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GMC-4
Der Gakken GMC-4 ist ein kompletter vom PC unabhängig zu nutzender kleiner Lerncomputer Er basiert auf dem Science Fair Microcomputer Trainer von Radio Shack aus den 80ern.
Dezember 2014 gab es das Franzis Lernpaket „Spielecomputer selbst programmieren“ mit dem GMC-4 und einem 96seitigen Handbuch von F. Kainka für nur 20€, so dass ich mir auch einen solchen kleinen Computer zugelegt habe.
Systembeschreibung
Bild, kurze Beschreibung, https://en.wikipedia.org/wiki/GMC-4
Der GMC-4 ist ein 4-Bit-Microcomputer.
Der GMC-4 verfügt über einen einfachen Befehlssatz, der an Assembler angelehnt ist, teilweise aber auch höhere Funktionen enthält, hinter denen sich komplexe Routinen verstecken.
Es gibt vier 4-Bit-Register A, B, Y und Z und einen zusätzlichen zweiten Registersatz A‘, B‘, Y‘ und Z‘. Jedes dieser Register kann eine Zahl zwischen 0 und 15 enthalten. Die meisten Befehle verwenden das Register A.
Der Einplatinenrechner besitzt eine Hexadezimal-Tastatur, 4 Funktionstasten, 7 LEDs und eine einstellige 7-Segmentanzeige. Außerdem gibt es einen kleinen Lautsprecher zur Tonausgabe.
Downloads
- Reasembler gmc4_reass2.pl gmc4_reass2.zip
- alle Beispielprogramme aus dem originalen Handbuch liegen dem Simulatorpaket GMC4Sim-1_38.zip bei (http://dansan.air-nifty.com/blog/gmc4-simulator.html).
- 2018 neuer Download, da obiger Download nicht mehr funktioniert: https://github.com/ypsitau/gmc4sim
https://github.com/ypsitau/gmc4sim/releases/download/v1.39/gmc4sim-1.39.zip - Anleitung (engl., GMC-4-Manual) vol24_microcomputer_gmc-4.pdf
technische Daten
| Merkmal | Beschreibung |
|---|---|
| CPU | EM61001 |
| ROM | - |
| RAM | 128 Byte a 4 Bit |
| Takt | 4 MHz |
| Anzeige | 7 Bit LED, 1 stellig Siebensegment-Anzeige |
| Tastatur | 20 Tasten Hexadezimaltastatur |
| Peripherie | - |
| Software | - |
CPU und Takt spielen keine Rolle, im ROM-Programm des Prozessors wird ein spezieller 4-Bit-Prozessor simuliert (s.u.). Nur für diesen 4-Bit-Prozessor können Programme geschrieben werden, der zugrunde liegende Prozessor ist nicht ansprechbar. Das Konzept ist ähnlich der CHIP-8-Sprache.
Im Science Fair Microcomputer Trainer wird ein spezieller Microcontroller der SerieTMS1000-Controller genutzt, konkret ein TMS1312. Dieser wurde mit 400 kHz betrieben.
Literatur
- http://www.polylith.com/~brendan/ClassicComputers/Tandy/image/MCT_28_260.pdf (von http://www.polylith.com/~brendan/ClassicComputers/Tandy/uCptrTrainManual1.html) Das originale Handbuch zum Microcomputer Trainer. Das Handbuch ist komplett für den GMC-4 nutzbar!
- http://otonanokagaku.net/magazine/vol24/pdf/vol24manual.pdf Das Handbuch zum FX-165. Das ist i.W. eine japanische Übersetzung des obigen Handbuchs. Die 100 Beispielprogramme, die Kapitelnummern u.a. stimmen überein!
Bedienung
| 0 | |
| 1 | ラ |
| 2 | シ |
| 3 | ド |
| 4 | レ |
| 5 | ミ |
| 6 | ファ |
| 7 | ソ |
| 8 | ラ |
| 9 | シ |
| A | ド |
| B | レ |
| C | ミ |
| D | ファ |
| E | ソ |
| F |
Sonstiges
Prozessor
Es wird ein spezieller 4-Bit-Prozessor simuliert.
- 4 Register A, B, Y, Z
A ist der Akku, Y ein Indexregister zum Speicherzugriff. B und Z sind Wechselregister. - 3 Ports P (LEDs), O (Siebensegmentanzeige), K (Tastatur)
- 80 Byte (a 4 Bit) Programm-Speicher (RAM-Bereich 00h..4Fh)
- 16 Byte Datenspeicher (RAM-Bereich 50h..5Fh)
- 1 Flag. Der Befehl JUMP ist ein bedingter Sprung und wird nur ausgeführt, wenn das Flag 1 ist
- 4 zusätzliche Wechselregister A', B', X', Z'
Der Befehlssatz
Der simulierte 4-Bit-Prozessor versteht 16 Maschinenbefehle.
Die Befehle sind 1..3 Byte (a 4 Bit) lang.
n = 0..F
M = RAM-Adr (50+Y) (indexierter Zugriff)
| Code | Befehl | Wirkung | Flag | Kommentar |
|---|---|---|---|---|
| 0 | KA (Key to A) | A := K | 0, 1 | Tastendruck nach A übernehmen, Flag = 0 bei Tastendruck, sonst Flag = 1 |
| 1 | AO (A to Output) | O := A | 1 | A an Siebensegmentanzeige ausgeben |
| 2 | CH (Change) | A ⇔ B Y ⇔ Z | 1 | Tausche A und B sowie Y und Z |
| 3 | CY (Change A and Y) | A ⇔ Y | 1 | Austausch der Inhalte von A und Y |
| 4 | AM (A to Memory) | M := A | 1 | A in RAM-Adr (50+Y) kopieren |
| 5 | MA (Memory to A) | A := M | 1 | RAM-Adr (50+Y) in A zurücklesen |
| 6 | M+ | A := M+A | 0, 1 | RAM-Adr (50+Y) zu A addieren, bei Überlauf: Flag = 1 |
| 7 | M- | A := M-A | 0, 1 | RAM-Adr (50+Y) von A subtrahieren, bei Überlauf: Flag = 1 |
| 8 n | TIA n (Transfer Immediate to A) | A := n | 1 | Konstante in A laden |
| 9 n | AIA n (Add Immediate to A) | A := A+n | 0, 1 | Konstante zu A addieren, bei Überlauf: Flag = 1 |
| A n | TIY n (Transfer Immediate to Y) | Y := n | 1 | Konstante in Y laden |
| B n | AIY n (Add Immediate to Y) | Y := Y+n | 0, 1 | Konstante zu Y addieren, bei Überlauf: Flag = 1 |
| C n | CIA n (Compare Immediate with A) | A == n ? | 0, 1 | A mit Konstante vergleichen, bei Übereinstimmung: Flag =0 |
| D n | CIY n (Compare Immediate with Y) | Y == n ? | 0, 1 | Y mit Konstante vergleichen, bei Übereinstimmung: Flag =0 |
| E n | CAL n (Call) | — | — | Unterprogrammaufrufe, Erweiterte Befehle |
| F n n | JUMP n n | Adr := nn | 1 | Direkter Sprung zur Adresse nn (High, Low) wenn Flag = 1 |
Unterprogramme:
| Code | Befehl | Flag | Kommentar |
|---|---|---|---|
| E 0 | CAL RSTO (Reset Port O) | 1 | Siebensegmentanzeige löschen |
| E 1 | CAL SETR (Set Port R) | 1 | Einzelne LED einschalten. In Y wird die Nummer der LED (0-6) übergeben. |
| E 2 | CAL RSTR (Reset Port R) | 1 | Einzelne LED ausschalten. In Y wird die Nummer der LED (0-6) übergeben. |
| E 4 | CAL CMPL (Complement) | 1 | Komplement des A-Registers (aus F wird 0) |
| E 5 | CAL CHNG | 1 | Inhalte der Register A,B,Y,Z mit A',B',Y',Z' tauschen |
| E 6 | CAL SIFT | 0, 1 | A-Register bitweise nach recht schieben. Flag wird 1 wenn das rechte Bit 0 war. |
| E 7 | CAL ENDS | 1 | Ende-Sound |
| E 8 | CAL ERRS | 1 | Error-Sound |
| E 9 | CAL SHTS (Short Sound) | 1 | Kurzer Ton |
| E A | CAL LONS | 1 | Langer Ton |
| E B | CAL SUND | 1 | Note spielen, die im A-Register übergeben wird (1 … E) |
| E C | CAL TIMR | 1 | (A + 1) * 0,1 Sekunden warten |
| E D | CAL DSPR (Display on Port R) | 1 | Ausgabe der RAM-Adressen 5F (high) und 5E (low) an die LEDs |
Reassembler
Ich habe einen kleinen kommentierenden Reassembler gmc4_reass2.pl in Perl geschrieben. Aus dem Hexcode
E D 8 0 E C A F 5 E 6 F 1 A 4 A E 5 E 6 9 8 4 F 2 1 4 A E 5 E 6 4 0 F 0 0 A F 5 9 8 4 F 0 0
macht er folgendes (Beispiel binary_light_show.asm):
00: E D LBL_00: CAL DSPR ; Ausgabe der RAM-Adressen M[F] (high) und M[E] (low) an die LEDs 02: 8 0 TIA 0 ; Konstante 0 in A laden 04: E C CAL TIMR ; (A + 1) * 0,1 Sekunden warten 06: A F TIY F ; Konstante 15 in Y laden 08: 5 MA ; RAM-Adr M[Y] in A zurücklesen 09: E 6 CAL SIFT ; A-Register bitweise nach rechts schieben 0B: F 1A JUMP LBL_1A ; wenn das rechte Bit 0 war Sprung zur Adresse LBL_1A 0E: 4 AM ; A in RAM-Adr M[Y] kopieren 0F: A E TIY E ; Konstante 14 in Y laden 11: 5 MA ; RAM-Adr M[Y] in A zurücklesen 12: E 6 CAL SIFT ; A-Register bitweise nach rechts schieben 14: 9 8 AIA 8 ; 8 zu A addieren 16: 4 AM ; A in RAM-Adr M[Y] kopieren 17: F 21 JUMP LBL_21 ; Sprung zur Adresse LBL_21 1A: 4 LBL_1A: AM ; A in RAM-Adr M[Y] kopieren 1B: A E TIY E ; Konstante 14 in Y laden 1D: 5 MA ; RAM-Adr M[Y] in A zurücklesen 1E: E 6 CAL SIFT ; A-Register bitweise nach rechts schieben 20: 4 AM ; A in RAM-Adr M[Y] kopieren 21: 0 LBL_21: KA ; Tastendruck nach A übernehmen 22: F 00 JUMP LBL_00 ; wenn kein Tastendruck Sprung zur Adresse LBL_00 25: A F TIY F ; Konstante 15 in Y laden 27: 5 MA ; RAM-Adr M[Y] in A zurücklesen 28: 9 8 AIA 8 ; 8 zu A addieren 2A: 4 AM ; A in RAM-Adr M[Y] kopieren 2B: F 00 JUMP LBL_00 ; Sprung zur Adresse LBL_00