Декодер
Декодер 6502 (англ. PLA) - это обыкновенный демультиплексор, но очень большой. Формула демультиплексора получается 21-to-130, но с некоторыми исключениями (об этом ниже)
Топологически декодер разделен линиями земли на несколько групп, поэтому мы будем придерживаться такого же разделения, для удобства.
Входные линии :
- /T0, /T1X : текущий цикл для коротких (2-х тактовых) инструкций. Эти сигналы выходят с логики dispatch.
- /T2, /T3, /T4, /T5 : текущий цикл для длинных инструкций. Сигналы выходят с расширенного счетчика циклов.
- /IR0, /IR1, IR01 : младшие рязряды кода операции из регистра инструкций. Для уменьшения количества линий 0 и 1 разряды объединены в одну контрольную линию IR01.
- IR2-IR7, /IR2-/IR7 : прямые и инверсные значения остальных разрядов. Прямая и инверсная формы нужны для проверки разряда на 0 и 1.
Логика декодера основана на принципе исключения. Схематически каждый выход представляет собой многовходовый элемент NOR, это значит, что если хотя бы на одном из входов будет 1, то вся линейка НЕ сработает.
Особенные линии
Кроме перечисленных выше значений в качестве дополнительных входов могут выступать специальные контрольные линии.
- Внутренняя линия Push/Pull : специальная (129я по счёту) линия, которая не выходит за пределы декодера. Используется чтобы "отсечь" инструкции Push/pull при выборе инструкций. Используется в трёх линейках : 83, 90 и 128.
- /PRDY : эта линия приходит на 73ю линейку декодера (Branch T0)
- IR0 : обычно для проверки двух младших разрядов кода операции используется общий сигнал IR01, но исключительно для 128й линейки (IMPL) используется значение IR0.
Есть мнение что эти специальные управляющие линии хотя и территориально входят в декодер - на самом деле просто части рандомной логики, а в декодер попали просто потому что так удобней было развести соединения.
Содержимое PLA
Онлайн-декодер : http://breaknes.com/files/6502/decoder.htm
| Group | N | Raw bits | Decoded | T | Comments |
|---|---|---|---|---|---|
| A | |||||
| A01 | 0 | 000101100000100100000 | 100XX100 | TX | STY |
| A02 | 1 | 000000010110001000100 | XXX100X1 | T3 | OP ind, Y |
| A03 | 2 | 000000011010001001000 | XXX110X1 | T2 | OP abs, Y |
| A04 | 3 | 010100011001100100000 | 1X001000 | T0 | DEY INY |
| A05 | 4 | 010101011010100100000 | 10011000 | T0 | TYA |
| A06 | 5 | 010110000001100100000 | 1100XX00 | T0 | CPY INY |
| B | |||||
| B01 | 6 | 000000100010000001000 | XXX1X1XX | T2 | OP zpg, X/Y & OP abs, X/Y |
| B02 | 7 | 000001000000100010000 | 10XXXX1X | TX | LDX STX A↔X S↔X |
| B03 | 8 | 000000010101001001000 | XXX000X1 | T2 | OP ind, X |
| B04 | 9 | 010101011001100010000 | 1000101X | T0 | TXA |
| B05 | 10 | 010110011001100010000 | 1100101X | T0 | DEX |
| B06 | 11 | 011010000001100100000 | 1110XX00 | T0 | CPX INX |
| B07 | 12 | 000101000000100010000 | 100XXX1X | TX | STX TXA TXS |
| B08 | 13 | 010101011010100010000 | 1001101X | T0 | TXS |
| B09 | 14 | 011001000000100010000 | 101XXX1X | T0 | LDX TAX TSX |
| B10 | 15 | 100110011001100010000 | 1100101X | T1 | DEX |
| B11 | 16 | 101010011001100100000 | 11101000 | T1 | INX |
| B12 | 17 | 011001011010100010000 | 1011101X | T0 | TSX |
| B13 | 18 | 100100011001100100000 | 1X001000 | T1 | DEY INY |
| B14 | 19 | 011001100000100100000 | 101XX100 | T0 | LDY |
| B15 | 20 | 011001000001100100000 | 1010XX00 | T0 | LDY TAY |
| C | |||||
| C01 | 21 | 011001010101010100000 | 00100000 | T0 | JSR |
| C02 | 22 | 000101010101010100001 | 00000000 | T5 | BRK |
| C03 | 23 | 010100011001010100000 | 0X001000 | T0 | Push |
| C04 | 24 | 001010010101010100010 | 01100000 | T4 | RTS |
| C05 | 25 | 001000011001010100100 | 0X101000 | T3 | Pull |
| C06 | 26 | 000110010101010100001 | 01000000 | T5 | RTI |
| C07 | 27 | 001010000000010010000 | 011XXX1X | TX | ROR |
| C08 | 28 | 000000000000000001000 | XXXXXXXX | T2 | T2 ANY |
| C09 | 29 | 010110000000011000000 | 010XXXX1 | T0 | EOR |
| C10 | 30 | 000010101001010100000 | 01X01100 | TX | JMP (excluder for C11) |
| C11 | 31 | 000000101001000001000 | XXX011XX | T2 | ALU absolute |
| C12 | 32 | 010101000000011000000 | 000XXXX1 | T0 | ORA |
| C13 | 33 | 000000000100000001000 | XXXX0XXX | T2 | LEFT ALL |
| C14 | 34 | 010000000000000000000 | XXXXXXXX | T0 | T0 ANY |
| C15 | 35 | 000000010001010101000 | 0XX0X000 | T2 | BRK JSR RTI RTS Push/pull - stack operations on T2 |
| C16 | 36 | 000000000001010100100 | 0XX0XX00 | T3 | BRK JSR RTI RTS Push/pull + BIT JMP |
| D | |||||
| D01 | 37 | 000001010101010100010 | 00X00000 | T4 | BRK JSR |
| D02 | 38 | 000110010101010100010 | 01000000 | T4 | RTI |
| D03 | 39 | 000000010101001000100 | XXX000X1 | T3 | OP X, ind |
| D04 | 40 | 000000010110001000010 | XXX100X1 | T4 | OP ind, Y |
| D05 | 41 | 000000010110001001000 | XXX100X1 | T2 | OP ind, Y |
| D06 | 42 | 000000001010000000100 | XXX11XXX | T3 | RIGHT ODD |
| D07 | 43 | 001000011001010100000 | 0X101000 | TX | Pull |
| D08 | 44 | 001010000000100010000 | 111XXX1X | TX | INC NOP |
| D09 | 45 | 000000010101001000010 | XXX000X1 | T4 | OP X, ind |
| D10 | 46 | 000000010110001000100 | XXX100X1 | T3 | OP ind, Y |
| D11 | 47 | 000010010101010100000 | 01X00000 | TX | RTI RTS |
| D12 | 48 | 001001010101010101000 | 00100000 | T2 | JSR |
| D13 | 49 | 010010000001100100000 | 11X0XX00 | T0 | CPY CPX INY INX |
| D14 | 50 | 010110000000101000000 | 110XXXX1 | T0 | CMP |
| D15 | 51 | 011010000000101000000 | 111XXXX1 | T0 | SBC |
| D16 | 52 | 011010000000001000000 | X11XXXX1 | T0 | ADC SBC |
| D17 | 53 | 001001000000010010000 | 001XXX1X | TX | ROL |
| E | |||||
| E01 | 54 | 000010101001010100100 | 01X01100 | T3 | JMP ind |
| E02 | 55 | 000001000000010010000 | 00XXXX1X | TX | ASL ROL |
| E03 | 56 | 001001010101010100001 | 00100000 | T5 | JSR |
| E04 | 57 | 000000010001010101000 | 0XX0X000 | T2 | BRK JSR RTI RTS Push/pull |
| E05 | 58 | 010101011010100100000 | 10011000 | T0 | TYA |
| E06 | 59 | 100000000000011000000 | 0XXXXXX1 | T1 | UPPER ODD |
| E07 | 60 | 101010000000001000000 | X11XXXX1 | T1 | ADC SBC |
| E08 | 61 | 100000011001010010000 | 0XX0101X | T1 | ASL ROL LSR ROR |
| E09 | 62 | 010101011001100010000 | 1000101X | T0 | TXA |
| E10 | 63 | 011010011001010100000 | 01101000 | T0 | PLA |
| E11 | 64 | 011001000000101000000 | 101XXXX1 | T0 | LDA |
| E12 | 65 | 010000000000001000000 | XXXXXXX1 | T0 | ALL ODD |
| E13 | 66 | 011001011001100100000 | 10101000 | T0 | TAY |
| E14 | 67 | 010000011001010010000 | 0XX0101X | T0 | ASL ROL LSR ROR |
| E15 | 68 | 011001011001100010000 | 1010101X | T0 | TAX |
| E16 | 69 | 011001100001010100000 | 0010X100 | T0 | BIT0 |
| E17 | 70 | 011001000000011000000 | 001XXXX1 | T0 | AND0 |
| E18 | 71 | 000000001010000000010 | XXX11XXX | T4 | OP abs,XY |
| E19 | 72 | 000000010110001000001 | XXX100X1 | T5 | OP ind,Y |
| F | |||||
| F01 | 73 | 010000010110000100000 | XXX10000 | T0 | ← Branch, additionaly affected by /PRDY line (from RDY pad) |
| F02 | 74 | 000110011001010101000 | 01001000 | T2 | PHA |
| F03 | 75 | 010010011001010010000 | 01X0101X | T0 | LSR ROR |
| F04 | 76 | 000010000000010010000 | 01XXXX1X | TX | LSR ROR |
| F05 | 77 | 000101010101010101000 | 00000000 | T2 | BRK |
| F06 | 78 | 001001010101010100100 | 00100000 | T3 | JSR |
| F07 | 79 | 000101000000101000000 | 100XXXX1 | TX | STA |
| F08 | 80 | 000000010110000101000 | XXX10000 | T2 | BR2 |
| F09 | 81 | 000000100100000001000 | XXXX01XX | T2 | zero page |
| F10 | 82 | 000000010100001001000 | XXXX00X1 | T2 | ALU indirect |
| F11 | 83 | 000000001000000001000 | XXXX1XXX | T2 | RIGHT ALL -P/P |
| F12 | 84 | 001010010101010100001 | 01100000 | T5 | RTS |
| F13 | 85 | 000000000000000000010 | XXXXXXXX | T4 | T4 ANY |
| F14 | 86 | 000000000000000000100 | XXXXXXXX | T3 | T3 ANY |
| F15 | 87 | 010100010101010100000 | 0X000000 | T0 | BRK RTI |
| F16 | 88 | 010010101001010100000 | 01X01100 | T0 | JMP |
| F17 | 89 | 000000010101001000001 | XXX000X1 | T5 | OP X, ind |
| F18 | 90 | 000000001000000000100 | XXXX1XXX | T3 | RIGHT ALL -P/P |
| G | |||||
| G01 | 91 | 000000010110001000010 | XXX100X1 | T4 | OP ind, Y |
| G02 | 92 | 000000001010000000100 | XXX11XXX | T3 | RIGHT ODD |
| G03 | 93 | 000000010110000100100 | XXX10000 | T3 | Branch |
| G04 | 94 | 000100010101010100000 | 0X000000 | TX | BRK RTI |
| G05 | 95 | 001001010101010100000 | 00100000 | TX | JSR |
| G06 | 96 | 000010101001010100000 | 01X01100 | TX | JMP |
| P/P | 129 | 000000011001010100000 | 0XX01000 | TX | ← Push/pull, F11 & F18 excluder |
| G07 | 97 | 000101000000100000000 | 100XXXXX | TX | STORE |
| G08 | 98 | 000101010101010100010 | 00000000 | T4 | BRK |
| G09 | 99 | 000101011001010101000 | 00001000 | T2 | PHP |
| G10 | 100 | 000100011001010101000 | 0X001000 | T2 | Push |
| G11 | 101 | 000010101001010100010 | 01X01100 | T4 | JMP ind |
| G12 | 102 | 000010010101010100001 | 01X00000 | T5 | RTI RTS |
| G13 | 103 | 001001010101010100001 | 00100000 | T5 | JSR |
| H | |||||
| H01 | 104 | 000110101001010101000 | 01001100 | T2 | JMP abs |
| H02 | 105 | 001000011001010100100 | 0X101000 | T3 | Pull |
| H03 | 106 | 000010000000000010000 | X1XXXX1X | TX | LSR ROR DEC INC DEX NOP (4x4 bottom right) |
| H04 | 107 | 000001000000010010000 | 00XXXX1X | TX | ASL ROL |
| H05 | 108 | 010010011010010100000 | 01X11000 | T0 | CLI SEI |
| H06 | 109 | 101001100001010100000 | 0010X100 | T1 | BIT |
| H07 | 110 | 010001011010010100000 | 00X11000 | T0 | CLC SEC |
| H08 | 111 | 000000100110000000100 | XXX101XX | T3 | Memory zero page X/Y |
| H09 | 112 | 101010000000001000000 | X11XXXX1 | T1 | ADC SBC |
| H10 | 113 | 011001100001010100000 | 0010X100 | T0 | BIT |
| H11 | 114 | 011001011001010100000 | 00101000 | T0 | PLP |
| H12 | 115 | 000110010101010100010 | 01000000 | T4 | RTI |
| H13 | 116 | 100110000000101000000 | 110XXXX1 | T1 | CMP |
| H14 | 117 | 100010101001100100000 | 11X01100 | T1 | CPY CPX abs |
| H15 | 118 | 100001011001010010000 | 00X0101X | T1 | ASL ROL |
| H16 | 119 | 100010000101100100000 | 11X00X00 | T1 | CPY CPX zpg/immed |
| K | |||||
| P/P | 129 | 000000011001010100000 | 0XX01000 | TX | Internal line. Controls K09 to exclude push/pull opcodes → |
| K01 | 120 | 010010011010100100000 | 11X11000 | T0 | CLD SED |
| K02 | 121 | 000001000000000000000 | X0XXXXXX | TX | /IR6 |
| K03 | 122 | 000000101001000000100 | XXX011XX | T3 | Memory absolute |
| K04 | 123 | 000000100101000001000 | XXX001XX | T2 | Memory zero page |
| K05 | 124 | 000000010100001000001 | XXXX00X1 | T5 | Memory indirect |
| K06 | 125 | 000000001010000000010 | XXX11XXX | T4 | Memory absolute X/Y |
| K07 | 126 | 000000000000010000000 | 0XXXXXXX | TX | /IR7 |
| K08 | 127 | 001001011010100100000 | 10111000 | TX | CLV |
| K09 | 128 | 000000011000000000000 | XXXX10X0 | TX | IMPL |
Что значит Raw bits
Если представить себе декодер как ROM 21x130, где каждый бит представляет собой транзистор, образуемый пересечением полисиликона и диффузии, то raw bits будут представлять одну линейку декодера.
Для примера на картинке представлена 5-я линейка декодера. Счёт бит начинается снизу-вверх. 0 означает отсутствие транзистора, 1 - наличие.
Branch T0 skipping
С контакта RDY через линию задержки приходит специальная линия /PRDY. Если процессор был не готов на момент завершения предыдущей инструкции, то если следующая инструкция является инструкцией условного перехода (branch), то её 0-й цикл (T0) пропускается.
Зачем они это сделали - не известно.
Симуляция
Существует два подхода в симуляции декодеров :
- Обычный перебор всех линий в цикле. При этом каждая итерация будет представлять собой операцию NOR над всеми входами. В нашем случае это будет очень медленно, потому что у декодера 6502 очень много линий (130).
- Табличный метод. Смысл в том, что мы заранее генерируем массив массивов для всех 130 линий, перебирая все возможные комбинации входов (IR, T0-T5, /PRDY). Индекс массива получается 8+6+1=15 бит, итого получается 32768 130-байтовых массивов (4.2 MB памяти).