een complete computer op een chip vormden. En hoewel Intel met het uitbrengen van de 4004 in 1971 de eerste microprocessor op de markt bracht, is het patent voor de microprocessor, en later voor de microcontroller, aan Texas Instruments toegekend. De TMS1000 was in grote hoeveelheden voor een lage prijs beschikbaar. In 1974 kostte een TMS1000 ongeveer 2 dollar en in 1979 werden er 26 miljoen exemplaren per jaar van dit onderdeel verkocht. De TMS1000 werd door Texas Instruments in haar eigen Speak & Spell en rekenmachines gebruikt, maar verder kwam je de TMS1000 werkelijk overal tegen: van speelgoed tot magnetrons. De ingebouwde ROM kon niet worden hergeprogrammeerd, zodat de TMS1000 uitsluitend voorgeprogrammeerd werd geleverd aan producenten die hun producten van een microcontroller wilden voorzien.

De TMS1000 familie bestond uit tientallen varianten en daarmee typenummers. Elke variant had een eigen hoeveelheid ROM, RAM, I/O-lijnen of specifieke chipbehuizing. Omdat er gebruik werd gemaakt van mask programmable ROM, het soort readonly geheugen dat alleen door de fabrikant kan worden geprogrammeerd, werd een lid van de TMS1000-familie voorzien van een MP-nummer, waarmee de precieze ROM-vulling voor een afnemer werd aangeduid. De TMS1000 uit de Milton Bradley Simon had bijvoorbeeld het nummer MP3226. De in de Texas Instruments Speak & Spell gebruikte TMS1000 heette de TMC0271N2L. Hiernaast produceerde TI verschillende TMS1000 met een eigen toepassing, zoals de TMS1117 voor een magnetron en de TMS1121 voor een digitale klok.

Externe links

Radio Corporation of America’s CDP1802 (1976)

De RCA (Radio Corporation of America) CDP1802 is een 40-pins, 8-bits CMS microprocessor die aan het begin van 1976 op de markt werd gebracht. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Bijzondere van deze microprocessor is de COSMAC architectuur, afwijkend van de meeste andere 8-bit microprocessoren van die tijd. Ook het gebruik in de vroege ruimtevaart is kenmerkend.

Het meeste ontwikkelwerk voorafgaande aan de CDP1802 microprocessor werd door Joseph Weisbecker uitgevoerd, die in 1976 ook een goedkope zelfbouw single board computer met een RCA CDP1802 in het maandblad Popular Electronics zou publiceren. Ook de latere COMX-35 homecomputer zou, als één van de weinige home computers werken met een CDP1802.

Door de CMOS basis van de microprocessor was het mogelijk om de kloksnelheid te variëren, tot 0 Hz als dat nodig was, een effectieve manier om het stroomverbruik tot bijna 0 terug te schroeven. Hierdoor, en het feit dat het productieproces de microprocessor resistent maakte tegen straling en temperatuurwisselingen, werd de CDP1802 als microprocessor in de vroege ruimtevaart toegepast, zoals in het Galileo ruimtevaartuig en de Hubble telescoop.

Memorabele toepassingen

  • DMSP (meteorologische, oceanografisch en aarde-zon metingen voor de Amerikaanse Department of Defense) (1973)
  • UoSAT-1 (ook UO-9 of UoSAT-OSCAR 9, communicatiesatelliet voor amateur radioverkeer) (1981)
  • UoSAT-2 (ook UO-11 of OSCAR-11, communicatiesatelliet voor amateur radioverkeer) (1984)
  • Viking
  • Voyager (3 1802’s)
  • Dynamics Explorer A & B
  • Galileo
  • Space Shuttle (TV systemen)
  • Chrysler (elektronische ontsteking in auto’s)
  • RCA en Radio Shack video games
  • Elf computers en ETI-660 computers (1976)

Externe links

Motorola’s 68HC11 (1985)

De Motorola 68HC11 is een 8-bit microcontroller die in 1985 op de markt kwam. De 68HC11 is afgeleid van de Motorola 6800 microprocessor en wordt breed toegepast in de automobielindustrie, barcode lezers, mobiele robots en een groot scala van andere microcontroller-toepassingen.

De 68HC11 microcontroller was een tijdje het lievelingetje van Elektor, het internationale elektronicatijdschrift.

De 68HC11 staat centraal in het Rug Warrior project van Jones en Flynn.

MOS Technology’s 6502 (1975)

Naast, of misschien zelfs nog wel meer dan, de Zilog Z80 is de MOS Technology 6502 microprocessor bepalend geweest voor de ontwikkeling en evolutie van computers zoals we die vandaag kennen. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Een lange lijst van home computers, maar ook randapparatuur en spelconsoles, werden ontworpen en geproduceerd met een 6502 als kloppend hart.

De 6502 werd ontworpen door een klein team van chipontwerpers die daarvoor bij Motorola aan de 6800 microprocessor hadden gewerkt. Hoewel er inhoudelijke verschillen zijn, lijken de chipontwerpen van beide microprocessoren veel op elkaar. Een rechtszaak met Motorola kon dan ook niet uitblijven, maar werd onderling geschikt; mogelijk omdat enkele van de patenten op de 6800 bij ontwerpers van de 6502 lagen.

Een single board computer, de KIM-1, werd door MOS Technology ontworpen en geproduceerd om hobbyisten de mogelijkheid te geven om met de 6502 bekend te raken. Dit bleek een populair product, evenals de Apple I, die in 1976 werd geïntroduceerd. De 6502 werd vervolgens gebruikt in de Commodore PET en de Apple II, die beide in 1977 het licht zagen. In dat jaar en de jaren erop werd de 6502 gebruikt in home computers en game consoles van onder andere Atari (2600, XL, 400/800), Commodore (VIC-20, 64) en Nintendo (NES).

MOS Technology werd in de begindagen vrij snel overgenomen door Commodore omdat ‘moederbedrijf’ Motorola met verschillende rechtszaken dreigde en voldoende grond had om die te winnen.

Externe links

Intel’s 4004 (1971)

De Intel 4004 is de eerste processor die volledig op één chip is gebouwd. Intel lanceerde deze in 1971 en noemde het een microprocessor, om onderscheid te maken met eerdere processoren waarvan de onderdelen in verschillende chipbehuizingen (of systeemdelen) waren ondergebracht. Maar hoewel Intel de eerste was die een microprocessor op de markt bracht, ligt het patent bij Texas Instruments, die het ontwerp voor de TMS1000 eerder had gemaakt maar deze toen nog niet op de markt had gebracht.

De 4004 is een 4-bits-processor. Hij kan maar met 4 bits tegelijk bewerkingen doen. Bewerkingen met getallen van 16 (24) of groter moet hij in meerdere stappen doen. Het tientallig (BCD) rekenen verraadt waar hij oorspronkelijk voor ontwikkeld is: voor kantoorrekenmachine.

De 4004 heeft 2300 transistors. Zoveel waren er in die tijd nog nooit op één chip geplaatst. De 4004 heeft een instructieset van 46 instructies, 41 van 8 bits en 5 van 16 bits, en hij heeft een maximale kloksnelheid van 740 kHz.

Intel ontwikkelde in 1969 vier chips voor een rekenmachine van een Japanse klant; de chipfamilie bestond uit de 4004 microprocessor, passende ROM- en RAM-chips en een I/O chip. In 1971 werden de rechten van het ontwerp teruggekocht en bracht Intel de vier chips onder eigen naam op de markt, vergezeld van een postercampagne getiteld “Announcing a new era of integrated electronics”.

Intel’s 8080 (1974)

De Intel 8080 was een 8-bits microprocessor ontworpen en gefabriceerd door Intel vanaf april 1974. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. De 8080 werd gebruikt de MITS Altair 8800 en de IMSAI 8080, waarmee de basis gelegd werd voor machines met het CP/M-besturingssysteem. De grootste concurrent in die tijd was de 6502 van MOS Technology. De ontwerpers van de processors begonnen na een verschil van mening met Intel hun eigen fabriek en brachten de kloon Z80 op de markt. Die processor is veel uitgebreider maar verder volledig compatibel met de 8080 en bracht een microcomputer revolutie teweeg.

Intel’s 8086 (1978)

Twee jaar nadat Zilog de markt voor microprocessoren van Intel had afgesnoept met de Z80 kwam Intel met een geheel nieuwe microprocessor, de Intel 8086. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Mogelijk omdat de oorspronkelijke ontwerpers van de 8080 nu Zilog hadden opgericht was de 8086 niet backwards compatible met de 8080. Belangrijk verschil met zijn voorganger was de 16-bits architectuur en 20-bits adresbus. Dit laatste maakte een groter geheugenbereiken tot 1MB mogelijk en daarmee aanzienlijk grotere programma’s en complexere user interfaces. Het nadeel was echter dat geen van de oude generatie interface chips kon worden hergebruikt. Intel bracht daarom vrij snel een 8088 uit, een 8086 met extern een 8-bits databus. Deze 8088 microcroprocessor werd door IBM in de eerste generatie IBM PC’s gebruikt.

Zilog’s Z80 (1976)

“Kunnen wij ook en beter”, moet start-up Zilog gedacht hebben toen Intel met hun 8080 microprocessor op de markt kwam; de Zilog Z-80 (later als ‘Z80’ gespeld) uit 1976 was een kloon van compatible met de 8080 met extra registers en adresseringsmogelijkheden, voor een veel lagere prijs. Enkele jaren daarvoor had MOS Technology, opgericht door ontwerpers die bij Motorola de 6800 microprocessor hadden ontwikkeld, net de 6502 microprocessor uitgebracht. De Z80 was net als de 6502 een instant succes en het duurde tot ver na 1984 voordat Intel opnieuw marktleider werd met de Intel 8088. Wat volgde was het tijdperk van de single board computers zoals de Micro Professor, de Radio Shack TRS-80 model 1, home computers zoals de Sinclair ZX80, en een hele horde Z-80-gebaseerde MSX computers.

Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Zilog werd opgericht door enkele van de Intel medewerkers die de Intel 4004 en 8080 microprocessors hadden ontworpen. Het is opvallend dat Intel nooit werk heeft gemaakt van hun weggelopen designers en dat de opvolger van de 8080, de Intel 8086, niet backwards compatible was.

De Z80 had een 8-bits architectuur met een 16-bits adresbus, hetgeen een maximum adresseerbaar geheugen van 64K mogelijk maakte. De Z80A-processor werd toegepast in de Tandy TRS-80 computer, de Sinclair ZX80, ZX81 en ZX Spectrum homecomputers, de MSX-homecomputers, de Amstrad CPC, de Philips P2000, de professionelere Exidy Sorcerer en veel CP/M-computers. Maar ook bijvoorbeeld in de dam- en schaakcomputers (Checker Challenger en Chess Challenger) van Fidelity. Tegenwoordig wordt de Z80 nog gebruikt in diverse apparaten, zoals taxameters en grafische rekenmachines, zoals de Texas Instruments TI-84 Plus.

Externe links

Motorola’s 6800 (1974)

De Motorola 6800 is een microprocessor die werd ontwikkeld door Motorola en vlak na Intel’s 8080 in 1974 op de markt werd gebracht. Een microprocessor bevat alle functies van een processor (accumulator, programmateller, statusregister, stackpointer en arithmetic logic unit) in een enkele chipbehuizing. Een kloon van de 6800, de MOS Technology 6502, werd toegepast in veel game consoles en home computers zoals de Atari 2600, Atari 400/800, Apple II, Commodore VIC-20, Acorn Atom en Nintendo Entertainment System (NES).

De opvolger van de 6800, de Motorola 68000 die werd uitgebracht in 1979, werd toegepast in de Apple Macintosh en de Sinclair QL.

Intel 8052AH-BASIC (1986)

De Intel P8052AH-BASIC is een 40-pins 8-bit microcontrollerchip uit de Intel MCS-51 familie van microcontrollers. De Intel MCS-51 (meestal ‘8051’ genoemd) is een Harvard architectuur CISC microcontroller ontwikkeld voor gebruik in apparaten en voertuigen en was vooral populair in de jaren ’80 en ’90. Verschillende afstammelingen van deze serie zijn ook vandaag de dag nog in gebruik.

De 8052AH-BASIC was om verschillende redenen bijzonder: het bevatte een eenvoudige terminalserver met een ingebouwde editor, zodat programma’s met een seriële terminal of terminalemulatieprogramma beheerd konden worden. Ook de ingebouwde MCS-51 BASIC maakte deze microcontroller speciaal.

Elektuur kwam met het november 1987 nummer met het ontwerp van een microcontrollerboard gebaseerd op de 8052AH-BASIC.

De 8052 microcontroller werd gebruikt als DSP processor op de Creative SoundBlaster serie geluidskaarten voor PC’s.