MOS 6502

MOS Technology MCS6502 计算机芯片是 MOS Technology, Inc. 的一款 8 位微处理器，于 1975 年发布。 由于其结构简单，最重要的是，与当时性能相当的英特尔和摩托罗拉处理器相比，它的价格非常低，因此被用于许多家用电脑, 许多国际象棋计算机 (例如 5 或 10 MHz 的 Mephisto Polgar), 在世界上xxx台 skat 计算机 Skat Champion, 许多xxx设备和许多用于控制和开发目的的单板计算机。 该处理器是在 Chuck Peddle 的指导下开发的。

该处理器系列的其他成员也非常成功，例如 Commodore 64 中的处理器 6510 和 Atari 游戏机中的 6507。 MOS Technology 当时的主要竞争对手是 Zilog，其 Z80 被用于许多 CP/M 计算器以及 Sinclair 和 Amstrad/Schneider 家用电脑中。

6502 的设计基于 8 位摩托罗拉 6800 处理器（不要与较新的摩托罗拉 68000 混淆），并且基于将 6502 作为微控制器的一部分使用。 6502 和 MC6800 的指令集相似，但 6502 使用两个 8 位变址寄存器，而不是 MC6800 的一个 16 位变址寄存器，其值作为指令执行的一部分，基于程序代码（xxx索引寻址）或在内存中（间接索引寻址）可以被添加。 为此，6502 程序需要分段寻址大于 256 字节的数组。

相比之下，在相同的上下文中，其他 8 位 CPU（例如 MC6800 或 Z80）具有 16 位索引寄存器，其值可以添加到程序代码中指定的 8 位地址； 这些 CPU 没有将索引寄存器的值添加到内存中的地址的选项。

例如，变址寄存器可以用作复制过程的地址计数器，在程序代码的循环中使用专用命令将变址寄存器增加或减少 1，然后通过同一命令测试值零。 如果先前遇到零值，则紧随其后的命令将终止循环。 更有效地执行此类用例的命令，例如 B、Z80的LDIR命令，6502没有。

然而，更简单的命令集意味着 6502 程序通常比执行相同操作的 MC6800 或 Z80 程序需要更多的内存； 此外，与用于其他 8 位处理器的相应编译器相比，用于高级编程语言（如 Pascal 或 C）的符合标准的编译器在 6502 上的实现难度要大得多，并且生成的代码速度更慢。 这样做的主要原因是 6502 的堆栈被限制为 256 字节，因此大多数现代高级语言所需的更大堆栈必须在软件中重现。 此外，为了保持芯片面积小，6502 只有一个累加器，而 MC6800 有两个累加器 A 和 B。

cc65 通常用作 6502 的 C 编程语言的交叉编译器。 或者，6502 可用于模拟一个简单的虚拟 CPU，然后将其指令集视为微代码。

6502 的 64 KB 地址空间根据 16 位地址的高字节改变其值的页面边界分为几个区域， 每页代表一个连续的 256 字节块：

• 零页（地址空间的前 256 个字节）：它实际上用作寄存器组，可以特别快速地访问其内容，两个连续的字节可以用作各种间接寻址类型的 16 位值.
• 接下来的256字节作为栈内存（stack page），从上往下增长。 如果使用的堆栈深度受到控制，则此页面的下部通常用于其他目的（如普通 RAM）。
• 除最后 6 个字节外，所有剩余区域均可用于任何 RAM、ROM 或内存映射 I/O。 与 Z80 不同，6502 没有隔离 I/O。
• 在地址空间的最后 6 个字节中有三个 16 位指针（也称为向量）用于“正常”中断 (IRQ) 和 BRK 指令 、复位信号和非屏蔽间中断 (NMI)，此处指定的低位地址始终包含相应 16 位指针值的第 7 位到第 0 位以及高位地址的第 15 位到第 8 位。 如果 CPU 使用 BRK 命令启动相应的中断请求处理，则相应的指针值将加载到程序计数器中。 为了使这些内存位置在复位时包含定义的值，操作系统或固件 ROM 通常位于地址范围的上端，而 RAM 从地址零开始。 在硬件复位的情况下，在内存中从地址 0 开始的程序不会像许多其他处理器那样被简单地处理，而是将两个地址 FFFC16-FFFD16 中的向量复制到程序计数器中，然后然后从该位置处理存储在那里的程序。
• 通常，CPU 在每个时钟周期从地址空间中的存储单元读取或写入一个字节一次。 但是，如有必要，可以通过将 CPU 的 RDY 引脚设置为低电平以与寻址的存储器或xxx组件同步来延迟 CPU 的读取访问。 这会冻结 CPU 的内部状态， 当前微指令没有执行完，地址总线驱动不变。 此外，CPU 的数据总线驱动器（与每次读取访问一样）处于高阻抗状态。 如果存储器或外设模块最终能够提供数据总线上的字节，则与周期同步地再次设置RDY信号为高电平。 然后 CPU 读取数据字节并完成当前的微指令。 然而，在写访问的情况下，RDY 信号被 CPU 忽略。
• RDY 信号也可用于停止 CPU 以进行 DMA 访问。 由于 CPU 仅在读访问时进入等待状态，在此之前最多可以经过三个时钟周期（BRK 指令的三个连续写访问代表最坏的情况）。 由于在 DMA 期间，地址总线和读/写线必须由 DMA 控制器单独控制，而 6502 - 与数据总线相反 - 连续控制它们，因此必须使用附加电路在 DMA 控制器之间切换控制和 6502 能够 为此，多路复用器芯片。 B、可以使用74LS157或6502的地址总线缓冲芯片等。 B. 74LS244，其输出可以切换为高阻抗。 或者，可以使用 6510，例如，其地址总线驱动器可以通过其 AEC 引脚切换为高阻抗。

除了使用 RDY 信号外，还有其他方法用于执行 DMA 以及 6502 的内存访问：

只要寻址存储器的访问时间允许，DMA 可以在 6502 时钟周期的前半部分发生，因为 6502 仅在其时钟周期的后半部分执行与存储器的数据传输。 这个程序是z。 B. C64中的视频芯片VIC II使用的。

此外，可以将 6502 的时钟输入 Φ0 处的信号保持为低电平，从而使 6502 的内部状态冻结。 然而，这只能在 6502 上维持有限的时间，因为它的动态内存，i。 H。 它的容量，随着时间的推移而放电。 这种方法是由 Atari 400 和 Atari 800 中的 ANTIC 芯片使用，它使 6502 停止大约 54 μs。

从技术上讲，MOS Technology 对 6502 进行了相当创新：

• 与同时代的其他微处理器相比，它已经包含一个集成时钟发生器，它只需要一个外部时钟信号，并且它本身会为其内部电路生成两个不重叠的时钟信号（Φ1 和 Φ2）。
• 它是xxx个具有基本（两级）流水线架构的微处理器，即。 H。 直到后续操作码的xxx个操作数（即操作码后面的字节）的加载期间，先前加载的操作码的微指令仍然可以在内部执行。 然而，具有多个命令的重叠读写访问的真正管道尚不存在。
• 它的指令集可以被认为是“几乎正交的”——至少与竞争对手英特尔 8080 相比是这样。
• 它包含一个 PLA，而不是微码，其 130 个输出根据机器语言指令进行编程， 从加载的操作码和内部时钟计数器接管流量控制作为xxx阶段。