01 июня 1998

Железо

      ОТКРЫТЫЕ ТЕХНОЛОГИИ       
                                
        ЗАМЕНА К5б5РУ5 НА К5б5РУ7.        
                                
(C) 1998 Master, VALEX, MAX     
--------------------------------------------------------------- 
              1.Вступление.               
                                
   Данная  статья расчитана на более-менее
знающую публику, которая умеет держать па-
яльник в руках и для которых схема компью-
тера  не является темным лесом. Мы попыта-
емся  сделать  детальный анализ технологии
замены  рушек для увеличения объема памяти
компьютера.  Этот путь мы прошли сами пол-
тора  года  назад  без посторонней помощи.
Когда  мы столкнулись с этой проблемой, то
обнаружили,  что справочной информации или
нет  вообще, или очень мало и без деталей.
Поэтому решено поделиться знаниями с широ-
кой  общественностью. Но статья не претен-
дует на роль справочного материала, поэто-
му за замеченные неточности просьба строго
не винить. В этой статье мы попробуем дос-
тучаться до провинции - ведь там компьюте-
ров  в расширением до 512 килобайт практи-
чески  нет. На наш взгляд расширение обыч-
ного   48/128`килобайтного  компьютера  до
512Кб наиболее прост и логичен ввиду деши-
визны  и простоты доработки. Порты, по ко-
торым  производится  расширение  памяти до
512Кб,  значения  не  имеют, хотя наиболее
логичным  и самым доступным является стан-
дартный  спектрумовский порт 32765 (#7FFD)
по  шестому  и  седьмому  биту,  которые в
стандартном  128`килобайтном  Спектруме не
используются.  Именно  такое расширение до
512Кб позволит избежать добавления в схему
лишних микросхем. Тем более, что все-равно
прийдется  реализовать этот порт, если пе-
ределывать  48`килобайтную  машину.  Прог-
раммная  поддержка на 512-е расширение уже
давно  существует  и  продолжает  произво-
диться.  Политика  журнала  направлена  на
поддержку  именно  этого стандарта, но как
все  сделать  у  себя - решать вам на свое
усмотрение.  Еще во времена СССР было раз-
работано великое множество спектрумсовмес-
тимых  компьютеров,  которые имели большие
схематические  и  ПЗУ`шные  различия между
собой. Чтобы никого не "обидеть", мы реши-
ли  не  "привязываться" к какой-то опреде-
ленной  схеме компьютера, а изложить все в
общих чертах.                             
                                
    2.Динамическое ОЗУ на К5б5РУ5/РУ7.    
                                
   В  ZX-Spectrum применяется динамическое
ОЗУ  в  виде  линейки  микросхем из восьми
штук   для  48`килобайтного  компьютера  и
шестнадцати  штук для 128`килобайтного со-
ответственно.  Они  представляют  из  себя
конденсатор  в  прямоугольной  упаковке  с
кучкой  ножек.  В них хранится информация,
представляемая  как наличие или отсутствие
заряда.  Для стабильной работы рушек необ-
ходимо делать подзарядку, называемой реге-
нерацией.  Что  такое  регенерация и зачем
она  нужна? Поскольку время сохранения за-
ряда конденсатора ограничено, то необходи-
мо  периодическое  восстановление  заряда.
Этот  процесс  называется  регенерацией, а
период  восстановления данных - циклом ре-
генерации.  В  таблице приведены временные
данные регенерации для разных рушек.      
                                
            
            
            
            
            
            
            
            
            
            
            
                                
     3.Структура микросхемы К5б5РУ5.      
                                
   Емкость  микросхемы 64 Кбит, т.е. 65536
ячеек  памяти,  которые вуполнены на крис-
талле  в  виде  матрицы 256х256 точек. Для
уменьшения количества адресных входов мик-
росхемы  адрес ячейки вводится по частям -
сначала восьмиразрядный адрес строки запи-
сывается  по отрицательному фронту сигнала
RAS, а затем восьмиразрядный адрес столбца
по отрицательному фронту сигнала CAS в де-
шифраторы  строки и столбца соответственно
из  мультиплексорного регистра адреса. Де-
тально  это будет рассмотрено ниже. Всвязи
с такой особенностью работы микросхема ОЗУ
имеет всего восемь адресных линий.        
                                
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
                                
  ***  - Регенерацию по этой ноге можно не
производить.                              
                                
   Матрица  микросхемы  разделена  на  две
части,  между половинками стоят усилители.
Так  что  каждый  столбец  состоит из двух
секций,  подключенных к разным плечам уси-
лителя.                                   
                                
      3.Принцип регенерации К5б5РУ5.      
                                
   Цикл  регенерации основывается на обра-
щении  к  ячейке памяти с периодом меньшим
или равным Трег, при этом востанавливается
заряд  емкости  в  запоминающем  элементе.
Микросхема  построена  таким  образом, что
при  обращении к любой ячейке строки реге-
нерируются  все  ячейки  этой  строки. При
каждом  обращении к матрице для считывания
информации   автоматически  осуществляется
регенерация информации во всех ячейках па-
мяти,  принадлежащих выбранной строке. Это
называется   автоматической  регенерацией.
Поэтому  для произведения регенерации всей
микросхемы нужно в течении цикла регенера-
ции  "перебирать" все строки матрицы, т.е.
обратиться  ко  всем строкам матрицы. Если
обращение  к разным строкам матрицы проис-
ходит  с различными по длительности интер-
валами времени, то на автоматическую реге-
нерацию полагаться нельзя и поэтому прибе-
гают  к  принудительной  регенерации. Сущ-
ность  такого вида регенерации мы рассмат-
ривать не будем ввиду полной непригодности
для Спектрума.                            
                                
Р.S. Заначка из бочки: всвязи с двухсекци-
онной структурой микросхемы не обязательно
производить  регенерацию  по  всем строкам
матрицы  (две секции регенерируются однов-
ременно), поэтому достаточно в цикле реге-
нерации перебирать первые 128 строк матри-
цы. Схематически это выглядит так: по пос-
ледней  адресной ноге регенерацию можно не
производить. A7 9 нога рушки. Если попута-
ешь  ногу, тогда потеряешь регенерацию па-
мяти  и можешь записываться в клуб любите-
лей цветных квадратиков.                  
                                
      4. Отличия К5б5РУ7 от К5б5РУ5.      
                                
   Емкость  микросхемы  256  Кбит - 262144
ячеек  памяти,  которые выполнены на крис-
талле  в виде матрицы 512х512 ячеек, что в
четыре раза превышает емкость PYS. Поэтому
задействована   раннее  не  использованная
первая ножка микросхемы под дополнительный
адрес А8. В остальном микросхемы полностью
идентичны,  что  позволяет  наращивать ОЗУ
компьютера   без  глобальных  переразводок
схемы.                                    
                                
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
                                
  ***  - Регенерацию по этой ноге можно не
производить.                              
                                
  5. Принцип регенерации ОЗУ Спектрума.   
                                
   Для того, чтобы объяснить регенерацию в
компьютере,  нам прийдется рассмотреть не-
которые  вещи,  которые  напрямую касаются
устройства самого компьютера. По некоторым
непровереным  сведениям  известно,  что на
первых  компьютерах,  которые  делал Клайв
Синклер,  регенерация  делалась при помощи
регистра  R  микропроцессора  Z80. На оте-
чественных  спектрумклонах  сделано все по
другому.  Эта почетная миссия возложена на
плечи  видеоконтроллера. Почему именно он?
При  возобновлении экрана с периодом 20 мс
видеоконтроллер  считывает  информацию эк-
ранной  области с адресов #4000...#SAFF. А
для осуществления регенерации нам надо ре-
гулярно  что-то считывать с линеек ОЗУ для
восстановления  заряда. Как можно упустить
такой шанс для "подвески" регенерации? Ка-
ким образом это сделано - рассмотрим ниже.
                                
   Как  уже говорилось раннее, нам необхо-
димо переделать регенерацию микросхем РУ7.
Для  того,  чтобы  это сделать, надо найти
того,   кто  ее  делает.  Этим  занимаются
мультиплексоры адреса. Возьми схему своего
компьютера  и найди линейку PYS-ых. По ад-
ресной шине этих рушек (A0-A7) ты прийдешь
к выходам мультиплексоров. Обычно это КП11
или  КП12. Мультиплексоры занимаются двумя
важными задачами:                         
                                
   1.  Переключение  адресных  линий рушек
для  поочередного  доступа  процессора или
видеоконтроллера,  а  точнее - его счетчи-
кам. При работе счетчиков видеоконтроллера
получается  адрес  ячейки  памяти экранной
области. После получения доступа к ОЗУ ви-
деоконтроллер  считывает  значение по ука-
занному  адресу  и  таким образом мы видим
точку на экране.                          
                                
   2.  Делит  шестнадцатиразрядные  адреса
процессора и видеоконтроллера на две части
по  восемь разрядов. Одна "половинка" пол-
ного  адреса записывается в регистр строки
PYS по отрицательному фронту сигнала -RAS,
а  вторая - в регистр столбца PYS по отри-
цательному  фронту сигнала -CAS. Таким об-
разом  в  рушках  получается  полный адрес
ячейки памяти.                            
                                
  -  А  шо заставляет их клацать?- спросит
рядовой  пользователь. Работой мультиплек-
соров управляют два сигнала. Первый (назо-
вем  его Н1) занимается тем, что описано в
первом  пункте,  а второй - соответственно
второму  пункту.  Второй сигнал обычно RAS
или  его производная. Смотри на своей схе-
ме. Здесь надо упомянуть различия в схемах
отечественных спектрумклонов. Имеется вви-
ду  разные "полярности" управляющих сигна-
лов.  В  одних машинах управляющий ноль, в
других  - единица. Поэтому сигнал Н1 может
быть активен нулем или единицей. Опять-та-
ки  смотри  на  схеме. В этой статье, дабы
самим  не  путаться  и вам голову не моро-
чить, сделаем так: активен - единица, пас-
сивен  -  ноль.  Исходя  из этого - сигнал
Н1=0, доступ к ОЗУ имеет процессор, Н1=1 -
доступ открыт для видеоконтроллера. Второй
сигнал RAS=1 (активный) выставит для рушек
так  называемую  строку. Если RAS в нулю -
получается колонка.                       
                                
   При разных комбинациях управляющих сиг-
налов (00,01,10,11) на адресные ноги рушек
комутируются  соответственно четыре сигна-
ла. Из них два сигнала - с процессора, два
сигнала - с видеоконтроллера. Для облегче-
ния  анализа  конкретной схемы мультиплек-
сорного  блока  желательно  все результаты
исследования свести в подобную этой табли-
цу:                                       
                                

















  * - дополнительная адресная нога РУ7.   
                                
   Здесь следует специально оговорить тре-
тий сигнал, который "попал" в таблицу. Это
сигнал  Н2. При "рисовании" изображения на
экране монитора видеоконтроллер поочередно
выбирает  из ОЗУ пиксельные значения (бай-
ты) и атрибутные. "Регулировкой" этой оче-
редности занимается вышеуказанный сигнал. 
                                





   Это  так называемая временная диаграмма
доступа к ОЗУ. Циклически повторяются так-
ты  с первого по четвертый. Короче, сигнал
Н1  занимается  переключением "процессор -
видеоконтроллер",  а сигнал Н2 отвечает за
переключения  "пиксель - атрибут" во время
работы  видеоконтроллера. Но! Во время ра-
боты  каждого из тактов мультиплексируется
адрес  доступа  к  ОЗУ  при помощи сигнала
RAS.  Таким  образом имеем "строка - стол-
бец" (смотри устройство рушек).           
                                
   Теперь  подвяжем  все  вышесказанное  к
таблице,  а именно - где и кто в какой ко-
лонке делает регенерацию?                 
                                
   1.  Мы выяснили, что регенерацию делает
видеоконтроллер, т.е. сигнал Н1=1.        
                                
   2.  Условимся, что регенерацию произво-
дим  при чтении видеоконтроллером пикселей
экранной  памяти компьютера, который стоит
на  вашем  столе  и  хочет стать 512-кило-
байтным  гробом,  т.е. сигнал Н2=0. Почему
именно  пиксельную часть экрана? А так на-
дежнее получается, т.к. в атрибутную часть
чтения можно "не вложиться" по времени.   
                                
   3.  Следует помнить, что регенерация на
рушках происходит по строкам, т.е. RAS=1. 
                                
   На  "пересечении" всех трех условий по-
лучаем  колонку, по которой происходит ре-
генерация.  Теперь  обрати  внимание на на
выделеную  область в таблице сигналов. Это
и  есть  нужная  нам комбинация. В ней все
сигналы должны быть импульсные. Обусловле-
но  это необходимостью все-же перевключать
строки,  которые  мы  пытаемся регенириро-
вать.  И еще - период повторения этих сиг-
налов не должен превышать период регенера-
ции  микросхемы  памяти  (см.  Трег). Весь
сыр-бор заключен в одной маленькой особен-
ности  -  если "тащишь" какой-то сигнал из
связки  по  причине  того,  что нас она не
устраивает,  то надо тянуть и его "сладкую
парочку".  Например,  если  мы меняем А0 и
A8,  то  нам  прийдется разменять Н3, V0 и
V6. Если возникают сложности в схемотехни-
ке, тогда пробуйте взять комбинацию попро-
ще.   Все   зависит  от  конкретной  схемы
компьютера,  поэтому  прямые "наводки" да-
вать нецелесообразно. Схемотехнически дан-
ный  перевод осуществляется подпаиванием к
мультиплексору  (КП12) на плате расширения
ОЗУ до 512Kb от адреса A8.                
                                
   Для осуществления регенерации на допол-
нительной ноге РУ7 требуется перенести три
сигнала  (например, A8,V0,V6), которые нам
подходят  из  правой части таблицы в графу
для  "лишней"  ножки РУ7-ых в левой нижней
части  таблицы.  Но  тогда возникает новая
проблема. на плате разширения у нас КП12 и
ее управление осуществляется сигналами RAS
и Н1, а как же быть с Н2 и куда припаивать
сигналы  V0,  V6,  когда сигнал Н1 будет в
единице?  Давайте  попробуем разобраться в
этой  ситуации.  Есть  два пути решения, а
какой выбрать - смотрите на конкретной ма-
шине и в конкретной ситуации.             
                                
    Первое  решение:  через дополнительные
элементы логики. Когда будет выбран видео-
контроллер  по  Н1=1 нам нужно посредством
сигнала  Н2 комутировать V0 или V6 дабы на
экране мы могли видеть пиксель и атрибут. 
                                
    Второе  решение:  это  через  дополни-
тельные размены (перекроссировки) в табли-
це  тобиш  в  схеме  компьютера.  Например
возьмем тот же сигнал V0, а также мы дого-
ворились, что и сигналы A8 и V6. Сталкива-
емся с той же проблемой. Но в левой колон-
ке есть сигналы, которые одинаковы при лю-
бом  состоянии  Н2.  Значит  на место A8 в
таблицу заносим любой "двойной сигнал" (о-
динаковые  при  разных состояния Н2), а на
освободившееся  место  переносим "тройной"
сигнал  (A8,V0, V6) из правой таблицы. Те-
перь  получается,  что  на схему доработки
заносим, например, A7 и V5. В правую поло-
вину  добавим новые сигналы из схемы дора-
ботки  A16 и A17, а в колонках Н2=0 и Н2=1
запишем "0" напротив этих сигналов. Теперь
остается  все  изменениа перенести в схему
компьютера.                               
                                
    Я  лично  (VALEX)  хочу сказать, что в
обоих  случаях  есть  свои недостатки. Вам
нужно хорошо знать схему своего любимого и
уважаемого "speccy" или прибегнуть к вари-
анту:  отнести свое дитя к знающему, но не
настолько любимому (а может и не любимому)
специалисту.                              
                                
   Ребята, давайте жить ... на 512 Кб.!!!