Забытый математический сопроцессор компании NEC.
Эта статья является немного укороченным вариантом перевода (мне неинтересны микропроцессоры, которые старше 8086/8087) материалов, выложенных на сайте коллекционера и энтузиаста Джона Калвера. Именно от него я получил экземпляр D9008D в свою коллекцию.
В апреле 1976 года японская NEC заключила кросс-лицензионное соглашение с Intel. Оно позволяло каждой компании производить и продавать продукцию, основанную на патентах друг друга. Это было важное обстоятельство, поскольку наличие «второго источника» (second source) для производства своих разработок в семидесятых годах прошлого века считалось критически важным для их конкурентоспособности на рынке. Это было особенно актуально для Intel, которая стремилась выйти на японский рынок. В 1979 году NEC начала производить и продавать процессоры 8086 и 8088. Однако японцы не собирались добиваться успеха, будучи «вторым источником» для Intel, для них имело большое значение разработка собственных процессоров. Они начали работать над собственной версией, которая должна была стать усовершенствованным процессором 8086/8088. Результатом этой работы стали довольно известные процессоры V20/V30, появившиеся в 1984 году.
Они не были простыми клонами Intel MCS-86 (для определения этого потребовалось несколько судебных разбирательств, и в результате был принят Закон о чипах 1984 года). V30 имел ряд довольно существенных отличий, в частности у него были две 16-битные шины, что позволяло гораздо эффективнее перемещать данные. Также была увеличена разрядность микрокоманд с 21 до 29 бит, появились дополнительные указатели инструкций, аппаратный счетчик сдвига/цикла. Были добавлены новые команды, их стало 156 по сравнению со 133 в 8086/8088. V20/V30 положили начало линейки микропроцессоров серии V. NEC продолжила ее развитие выпуском V40/V50 (процессоры типа 186/188), а также рядом микроконтроллеров V25/V35.
Процессоры V20/V30 по задумке NEC должны были поддерживаться математическим сопроцессором, подобным 8087, который носил название upD72091. Информация об этом чипе крайне скудна, поскольку его разработка была прекращена к середине восьмидесятых годов из-за того, что к этому времени он уже безнадежно устарел. Работа над более мощным upD72191 началась, вероятно, одновременно с выпуском V30. Разработка этого чипа, похоже, находилась на достаточно продвинутой стадии, поскольку многие продукты NEC, включая материнские платы и промышленные контроллеры, были разработаны с сокетом для него.
UpD72191 был выполнен по КМОП-технологии и немного похож на усовершенствованный 80C187, но с поддержкой V20/V30. Он был полностью совместим с IEEE 754 (стандартом, описывающим формат представления чисел с плавающей запятой) и поддерживает тот же набор инструкций, что и 80C187. В отличие от 8087 чип поддерживал полный набор экспоненциальных, тригонометрических, логарифмических и гиперболических инструкций. У upD72191 был контакт, определявший режим работы, что позволяло сделать выбор между интерфейсами V20/V30 и V40/V50 (они по-разному взаимодействовали с сопроцессором).
На блок-схеме можно увидеть двойную шину, похожую на ту, что была в V30. Внутри сопроцессора есть две 74-битные шины для мантиссы и две 16-битные шины для экспоненты. Это разительное отличие от 8087 и 80187.
По ряду причин выпуск upD72191 также был отменен. Компания NEC предусмотрительно разработала однокристальное решение под названием upD9335C, позволявшее 8087 взаимодействовать с V40/V50.
Однажды просматривая старые платы, Джон наткнулся на довольно любопытную конструкцию: плата с обычным V30, но рядом находился другой 40-контактный чип с большой крышкой на кристалле и маркировкой D9008D, датированный, как и другие чипы в диапазоне 1989-1991 годов. А вот авторские права, о защите которых была надпись на чипе, относились к 85, 86 и 87 годам.
После поднятия крышки под ней обнаружился кристалл, который, несомненно, был трактом данных с плавающей запятой. Этот странный чип был математическим сопроцессором, напрямую подключенный к V30.
И подключен D9008D был точно также, как Intel 8087, и соответственно, как NEC upD72191.
Проверка кристалла выявила те же даты регистрации авторских прав и тот же номер детали на крышке. Наличие нескольких дат регистрации авторских прав, как правило, означает, что чип был основан на предыдущей разработке и обновлён, например, для исправления ошибок или дополнения конструкции.
Присмотревшись повнимательнее к кристаллу, можно отчётливо увидеть 74-битную секцию обработки мантиссы и 16-битную секцию экспоненты, а также ряд других секций, включая большой объём ПЗУ с микрокодом. Этот загадочный NEC D9008D явно основан на upd72191, если не на том же самом, то на очень похожем дизайне, возможно, с обновлённым микрокодом.
Скорее всего, для какого-то изделия требовалась поддержка вычислений с плавающей запятой, и заказчик был готов заплатить NEC за её разработку. Наиболее эффективным способом было бы отказаться от разработки 72191 и доработать её под нужды заказчика. Ни один заказчик не стал бы платить за совершенно новую разработку блока FPU для одноразового использования. Возможно, D9008 планировалось использовать в других проектах? Но если так, то, скорее всего, существовала бы документация, а не отдельный проект для одного заказчика.
Найти новый, ранее неизвестный, винтажный чип довольно увлекательно, но найти тот, который связан с архитектурой x86, ещё интереснее. Даже спустя столько лет всё ещё существуют платы, хранящие секреты, ожидающие своего раскрытия, и именно это делает хобби таким интересным. Истина, как говорится, где-то рядом и ждёт своего часа.