Studiare il PCB di una calcolatrice anni '70. Cosa stavano pensando?

Ho studiato il PCB da un calcolatore ELSI 8002 dal 1974. Sto pensando di riproporre il caso per un progetto, anche se ora che l'ho riparato (saldando nuovamente i connettori della batteria) non so se posso sopportare di smontarlo. ( annusando ) Forse ne comprerò uno più profondamente rotto per il mio progetto ...

Sentimentalismo a parte, sono piuttosto confuso dal layout della tastiera. Inizialmente la tastiera sembrava una tipica tastiera a matrice, ma dopo aver studiato attentamente le tracce ho scoperto che non utilizza righe o colonne.

All'inizio ho pensato che potesse essere perché stavano cercando di salvare i pin sul microcontrollore. Un layout a matrice con n righe e colonne m richiede n + m pin. Ma, davvero, abbiamo solo bisogno di una coppia unica di pin per ogni pulsante. Quindi, in realtà abbiamo bisogno solo di pin x dove n * m <= x Scegli 2.

Una matrice 4x5 ha 20 pulsanti e 20 <= 7 Scegli 2 = 21. (in realtà sono necessari solo 18 pulsanti poiché il pulsante di ripristino "C" è mappato in un modo speciale e non condivide pin con gli altri pulsanti, e c'è un inutilizzato pad, anche se forse è usato in altri modelli?)

Ho pensato che fosse quello che stava succedendo poiché righe e colonne non hanno un pin comune ... ma il layout usa 9 pin ...? Con 9 pin, perché non trasformarlo in una matrice?

Non è solo il numero di pin utilizzati per leggere una matrice della tastiera che conta. Una cosa da considerare è il numero di incroci di tracce, cioè il numero di vie necessarie. Ognuno ha bisogno di un buco da praticare e questo processo non è stato così automatico negli anni settanta come lo è oggi. Ma questo non è il punto principale qui:

Una matrice 4x5 che segue la disposizione geometrica dei tasti è complessa da decodificare nel processore. Mentre questa è una cosa banale da fare nelle CPU di oggi, la calcolatrice tascabile ha sempre avuto e ha ancora architetture di processore molto semplici. A quel tempo, principalmente a causa del prezzo. Ricorda, il processore del 1971 era Intel 4004, 4 bit e 100.000 istruzioni al secondo e si può presumere che il chip di questo calcolatore (non sono riuscito a trovare un foglio dati) sia meno potente.

La tabella @futurebird creata durante l'ispezione del circuito sembra che ci sia un casino totale di connessioni. In realtà, questo non è vero come vediamo semplicemente riorganizzando colonne e righe:

   H F G B D
A  1 3 5 7 9
C  2 4 6 8 0
E  .     % C
I  * / + - =

Qui possiamo vedere chiaramente l'intenzione degli sviluppatori: tutti i numeri pari condividono il pin C, tutti i numeri dispari condividono il pin A. Questo rende la decodifica un tasto premuto per formare un numero in memoria il più semplice possibile: sul silicio ci deve essere solo un "5 ingressi per encoder a 3 bit" per ottenere i bit 3..1 della cifra risultante nella rappresentazione binaria mentre il bit più basso è impostato o cancellato a seconda che la linea A o C fosse attiva. Allo stesso modo, tutte le operazioni possono essere rilevate controllando la riga I e le più speciali sull'ingresso E.

Confrontalo con la decodifica di una cifra dalla matrice 4x5 di base: qui ci sono 7 ingressi da controllare per recuperare 4 bit del numero risultante. È ovvio che questa tabella di consultazione consuma più spazio sul tessuto in silicone.

Usando queste connessioni a matrice, le costose funzionalità del silicio sono ridotte al minimo, mentre si pensa un po 'alla pianificazione accurata della struttura della matrice e un piccolo sforzo nel progettare un PCB che corrisponda alle connessioni previste che non aggiunge molto al costi complessivi del dispositivo.