فيرتشايلد 9440

طُرح جهاز Data General Nova في عام 1969، وكان يُصنع باستخدام دوائر متكاملة فردية (ICs) مثبتة على لوحة دوائر مطبوعة بحجم 15×15 بوصة . ولتقليل تعقيد التصميم، وبالتالي حجم اللوحة وتكلفتها، اقتصرت وحدة الحساب والمنطق (ALU) على 4 بتات فقط، باستخدام دائرة متكاملة واحدة من نوع 74181. هذا يعني أنه كان يتطلب أربع دورات معالجة لإكمال تعليمة من 16 بت، ولكنه سمح أيضًا بأن يكون النظام أقل تكلفة بكثير من أجهزة الكمبيوتر الصغيرة المنافسة من شركة Digital Equipment Corporation (DEC) أو Hewlett-Packard . حقق جهاز NOVA نجاحًا كبيرًا، مما دفع شركة DG إلى المركز الثاني بعد DEC في سوق أجهزة الكمبيوتر الصغيرة خلال سبعينيات القرن العشرين. ^{[ 1 ]}

في عام 1970، طرحت شركة دويتشه جي معالج SuperNOVA، الذي تميز بوحدة حسابية ومنطقية (ALU) كاملة بعرض 16 بت، تستخدم أربع وحدات 74181 بتقنية تقسيم البتات ، مما جعله أسرع بأربع مرات تقريبًا من معالج NOVA الأصلي. وتعزز هذا الأداء بفضل تحسينات أخرى، شملت ذاكرة أساسية أسرع وذاكرة أشباه موصلات اختيارية ، مما جعل SuperNOVA أسرع معالج صغير لفترة من الزمن. ونتيجةً لذلك، توفر تصميمان مختلفان لوحدة المعالجة المركزية، مع تطبيق نفس بنية مجموعة التعليمات (ISA). ومع استمرار تطوير كلا التصميمين، تم تعديلهما بحيث يمكن استخدام النسخة الأسرع في الأجهزة الموجودة التي كانت تعمل في الأصل بالنسخة الأبطأ. وأدى ذلك إلى ظهور سلسلة NOVA 2 و3 و4.

أدى تحسين عمليات تصنيع أشباه الموصلات ، لا سيما خلال سبعينيات القرن الماضي، إلى زيادة الضغط على تصميمات وحدات المعالجة المركزية ذات الدوائر المتكاملة الفردية مثل NOVA. في البداية، كان من الممكن تصنيع وحدات معالجة مركزية ذات 4 بت، ثم 8 بت، بسهولة على شريحة واحدة، ولكن بحلول منتصف السبعينيات، بدأت تصميمات 16 بت بالظهور. في عام 1973، قدمت شركة ناشيونال سيميكوندكتور جهاز IMP-16 ، الذي نفذ نظامًا مشابهًا لنظام NOVA في مجموعة من خمس دوائر متكاملة فقط. وفي العام التالي، قلص جهاز PACE هذا العدد إلى دائرة متكاملة واحدة. ظهرت عدة تصميمات مماثلة خلال هذه الفترة، بما في ذلك جهاز Texas Instruments TMS 9900 ، الذي نفذ حاسوبها المصغر TI-990 ، وجهاز Intersil 6100 ، وهو نسخة أحادية الشريحة من PDP-8 .

كان على شركة DG الاستجابة لهذه الأنظمة، فبدأت بتطوير microNOVA mN601، وهو تصميم أحادي الشريحة يُنفذ مجموعة تعليمات NOVA 3. ^{[ 1 ]} كما أضافت هذه الشريحة وظائف الضرب والقسمة أحادية الدقة، والتي كانت سابقًا إضافة اختيارية لأنظمة NOVA. أُعلن عنها في أوائل عام 1976، وبِيعت لأي شخص يرغب في اقتنائها - حيث كان بالإمكان شراؤها كشريحة منفردة، أو كبطاقة معالج مركزي مع شرائح داعمة، أو كجهاز NOVA كامل مُغلف. بلغ سعر الشريحة الواحدة 225 دولارًا، أو 95 دولارًا عند شراء 100 شريحة. ^{[ 2 ]} لاحقًا، أوقفت DG المبيعات المباشرة لـ 601 لصالح بيع الأنظمة الكاملة. ^{[ 1 ]}

تم تنفيذ معالج mN601 باستخدام تقنية NMOS ، ولذلك تطلب أربعة مصادر جهد دخل منفصلة من وحدة التغذية. ^{[ 1 ]} كما أنه كان يفتقر إلى ساعة داخلية، مما استلزم تزويد النظام بإشارة ساعة ثنائية الطور لتشغيله. كان يعمل بسرعات منخفضة نسبيًا، حيث كان يستخدم عادةً  ساعة بتردد 240 نانوثانية (حوالي 4.2  ميجاهرتز)، ويكمل التعليمات في غضون 2.4 إلى 10  ميكروثانية. ^{[ 3 ]} هذا، بالإضافة إلى القيود المفروضة على أداء ناقل البيانات، يعني أن أداء النظام كان نصف سرعة معالج Nova الأصلي تقريبًا. ^{[ 3 ]}

على مدار تطور سلسلة نوفا، تم بناء الأنظمة بشكل أساسي باستخدام دوائر متكاملة منفصلة من شركة فيرتشايلد سيميكوندكتور ، الرائدة في تصميم الدوائر المتكاملة خلال الستينيات. انتهت هذه العلاقة مع جهاز microNOVA، الذي تم تصنيعه في مصنع جديد مملوك لشركة DG في ساني فيل، كاليفورنيا . ^{[ 2 ]}

لأسباب غير موثقة تاريخيًا، قررت شركة فيرتشايلد إنتاج نسخة خاصة بها من تصميم نوفا على شريحة واحدة، دون موافقة شركة داتا جنرال. وكانت المحاكم قد قضت سابقًا بأن مجموعة تعليمات وحدة المعالجة المركزية لا تخضع لحقوق النشر، وقد تم اختبار ذلك عدة مرات من قبل شركات قامت بتطوير أنظمة متوافقة مع حواسيب IBM المركزية باستخدام تطبيقات داخلية مختلفة. كما لم تتخذ داتا جنرال أي إجراء بشأن طرح معالجي IMP-16 وPACE، وكلاهما مشابه لتصميمات داتا جنرال. ^{[ 4 ]}

كان لدى شركة فيرتشايلد أسباب وجيهة للاعتقاد بأن تطبيقًا جديدًا لتقنية نوفا سيكون قانونيًا. لكن المفاجأة كانت عندما رفعت شركة دي جي دعوى قضائية عام 1977، ليس بتهمة انتهاك حقوق التصميم، بل بدعوى أن فيرتشايلد كانت تحرض عملاء دي جي على خرق اتفاقيات الترخيص الخاصة بهم. إذ نصت هذه الاتفاقيات على أن برامج دي جي لا يُسمح بتشغيلها إلا على أجهزة دي جي. وفي العام التالي، رفعت فيرتشايلد دعوى مضادة، مدعيةً أن ترخيص دي جي يخالف قوانين مكافحة الاحتكار. ^{[ 3 ]}

كان جهاز 9440 أغلى بكثير من جهاز mN601؛ إذ بيع الأول بسعر 395 دولارًا أمريكيًا للكميات المكونة من 100 وحدة، شاملةً حزمة البرامج، ^{[ 5 ]} بينما كان سعر الثاني 95 دولارًا أمريكيًا لنفس الكمية. أدى ارتفاع الأسعار والدعوى القضائية إلى بطء مبيعات جهاز 9440، ولم يشتره أي من شركاء فيرتشايلد المعتادين كمصدر بديل. ^{[ 4 ]}

أُعلن عن نسخة مُحدَّثة، هي 9445، في عام 1978. باستخدام عملية تصنيع جديدة بدقة 2 ميكرون، طبّقت 9445 مجموعة تعليمات NOVA 3 في الشفرة الدقيقة ، وأضافت وظائف الضرب والقسمة المدمجة، بالإضافة إلى إمكانية عنونة تصل إلى 128  كيلوبايت. ^{[ 6 ]} على عكس 9440، التي كانت تعمل بنفس سرعة NOVA الأصلية تقريبًا، كانت 9445 سريعة جدًا؛ إذ ادّعت شركة فيرتشايلد أنها ستعمل أسرع بعشر مرات من NOVA 3 الفعلية. ^{[ 4 ]}

أدت مشاكل الإنتاج إلى تأخير طرحه في السوق بشكل كبير. كان هذا أحد أكبر المعالجات ثنائية القطب التي جُرِّبت حتى ذلك الحين. بدأ تسليم معالج 9445 أخيرًا في أواخر عام 1981 بتردد 16  ميجاهرتز، ثم جرى تحسينه لاحقًا إلى 20 و24  ميجاهرتز. بحلول ذلك الوقت، كانت أولى المعالجات الدقيقة 32 بت قد بدأت بالظهور في السوق، وأصبحت جميع الأجهزة التي تعمل بنظام نوفا قديمة. ^{[ 4 ]}

رفعت شركة دي جي دعوى قضائية أخرى، ووصل عدد الدعاوى القضائية في نهاية المطاف إلى إحدى عشرة دعوى. استحوذت شركة شلمبرجير ، التي كانت في الأصل شركة خدمات نفطية وتسعى للتوسع، على شركة فيرتشايلد عام ١٩٧٩. هذا يعني أن فيرتشايلد كانت تتمتع برأس مال قوي، واستمرت في خوض الدعاوى القضائية. في عام ١٩٨٦، ومع انهيار سوق الحواسيب الصغيرة وبدء تصميمات أجهزة الكمبيوتر الشخصية الأحدث من آي بي إم في الاستحواذ على السوق، قررت دي جي التسوية. في سبتمبر ١٩٨٦، وافقت دي جي على دفع ٥٢.٥ مليون دولار لشركة فيرتشايلد. بحلول ذلك الوقت، توقف إنتاج سلسلة نوفا، وتلاشى الاهتمام بجهاز ٩٤٤٥ منذ فترة طويلة. ^{[ ٤ ]}

قررت شركة شلمبرجير الخروج من هذا النشاط، وفي عام 1987 باعت شركة فيرتشايلد إلى شركة ناشيونال سيميكوندكتور ، التي أوقفت على الفور إنتاج هذا الخط. ^{[ 4 ]}

تعاقدت شركة ستروب داتا، التي صنعت لوحات إضافية لأجهزة الكمبيوتر الشخصية تعتمد على معالج 9445، مع شركة آي سي ديزاينز لمواصلة إنتاج ما أصبح يُعرف باسم ICD9445. تم تصنيع هذا الإصدار بتقنية CMOS  بدقة 1.25 ميكرومتر ، وبدأ تسليمه في عام 1990. كان هذا الإصدار أسرع بمرتين تقريبًا من معالج 9445، مما جعله أسرع معالج نوفا على الإطلاق. ^{[ 4 ]}

على عكس شريحة NMOS mN601، صُممت شريحة Fairchild 9440 باستخدام تقنية Fairchild الخاصة بها، وهي تقنية I3L، وهي عبارة عن عملية تصنيع منطقية متكاملة متساوية المستويات (I- ^3L ) تعتمد على ترانزستور ثنائي القطبية بدقة 3 ميكرون . كان هذا نظام منطق ترانزستور-ترانزستور (TTL)، لذا لم تتطلب الشريحة الناتجة سوى مصدر طاقة واحد +5 فولت بدلاً من مصدر الطاقة رباعي المستويات في شريحة mN601. كما سمحت هذه التقنية بتشغيلها بسرعة أكبر، تصل إلى 12 ميجاهرتز؛ فبينما كانت سرعة mN601 تعادل نصف سرعة Nova الأصلية تقريبًا، كانت سرعة 9440 تعادل سرعة Nova 1200 تقريبًا. وقد دُمج مولد الساعة والمذبذب في الشريحة، مما ألغى الحاجة إلى دعم ساعة خارجية إضافية، مع إمكانية قراءة الساعة الخارجية في حال توفرها. وقد تم شحنها في نفس حزمة DIP ذات 40 طرفًا المستخدمة في mN601. ^{[ 7 ]} 

كان النظام مختلفًا داخليًا عن نظام NOVA 2؛ كما ورد في ورقة البيانات، "على الرغم من اختلافه الهيكلي عن وحدات المعالجة المركزية في سلسلة أجهزة الكمبيوتر الصغيرة Data General NOVA، إلا أن 9440 يقدم أداءً مماثلاً وينفذ نفس مجموعة التعليمات." ^{[ 8 ]} كان هذا ممكنًا لأن مجموعة التعليمات كانت مكتوبة بلغة ميكروكود ، ^{[ 9 ]} مما يسمح لوحدة المعالجة المركزية (نظريًا) بأن تكون بأي تصميم على الإطلاق.

اختلف معالج μFLAME عن معالج mN601 اختلافًا طفيفًا في نموذج البرمجة، إذ استندت مجموعة تعليماته إلى معالج NOVA 2، وليس NOVA 3، وبالتالي افتقر إلى مكدس الأجهزة الذي تم تقديمه في معالج NOVA 3. كما افتقر إلى وظائف الضرب والقسمة الموجودة في معالج mN601، على الرغم من إمكانية إضافتها باستخدام وحدة الوظائف الخاصة 9443 الاختيارية. أكملت وحدة التحكم بالذاكرة 9441 ووحدة التحكم بالإدخال/الإخراج 9442 النظام بالكامل. وبشكل منفصل عن معالج 9440 تحديدًا، باعت شركة فيرتشايلد أيضًا رقائق ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) المناسبة، وهما 93481 بسعة 4  كيلوبايت و  93483 بسعة 16 كيلوبايت. ^{[ 10 ]}

هناك فرقان رئيسيان آخران بين معالجي mN601 و9440. فبينما كان معالج 9440 يتضمن إشارات الوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA) للإشارة إلى بداية ونهاية عملية DMA، إلا أنه عند استقبالها كان يتوقف مؤقتًا ويحرر ناقل النظام. وكان نقل البيانات إلى الذاكرة فعليًا من مسؤولية الأجهزة الخارجية. ^{[ 3 ]} في المقابل، كان معالج NOVA يُنفذ مقاطعة اختيارية تسمح للمعالج نفسه بنقل البيانات، بالقفز عبر عنوان في موقع الذاكرة 0001. ^{[ 11 ]} إضافةً إلى ذلك، كان معالج mN601 مزودًا بنظام تحديث داخلي لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) ، والذي كان يُجري تحديثًا كل 20,000 دورة داخلية. أما معالج 9440 فكان يفتقر إلى هذا النظام داخليًا، تاركًا هذه المهمة لمعالج 9441. ^{[ 12 ]}

كما قدمت شركة فيرتشايلد مجموعة تطوير للنظام، وهي حزمة FIRE. ^{[ 7 ]}

كان المعالج 9445، الذي لم يعد يُشار إليه باسم MICROFLAME، بمثابة تقدم كبير على المعالج 9440. وكان أحد التغييرات المهمة هو الانتقال من أحجام الميزات 3 ميكرون إلى 2 ميكرون، مما سمح ببناء المزيد من البوابات على الشريحة دون التأثير على الإنتاجية، وسمح بزيادة سرعات التشغيل إلى 24  ميجاهرتز، أي ضعف سرعة المعالج 9440. ^{[ 13 ]}

نفّذ المعالج 9445 مجموعة تعليمات NOVA3 بالكامل، مضيفًا مسجلات SP (مؤشر المكدس) وFP (مؤشر الإطار) لدعم مكدس الأجهزة. كما دعم 9445 نظام الذاكرة الجديد المُبدّل بين البنوك في NOVA3، والذي وسّع مساحة العناوين من 32 إلى 128  كيلوبايت. استلزم هذا التغيير أيضًا إضافة أنماط العنونة الثلاثة الجديدة في NOVA3، ليصبح المجموع أحد عشر نمطًا. أضاف المعالج عمليتي الضرب والقسمة 16 بت المُعتمدتين على الأجهزة، واللتين لم تكن موجودة في 9440، مما ألغى الحاجة إلى 9443. علاوة على ذلك، أضاف مجموعة من رموز العمليات الجديدة للمساعدة في العمليات الحسابية ذات الفاصلة العائمة ، والتي يمكنها العمل على بيانات 8 أو 16 أو 32 بت. ^{[ 13 ]} تم توسيع وحدة الحساب والمنطق من 4 بت إلى تنفيذ كامل 16 بت، مما حسّن الأداء العام بشكل كبير. ^{[ 14 ]}

استخدمت شركة فيرتشايلد نفس تصميم المعالج الأساسي للمعالج 9445، مع اختلاف في الشفرة الدقيقة، لإنتاج المعالج 9450. وقد وفر هذا المعالج مجموعة تعليمات MIL-STD-1750A بدلاً من مجموعة تعليمات نوفا. وصل هذا المعالج إلى السوق في عام 1985، مزودًا بمعالج رياضيات مدمج، وهو عبارة عن شريحة خارجية اختيارية في معظم تطبيقات 1750A الأخرى. ^{[ 4 ]}

• "عائلة الحواسيب الصغيرة مايكرونوفا" (ملف PDF) . مجلة مايكروكومبيوتر دايجست . يوليو 1976. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 14 ديسمبر 2019. تاريخ الاطلاع: 14 ديسمبر 2019 .
• 9440 مايكروفليم (تقرير فني). شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات. 1978.
• حواسيب فيرتشايلد الصغيرة (ملف PDF) (تقرير فني). شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات.
• دليل معالج أوزبورن ذو 16 بت (ملف PDF) . أوزبورن/ماكجرو هيل. 1981.
• "عندما يتحول الحاسوب الصغير إلى حاسوب دقيق: DGC microNOVA mN601 و602" . CPU Shack . 21 نوفمبر 2014.
• "معالج اليوم: فيرتشايلد F9445: انطفاء لهيب مايكرو فليم" . سي بي يو شاك . 14 نوفمبر 2017.