Железо - KAY: ZX Spectrum Ttransformer.

<b>Железо</b> - KAY: ZX Spectrum Ttransformer.

   TRANSFORMER: воспоминаие о будущем.
       /концептуальная разработка/

music by DNK

(C) Nemo.
_________________________________________

           "Несомненно,  вам неоднократно
           задавали  вопрс:
           Для  чего нужна математика? не
           являются  ли  все  эти  тонкие
           построения,  которые  мы  пол-
           ностью  черпаем из своего ума,
           искусственным   плодом   нашей
           прихоти?
           Я  должен  установить различие
           между людьми, задающими подоб-
           ные вопросы. Люди практические
           требуют от нас только способов
           наживы денег. Эти люди не зас-
           луживают  ответов. Скорее сле-
           довало бы их сросить, для чего
           они накапливают свои богатства
           и нужно ли тратить время на их
           приобретение   и  пренебрегать
           искусством  и  наукой, которые
           только и делают наш дух спосо-
           бым наслаждаться,
           ...  et  propter vitam vivendi
           perderme causam."
           ...  и  ради  сохранения жизни
           утратить ее смысл
           (лат., из Ювенала)
                Анри Пуанкаре, 1905г.

   То, что предлагается Вашему вниманию -
это плод фантазий профессионала, которому
иногда тоже хочется воспарить к эмпиреям,
но которвй не имеет права на маниловщину,
которой столь охотно привержены USER'a.
   Вместе с тем, эта публикация преследу-
ет и вполне утилитарные цели. По имеющим-
ся   заявлениам,   в   недрах   некоторых
Spectrum-фирм  зреют  очередные  монстры,
рождения  коих  платформа  может уже и не
выдержать.   Сама  возможность  появления
TRANSFORMERA (TR-R'a далее) отрезвит мно-
гих. Вообще складывается  впечатлние, что
пора попробовать начать делать джаз вмес-
те. Даже если кому-то и удастся воплотить
предлагаемую концепцию в реальном железе,
в  одиночку наладить сбыт будет невозмож-
но. Без ОС такая штуковина будет такой же
горой хлама - очередным монстром. Недавно
одна IBM-ка, начитавшись Б.Виана, мне за-
явила:  "Я приду плюнуть на ваши могилы."
Вполне возможно, что так и окажется, если
не научимся действовать вместе - корпора-
тивно.
               ___________

   Концептуальное кольцо трансформера
                (TR-R'a)

   В  основе  концепции лежит CPU Z80180.
Применение  такого  процессора  позволяет
решить много проблем развития hard'a.

         Технологический аспект.

   Превышение  технологических возможнос-
тей, это неизбежное следствие прямого на-
ращивания  архитектуры типовыми схемотех-
ническими  средствами,  приводит обычно к
созданию  монстров. Вместе с тем, при су-
ществующих      объемах     производства,
инфраструктуре  платформы и ценовых огра-
ничениях применение планарных компонентов
и SLIMM-элементов в Spectrum'е нереально.
Применение  же  PAL'ов, PT'шек и заказных
БИС  также  весьма  огорчительно. Быстро-
действие россыпи ТТЛ уже на пределе, даже
при  условии применения качественной схе-
мотехники и серий 1533/531/1531.
   CPU  Z80180 концентрирует львиную долю
архитектуры в себе самом,"в одном флако-
не", так сказать, тем самым снижая требо-
вания к технологии маточной платы и слож-
ность  схемотехники  обрамления.  Удается
глобально развить архитектуру и повысить,
в придачу к этому, надежность.

  Ввод  стандартов  на  архитектуру и
        программное обеспечение.

   Доселе  блуждавшие  в  потемках  мысли
разработчиков   вполне  напоминали  броу-
новское  движение.  Никакого  осознанного
направления,никаких ощутимых результатов.
Получить сколько-нибудь ощутимое аппарат-
ное  преимущество и поддержку программис-
тов  не  удалось никому. ПО, как создава-
лось,  так и создается под наибольший об-
щий знаменатель - архитектуру Amstrad-128
+Beta-disk.  Действительно,  а  какая ра-
дость писать программы  под архитектурные
излишества,которые сокль искусны,столь же
и  самобытны?  Все  равно,  нa 90% других
Spectum-клонов работать не будет. Появил-
ся даже специальный термин - транзитивная
программная  совместимость, которая неук-
лонно снижалась  на протяжении нескольких
лет и сейчас едва дотягивает до 70%. (На-
поминаю, что прямая программная совмести-
мость  поддерживается  изготовителями  на
уровне 90-95%).
   CPU  Z80180 позволяет отчасти решить и
эту проблему. Так как internal-архитекту-
ра  заживо  замурована в CPU, то и умелым
ручкам,сколь бы шаловливы они ни были, до
нее не добраться. А это значит , что если
архитектура-180 реализована,то она реали-
зована единственным образом. Для описания
архитектуры достаточно ссылки на тех. ус-
ловия  фирмы  ZILOG.  Хочешь-не хочешь, а
подчинишься стандарту. А это означает,что
стандарт  не  только  возможен, но и (при
реализации) неизбежен.

           Динамика развития.

1) Ввод ISDOS. Малодоступность информации
по  CPU  не  позволит пользователям сразу
задейстововать  все  имеющиеся  мощности.
По-видимому,  вначале  активно  будет ис-
пользоваться  стандартное ПО под Sp-128 и
подмножество-80 архитектуры 180. Ситуация
окажется любопытной в том смысле, что ис-
пользование  программ  под ISDOS'ом будет
существенно улучшать характеристики ПО на
подмножестве-80  (если,  конечно, сама ОС
будет использовать все ресурсы)
2) Быстродействие CPU позволяет легко по-
лучить  частоты, кратные PAL на 3-ей гар-
монике. А это уже реальный PAL-кодер. (По
крайней  мере намечается выход из тупика,
связанного  с подключением TV: до сих пор
Spectrum   не  является  полной  потреби-
тельской  стоимостью, т.к. требуется ква-
лифицированное  вмешательство в телевизор
при  покупке и установке ПК на эксплуата-
цию)
3) Эскалация по мощности: 180/181/182
Заметьте,  что  все  это опять же в одном
флаконе.
181=180+встроенный модем
182=181+переходник на шину IBM.
А это значит, что 180-архтектура не явля-
ется тупиковым направлением для Spectrum-
'a.

  Наброски external-архитектуры TR-R'a.

          Диспетчер памяти ОЗУ.

   Для   того,  чтобы  обеспечить  сопри-
частность   TR-R'a,  как  Spectrum-клона,
платформе,необходимо,как  минимум, реали-
зовать архитектуру Amstrad-128. Это будет
россыпь.С точки зрения стандартизации это
самое опасное,т.к. здесь возможны вариан-
ты. Тонкость в том, чтобы обеспечить если
не  одновременную, то хотябы попеременную
работу  страничного  диспетчера  Sp-128 и
MMU  (см приложение - сердце TR-R'а) Наи-
более  приемлемым, с точки зрения автора,
являетса вариант, при котором:
┌ А19+А18+А17+А16=0 => диспетчер Sp-128,
│                      only.
└ А19+А18+А17+А16=1 => MMU, only.
   Это   несколько  обедняет  возможности
программиста,  зато текущее состояние ма-
шины легко просчитывается - при использо-
вании  MMU  - по его регистрам. Также это
упрощает  external-архитектуту  (читай  -
схемотехнику) и делает отображения памяти
легко  просчитываемыми. При использовании
MMU-only  память  превращается в упорядо-
ченное множество размерности один. Момент
также существенно важный для контроля вы-
полнения  программы-USER'a  со стороны ОС
(вариант "над пропастью во ржи") и эффек-
тивной  раборты каналов DMA (см. приложе-
ние)  -  т.к. становятся возможными пере-
сылки блоками, болшими,чем 16-к страница.

          Диспетчер памяти ПЗУ.

   Диспетчер  памяти ПЗУ также может быть
выполнен  по  разному. Один из вариантов,
например, для 128-к ПЗУ.

ПЗУ ┌─ А15+А16=0
    │ ┌─
    │ │А18=1 дополнительные 64к
    │ │
    │ │А18=0 стандартные 64к
    │ └─
    └─
Потери  ОЗУ можно компенсировать переклю-
чением бита "ОЗУ/ПЗУ".

            Символьный экран.

   Боюсь,  что какие-либо советы здесь не
уместны  по причине превращения их в пус-
той  звук.  Замечу однако, что инициатива
будет наказуема в том смысле,что драйвера
под ОС придется писать самим.

   Потенциальные характеристики TR-R'а.

   Ну вот, наконец, и десерт.

Производительность в ОЗУ/ПЗУ  до 4-х раз

дополнительное ускорение ра-
боты с блочной гарфикой ( за  до 2-х раз
счет DMA, относительно PUSH/
POP)
Физический объем памяти,под-
держиваемый   internal-архи-   1М
тектурой

Число одновременно раскрыва-
емых окон в логическом прос-
транстве адресов              2 шт.
(т.е.64к) с дискретностью 4к

Аппаратное   умножение   одной   командой
байт*байт->2 байта

Реальное  время, 2-а таймера, с точностью
прерывания (при Fтакт.=14MHz) до 1.5 мкс.

Ориентировачная цена платы   400+-50 т.р.

Габариты (3-ех слотовая кон-
струкция,без Betaturbo)      ў3.5 дм¤

               Заключение.
                   или
       Вернемся на грешную землю.
180 процессор на дух не переносит недоку-
ментированных команд: инициируется немас-
кируемое   преывание,  аналогичное  RST0,
т.е.  он  их  просто выплевывает вместе с
программой. (Объявляю   благодарность   и
крепко  жму  руку  всем  тем,  кто их ис-
пользовал).
Банка  с internal-портами все время меша-
ется под ногами и перекрывается с некото-
рыми портами TR-DOS.
Процессор  необходимо инициировать специ-
альной программой при аппаратном сбросе.
Вместе  с  тем опытным путем установлено,
что   просто   программная  совместимость
(разбиение  на прямую и транзитивную ком-
поненты  оказывается неадекватным для ар-
хитектуры-180) составляет примерно 60ў5%.
(при отсутствии каких либо ухищрений)
   Ну и последнее. Не хочется кривить ду-
шой  и  говорить что тема закрыта, однако
перспективы  более  чем туманны. Проблема
прежде всего в создании ОС и сбыте.Что же
касается характеристик,то он эквивалентен
чему-то  среднему между 286 и 386 машина-
ми. (Учитывая очень высокие эффективность
и плотность кода Spectrum-ПО) Теоретичес-
ки,  такая  машина способна выйти даже на
профессиональные приложения.
_________________________________________
приложение
             Сердце TR-R'a.
       (краткая аннотация на z180)
тактовая частота...           до 33MHz
прерывания,контроллер         8 уровней
семь дополнительных команд.
Internal-архитектура.
1. MMU блок - менеджер памяти.
Пояснение:   MMU  управляется  через  три
внутренних порта чтения/записи. В нем об-
разуется  хитрый  замес  внутреннего 16-и
разрядного  адреса и содержимого этих са-
мых портов. Образуется 20-ть внешних сиг-
налов/выводов адреса для физической памя-
ти.  Причем  из пространства 1Мбайт можно
отобразить  два участка на два лоскутка в
логическом пространстве. Верхний лоскуток
приклеен  к  верхней  границе лог. памяти
(#FFFF), средний лоскуток приклеен к вех-
нему.  То,  что  остается  с низу, нижний
лоскуток,всегда приклеен к (#0000) нижней
границе. Таким образом,между лоскутками в
логическом пространстве всегда две грани-
цы;  их можно задавать с точностью до 4-х
Кбайт. Участки физической памяти, которые
ложатся  на эти лоскутки, могут быть рас-
положены  произвольно  (с точностью также
до   4-х   Кбайт,но   уже   в  физическом
пространстве)  и могут даже наезжать друг
на  друга.  В нижнем же лоскутке (если он
существует,т.е.  не нулевой длины) всегда
покоится начало физической памяти.
2)DMA - каналы прямого доступа - 2 штуки.
Пояснение:DMA - это такие специальные на-
сосы, для быстрой  перекачки данных между
областями  памяти, либо память-порт (туда
и обратно). Т.к. шины для собствено внут-
реннего  CPU Z80 и для каналов DMA общие,
то когда работает DMA, внутренний CPU от-
дыхает; либо,на худй конец,внутренний CPU
чередует  свою  работу  с каналом DMA. На
извлечение  данных и на препровождение их
по назначению уходит по три такта,то есть
всего  шесть  тактов  (если,  конечно, не
включены  тормоза по WAIT). Порты, управ-
ляющие  DMA 20-и разрядные, поэтому насо-
сики  могут  работать  прямо в физической
памяти.
3) 16-и битные таймеры - 2 штуки.
Таймеры могут генерировать прерывания.
4)  UART - асинхронные приемо-передатчики
- 2 штуки
Способны  генерировать прерывания. Как их
приспособить для Spectrum'а, пока не оче-
видно. Существует масса вариантов, но при
этом теряется универсальность.
5)  SIO  -  последовательный  тактируемый
порт - 1 штука.
Архитектурный  канделябр  назначения пока
не  очевидного. Конечно, можно подоткнуть
сюда  клавиатуту,  но работать она  будет
только в ОС.
6) Встроенный тактовый генератор.
Это значит, что для запуска машинки в ра-
боту  к  ней необходимо просто присовоку-
пить кварц.
7) Z80 (Вернее, нечто, напоминающее Z80)
Без  комментариев:  комментарии  были  бы
слишком длинны.
   Внутренние порты адресуются специально
введенными  для этого дополнительными ко-
мандами, которые старший байт адреса пор-
та  всегда держат в 0. Т.к. нулевой стар-
ший  байт  адреса  образуется сам собой и
при  выполнении  обычных команд, то внут-
ренние порты находятся под постоянной уг-
розой  случайного попадания - в этом слу-
чае  тараканчик ловит глюк. Несколько об-
надеживает  возможность  отфутболить  эту
банку  (массив  портов  размера 64) в три
различных места всего пространства inter-
nal-портов 256-размера.
   Все  эти архитектурные находки слиты в
один  флакон,  т.е. это просто микросхема
(цены, однако,не малой - 60т - около $12)
корпус  может  быть  64 pin DIP, т.е. как
обычный Z80, но длиннее;либо 68pin PLICC:
распростертый квадратный таракан с мелки-
ми  ножками,  загнутыми под себя (с шагом
0.05  дюйма=1.27  мм)  - употребление без
панельки невозможно.
              ___________

        Необходимые комментарии.

   Что  от  Вас требуется? Как-то опреде-
литься  по  этому поводу. Вопрос поистине
Мефистофельский:  "Хотите  ли Вы получить
вечную жизнь в обмен на душу".
   В  технических  терминах  он  выглядит
следующим образом:  " Действительно ли Вы
настолько сильно хотите реального неогра-
ниченного  развития и совершенствования -
что согласны пожертвовать душой Spectrumа
- частью его классического ПО" За всё на-
до платиь...
   Дело   то,   собственно,  в  том,  что
TRANSFORMER  не Spectrum - клон. Архитек-
тура  называется  клоном  платформы, если
она может быть спроецирована на платформу
с  коеффициентом  прямой программной сов-
местимости  (КППС)  не менее 0,8. Имеется
же всего 0,6. Думаю,что в резильтате дол-
гой  и  кропотливой раборы в рамках плат-
формы  (ни одна отдельно взятая фирма та-
кую работу не в состоянии) можно добиться
КППС не более 0,7. Т.е. TR-R - это сильно
перекрывающаяся,  но всё-таки смежная ар-
хитектура, а не клон - и таковым он и ос-
танется.
   По  последствиям и серьёзности измене-
ний в платформе такое событие сопоставимо
разьве что с введением TR-DOS в 90-92 гг.
Но теперь уже сам TR-DOS придётся послать
в сад.
   С другой стороны, для начала, придётся
выпускать машинки с КППС 0,6 от этого ни-
куда не деться.
                   ***

   Для тех, кто хочет поподробнее ознако-
миться  с Z-180 фирмой (С)Nemo может быть
выслан (обычным порядком)  комплект лите-
ратуры (на английском) по Z-180:
1. Z-180 /MPU/ Data book/ Zilog
2. Z-180 /MPU/ User's manual/ Zilog
 как, впрочем, и сами процессоры.

   В   заключение  хотелось  бы  выразить
признательность за предоставление необхо-
димой информации и литературы и литерату-
ры дистрибьютерам фирмы Zilog в СПб фирме
"Гамма".  Разумеется,  нельзя упомянуть о
том,  что  в  "Гамме"  всегда есть старые
добрые   Z80,   свеженькие   и  абсолютно
нулёвые (по средне - рыночной цене) и ли-
тература по Z80 (опять-же на английском).
Найти  АО "Гамма" можно по следующему ад-
ресу:  ст.метро Пл.Мужества, ул. Политех-
ническая 22. тел. 247-54-73 10-14; 15-17.

Другие статьи номера: