Lo scopo di questo articolo è quello di presentare un famoso, “anziano” (ma tuttora in produzione, fabbricato da Intersil Corporation) microprocessore, il cui contributo a diversi progetti elettronici innovativi e di rilevante importanza è stato ampiamente riconosciuto: l’RCA CDP1802 (noto anche come COSMAC)

Quarant’anni fa la missione spaziale Apollo 11, con a bordo i due astronauti N.Armstrong ed E.Aldrin, raggiunse un risultato importantissimo: per la prima volta nella storia un uomo posò i propri piedi sulla superficie lunare. Quest’importantissimo evento è stato ampiamento ricordato dai media in questi ultimi giorni. Questo sito, in particolare, ha dato il suo contributo con questo post - Il primo Computer sulla Luna, focalizzandosi sugli aspetti relativi all’elettronica impiegata per la missione, che contribuì enormemente a decretarne il successo. Le missioni spaziali hanno da sempre impiegato tecnologie d’avanguardia, non solo nel settore elettronico; a questo punto si potrebbe ritenere che le apparecchiature elettroniche ed i computer che vengono installati a bordo dei velivoli spaziali siano in grado di offrire il migliore livello di prestazioni in assoluto. In realtà, ciò non sempre corrisponde alla verità. Per poter volare nello spazio, un dispositivo elettronico deve non solo soddisfare il range di temperature esteso (analogamento a quanto avviene per i dispositivi di tipo militare), ma deve anche essere in grado di sopportare gli elevati livelli di radiazioni (dovuti alla presenza dei raggi cosmici) che si possono trovare nello spazio.

Potrebbe pertanto accadere che il microprocessore che equipaggia il vostro computer desktop sia più recente e offra migliori prestazioni di un modello usato nella stessa epoca per missioni aerospaziali. Lo scopo di questo articolo è quello di presentare un famoso, “anziano” (ma tuttora in produzione prodotto da Intersil Corporation) microprocessore, il cui contributo a diversi progetti elettronici innovativi e di rilevante importanza è stato ampiamente riconosciuto: l’RCA CDP1802 (noto anche come COSMAC) visibile nell’immagine sottostante.

Se un giorno si dovesse scrivere un libro sulla storia dei microprocessori, sicuramente un capitolo andrebbe riservato a questo “antico” ma ancora attualissimo microprocessore.

L’RCA CDP1802 COSMAC è un’unità centrale di tipo CMOS ad 8-bit introdotta sul mercato nel 1976, ed è stato il primo micoprocessore a singolo chip realizzato da RCA.

Il termine COSMAC rappresenta l’acronimo di Complementary Symmetry Monolithic Array Computer, e corrisponde al modo con cui RCA usava definire la propria tecnologia a semiconduttore di tipo CMOS (COS/MOS). Il 1802 è derivato dalla versione precedente, il 1801, che era un microprocessore a doppio chip, ed è basato sulla stessa tecnologia silicon gate CMOS. Rispetto al suo predecessore, il 1802 è più potente e complete, come evidenziato dale seguenti caratteristiche:

• il 1801 era in grado di operare, inizialmente, ad una frequenza di clock pari a 2 MHz, e successivamente a 4 MHz; il 1802 è invece in grado di funzionare ad una frequenza di clock pari a 6.4 MHz (a 10V, una frequenza molto elevata per quei tempi). Inoltre, poichè il 1802 impiega una tecnologia CMOS statica, non ha una frequenza di clock minima; ciò significa che esso può anche lavorare a frequenze di clock molto basse, con un assorbimento di corrente ridotto al minimo
• il 1802 ha un set di istruzioni più ampio del 1801 (91 codici operative contro 59) incluse istruzioni matematiche e di branch; il 1802, tuttavia, risulta compatibile all’indietro con il modello 1801

L’architettura

L’architettura del 1802 è basata su un bus parallelo ad 8-bit con un bus dati bidirezionale ed un bus indirizzi multiplexato: i byte più e meno significativi accedono al bus durante cicli di clock differenti in modo da formare una parola a 16-bit in grado di indirizzare uno spazio di memoria di 64 Kb. Il set di registri si compone di:

• 16 registri general-purpose a 16-bit a cui si può accedere anche a byte (in tal caso diventano 32 registri a 8-bit)
• un registro accumulatore D usato per l’aritmetica e per eseguire gli accessi alla memoria (dalla memoria a D, e poi da D ai registri e vice versa, usando un registro a 16-bit come indirizzo)
• un registro di controllo a 4-bit P, per selezionare uno tra 32 registri come program counter, ed I registri di controllo X ed N per selezionare i registri per l’I/O e per l’operando dell’istruzione corrente
• una porta di output programmabile a singolo bit e 4 pin di input

Il COSMAC viene considerato come un microprocessore con un’architettura ad 8-bit, essendo il registro accumulatore di questa dimensione. Tuttavia, I suoi registri sono a 16-bit (ed 8-bit) ed esso è in grado di indirizzare la memoria esterna con registri a 16-bit. Questa architettura orientata ai registri ha fatto del COSMAC un processore molto efficiente, consentendo una programmazione pulita e semplice da comprendere. Come indicato precedentemente, il COSMAC è stato progettato impiegando la tecnologia CMOS, che contribuì ad introdurre le seguenti caratterisitiche:

• il processore può girare a frequenze molto basse, e persino essere sospeso, in alcune circostanze, allo scopo di preservare la duraa delle batterie
• può operare con range di temperature esteso
• tollera molto bene le interferenze elettroniche
• può operare anche in presenza del livello di radiazioni presente nello spazio

Tutte queste caratteristiche hanno contribuito a rendere il COSMAC il primo microprocessore utilizzato nelle missioni spaziali. Il modello 1801 fu utilizzato nel 1978 come controllore principale di un satellite (OSCAR), e diverse altre imprese spaziali adottarono il COSMAC come microprocessore: il Voyager (1802), il Viking, Galileo, e persino lo Space Shuttle (il COSMAC era responsabile dei sistemi TV). Occorre osservare come i modelli di COSMAC che volarono nello spazio erano versioni speciali irrobustite per sopportare le radiazioni e le scariche elettrostatiche (ESD), ed essi furono sviluppati insieme ai Sandia National Laboratories. In particolare, essi erano basati sulla tecnologia CMOS/SOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor / Silicon On Sapphire), una tecnologia per circuiti integrati sviluppata inizialmente dal Dipartimento della Difesa e successivamente messa in produzione da RCA.
Il 1802 è anche il microprocessore più distante dalla Terra, essendo stato utilizzato sul Voyager, l’oggetto costruito dall’uomo più distante dalla Terra, con una distanza di circa 100 A.U. (A.U. è l’Astronomical Unit, equivalente a 149598000 kilometri). L’immagine seguente mostra la copertina dello User Manual per il microprocessore COSMAC CDP1802

Il COSMAC ELF

Nel 1976, la famosa rivista Popular Electronics pubblicò una serie di articoli in cui il 1802 era utilizzato per la realizzazione del "COSMAC Elf" (vedi foto sottostante), uno dei primi computer ad uso hobbystico disponibile anche in kit. Nello stesso periodo, diverse società cominciarono ad offrire prodotti simili basati sul processore COSMAC.