Intel MCS-48 [Intel / 1976]

Intel 8048  microcontroller

 

MCS-48 마이크로컨트롤러 시리즈는 인텔의 첫 마이크로컨트롤러로, 1976년에 처음 출시되었다. 초기 멤버로는 8048, 8035, 8748이 있다. 8048은 이 시리즈에서 가장 두드러진 멤버로 꼽힌다. 초기에는 NMOS 기술로 생산되었으나, 1980년대 초반에는 CMOS 기술로도 제공되었다. 1990년대까지도 기존 설계를 지원하기 위해 제조되었다.

MCS-48 시리즈는 수정된 하버드 아키텍처를 가지고 있으며, 내부 또는 외부 프로그램 ROM과 64에서 256 바이트의 내부 RAM을 갖추고 있다. I/O는 프로그램과 데이터와는 별도의 주소 공간에 매핑된다.

MCS-48 시리즈는 결국 매우 성공적인 MCS-51 시리즈로 대체되었지만, 저렴한 비용, 널리 사용 가능성, 메모리 효율적인 1바이트 명령어 세트, 성숙한 개발 도구 덕분에 2000년까지도 인기를 끌었다. 이 때문에 TV 리모컨, 컴퓨터 키보드, 장난감 등 고용량, 비용 민감한 소비자 전자 기기에 사용되었다.

변형
8049는 2KB의 마스크드 ROM(8748과 8749는 EPROM)을 가지고 있으며, 4KB의 외부 ROM으로 대체할 수 있다. 또한 128 바이트의 RAM과 27개의 I/O 포트를 갖추고 있다. 마이크로컨트롤러의 오실레이터 블록은 클럭 입력 주파수를 3으로 나누고, 그 결과를 다시 5개의 머신 상태로 나눈다. 11MHz 최대 크리스탈 주파수를 사용하면 0.73 MIPS의 단일 사이클 명령어를 생성할 수 있다. 약 70%의 명령어는 단일 바이트 및 단일 사이클이지만, 30%는 두 사이클 또는 두 바이트가 필요하므로, 일반적인 성능은 0.5 MIPS에 가깝다.

마이크로컨트롤러
| 장치 | 내부 메모리 | 비고 |
| --- | --- | --- |
| 8020 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 8048의 서브셋, 20핀, 13 I/O 라인 |
| 8021 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 8048의 서브셋, 28핀, 21 I/O 라인 |
| 8022 | 2K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 8048의 서브셋, A/D 변환기 |
| 8035 | 없음 | 64 × 8 RAM | |
| 8038 | 없음 | 64 × 8 RAM | |
| 8039 | 없음 | 128 × 8 RAM | |
| 8040 | 없음 | 256 × 8 RAM | |
| 8048 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 27× I/O 포트 |
| 8049 | 2K × 8 ROM | 128 × 8 RAM | 27× I/O 포트 |
| 8050 | 4K x 8 ROM | 256 × 8 RAM | |
| 8648 | 1K × 8 OTP EPROM | 64 × 8 RAM | 공장 OTP EPROM |
| 8748 | 1K × 8 EPROM | 64 × 8 RAM | 4K 프로그램 메모리 확장 가능, 2× 8비트 타이머, 27× I/O 포트 |
| 8749 | 2K × 8 EPROM | 128 × 8 RAM | 2× 8비트 타이머, 27× I/O 포트 |
| 87P50 | 외부 ROM 소켓 | 256 × 8 RAM | 2758/2716/2732 EPROM용 피기백 소켓 |

범용 주변 인터페이스
| 장치 | 내부 메모리 | 비고 |
| --- | --- | --- |
| 8041 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 범용 주변 인터페이스 (UPI) |
| 8041AH | 1K × 8 ROM | 128 × 8 RAM | UPI |
| 8741A | 1K × 8 EPROM | 64 × 8 RAM | UPI, 8041의 EPROM 버전 |
| 8741AH | 1K × 8 OTP EPROM | 128 × 8 RAM | UPI, 8041AH의 OTP EPROM 버전 |
| 8042AH | 2K × 8 ROM | 256 × 8 RAM | UPI |
| 8242 | 2K × 8 ROM | 256 × 8 RAM | UPI, 키보드 컨트롤러 펌웨어로 사전 프로그래밍됨 |
| 8742 | 2K × 8 EPROM | 128 × 8 RAM | UPI, EPROM 버전 |
| 8742AH | 2K × 8 OTP EPROM | 256 × 8 RAM | UPI, 8042AH의 OTP EPROM 버전 |

사용 사례
MCS-48 시리즈는 컴퓨터 및 터미널 키보드에서 자주 사용되었으며, 키 입력을 디지털 회로가 이해할 수 있는 프로토콜로 변환했다. 이는 외부 키보드의 케이블에서 필요한 도체 수를 줄이는 직렬 통신 가능성도 제공했다. 8048은 1978년 도입 이후 이 응용 분야에서 사용되었다.

Tandy/Radio Shack TRS-80 Model II는 1979년에 출시되었으며, 키보드에 8021을 사용했다. 8021 프로세서는 키 매트릭스를 스캔하고, 스위치 클로저를 8비트 코드로 변환한 후, 그 코드를 메인 시스템의 키보드 인터페이스로 직렬 전송한다. 또한 LED를 켜거나 끄는 명령도 수신할 수 있다. 8021은 TRS-80 Model 12, 12B, 16, 16B 및 Tandy 6000/6000HD의 키보드에서도 사용되었다.

원래 IBM PC 키보드는 내부 마이크로컨트롤러로 8048을 사용했다. PC AT는 I/O 포트 주소 0x60–63의 Intel 8255 주변 인터페이스 칩을 0x60 및 0x64 포트 주소를 통해 접근할 수 있는 8042로 대체했다. 8042는 키보드 인터페이스를 관리할 뿐만 아니라, AT의 Intel 80286 CPU의 A20 라인 게이팅 기능을 제어하고, 소프트웨어 명령으로 80286을 리셋할 수 있었다. 이후 PC 호환 기기들은 8042의 기능을 슈퍼 I/O 장치에 통합했다.

8048은 Magnavox Odyssey² 비디오 게임 콘솔, Korg Trident 시리즈, Korg Poly-61, Roland Jupiter-4 및 Roland ProMars 아날로그 신시사이저에서 사용되었다. Sinclair QL은 키보드, 조이스틱 포트, RS-232 입력 및 오디오를 관리하기 위해 밀접하게 관련된 Intel 8049를 사용했다. ROM이 없는 8035 변형은 Nintendo의 아케이드 게임 Donkey Kong에서 배경 음악을 생성하는 데 사용되었다.

파생 마이크로컨트롤러
Philips Semiconductors(현재 NXP)는 이 시리즈를 생산할 수 있는 라이센스를 보유하고 있었으며, 이 아키텍처를 기반으로 MAB8400 패밀리를 개발했다. 이들은 통합 I²C 인터페이스를 갖춘 최초의 마이크로컨트롤러였으며, 최초의 Philips(미국에서는 Magnavox) CD 플레이어(e.g. CD-100)에서 사용되었다.

 

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The MCS48 microcontroller series was Intel's first microcontroller, first released in 1976. Early members included the 8048, 8035, and 8748. The 8048 is considered the most prominent member of this series. Initially produced using NMOS technology, it was also available in CMOS technology by the early 1980s. It continued to be manufactured into the 1990s to support existing designs.

The MCS48 series features a modified Harvard architecture, with internal or external program ROM and 64 to 256 bytes of internal RAM. I/O is mapped into a separate address space from the program and data.

Although the MCS-48 series was eventually replaced by the highly successful MCS51 series, it remained popular into the 2000s due to its low cost, wide availability, memory-efficient 1-byte instruction set, and mature development tools. As a result, it was used in high-volume, cost-sensitive consumer electronics such as TV remote controls, computer keyboards, and toys.

Variants
The 8049 has 2KB of masked ROM (the 8748 and 8749 have EPROM) and can be replaced with 4KB of external ROM. It also has 128 bytes of RAM and 27 I/O ports. The microcontroller's oscillator block divides the clock input frequency by 3 and then further divides the result into 5 machine states. Using a maximum crystal frequency of 11MHz, it can generate single-cycle instructions at 0.73 MIPS. About 70% of the instructions are single-byte and singlecycle, but 30% require two cycles or two bytes, so typical performance is closer to 0.5 MIPS.

Microcontrollers
| Device | Internal Memory | Notes |
| --- | --- | --- |
| 8020 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | Subset of 8048, 20 pins, 13 I/O lines |
| 8021 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | Subset of 8048, 28 pins, 21 I/O lines |
| 8022 | 2K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | Subset of 8048, A/D converter |
| 8035 | None | 64 × 8 RAM | |
| 8038 | None | 64 × 8 RAM | |
| 8039 | None | 128 × 8 RAM | |
| 8040 | None | 256 × 8 RAM | |
| 8048 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 27× I/O ports |
| 8049 | 2K × 8 ROM | 128 × 8 RAM | 27× I/O ports |
| 8050 | 4K x 8 ROM | 256 × 8 RAM | |
| 8648 | 1K × 8 OTP EPROM | 64 × 8 RAM | Factory OTP EPROM |
| 8748 | 1K × 8 EPROM | 64 × 8 RAM | Expandable to 4K program memory, 2× 8-bit timers, 27× I/O ports |
| 8749 | 2K × 8 EPROM | 128 × 8 RAM | 2× 8-bit timers, 27× I/O ports |
| 87P50 | External ROM socket | 256 × 8 RAM | Piggyback socket for 2758/2716/2732 EPROM |

Universal Peripheral Interface
| Device | Internal Memory | Notes |
| --- | --- | --- |
| 8041 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | Universal Peripheral Interface (UPI) |
| 8041AH | 1K × 8 ROM | 128 × 8 RAM | UPI |
| 8741A | 1K × 8 EPROM | 64 × 8 RAM | UPI, EPROM version of 8041 |
| 8741AH | 1K × 8 OTP EPROM | 128 × 8 RAM | UPI, OTP EPROM version of 8041AH |
| 8042AH | 2K × 8 ROM | 256 × 8 RAM | UPI |
| 8242 | 2K × 8 ROM | 256 × 8 RAM | UPI, pre-programmed with keyboard controller firmware |
| 8742 | 2K × 8 EPROM | 128 × 8 RAM | UPI, EPROM version |
| 8742AH | 2K × 8 OTP EPROM | 256 × 8 RAM | UPI, OTP EPROM version of 8042AH |

Use Cases
The MCS48 series was frequently used in computer and terminal keyboards, converting key presses into a protocol that digital circuits could understand. This also enabled serial communication, reducing the number of conductors needed in external keyboard cables. The 8048 was used in this application since its introduction in 1978.

The Tandy/Radio Shack TRS80 Model II, released in 1979, used the 8021 in its keyboard. The 8021 processor scanned the key matrix, converted switch closures into 8-bit codes, and then serially transmitted those codes to the main system's keyboard interface. It could also receive commands to turn LEDs on or off. The 8021 was also used in the keyboards of the TRS-80 Model 12, 12B, 16, 16B, and Tandy 6000/6000HD.

The original IBM PC keyboard used the 8048 as its internal microcontroller. The PC AT replaced the Intel 8255 peripheral interface chip at I/O port addresses 0x6063 with the 8042, accessible through port addresses 0x60 and 0x64. The 8042 managed the keyboard interface and controlled the A20 line gating function of the Intel 80286 CPU in the AT, allowing the 80286 to be reset via software commands. Later PC-compatible devices integrated the 8042's functions into Super I/O chips.

The 8048 was used in the Magnavox Odyssey² video game console, Korg Trident series, Korg Poly-61, Roland Jupiter-4, and Roland ProMars analog synthesizers. The Sinclair QL used the closely related Intel 8049 to manage the keyboard, joystick ports, RS232 input, and audio. The 8035 variant without ROM was used in Nintendo's arcade game Donkey Kong to generate background music.

Derivative Microcontrollers
Philips Semiconductors (now NXP) had a license to produce this series and developed the MAB8400 family based on this architecture. These were the first microcontrollers with an integrated I²C interface and were used in the first Philips (Magnavox in the USA) CD players (e.g., CD-100).


MCS-48マイクロコントローラシリーズは、インテルの最初のマイクロコントローラであり、1976年に初めて発売されました。初期のメンバーには8048、8035、8748が含まれます。このシリーズで最も顕著なメンバーとされるのは8048です。最初はNMOS技術で生産されましたが、1980年代初頭にはCMOS技術でも提供されました。既存の設計をサポートするために1990年代まで製造され続けました。

MCS-48シリーズは修正されたハーバードアーキテクチャを持ち、内部または外部のプログラムROMと64から256バイトの内部RAMを備えています。I/Oはプログラムおよびデータとは別のアドレス空間にマッピングされています。

MCS-48シリーズは最終的に非常に成功したMCS-51シリーズに置き換えられましたが、低コスト、広範な利用可能性、メモリ効率の高い1バイト命令セット、成熟した開発ツールのおかげで2000年まで人気がありました。そのため、テレビのリモコン、コンピュータのキーボード、おもちゃなどの高容量、コストに敏感な消費者向け電子機器に使用されました。

バリアント
8049は2KBのマスクROM（8748および8749はEPROM）を持ち、4KBの外部ROMに置き換えることができます。また、128バイトのRAMと27のI/Oポートを備えています。マイクロコントローラのオシレーターブロックはクロック入力周波数を3で割り、その結果を5つのマシン状態に再分割します。最大11MHzのクリスタル周波数を使用すると、0.73 MIPSの単一サイクル命令を生成できます。約70％の命令は単一バイトおよび単一サイクルですが、30％は2サイクルまたは2バイトを必要とするため、一般的な性能は0.5 MIPSに近いです。

マイクロコントローラ
| デバイス | 内部メモリ | 備考 |
| --- | --- | --- |
| 8020 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 8048のサブセット、20ピン、13 I/Oライン |
| 8021 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 8048のサブセット、28ピン、21 I/Oライン |
| 8022 | 2K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 8048のサブセット、A/Dコンバータ |
| 8035 | なし | 64 × 8 RAM | |
| 8038 | なし | 64 × 8 RAM | |
| 8039 | なし | 128 × 8 RAM | |
| 8040 | なし | 256 × 8 RAM | |
| 8048 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 27× I/Oポート |
| 8049 | 2K × 8 ROM | 128 × 8 RAM | 27× I/Oポート |
| 8050 | 4K x 8 ROM | 256 × 8 RAM | |
| 8648 | 1K × 8 OTP EPROM | 64 × 8 RAM | 工場OTP EPROM |
| 8748 | 1K × 8 EPROM | 64 × 8 RAM | 4Kプログラムメモリ拡張可能、2× 8ビットタイマー、27× I/Oポート |
| 8749 | 2K × 8 EPROM | 128 × 8 RAM | 2× 8ビットタイマー、27× I/Oポート |
| 87P50 | 外部ROMソケット | 256 × 8 RAM | 2758/2716/2732 EPROM用ピギーバックソケット |

汎用周辺インターフェース
| デバイス | 内部メモリ | 備考 |
| --- | --- | --- |
| 8041 | 1K × 8 ROM | 64 × 8 RAM | 汎用周辺インターフェース（UPI） |
| 8041AH | 1K × 8 ROM | 128 × 8 RAM | UPI |
| 8741A | 1K × 8 EPROM | 64 × 8 RAM | UPI、8041のEPROMバージョン |
| 8741AH | 1K × 8 OTP EPROM | 128 × 8 RAM | UPI、8041AHのOTP EPROMバージョン |
| 8042AH | 2K × 8 ROM | 256 × 8 RAM | UPI |
| 8242 | 2K × 8 ROM | 256 × 8 RAM | UPI、キーボードコントローラファームウェアで事前プログラム済み |
| 8742 | 2K × 8 EPROM | 128 × 8 RAM | UPI、EPROMバージョン |
| 8742AH | 2K × 8 OTP EPROM | 256 × 8 RAM | UPI、8042AHのOTP EPROMバージョン |

使用例
MCS-48シリーズはコンピュータおよび端末のキーボードで頻繁に使用され、キー入力をデジタル回路が理解できるプロトコルに変換しました。これにより、外部キーボードのケーブルで必要な導体の数を減らすシリアル通信の可能性も提供されました。8048は1978年の導入以来、この応用分野で使用されました。

Tandy/Radio Shack TRS-80 Model IIは1979年に発売され、キーボードに8021を使用しました。8021プロセッサはキー行列をスキャンし、スイッチクローザーを8ビットコードに変換し、そのコードをメインシステムのキーボードインターフェースにシリアル送信します。また、LEDをオンまたはオフにするコマンドも受信できます。8021はTRS-80 Model 12、12B、16、16B、およびTandy 6000/6000HDのキーボードでも使用されました。

元のIBM PCキーボードは内部マイクロコントローラとして8048を使用していました。PC ATはI/Oポートアドレス0x60–63のIntel 8255周辺インターフェースチップを0x60および0x64ポートアドレスを介してアクセス可能な8042に置き換えました。8042はキーボードインターフェースを管理するだけでなく、ATのIntel 80286 CPUのA20ラインゲーティング機能を制御し、ソフトウェアコマンドで80286をリセットすることができました。その後、PC互換機器は8042の機能をスーパーI/Oデバイスに統合しました。

8048はMagnavox Odyssey²ビデオゲームコンソール、Korg Tridentシリーズ、Korg Poly-61、Roland Jupiter-4、およびRoland ProMarsアナログシンセサイザーで使用されました。Sinclair QLはキーボード、ジョイスティックポート、RS-232入力、およびオーディオを管理するために密接に関連するIntel 8049を使用しました。ROMのない8035バリアントは、NintendoのアーケードゲームDonkey Kongで背景音楽を生成するために使用されました。

派生マイクロコントローラ
Philips Semiconductors（現在のNXP）はこのシリーズを生産するライセンスを持ち、このアーキテクチャに基づいてMAB8400ファミリーを開発しました。これらは統合I²Cインターフェースを備えた最初のマイクロコントローラであり、最初のPhilips（米国ではMagnavox）CDプレーヤー（例：CD-100）で使用されました。