国产TQ12-G计算机芯片显微摄影
赫尔戈兰-图林根
2024年07月06日 19:21
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共4篇

首先,这本应是一则动态。因图片(以及B话)过多遂转为专栏。

本文主要整理了国产TQ12-G型电子计算机使用的13种专用集成电路芯片的显微摄影。

图强-12计算机家族是上海无线电十三厂于1972-1973年开始生产的一种小型化台式计算机(其实就是计算器,当时国内对于计算机和计算器并没有明确的区分)。以系列型号来看,从最原始的TQ12-A到已知最末期的TQ12-H2型,一共经历了ABCDEFGH八个大版本(这不废话么)。该系列计算器功能相对简单,支持12-16位数字运算,可以计算定点数加减乘除法、整数次幂阶乘、支持堆栈深度1级(根据型号不同各异)。

除早期A型使用TTL+分立元件、末期H2型使用进口主控芯片外,其余型号均使用国产P沟道MOS集成电路。

从数据处理方式来看,A、B型使用4bit并行8421BCD码处理方式,D、G等型号采用串行8421处理方式。根据相关资料,TQ12-B型主频10kHz;TQ12-G型主频100kHz,指令周期约0.7ms,每秒钟可进行1600次12位*4bit十进制加法,或十万次1bit加法。

在所有的型号中,TQ12-G型应用最为广泛,产量非常巨大。除上海无线电十三厂原厂的TQ12-G型原型机,还有上海通讯器材厂的ST-01、上海新沪无线电厂的XH-1、四川峨眉无线电厂的EM-1B、广东江门无线电厂的MTD-13等,均使用TQ12-G同款芯片和电路连接。以上几个型号生产时间主要集中在1977-1980年期间,总产量预估在几十万台,是当时国内供不应求的“网红产品”。至今在各种二手市场和各地地摊依然能经常见到这种计算器,并且以相对较低的价格就可以买到。

笔者手里的ST-01计算机/计算器:

内部结构主要有电源变压器、稳压电路板、VFD显示电路板、主板、键盘等构成。各电路板之间通过导线和金手指连接器连接。下图是该机上盖开启时的状态:

其主板上包含了18颗芯片,以及一些其他分立元件。芯片中包含2颗小规模集成电路,其他16颗均为中规模集成电路。全机共3704±10个等效晶体管,由于当时国内制程技术不够,遂分为18片实现(型号分为14种)。 在各厂生产的稳定版本中,ST-01有一跟官方飞线,EM-1B的芯片有芯片座,MTD-13主板进行过空间压缩,其他地方大同小异。

芯片上有汉语拼音的缩写,对应该相应芯片的功能。包括:

7MB8:8*PMOS管驱动阵列

8YM:八段荧光管译码器

ZMF:基准脉冲发生器

SBM:数字键盘编码器

CBM:操作键盘编码器

CCQ:操作暂存器

YRK:运算任务控制器

YKQ:辅助运算控制器

CYM:操作指令译码器

YYM:预选译码器

LJQ:累加器控制器

64DY:64bit动态移位寄存器

YSQ:运算和显示暂存器

SSD:小数点位置计算器

PS:主板上的芯片可能不完全是镀金的,其中7MB8芯片在绝大多数版本里都是塑料的,只有极少数早期版本出现过镀金的7MB8;64DY芯片在绝大多数版本上都是镀金封装。其他各芯片是什么封装(塑料,还是普通陶瓷镀金,还是花纹陶瓷镀金,还是明脚镀金封装)完全看运气。但是基本规律是,越早生产的版本,开出镀金芯片的概率和数量也就越高,同版本甚至相同生产年月的镀金/塑料芯片比例也非常随机,但也不排除特殊情况。所以当买到一台该型号机器时,基本上全凭运气,开到大部分芯片都是塑料的也不是不可能(对非酋非常地不友好)。

整机RTL试图:(虽然一片乱糟糟,但是好歹跑起来了)

各芯片特写及其显微摄影(64倍放大)

7MB8:PMOS阵列

(呃,这个封装打不开,暂时没拍到,以后有条件补上)

8YM:八段荧光管译码器

ZMF:基准脉冲发生器

SBM:数字键盘编码器

CBM:操作键盘编码器

CCQ:操作暂存器

YRK:运算任务控制器

YKQ:辅助运算控制器

CYM:操作指令译码器

YYM:预选译码器

LJQ:累加器控制器

64DY:64bit动态移位寄存器

YSQ:运算和显示暂存器

SSD:小数点位置计算器


由于相关设备和拍摄条件的显示,显微摄影可能会因为原芯片质量问题、晶片水平对齐问题、拼图软件效果、专栏转码压缩等因素而造成呈现出来的效果不甚理想,但是对于逆向该机已经基本足够了。

今后如果有时间(如果),会酌情根据工作量、难度和读者/观众感兴趣程度,使用Verilog复现该计算机,并尝试使用FPGA植入;由于笔者之前真没接触过类似架构的设备,对于基本原理的分析可能也是一知半解的,但是写出来的代码会和原机进行逻辑门级别的对应,并且一定会确保能跑起来。(真能挖坑啊,海兹梅耶的坑准备什么时候填呢)