Estudando o PCB de uma calculadora dos anos 70. O que eles estavam pensando?

Eu estudei o PCB a partir de uma calculadora ELSI 8002 desde 1974. Estou pensando em redefinir o caso de um projeto, embora agora que o tenha corrigido (soldando os conectores da bateria), não sei se pode suportar separá-lo. ( fungando ) Talvez eu compre um mais quebrado para o meu projeto ...

Sentimentalismo à parte, estou um pouco confuso com o layout do teclado. O teclado inicialmente parecia um teclado de matriz típico, mas depois de estudar cuidadosamente os rastreamentos, descobri que ele não está usando linhas ou colunas.

No começo eu pensei que isso poderia ser porque eles estavam tentando salvar pinos no micro controlador. Um layout de matriz com n linhas e m colunas requer n + m pinos. Mas, na verdade, precisamos apenas de um par de pinos exclusivo para cada botão. Então, na verdade, precisamos apenas de pinos x onde n * m <= x Escolha 2.

Uma matriz 4x5 possui 20 botões e 20 <= 7 Escolha 2 = 21. (realmente são necessários apenas 18 botões, pois o botão de reset "C" é mapeado de uma maneira especial e não compartilha pinos com os outros botões, e existe um botão não utilizado. pad, embora talvez seja usado em outros modelos?)

Eu pensei que era isso que estava acontecendo, já que linhas e colunas não têm um alfinete comum ... mas o layout usa 9 pinos ...? Com 9 pinos, por que não fazer apenas uma matriz?

Não é apenas o número de pinos usado para ler uma matriz do teclado. Uma coisa a considerar é o número de passagens de traços, ou seja, o número de vias necessárias. Cada um precisa de um furo a ser perfurado e esse processo não foi tão automático nos anos setenta como é hoje. Mas, este não é o ponto principal aqui:

Uma matriz 4x5 seguindo o layout geométrico das chaves é complexa para decodificar no processador. Embora isso seja algo trivial nas CPUs de hoje, a calculadora de bolso sempre teve e ainda possui arquiteturas de processador muito simples. Naquela época, principalmente por causa do preço. Lembre-se, o processador do computador de 1971 era o Intel 4004, instruções de 4 bits e 100k por segundo e pode-se supor que o chip desta calculadora (não consegui encontrar uma folha de dados) é menos poderoso.

A tabela @futurebird criada durante a inspeção do circuito parece haver uma bagunça total de conexões. Na verdade, isso não é verdade, como vemos simplesmente reorganizando colunas e linhas:

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

Aqui podemos ver claramente a intenção dos desenvolvedores: Todos os números pares compartilham o pino C, todos os ímpares compartilham o pino A. Isso torna a decodificação pressionada uma tecla para formar um número na memória o mais simples possível: No silício, deve haver apenas "5 entradas para codificador de 3 bits" para obter os bits 3..1 do dígito resultante na representação binária enquanto o bit mais baixo é definido ou limpo, dependendo da linha A ou C estar ativa. Da mesma maneira, todas as operações podem ser detectadas verificando a linha I e as mais especiais na entrada E.

Compare isso com a decodificação de um dígito da matriz 4x5 básica: Aqui há 7 entradas a serem verificadas para recuperar 4 bits do número resultante. É óbvio que essa tabela de consulta consome mais espaço no tecido de silicone.

Usando essas conexões de matriz, os recursos caros do silício são mantidos no mínimo, enquanto se dedica um pouco ao planejar cuidadosamente a estrutura da matriz e um pouco de esforço ao projetar uma PCB correspondente às conexões pretendidas, o que não acrescenta muito ao custos gerais do dispositivo.