Według dostępnych informacji w Polsce seryjnie produkowany był tylko jeden model mikroprocesora – układ MCY7880. Podejmowane były także próby produkcji mikrokontrolerów jednoukładowych (MCU), obejmujące następujące modele:
MCY7835 – jest to klon układu Intel 8035
MCY7848 – jest to klon układu Intel 8048
MCY7804
Prawdopodobnie jednak układy te zostały wytworzone jedynie jako krótkie serie prototypowe. W moich zbiorach nie posiadam egzemplarza żadnego z tych układów. Są one na tyle unikalne, że nie natrafiłem dotąd nawet na zdjęcie żadnego z nich (poza zdjęciem MCY7804, na którym jednak układ jest opisany tylko na taśmie naklejonej na obudowie).
Pierwszym elementem prac nad opracowaniem własnego procesora był wybór układu wzorcowego. Na rynku istniały już różne opracowania, jednak zdecydowano się stworzyć odpowiednik układu 8080A firmy Intel. Tym samym odrzucono koncepcję, która zakładała zaprojektowanie zupełnie nowego modelu. Powodów tego stanu rzeczy by lo kilka:
Dostępność oprogramowania. W trakcie prac przygotowawczych układ 8080 był najbardziej popularnym na świecie mikroprocesorem. Tym samym dostępna była duża oprogramowania (systemy rozwojowo-uruchomieniowe, języki programowania, programy użytkowe) co znacznie ułatwiało i przyśpieszało wdrożenie tego do konkretnych zastosowań. W przypadku opracowania własnego całe oprogramowanie musiałoby powstać od podstaw, co wymagałoby nie tylko poświęcenia dużej ilości środków finansowych, ale także czasu i pracy.
Dostępność literatury.
Możliwość produkcji całej rodziny układó pomocniczych. W tym czasie krajowy przemysł opanował technologię LSI-MOS dzięku czemu możliwe było opracowanie układów towarzyszących.
Duże możliwości funkcjonalne układu.
Charakterystyka procesora MCY7880:
8-bitowe słowo danych;
Lista instrukcji obejmująca 78 rozkazów;
Osobne szyny danych i adresowa;
8-bitowe ALU z możliwością operowania na liczbach BCD, w systemie binarnym na słowach podwójnej długości;
Bezpośrednie adresowanie pamięci o pojemności do 64 kB;
Sześć 8-bitowych rejestrów ogólnego przeznaczenia;
8-bitowy akumulator;
8-bitowy rejestr instrukcji;
16-bitowy rejestr rozkazów;
16-bitowy wskaźnik stosu;
Kanał bezpośredniego dostępu do pamięci (DMA);
4 metody adresowania pamięci;
Wielopoziomowy, wektorowy system przerwań;
Programowe rozwiązanie stosu w pamięci RAM;
Dwufazowy zegar o maksymalnej częstotliwości 3 MHz;
Trzy napięcia zasilania: 12V, 5V, -5V;
Współpraca z układami TTL;
Układ wytwarzany w technologii NMOS.
Schemat blokowy układu wygląda następująco:
Wytwarzanie układu MCY7880 rozpoczęto w 1982 r. w Instytucie Technologii Elektronowej.
Pierwsze prototypowe egzemplarze tego układu posiadały oznaczenie MC7880. W Internecie dostępny jest odcinek programu „Sonda”, w którym ukazane są poszczególne etapy produkcji tego układu.
Proces projektowania układu MCY7880 podzielony został na cztery etapy:
1. Założenia konstrukcyjno-technologiczne
Podstawowym założeniem konstrukcyjnym układu MCY7880 była duża szybkość działania. Przyjęto, że maksymalny czas realizacji cyklu zegarowego wyniesie 480 ns, a jego typowa wartość zistała ustalona na poziomie 320 ns. W zakresie technologii przyjęto, ze wykorzystana zostanie najprostrza technologicznie technika EE (Enhancement-Enhancement). Polega ona na tym, że wymaga tworzenia w ukłądzie scalonym tylko jednego typu tranzystora (yranzystor sterowany i obciążający typu wzbogaconego).
Wykorzystanie tej techniki skutkowało koniecznością zastosowania dodatkowego napięcia polaryzacji (+12V), wyższego od napięcia zasilającego (+5V), jednak skutkowało także większą elastycznością - możłiwe było konstruowanie bramek o różnych właściwosciach (szybkość przełączania, stromosć zboczy, poziomy napięć wyjściowych.
Sam proces produkcyjny oparty został na technologii n-MOS z lokalnym utlenianiem. Wymagała ona zastosowania sześciu masek z sześciomikronowym minimalnym rozmiarem elementów.
2. Projekt elektryczny
Podstawowym elementem, z którego została wykonana jednostka MCY7880 są różne wersje inwertera EE. 70% całego projektu stanowią układy logiki nieregularnej (w tym: ALU, generator sygnałów sterujących, sterowanie centralne, dwukierunkowa szyna danych). Jedynie rejestry i dekoder instrukcji zrealizowane zostały w postaci logiki regularnej jako pamięć RAM i matryca PLA. Cały projekt składa się z około 5000 tranzystorów.
3. Projekt graficzny
Projekt graficzny układu przygotowany został na folii kreślarskiej w skali 1000:1. Zajął 20 arkuszy o rozmiarze 900x1000 mm każdy.
Rozmieszczenie bloków układu na strukturze krzemowej jest następujące:
4. Kontrola projektu
Projekt układu zawierał błędy polegające na niewłaściwym zastosowaniu reguł projektowania oraz niezgodnoscią masek z projektem elektrycznym (błędy przypadkowe - niemerytoryczne), a także błędy projektu elektrycznego i topograficznego (merytoryczne). W przypadku tych ostatnich polegały one na niewłaściwych lub nieoptymalnych wartosciach parametrów lub charakterystyk elektrycznych elementów układu. W ich rezultacie, nawet jeżeli uzyska się układ działający, to ma on gorsze parametry eksploatacyjne, jest mniej niezawodny i charakteryzuje się mniejszym uzyskiem.
Weryfikacja poprawności działania polega na dokładnym testowaniu działania poszczególnych bloków układu. Pierwsze wersje MCY7880 ze względu na błędy w niewielkim stopniu reagowały poprawnie na sygnały zewnętrzne. Proces wyszukiwania błędów zajął dwa miesiące i wymagał stworzenia kilku kolejnych wersji konstrukcyjnych. Ostatecznie uzyskano układ spełniający wszystkie założenia konstrukcyjne.
Do prawidłowej pracy układ wymaga stosowania zewnętrznego kontrolera szyny. W tym celu opracowano układ UCY74S428 (odpowiednik układu 8228 firmy Intel), oraz jego nieco zmodyfikowaną wersję oznaczoną jako UCY74S438.
Za opracowanie i uruchomienie mikroprocesora MCY7880 oraz układów towarzyszących jego twórcy otrzymali nagrodę „Mistrz Techniki 1982”.
Nie jest do końca wiadome, czy układ projektowany był od podstaw jako zupełnie nowy projekt jedynie w oparciu o dostępną literaturę oraz egzemplarze układu 8080A, czy też może dążono do stworzenia dokładnej kopii układu intelowskiego w drodze reverse engineering. Za tym drugim podejściem przemawia duża zgodność wyglądu struktur układu firmy Intel oraz krajowego odpowiednika.
Zdjęcie struktury układu MCY7880 oraz porównawczo zdjęcie struktury układu Intel 8080A (źródło: cpu-galaxy.at).
Dostępne katalogi wskazują, że planowano oferować następujące wersje układu:
MCY7880 – prędkość 2 MHz, temperatura pracy od 0 do 70 stopni Celsjusza;
MCY7880A – prędkość 2,5 MHz, temperatura pracy od 0 do 70 stopni Celsjusza;
MCY7880B – prędkość 3 MHz, temperatura pracy od 0 do 70 stopni Celsjusza;
MCY6880 – wersja specjalna, prędkość 2 MHz, temperatura pracy od -40 do 85 stopni Celsjusza.
W rzeczywistości natrafić można jedynie na układy bez suffixu w nazwie, a więc o najmniejszej prędkości. Nie wiadomo ponadto, czy wypuszczono układ oznaczony jako MCY6880. Nigdzie nie ma informacji na ten temat, nie są nawet dostępne zdjęcia tego elementu. Produkowano natomiast wersję militarną tego procesora oznaczoną jako MCA5880. Układ ten charakteryzuje się najszerszym dopuszczalnym zakresem temperatury pracy, od -55 do 125 stopni Celsjusza.
MCY7880 produkowany był na pewno do 1993 roku czyli właściwie do końca istnienia CEMI. Poniższe zdjęcia przedstawiają różne warianty obudowy i oznaczeń tego mikroprocesora.
▪Funkcja: Mikroprocesor 8-bitowy
▪Producent: CEMI>
▪Seria: Standardowa >
▪Typ: Cyfrowy
▪Technologia: n-MOS
▪Obudowa: CE76
▪Data produkcji: -
▪Zamiennik: i8080
▪Uwagi: Złocone wyprowadzenia
▪Data produkcji: 52 tydzień 87 r.>
▪Data produkcji: 48 tydzień 89 r.>
▪Data produkcji: 7 tydzień 90 r. >
▪Data produkcji: 2 tydzień 1991 r. >
▪Data produkcji: 6 tydzień 1993 r. >
▪Producent: ITE>
▪Seria: Specjalna >
Pomimo niewątpliwego sukcesu, jakim było zaprojektowanie układu MCY7880 problemem stała się jego produkcja przemysłowa. Rozmiar struktury układu oraz wpływ negatywnych czynników zewnętrznych na proces produkcji sprawiał, że uzysk w pełni funkcjonalnych struktur był prawdopodobnie niewielki, co miało wpływ na ostateczną cenę jednostkową. Zdaje się, że z tego też powodu w pewnym okresie czasu, aby sprostać potrzebom rynku, zdecydowano się na montowanie w układach gotowych struktur układu KR580BM80 zakupionych w ZSRR. Taka sytuacja dotyczy z pewnością części układów starszych, które na obudowie nie mają daty produkcji. W układach nowszych (z podaną datą produkcji) stosowano już struktury zaprojektowane w ITE. Zdjęcia poniżej przedstawiają struktury radziecką (autor zdjęcia: leonow32).
Procesor MCY7880 stosowany był w najróżniejszych urządzeniach. Przykładowo były to:
Aparatura pomiarowa;
Układ sterowania armatą czołgu;
System Mikroster MSA80;
Centrale telefoniczne;
Komputery przemysłowe.
Kolejne zdjęcia przedstawiają płyty główne urządzeń opartych o mikroprocesor MCY7880.
Płyta główna centrali telefonicznej.
Płyta główna systemu sterowania MSA-80.
Płyta główna nieznanego urządzenia firmy POLON. Uwagę na niej zwraca liczne wykorzystanie elementów systemu mikroprocesorowego krajowej produkcji.
