Open Letters
#09
06 октября 2002 |
|
Статьи - СИСТЕМНАЯ ШИНА В SPECTRUM-СОВМЕСТИМЫХ КОМПЬЮТЕРАХ
Радиолюбитель 1/94 (c)Nemo. СИСТЕМНАЯ ШИНА В SPECTRUM-СОВМЕСТИМЫХ КОМПЬЮТЕРАХ Проблема, обозначенная в заглавии, не нова. Более того, она уже достаточно соз- рела для решения. Необходим общепринятый стандарт на Spectrum-шину. В этом заинте- ресованы как пользователи (это даст им более широкий выбор периферийных уст- ройств), так и производители (им будет обеспечено значительное увеличение объ- ёмов сбыта). Предыстория и текущее состояние проб- лемы. Все помнят эпопею, связанную с по- пытками расширения компьютера "Ра- дио-8бРК". Из-за отсутствия в конструкции системного контроллера 58OBK28/38 (по су- ществу, он же - контроллер шины) отсутс- твовали и системные сигналы обращения к портам, что приводило к необходимости дробления адресного пространства и уни- кальным схемным доработкам самого компью- тера при стыковке каждого конкретного устройства. Любопытна также история "Системы-360" разработки IBM, впервые реализовавшей мо- дульную структуру вычислительного комп- лекса. Даже потеряв 13% рынка сбыта пери- ферийных устройств, IBM, как никогда ра- нее, укрепила своё лидирующее положение в отрасли [1]. Применительно к отечествен- ной ситуации заметим, что только мощь IBM позволила ей провести свой внутрифирмен- ный стандарт в разряд общепринятых спосо- бом de facto. Системные шины в Spectrum-компьютерах ранних моделей и выпускающихся сейчас ли- бо вообще отсутствуют ("Ленинград-I", "Composite-48", 'KAY-128"), либо ярко ин- дивидуальны ("Компакт", "Хоббит", "Ле- нинград-II") и несовместимы между собой. Несколько особняком стоит "Scorpi- on-ZS256", разработчик которого счёл не- обходимым всё-таки подчиниться фирменному стандарту, пожертвовав для этой цели су- щественной (~10 см2) частью площади пе- чатной платы. По крайней мере, со Scorpi- on'ом стыкуются хотя бы фирменные уст- ройства. Основная же масса фирм-разработ- чиков и сейчас разводит шину исходя из удобства трассировки печатных проводни- ков, обрекая себя на создание уникальной периферии. Разработчики периферийных устройств (HR-23, FDC-5, HART-контроллеры дисково- да, прототип - BETA DISK) выводят сигналы на шину таким образом, чтобы их было лег- ко скоммутировать проводниками с маточной (системной) платой, возможно, вовсе не имеющей системного разъёма. Для избежания путаницы используется регулярное покон- тактное следование сигналов на разъёме. Вообще говоря, машины минимальной кон- фигурации просто не приспособлены к сты- ковке внешних устройств, прежде всего, из-за конструкции корпуса. Однако также неоспоримо и то, что компьютеры макси- мальной конфигурации (с дисководом) долж- ны иметь системный слот-разъём(ы). Тен- денция к постепенному вытеснению с рынка машин минимальной конфигурации конструк- циями с дисководом заставляет всерьёз за- думаться о стандарте шины. КОММЕРЧЕСКОЕ ВИДЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ. Как уже указывалось, производство вза- имно-совместимых моделей Spectrum-машин и периферийных устройств выгодно всем и повлечёт за собой увеличение общей ёмкос- ти рынка сбыта - для всех, кто подчинится стандарту, если таковой в конце концов всё-таки появится. Это внешняя, очевидная сторона проблемы. Более детальное исследование вопроса приводит к выводу, что компьютер со стан- дартной шиной будет обладать к тому же и более высокой потребительской стоимостью (ПС). Рассмотрим это не вполне очевидное следствие подробнее. Срок морального ус- таревания компьютера - эту величину можно считать пропорциональной ПС - определяет- ся по устареванию наиболее критичных в этом отношении узлов - периферийных уст- ройств. Чем полнее конфигурация одноплат- ной конструкции, тем скорее она морально устареет. Яркий пример тому - АТМ. В иде- альном случае маточная плата устаревает только по двум параметрам: тактовой час- тоте (типу процессора) и информационной ёмкости канала системной шины, что, в об- щем-то, и привело к необходимости смены стандарта шины IBM PC на её же стандарт микроканала. Это устаревание неизбежно как врождённый порок любой конструкции с фон-Неймановской архитектурой. Жизненный же цикл компьютера с шиной может быть значительно продлён удачными периферийными устройствами и их своевре- менной заменой. Образно говоря, это может превратить компьютер из бабочки-одноднев- ки, по крайней мере, в бабочку-двухднев- ку. Производители системных (маточных) плат, передавшие свою долю рынка мелким фирмам, специализирующимся на производс- тве периферийных устройств (стыкуемых по общепринятому стандарту) получат эквива- лентное дополнительное вложение капитала и интеллектуальных сил в свой проект с очень высокой эффективностью. Машина с модульным построением облада- ет более высокой ремонтопригодностью. Ес- ли выходит из строя периферийное устройс- тво, или даже маточная плата, ремонт сво- дится к простой пробной смене плат-моду- лей. В дальнейшем отказавший модуль можно заменить через фирму-изготовитель или просто выкинуть. Для справки: типовой контроллер дисковода сейчас стоит значи- тельно меньше, чем ремонт всего компьюте- ра целиком. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕАЛИЗАЦИИ ШИНЫ. Наиболее авторитетным прототипом можно считать фирменную шину. И отнюдь не из-за её "заморского" происхождения. Она доста- точно проста, практически обкатана, обла- дает необходимой, хотя и не достаточной функциональной полнотой. БУФЕРИРОВАНИЕ, НАГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ И ЛОГИКА РАБОТЫ. Буферирование, вообще говоря, жела- тельно. Однако та доля себестоимости, ко- торая будет внесена в маточную плату, де- лает это нецелесообразным. Не следует за- бывать, что стоит задача создания шины для компьютера, а не наоборот. Шина, в первую очередь, должна быть не обремени- тельна для пользователя, которому она не нужна. Единственный приемлемый вариант в сложившейся ситуации - это вывод на шину в качестве интерфейсной БИС CPU (Z80) и буферирование (в случае необходимости) со стороны периферийного устройства. Логика работы шины в этом случае пол- ностью определяется (с точностью до вре- менных диаграмм и времён задержек) про- цессорным элементом Z80, связывающим вое- дино все модули. Проблемы, связанные со стандартизацией и документированием пара- метров, решаются автоматически ссылкой на техническое описание Z80, которое обще- доступно и не нуждается в каких-либо ком- ментариях. Искушённый читатель, наверное, уже давно имеет возражение, связанное с низ- кой нагрузочной способностью Z80. Дейс- твительно, выход Z80 разрешается нагру- жать не более чем "одним TTL-входом". Это серьёзный минус для микросхемы, предпола- гаемой для применения в качестве интер- фейсной БИС. Однако это ограничение легко и, можно сказать, элегантно снимается требованием использовать в качестве наг- рузок на шине ALS-элементы (серия 1533). Восемь ALS-входов эквивалентны одному TTL-входу. Т.е. на всю линию шины оказы- вается возможным подключать до 8 единич- ных нагрузок, чего вполне достаточно для большинства практических применений. Ред- кий вид схем ALS на проверку не столь уж редок, т.к. важны лишь входные параметры. Вот перечень схем, идентичных по входным параметрам серии ALS: ТТЛШ-580, 589, 556, 158. Возможно также применение и схем се- рии 555, следует лишь помнить, что один DTL-вход эквивалентен двум ALS-входам. Более сложен вопрос о допустимых ем- костных нагрузках на линиях. Исследова- ния, проведённые Nemo, показывают, что, например, в Scorpion'e, который простой конструкцией не назовёшь, резерв по ёмкости нагрузки для наиболее нагруженных линий адреса (А15) составляет 60 - 70% (60 - 70 pF), для данных - около 50% (100 pF). Особо следует остановиться на комп- ьютерах "Ленинград- I", "Composite-48" и "KAY-128". Небуферированная клавиатура вносит на линии адреса около 40 pF ёмкос- ти (плоский кабель порядка 25 см + 40-клавишная клавиатура), что практически полностью исчерпывает нагрузочную способ- ность линий адреса и делает дальнейшее расширение весьма проблематичным. Для компьютера с открытой, модульной структу- рой буферирование клавиатуры строго обя- зательно. Распределение функций между материнс- кой платой и периферией. Проблема, лежа- щая в основе, - это, во-первых, определе- ние минимально необходимой конфигурации Sinclair-совместимой машины и, во-вторых, будет ли такая конфигурация оптимальной с самых различных точек зрения. В Scorpion'e, например, контроллер диска, контроллер 256К памяти и звуковой процессор отнесены к системным устройс- твам и находятся на материнской плате. Всё же прочее, что можно пристыковать, относится к периферии. Это одна точка зрения. Автор же относит контроллер дис- ков к обязательным, но всё-таки перифе- рийным устройствам. Это другая точка зре- ния. Вообще говоря, грань между системными и периферийными устройствами определяется встроенным системным мат. обеспечением, в первую очередь, и накопленной суммой ори- ентированного на него прикладного ПО. Ориентируясь на фирменное ПЗУ Spect- rum-128, можно однозначно отнести конт- роллер дисков к периферийным устройствам. Создание теневого монитора (в Scorpion'e) позволяет взглянуть на проблему по-друго- му. Успешное введение и активное исполь- зование шины неизбежно "ужмёт" функции материнской платы и заставит считать контроллер дисков периферийным устройс- твом. В заключение следует отметить, что многое здесь предложено впервые (по край- ней мере, применительно к Spectrum'овско- му семейству), весьма спорно и не опробо- вано практически в серийном производстве. Однако автор, прежде всего, видит в своих читателях не пиратов, присваивающих гото- вые идеи в виде разработок, а людей, за- нимающихся крейсерством в области элект- роники и имеющих определённую тягу к не- ординарным решениям и поиску новых идей. ЛИТЕРАТУРА 1. Знакомьтесь: компьютер. Пер. с англ. под ред. В.М.Курочкина - М.Мир, 1989, с. 172 - 173. (С) Nemo и СКиМ уже разработана конс- трукция KAY-128-BUSY, в котором идеи, из- ложенные выше, реализованы практически. Одновременно с поступлением в продажу первых партий плат будет опубликован внутрифирменный стандарт шины. Реализация шины имеет несколько дополнительных сиг- налов, отсутствующих в фирменном прототи- пе (и Scorpion'e), значительно расширяю- щих её возможности (вплоть до ПДП). При- менён целый ряд новых схемотехнических решений, позволяющих реализовать эти ре- жимы (при тех же размерах платы, что и в KAY-128).
Другие статьи номера:
Похожие статьи:
В этот день... 2 декабря