Специалист как объект для творчества аппаратчиков

Специалист в своё время был очень удобен как готовая заготовка или болванка на которой каждый мог проявить своё творчество в компьютеростроении.

Тема чисто флеймовая, чтобы обсудить разные идеи на тему модернизации Специалиста, даже не предполагающиеся к воплощению, но не чисто фантазии в стиле Манилова, а только вполне реальные (т.е то, что при желании можно сделать). Т.е здесь можно подумать над тем, чем занимались энтузиасты любители в 1988-1991 годах, как можно было бы улучшить возможности Специалиста, дать ему новые возможности, причём, естественно, при условии сохранения совместимости и элементной базы.

В своё время из подобных раздумий родилось несколько (увы, несовместимых) компьютеров. Речь конечно о вариантах SP-580, Патисоник, Радуга и Специалист MX. Можно ещё упомянуть о варианте "Практик", который дал Специалисту CP/M (но там доработка тривиальная - открытие ОЗУ по адресам D000...F7FF, у меня, кстати, это было сделано на 3 года раньше в 1989, что потребовалось для CP/M).

Наиболее известным стал Специалист MX, т.к в нём автор хотя бы сообразил сохранить совместимость по входным точкам ПЗУ. Но и он сдуру нарушил принцип совместимости по железу совершенно низачем поменяв адресацию порта клавиатуры, хотя адрес порта клавиатуры был расположен предельно удобно на FF00. Что улучшило перемещение этого адреса на сотню байт вверх?

Но ещё больше претензий к автору MX в том, что он реально архитектуру не улучшил. Точнее на самом деле физически улучшил, но увы, он сам не понял, что это сделал, оставив рабочей памятью Специалиста MX стандартное ОЗУ Специалиста в 36К, сделав банку в 64К не основным ОЗУ, а лишь квазидиском.

А надо было сделать наоборот, - дать Специалисту системное ПО, которое имело бы два режима, - стандартный на 36К и расширенный на 62К, в котором рабочим ОЗУ является ОЗУ в сплошные 62К из добавленной банки РУ5. Правильно улучшить архитектуру сообразил только автор ЭРИКА, но сделал он это слишком поздно. А Специалист MX - это обычный Специалист с ВИ53 по дурной схеме, плюс раширение до 16 цветов, дополнительная банка РУ5 под квазидиск и самодельная ОС RAMFOS прошитая в имеющееся, но неиспользуемое базовым ROM-BIOS-ом ПЗУ на плате Специалиста.

Я в своё время тоже доработал Специалист подобным всем очевидным образом. А именно, сначала расширил регистр цвета отдельным регистром (использовать ППА клавиатуры для этого глупо), что дало 8 цветов и для PAPER и для INK. А когда в конце 1989 появилась возможность подключить дисковод, пришлось ввести "открытие" ОЗУ D000...F7FF, т.к для CP/M имеющегося ОЗУ в 36К совсем мало. Схемы может быть попозже нарисую, хотя они и так ясны каждому (открытие ОЗУ это всего несколько диодов, а схема цвета - это 555 ТМ9 как регистр цвета и 155 ИД4, как формирователь /CAS-ов).

А на одной плате Специалиста у меня стояло теневое ПЗУ объёмом в 2 кб. По сбросу это ПЗУ включалось в адресах 0...7FFF (кратно) и в нём был прошит 'Shadowy ROM', представлючщий собой холодный загрузчик системы с магнитофона. По сбросу ожидался ввод с ленты блока кодов. После начала сигнала выполнялась настройка на скорость МГ-записи (чего не было в загрузчиках ни у одного отечественно компьютера на КР580), вводился блок в ОЗУ выше 8000. После ввода считанный с ленты код (ROM-BIOS-а) стартовал. Стартовавший код ROM-BIOS отключал теневое ПЗУ, что давало систему с ОЗУ 62 Кб (0...F7FF). Исходник 'Shadowy ROM' можно скачать здесь.

Наличие ОЗУ на месте ПЗУ позволяло очень удобно отлаживать его код при доработках ПЗУ Специалиста. Впоследствии объём теневого ПЗУ был увеличен до 8 кб, благодаря чему, если по сбросу с ленты не шёл пилот-тон, что передаётся в начале всех МГ-записей, то код ROM-BIOS автоматом грузился в ОЗУ из ПЗУ.

Экран при этом по-прежнему "болтался" посередине памяти (и кстати он мог у меня тумблером расширяться до 512*256). Предполагалось добавить банку 565 РУ6, чтобы с её помощью закрывать дополнительным ОЗУ область 8000...BFFF, убирая из адресного пространства экран (но это уже я не успел сделать, т.к появился ОРИОН). Вот такая доработка плюс КНГМД с дисководом реально имела смысл, как развитие Специалиста. Но в 1990 году для этого уже было поздно. Кстати в начале 1991 я получил письмо из журнала МК с предложением на публикацию там схемы эл.диска и др, но к тому времени я уже давно занимался ОРИОН-ом и не было смысла развивать "мёртвую платформу".

Это я упомянул лишь, чтобы показать, что подобные доработки доступны любому, кто сумел выучить все русские буквы, умеет читать и в состоянии прочитать статьи в ж.Радио описывающие работу ИМС 155-той серии и книгу Дж.Коффрона "Тех.средства МП систем". Для таких простейших доработок ума не надо и подобные доработки делали многие радиолюбители во всех городах страны. Чтобы получить требуемый для CP/M объём ОЗУ, необходимость убрать из адресного пространства ПЗУ, порты, а особенно, огромный экран тоже была ясна каждому здравомыслящему.

Архитектурные модернизации тоже конечно интересны и чуть позже я ещё подумаю на тему какая доработка архитектуры Специалиста была бы оптимальной в 1989. Но всё-же гораздо более интересными являются концептуальные доработки. Я имею ввиду изменение самой концепции А.Волкова, т.е его идеи и схемы синхронизатора обращений к ОЗУ микропроцессора и видео-контроллера (являющегося в Специалисте частью МП-ядра). А.Волков прекрасно решил эту задачу. Но его ошибкой был слишком маленький формат экрана. Это понятно, негде было подсмотреть и по идее для игрового компьютера, чем меньше экран, тем лучше.

Но это привело к тому, что, чтобы соблюсти ТВ-стандарт, клок процессора пришлось понизить до 2 МГЦ. Как выяснилось позднее, этого мало для дисковода, да и для программ, чем больше такт, тем лучше. Поэтому, как говорится, "уже с древнейших времён все пытливые умы человечества пытались решить задачу", как повысить клок Специалиста хотя-бы до минимально достаточных 2.5 МГЦ.

Самое тупое лобовое решение увеличение такта с 2 до 2.5 МГЦ (это достигается расходом в один корпус 155 ТМ2), - в такой схемотехнике приводит к резкому сокращению размера растра по горизонтали. На всех моих Специалистах это было сделано с 1988 года. По такому же пути пошли и разработчики ОРИОНА.

Более грамотно решение, которое я сделал на своём Специалисте много позднее (в 1993), - это Турбо, двойное или с WAIT-ом (142%), что, к сожалению, делается только при процессоре Z80. При варианте Турбо-200% формирователи /RAS-/CAS и клока CPU переключаются на один вес ранее в счётчиках видеогенератора, что повышает их частоту вдвое. Остальная схема компьютера не меняется.

На практике выяснено, что отечественный процессор КР580 лучше, чем 8080A, т.к лучше турбируется. Но увы, даже он тянет, максимум, 3.75 МГЦ, причём требуя при этом хорошего охлаждения (большой медный радиатор или обдув). Впрочем, с водяным охлаждением КР580 вполне сможет работать и на 4 МГЦ (я это сам проверял как-раз на Специалисте, после включения Специалист работает пару десятков секунд, затем от местного перегрева кристалла происходит улёт, радиатор не помогает). В 1992 один человек рассказывал мне, что у него КР580 работал и на такте 5 МГЦ, но доверять этому не стОит.

Двойное турбирование на ОРИОНЕ с Z80 (независимо и по разным схемам) было изобретено В.Смирновым в С-Петербурге и С.Караваевым в Ташкенте и стало использоваться с начала 1993 года. Тогда я без проблем смог переделать свой Специалист на Z80 на двойной такт. Но в итоге оказалось, что для Специалиста двойное Турбо подходит намного лучше, чем для ОРИОНА (т.к 2 МГЦ меньше, чем 2.5). Недостатком двойного турбирования является то, что видеогенератор при этом делает за время сдвига экр.байта не 2, а 4 обращения к ОЗУ и соответственно ОЗУ греется в разы сильнее. На ОРИОНЕ такая схема требует применения вентилятора или радиаторов на ОЗУ, но на Специалисте, где частота RAS-CAS не 5 МГЦ, а всего 4 МГЦ, перегрев ОЗУ не наступает даже без радиаторов.

Когда такт RAS-CAS 4 МГЦ, то видеосхема обычно делает 3 обращения за цикл сдвига экранного байта, хотя для отображения на экране достаточно одного. Остальные 2 обращения приводят к бесполезному разогреву ОЗУ. Особенно это фатально на турбированном ОРИОНЕ, где такт RAS-CAS 5 МГЦ и ОЗУ греется уже существенно сильнее, чем в Специалисте, где RAS-CAS при турбировании всего лишь 4 МГЦ.

Потому на ОРИОНЕ схема Турбо-200% устойчиво работает лишь с вентилятором или требуется применение скоростных РУ7И (у них более современная технология). Для борьбы с этим в 1998 мне удалось изобрести (хотя и довольно громоздкую) схему, которая резко сокращала разогрев ОЗУ. Для этого ставится триггер, который сбрасывается по перезаписи из промежуточного буфера (в Специалисте это ИР12, в ОРИОНЕ ИР82) в сдвиговый видео регистр, а взводится по первой же записи экранного байта в этот промежуточный буфер. После чего сигнал триггера запрещает прохождение /CAS на микросхемы ОЗУ. Тем самым исключаются лишние обращения. А регенерация не нарушается, т.к она происходит не по /CAS, а по /RAS.

Кроме того в ОРИОНЕ в каждой строке лишь 48 экранных байтов читаются с пользой, а 32 байта из 80 читаются впустую, т.к приходятся на бордюр (т.е обратный ход луча по строкам). Т.е почти половина обращений к ОЗУ лишь без пользы разогревает ОЗУ. Для этих обращений я тоже запретил /CAS. А также сделал запрет /CAS на обратный ход луча по кадрам (это целых 64 строки).

Эта схема для борьбы с перегревом получилась довольно громоздкой (6 корпусов), но зато разогрев ОЗУ в схеме Турбо-200% стал даже меньшим, чем в базовом ОРИОНЕ с RAS-CAS на частоте 2.5 МГЦ.

Благодаря этой схеме запрещающей часть /CAS-ов, тактируя Z80 клоком 10 МГЦ, при ОЗУ на 5 МГЦ, я добился работы Z80 с реальным тактом в ~7.1 МГЦ (это 5.0*1.42). При этом без вентилятора и на обычных 565 РУ7Г ОРИОН работал абсолютно надёжно.

А в Специалисте при RAS-CAS всего 4 МГЦ ОЗУ не перегревается даже с кучей излишних обращений видеоадаптера к ОЗУ и применять громоздкие схемы для снижения разогрева ОЗУ не требуется.

Но замена на Z80 это вообще-то нелампово. А.Волков не имел возможности применить Z80 в 1985 году. Тем не менее, возможность грамотно турбировать Специалист на КР580 всё же есть. Если немного подумать, то неизбежно в голову придёт мысль, что если для схемы с 4-мя обращений за цикл сдвига процессору КР580 немного не хватает скорости, то для 3-х обращений его быстродействия хватит.

Таким образом победительная идея турбирования Специалиста заключается в использовании синхронизатора работающего с кратностью не в два маш.такта, а в три. Тогда за время сдвига в выходном видео регистре одного экранного байта будет выполняться не два обращения к ОЗУ, а три (3 цикла доступа). Видео-части при этом нужно всего одно обращения из трёх, а процессор может занимать любые два цикла. Что увеличивает такт процессора в 1.5 раза до 3 МГЦ. Если (с целью разгрузки шины) применять в Специалисте только 1533-ю серию, то КР580 даже без использования ВК28, такой клок легко тянет.

Схема простая, но главная проблема при этом получить требуемые синхронные частоты. Нужно иметь две некратные синхронные частоты: 8 МГЦ (пиксель клок) и 3 МГЦ (это Ф1, Ф2 для КР580 и /RAS-/CAS ОЗУ).

Проще всего это получить из кварца 24 МГЦ. При делении на 8 получаем 3 МГЦ, а при делении на 3 получается частота 8 МГЦ. В таком варианте время сдвига (экр.байта) занимает 24 периода. Кстати, кварцы 24 МГЦ хреново заводятся (т.к они обычно гармониковые) и в генераторе нужен 531ЛН1 или 580ГФ24.

Удобнее применить кварц 16 МГЦ. При этом из-за свойств арифметики требуется применение скоростных РПЗУ. Имеется ввиду, что РПЗУ нужно именно из-за того, что 16 нацело не делится на три. Т.о, если использовать скоростные РПЗУ (556 РТ4 или 155 РЕ3), тожно получить нужную сетку сигналов. Ставим кварц 16 МГЦ и по пять периодов выделяем на каждый из трёх циклов и ещё один период оставляем пустым.

РПЗУ у которого на адресные входы поданы такты 24, 12, 6 и 3 МГЦ, формирует все основные сигналы и временную базу модернизированного компьютера. Если бы у меня в своё время была возможность прошивать РПЗУ, то я бы сделал такую доработку Специалиста. Чтобы сделать эту доработку на работающей плате Специалиста понадобилось бы всего пара часов.

Ясно, что эта идея вполне реализуема и была очевидна ещё 30 лет назад. Сам сейчас уже не люблю паять (пока даже не занимаюсь Специалистом, но займусь вскоре), и к реализации этой идеи ещё не приступал (т.к без прошивателя проволочных РПЗУ это и не сделать). Высказывал эту идею на форумах, но специалисто-строители предельно ленивы, - нет никакого движения со времён разработки MX2. Да и творчество аппаратчиков любителей в основном сейчас пошло не пути разработки умных идей, а по тупому пути реализации схем на сверхсовременных скоростных микроконтроллерах, благо ценовой аспект теперь это позволяет.

Я хотел было уже сам этим заняться года 1.5 назад, но тут меня ни за что выгнали с форума ZX-PK и это стало неактуально. Но всё-равно не исключено, что я когда-нибудь эту доработку сделаю в реале (доп.проблема в том, что у меня пока просто нет прошивателя РПЗУ с плавкими перемычками).