MBY kåserar: Vår bortglömda följeslagare

PCn är fantastisk och dess långa historia av kompatibilitet överträffas bara av ett annat datorsystem - som jag berättar om någon annan gång. Den första IBM PC kom som bekant 1981, och alla program skriven för denna går utmärkt att köra på dagens PC, må vara att vissa spel går "lite" för snabbt. Detta tack vare x86-arkitekturen. Detta kåseri ska dock inte handla om x86, utan om en annan arkitektur. En processor som är så okänd att den inte ens tas för givet.

På ett PC-moderkort från 1981 finns faktiskt en CPU till, som även återfinns i praktiskt taget helt oförändrat skick även på den nyaste planka som tänkas kan. Denna heter Intel 8042 och ägnar hela sin tillvaro att lyssna till våra tangentbord. Den omvandlar tangentbordets seriella bitström av "scancodes" till bytes som hamnar i dess buffertminne. Den talar också om för huvudprocessorn - varesig det är en 8088, 486 eller Dual Operton att den grymme användaren ytterligare har några summariska och godtyckliga nerslag som måste tas tillvara.

8042 är en processor ur Intels MCS-48-familj, och är en nerbantad variant av 8048. Denna familj av processorer och enchipsdatorer kom 1976 och tillverkas alltjämt ännu. Liksom processorns förebild, Fairchild F8, har den används i diverse spelkonsoler, hushållsmaskiner och bilar. Nintendos "Donkey Kong"-arkad styrdes av en medlem ur 8048, liksom spelkonsolen "Magnavox Odyssey²" eller "Philips Videopac G7000" från slutet av 1970-talet. Denna hade för övrigt en klocka på 0,1 MHz. Det är smått otroligt att man kan ha färggrafik 100 kHz!

8042an, idag djupt inbäddad i chipsetkretsarna och trots att den inte längre är en enskilt skönjbar krets, är inte helt osynlig från användaren, utan kan nås via porten 60h, därifrån även våra tangenttryck hämtas. Även på en halvgammalt moderkort (fram till Pentium och tidiga PII) kan kretsen ses i närheten av tangentbordskontakten. Den misstas lätt för ett gammalt BIOS-chip, men bor vanligen i en 40-pinnars svart DIL-kåpa. Efterföljaren till MSC-48 är familjen MCS-51 som omfattar de mer kända enchipsdatorerna 8031 och 8051.

Vad är då 8042 för en kuf? Det är en processor med Harvardarkitektur, dvs program och data lever åtskilda, och utför en instruktion i genomsnitt var 12:te klockcykel. Den är 8-bitars, och del flesta instruktionerna är en byte långa. En typisk hastighet är 12 MHz, vilket givet CPIn ger en exekveringshastighet på 1 MIPS. Processorn har inbyggt ROM-minne (1K) och 64 bytes RAM, varav 16 som standard används i dess interna tangentbordsbuffert. Den är inte släkt med x86 på något sätt, men inspirerades av F8.

Tack Intel 8042, för att du gör så att vi kan skriva på våra tangentbord!

9531 - en variant från American Megatrends på ett av mina Pentium-moderkort.

...tänkte ni ville veta...

Edit:
Länkar:
http://panda.cs.ndsu.nodak.edu/~achapwes/PICmicro/keyboard/at...
http://www.pcguide.com/ref/kb/const/opInterfacing-c.html
(Det verkar som mitt minne sviker på några smärre faktauppgifter. Nåja, huvudkonceptet är riktigt.)

Vet faktiskt inte. Det finns en del som talar emot det, och en del som talar för.

USB har ju en direktkanal in i datorn, och en 8042 har givetvis ingen möjlighet att sköta all annan möjlig USB-kommunikation. Så: antagligen nej.

Däremot kan det hända att USB-tangenborden själva hyser en MCS-48, eller någon form av mjukvaruemulering via någon annan µC - t.ex. AVR, PIC eller dylikt.

Det som talar för är ju att just tangenbord har en mer lågnivåkommunikation med datorn, annars hade ett USB-tangentbord inte kunnat användas innan OS drar igång. Exakt hur det sköts, och "vem" som sköter det vet jag ej, men jag skulle gissa att den lilla 8042-klonen i chipsetet inte styr bitar i detta fall.

Tangentborden själva innehåller ofta en mikroprocessor. Förut vanligen just en 8042, men vilken µC som helst duger. Dennes uppgift är att översätta tangentbordets "proprietära" rad- och kolumnindeling av tangenterna till standard 8042-scancodes.

Så, eftersom även ett USB-tangentbord genererar scancodes så finns säkert 8042 som "koncept" någonstans i kedjan, men troligen inte en 8042 själv (rent fysiskt finns den i chipset, men är gör nog ingen nytta). Antagligen på mjukvarunivå. T.ex. en lågnivådrivrutin för USB i BIOS.

Nåja, det var ett långt inlägg som egentligen bara kan sammanfattas: Jag vet faktiskt inte, men jag hoppas!

...
Edit: Låt oss anta att 8042 spelat ut sin roll om och när PS/2-kontakten försvinner och alla tangentbord kör USB. Hur länge kommer 8042 rent fysiskt att finnas i chipsetet? Faktiskt, antagligen ett bra tag till. Vi kan jämföra med ISA-bussen. Inget nytt moderkort på flera år har haft ISA-platser. Dock, verkar det finnas hårdvarumässigt stöd för dessa, och virtuella PCI<>ISA-bryggor finns alltjämt.

PCn är fullproppad med fossil, blindtarmar och svanskotor. Mycket som man helt enkelt inte blir av med. De ROM-adresser som tidigare innehöll en BASIC-tolk (om man postar nästan vilken IBM-dator som helst utan hårddisk eller diskettstation bootar den in i BASIC) är mig veterligen ännu ej allokerade av något annat. Rent fysiskt så kan moderna BIOS-flashminnen hålla några megabyte, trots att det ursprungliga PROM bara hade 64 kB rutiner och 64 kB BASIC. Textlägesgrafikminnet börjar fortfarande på B800:0000h, och är nödvändigt för att datorn ska kunna visa text när den postar (eller är i DOS). Detta är en del i den berömda 640 kB-gränsen. Fortfarande är PC-arkitekturen beroende av s.k. realläge (fullt 8086-stöd), och detta kräver att hela datorn är det för att kunna starta. BIOS läste, läser och kommer att läsa tangentbordet via port 60h, och kommer att "tro" att det är en 8042 bakom. I själva verket kanske det i stället är någon annan, modernare, del av BIOS som emulerar 8042 och har ett gränssnitt mot USB (eller virtuell PS/2 via en faktisk 8042).

Kanske kan man inte plocka bort den integrerade tangentbordsprocessor hur som helst om annat är beroende av denna. T.ex. så måste ju något trigga tangentbordsinterrupten hos huvudprocessorn, och något måste peka ut och minnas tangentbordsbufferten.

Möjligt är att USB-hård- och mjukvara snackar med 8042 som snackar med BIOS och CPU.

Edit2: Observera de alla "kanske" och "möjligt är...". Jag vet således inte, utan spekulerar bara. Om någon har stenkoll på vad en modern PC gör när den vaknar, så skriv gärna (då kan jag jämföra med hur det går till på riktiga datorer ).

Tackar för uppskattningen!

Jag kan tillägga, att processorn faktiskt även har en egen display att husera med. Tre lysdioder! När användaren trycker på Caps-, Num-, eller Scroll-Lock så tänder eller släcker 8042 respektive lysdiod. Port 60h är som sagt därifrån vi får våra tecken. Om man snällt frågar 8042 via BIOS-interrupt 16h, funktion 02, så får man svar om statusen på "Lock"-tangenterna. Man kan även kommendera processorn att tända eller släcka de samme. Ja, om man vill kan man göra en 3-positions "knight rider".

En arkitektonisk detalj jag glömde nämna var att MCS-48-familjen använder s.k. minnesmappad IO, dvs portar adresseras på samma sätt som minnet. I själva verket delar huvudprocessorn och 8042 på små delar av minnet, just bl.a för att tangentbordsbufferten ska vara synlig i sin helhet. Detta minne ligger i segment 40h, dvs 0040:XXXX. Om t.ex. man tar värdet i 0040:0017, och gör en logisk "OR" med 64 (40h - en slump) och skriver tillbaka till samma adress, så tänds 'Caps Lock'.
Detta är PCn i sitt esse - en intim samlevnad mellan x86, MCS-48 och de små kodsnuttar som gjorde att datorn fick sin själ - det grundläggande in/ut-systemet, BIOS.

Haha, då skulle ni må va? Iförd morgonrock sittandes med pipa i en viktoriansk fåtölj och en dödskalle, ett mikroskop och en liten burk med en i4004 i formalin i bokhyllan? Vinjettmusik i stil med "Alfred Hitchcock presents"...

...

Edit:
Jag hittade en bra sida: http://www.pcguide.com/ref/kb/const/opInterfacing-c.html

8042 (eller dennes chipsetintegrerade klon) hanterar inte bara tangentbordet, utan även PS/2-musen! Detta är inte helt underligt; att koppla en mus via ett gränssnitt fysiskt och elektriskt identiskt med tangentbordet var en bra lösning för IBM när det introducerade sin PS/2 1987. PS/2, personal system 2 (för att distansiera från IBM PC) är ju ett namn som hängt med sedan dess. Liksom kontakterna.

Edit2: En teknisk beskrivning av 8042 finns här: http://panda.cs.ndsu.nodak.edu/~achapwes/PICmicro/keyboard/at...