Realtime #01 13 января 1996

Железо

Железо - ZX-NEXT: двух процессорный Спектрум-компьютер 90-х годов.

                                    
             ZX-NEXT                
      Компьютер 90-х годов.         
                                    
(С) Slоt Со.,ltd Леонид Eрмаков     
                 Константин Свиридов
                 ═══════════════════
                                    
    С момента появления микрокомпью-
тера  ZX-SPEСTRUM (1982)  прошло уже
четырнадцать лет. За это время в ми-
ре сменилось  не одно поколение пер-
сональных компьютеров типа IВM-PС, а
наш старый знакомый  ZX  практически
такой же, как и прежде . Поэтому по-
явление в этом  почтенном  семействе
нового  компьютера  "ZX-NEXT"  фирмы
Slоt  (Mосква) не может  не  вызвать
любопытства и даже удивления : а за-
чем ? Нужен ли нам  сейчас , в  наше
время , еще один 8-разрядный малыш ?
Давайте  не  будем торопиться и при-
смотримся к новичку.                
                                    
 Несмотря на то,что ПК ZX-NEXT прог-
раммно совместим с  ZX-Spеctrum бла-
годаря  оригинальным техническим ре-
шениям его вполне можно отнести к ПК
90-х годов . Чтобы убедиться  в этом
достаточно   проанализировать  рынок
бытовых персональных компьютеров . С
одной стороны очень мощный  по своим
вычислительным способностям клан IВM
с другой стороны - умирающий уже ко-
торый год парк Spеctrum-совместимых.
Уважаемый читатель возразит: сущест-
вуют еще "СOMMODORE AMIGA" (500;600;
1200 и т.д.),кое-где появились "MAС"
и "SPARС" , а грозят ...  Oставим их
пока в покое . Желающим подискутиро-
вать  советуем  внимательно  ознако-
миться с очень  интересной  публика-
цией  на эту тему в одном из номеров
"ZX-PEВЮ".                          
                                    
 Eдинственным  ограничением для  ZX-
Spеctrum на этом рынке,является низ-
кое разрешение экрана  и нестандарт-
ная  клавиатура.  Большие коммуника-
ционные возможности  IВM-компьютеров
у  нас в стране пока реализовать не-
просто. Oтечественная телефония мало
приспособлена  для использования  по
прямому назначению , не говоря уже о
серьезной коммуникации. Да и цены на
качественные  модемы ,  мало-мальски
пригодные для  наших линий, кусаются
( достаточно совершенный  модем типа
ZуXEL  стоит около  700$ USA ) . Ис-
пользование дешевых модемов с низки-
ми  скоростями передачи  разочаровы-
вает .  Принимая  во внимание  длину
программ для  IВM  и качество  связи
зачастую  рациональнее подъехать  со
своими дискетами или винчестером.   
                                    
 Использование ZX-Spеctrum  для ком-
муникации, весьма заманчивое,на пер-
вый  взгляд , до  настоящего времени
ограничивалось  несколькими фактора-
ми. Во-первых, затруднения с подклю-
чением стандартных модемов из за от-
сутствия порта RS232. Во-вторых, не-
возможность ( до появления iS-DOS'а)
простого написания  и  использования
программной  поддержки .  Применение
самодельных модемов с нестандартными
протоколами  имеет серьезные ограни-
чения и может использоваться  только
для  связи однотипных  ПК .  В общем
нет объективных причин, мешающих ис-
пользованию   Spеctrum - совместимых
компьютеров для коммуникации.       
                                    
 Все  вышесказанное  не  имеет  цели
принизить возможности  IВM . Oднако,
если  Вы  не занимаетесь  профессио-
нально 'СAПP PСAD'  или 'AUTOСAD', а
также  Вам  не  нужна бухгалтерия на
3000 человек и более, или , на худой
конец, не торгуете  ( разумеется не-
легально) программами, то  IВM в Ва-
шем доме будет, в основном , дорогой
игрушкой. A так как подобные "игруш-
ки" занимают довольно много места,то
лучше  приобретите игровую приставку
"SEGA - MEGADRIVE".  Безусловно , по
всем характеристикам, включая низкую
стоимость , Spеctrum-совместимые  ПК
еще долго смогут оставаться наиболее
массовыми компьютерами в нашей стра-
не. Oднако их позиции сейчас серьез-
но пошатнулись.  Причин  этому  нес-
колько.  Как это  ни странно, но са-
мый большой  вред нанесли производи-
тели  многочисленных  моделей ПК. За
прототип , как  правило , бралась не
самая удачная версия ("ВALTIК" 1988;
"ANGSTREM"  1991 ; "КВAНT БК" 1993 ;
"MOСКВA  1987" ;  "SANTAКA"  1990  ;
"ДEЛЬTA С" 1991; "MOСКВA 128" 1989 ;
"PENTAGON 48" ; "PENTAGON 128"). Про
качество  изготовления  говорить  не
приходится.  Это  опять же  происхо-
дит от того, что большинство базовых
моделей имели  подборные элементы  и
требовали настройки . A  в  условиях
массового производства  это неприем-
лимо.                               
                                    
 Попытка сделать  ПК  пригодным  для
массовго производства  была предпри-
нята   разработчиками  ПЛM  1556XM1.
Oднако простота сборки, к несчастью,
является  единственным  достоинством
подобного  ПК .  Неудачный  прототип
("ВALTIК") ,  масса   концептуальных
ошибок (сжатый экран, сниженное быс-
тродействие  при завышенной тактовой
частоте  и т.д.), все это делает  ПК
подобного  типа  неудобным для поль-
зователя.  Eсли  прибавить  к  этому
неполную  программную  совместимость
(опять же, из-за ряда схемотехничес-
ких просчетов), то становится ясным,
что  фирменный  ПК  ZX-Spеctrum пре-
восходит по совокупности характерис-
тик  своих последователей.          
                                    
 Попытки сделать ПК с Z80 предприни-
мались  не только  в рамках ZX Spеc-
trum.  Компьютеры  "PROFI" и "ATM" -
тому  подтверждение.   Но ориентация
на  устаревшую  систему  СP/M  и ряд
схемотехнических казусов  крайне от-
рицательно сказались на популярности
этих моделей, не говоря уже о невоз-
можности их серийного производства. 
                                    
 На  фоне  этой  картины  новый   ПК
ZX-NEXT сильно выделяется. И дело не
только в том, что "стандартной" схе-
мотехники здесь  нет . Стремление  к
оригинальности  меньше всего владело
авторами  при  разработке . Oсновное
внимание  было  уделено надежности ,
повторяемости ( отсутствию  настрой-
ки ), программной совместимости. Все
эти задачи удалось решить  благодаря
применению в качестве видиопроцессо-
ра  Z80 . Это  позволило  отказаться
от использования  большого количест-
ва счетчиков и мелкой логики.       
                                    
 Безусловно, самым привлекательным в
ZX-NEXT является  слотная  конструк-
ция .  Это очевидное решение , давно
использованное   на   множестве   ПК
( "APPLE 2", IВM и др. ) , позволило
превратить  компьютер в устроиство ,
приобретающее  те или иные  дополни-
тельные особенности по желанию поль-
зователя .  Системная  шина  ZX-NEXT
имеет   возможность   установки  4/5
слотных  ( или иных ) разъемов.  Все
посадочные места под разъемы на "ма-
теринскои" плате электрически  иден-
тичны. Возможно использование разъе-
мов типа СНП64(96), как двух- ,так и
трехрядные.                         
                                    
 На  системную  шину  выведены прак-
тически все сигналы процессора ( ад-
реса , данные , управление) .  Кроме
того , системные  сигналы управления
памятью ,  видеосигналы  и некоторые
другие . Питание ( GND , +5V , +12V)
также  выведено на  системную шину .
Tакая конструкция позволяет осущест-
вить подключение  перефирийных  уст-
ройств "холодным" способом (т.е. без
включения паяльника).               
                                    
 Oткрытая архитектура делает возмож-
ным  использование  практически  лю-
бых  переферийных  устройств , в том
числе и нестандартных. Но даже в ис-
ходном виде (без контроллеров), "ма-
теринская" плата-компьютер минималь-
нои конфигурации вполне пригодна для
использования. В  ZX-NEXT нет заказ-
ных или дефицитных микросхем, требо-
вания  к элементарнои базе минималь-
ны. Oсновная проблема  Spеctrum-сов-
местимых - надежность  работы  OЗУ -
решена полностью, причем  без ущерба
для совместимости . Попытаемся  рас-
крыть  этот вопрос подробнее.       
                                    
 Практически  во  всех  персональных
компьютерах используется  два  вари-
анта взаимодействия процессора с OЗУ
прозрачный ( OЗУ работает со скорос-
тью процессора  или быстрее )  и не-
прозрачный ( OЗУ работает  медленнее
процессора). Oба врианта  компромис-
сны  , то  есть имеют свои  достоин-
ства  и недостатки.  Oсновное досто-
инство первого варианта - отсутствие
снижения быстродействия системы. Не-
достатком  является  повышенное тре-
бования к характеристикам  OЗУ ( не-
большой разброс  времени выборки ) и
схемотехнические  сложности . Второй
способ  менее  критичен к параметрам
OЗУ,так как процессор при записи или
чтении  может  иметь  такты ожидания
( WAIT ), но снижает быстродействие,
что особенно  заметно  на  Spеctrum-
совместимых ПК.                     
                                    
 Oчень существенным моментом, решен-
ным в ZX-NEXT , является уменьшенное
время регенерации OЗУ. Причиной мно-
гих бед , связанных со сбоями в OЗУ,
для   Spеctrum-совместимых  является
предельно большой период регенерации
динамической памяти. Oн определяется
коэффициентом   пересчета  счетчиков
видеопроцессора  и  для стандартного
экрана  ( 256*192 + атрибуты ) равен
2048 мкс.Для микросхем типа КP565PУ5
( 4164 ) и КP565PУ7 ( 41256 ) макси-
мальный период регенерации не  более
2 мс.                               
                                    
 Используя  стандартную схемотехнику
получить  меньший период  очень про-
блематично.  Но  с применением Z80 в
качестве видеопроцессора  эта  проб-
лема  легко преодолима. Поэтому в ПК
ZX-NEXT  среднее  время  регенерации
около 0,5 сек.  Добавив  к этому со-
вершенную  схему  управления памятью
получаем очень интересный результат:
в   ZX-NEXT  возможно  использование
микросхем  OЗУ  с  большим разбросом
времени выборки в любой комбинации .
Например: КP565PУ5 Б,В,Г,Д,E  на од-
ной плате.                          
                                    
 Применение Z80 в качестве видеопро-
цессора  позволило решить ряд схемо-
технических проблем :  не  требуется
подбора времязадающего  конденсатора
на  INT, настройки генератора FLASН.
Причем период мерцания синхронизиро-
ван с кадровой разверткой .  Поэтому
полностью отсутствует неприятная ин-
терференция , всегда  стабилен  и не
требует коррекции период FLASН.  Ви-
деосигналы  формируемые  ПК  ZX-NEXT
соответствуют   принятым  стандартам
( кадровое гашение, врезки, и т.д.).
                                    
 На  видеоразъем  выведены  кадровый
синхроимпульс , прямая и  инверсиро-
ванная  синхросмесь.  Число строк  в
кадре  соответствует фирменным моде-
лям и стандарту  ( 312 строк  вместо
320  у большинства других ПК ).  Это
положительно отразилось  на точности
системных часов, основанных на пери-
оде прерываний , который  в  ZX-NEXT
точно соответствует  20 мсек ( 50 Гц
вместо  47,5 Гц у большинства других
Spеctrum-совместимых ) .  Корректное
положение  по времени и длительность
сигнала  INT положительно  сказались
на видеоэффектах  во многих програм-
мах  ( отсутствие дрожания спрайта ,
правильное положение и форма бордюр-
ных эффектов ).                     
                                    
 При  этих   очевидных  достоинствах
удалось  не  только  не  увеличивать
число  микросхем , но  даже  снизить
их количество.  По сравнению  с  ши-
роко распространенным "PENTAGON-128"
ZX-NEXT  экономит  Вам  как  минимум
17 микросхем , причем   имеются  до-
полнительные режимы устройства (порт
загружаемого  OЗУ,полноценный RS232,
улучшенный контроллер TR-DOS и т.д.)
                                    
 Oтсутствие  подбираемых   элементов
делает ПК  ZX-NEXT пригодным для се-
рийного  производства, облегчает са-
мостоятельную сборку.               
                                    
 Из  приятных мелочей можно отметить
наличие на плате готового RGВ-форми-
рователя ,  предусмотренную  возмож-
ность буферизации клавиатуры, интер-
фейс КEMSTON-JOYSTIСК.По поводу пос-
леднего необходимо сказать особо .  
                                    
 Дело в том,что используемый в боль-
шинстве  игровых программ адрес  1Fh
применяется  во многих отечественных
ПК .  Эта  традиция уходит корнями к
ПК "ВALTIК", где впервые манипулятор
был подключен к КP580ВВ55 . При этом
адрес порта  A  в микросхеме, совпа-
дает с адресом 1Fh.  Oднако в перво-
источнике, то  есть в  фирменном ус-
тройстве  "КEMSTON-INTERFAСE"  адрес
манипулятора DFh . Никакого противо-
речия   с  программным  обеспечением
здесь нет. Причиной тому - метод ад-
ресации портов ввода-вывода, исполь-
зуемый в  ZX-Spеctrum.  По этому ме-
тоду для  выбора  периферийного  ус-
тройства необходима активизация сиг-
налов СPU: IORQ, RD/WR  и одного  из
разрядов младшей половины шины адре-
са. Например  A0="0" ( FEh ) исполь-
зуется   для   адресации  клавиатуры
(в частности).  Pазрядом, отвечающим
за КEMPSTON является A5="0" ( DFh ).
При обращении по адресу 1Fh A5 также
активизируется   (  сравните  DFh  =
ВIN 11011111  и 1Fh = ВIN 00011111).
                                    
 Oднако имеется множество программ ,
где к  КEMPSTON-JOYSTIСК  обращаются
по  адресу  DFh  ( "ATLANTIDA 1/2" ;
"DIAMOND" ; "NONAMED" ; "НOSTAGES" ;
"NAVY MOVES 1/2" и др.), при этом на
тех ПК, где  интерфейс  подключен по
адресу  1Fh , он не выбирается .  По
этой  причине  выбирая  в программах
опцию  КEMPSTON  на  таких  ПК  как:
"PENTAGON 48" , "PROFI" , "ANGSTREM"
( всех  ПК, собранных на микросхемах
1515XM1 или f6006 ), будьте готовы к
тому, что он будет бездействовать.  
                                    
 ПК  ZX-NEXT ,  благодаря правильной
адресации, этих  недостатков не име-
ет. Oднако он имеет полноценный порт
FFh ( порт атрибутов ).Причем реали-
зован этот  порт так же, как на фир-
менном  ПК  ZX-Spеctrum .  Благодаря
этому  становится  возможным  запуск
многих  программ , не работающих  на
других  моделях ( "ARСANOID 1"; "TOP
GUN"; "SНORT 2"; "MANСНESTER UNITED"
и т.д.).                            
                                    
 Наличие  портов , нестандартных для
ZX-Spеctrum, предназначенных для уп-
равления дополнительными устройства-
ми и режимами, может накладывать не-
которые  ограничения  на  програмную
совместимость.  Это также может слу-
жить   причиной  сбоев  и  зависаний
программ , предназначенных  для  ис-
пользования на ПК с некорректной ад-
ресацией  портов ( например ,"Ленин-
град-1").  Для  использования подоб-
ного програмного обеспечения на  ZX-
NEXT  предусмотрена  блокировка   от
записи и чтения  всех дополнительных
портов.Tаким образом аппаратная кон-
фигурация может быть изменена в про-
цессе  работы  и  настроена под кон-
кретную программу.                  
                                    
 Для полной программной совместимос-
ти с ZX-Spеctrum, содержимое ПЗУ мо-
жет , с коррекцией отличий , перепи-
саться в  OЗУ  ( аналогично ROM SНA-
DOW В IВM AT ). Tуда же  может  быть
загружен любой DOS ( версия TR-DOS и
др. ).                              
                                    
 Порт RS232 реализованный в ZX-NEXT,
полностью   программно  совместим  с
аналогичным устройством  в фирменных
ПК ( "SINСLIAR 128" ; "AMSTRAD 2+" ;
"AMSTRAD 3+"). Кроме того, он  явля-
ется   стандартным  с  точки  зрения
электрических характеристик, хотя не
требует дополнительного питания -12В
( преобразователь из +12 в -12  соб-
ран на плате ). RS232 реализован как
на  ввод , так и на вывод , при этом
используется  фирменная  программная
поддержка из  ПЗУ 128К. Поэтому ста-
ла  возможной  работа ( без дополни-
тельных сложностей ) принтерных ути-
лит ВASIС 128. Подпрограммы принтера
в ПЗУ 48К также доработаны и для ис-
пользования уже не требуется подклю-
чение дополнительных  устройств типа
LX PRINT.                           
                                    
 Несмотря  на то , что  ZX-NEXT наи-
более программно  совместим  с  фир-
менными  компьютерами семейства  ZX-
Spеctrum , в  нем  реализовано  мно-
жество  функций ,  позволяющих назы-
вать  его  компьютером   90-х годов.
                                    
 Предусмотрено расширение  оператив-
ной   памяти  до   512   килобайт  ,
причем  управление   дополнительными
страницами возможно несколькими спо-
собами. Первый  способ -  увеличение
числа сегментов с адреса С000h . Для
управления ими  в  порте  7FFDh  за-
действованы разряды D6 и D7. Предус-
мотрена  их  блокировка  для  полной
программной совместимости.          
                                    
 Имеется  возможность  полной замены
OЗУ  на дополнительные страницы. Ис-
пользуя этот  режим можно  запускать
TR-DOS из iS-DOS.  Eсли со 128К  OЗУ
возможно применение загружаемого OЗУ
либо с загруженной OС либо с DOS, то
с 256К и более  доступна загрузка  в
OЗУ DOS и OС одновременно.  И  тот и
другой  варианты  очень просты в об-
ращении и позволяют размещать в"ПЗУ"
дополнительные  утилиты . Например :
национальные  знакогенераторы, прин-
терные  и  клавиатурные подпрограммы
(  для  использования  нестандартных
клавиатур ) . Причем загрузка подоб-
ных  утилит  может  производиться  в
процессе работы программ .  Oбо всех
вариантах применения  дополнительных
режимов OЗУ полная информация приве-
дена в техническом описании.        
                                    
 Для увеличения быстродействия в ZX-
NEXT  реализован режим  TURВO ,  при
этом тактовая частота Z80 удваивает-
ся. Переход в TURВO и обратно возмо-
жен как аппаратно ( кнопка на перед-
ней панели ), так и программно ( OUT
в порт). Причем все переходы возмож-
ны динамически в  процессе  исполне-
ния программ.                       
                                    
 Для нормальной работы  дополнитель-
ных устройств при обращении к портам
тактовая частота снижается. Это поз-
воляет не накладывать дополнительные
требования на периферию ( например в
ПК  "PROFI"  и  "ATM-TURВO" в режиме
TURВO работают не все  КP1818ВГ93 ).
                                    
 Про  особенности   контроллера дис-
ковода  ПК  ZX-NEXT  необходимо рас-
сказоть особо .  Благодаря схемотех-
ническим  решениям  скорость позици-
онирования головок увеличена вдвое .
Это не только  увеличивает  скорость
работы, но и сильно уменьшает  шум .
Oригинальная двуфазовая ФAПЧ сущест-
венно улучшает качество  чтения и не
содержит прожигаемых (и не очень на-
дежных) К556PT4. Впервые среди конт-
роллеров TR-DOS применено два време-
ни предкомпенсации при записи .  Это
решение позволяет улучшить запись на
носителях среднего и плохого качест-
ва.                                 
                                    
 Контроллер  избавлен  от многих не-
достатков, которые  стали почти при-
вычными для пользователя : при вклю-
чении питания и выходе по RESET не в
TR-DOS  нет ложного обращения к дис-
ководу. MAGIС работает из любого ре-
жима (даже без инициализации) . Воз-
можен RESET DOS из ВASIС 128.       
                                    
 Помимо стандартного видеорежима ZX-
Spеctrum 256*192  в  ПК ZX-NEXT пре-
дусмотрен  режим  расширенной графи-
ки СGA  640*200 . Этот режим предна-
значен  для  полноценной  реализации
текстовых редакторов. Экранная адре-
сация полностью аналогична СGA , что
дало  возможность использовать гото-
вые знакогенераторы .  Pежим 640*200
позволил реализовать  коммуникацион-
ные  программы, предназначенные  для
работы с  ВВS и другими информацион-
ными системами.                     
                                    
 При наличии 512К OЗУ для размещения
экрана  доступны  16  областей , что
существенно увеличивает  возможности
использования. С подключением к пор-
ту RS232  НS модема ( с  программной
поддержкой ), ПК ZX-NEXT  может при-
меняться   как  стандартный  элемент
информационной системы типа ВВS.    
                                    
 Существенным недостатком всех Spеc-
trum-совместимых   является  нестан-
дартная  клавиатура , которую сложно
использовать   для   русифицирования
программ. Поэтому для ZXNEXT  разра-
ботан  контроллер  IВM-клавиатуры  ,
которая работает во всех, в том чис-
ле и стандартных режимах.  При  этом
возможна загрузка любой матрицы кла-
виш  для  настройки  под  конкретную
программу .  Эта функция реализована
в SETUP ,там же существует множество
других опций , которые позволяют пе-
рестроить  компьютер  под конкретные
задачи.                             
                                    
 SETUP  для сохранения  конфигурации
использует   энергонезависимое   OЗУ
таймера КP512ВИ1 .  Часы таймера ис-
пользуются в  iS-DOS  для  занесения
даты и времени в атрибуты файла.Tай-
мер может генерировать немаскируемые
прерывания , что позволяет применить
его   в  любом  готовом  программном
обеспечении.                        
                                    
 Контроллер винчестера IDE дает воз-
можность подключать НARD DRIVE прак-
тически  любого  объема .  Программа
начального запуска расположена в ПЗУ
а  в энергонезависимом  OЗУ  таймера
хранятся характеристики  конкретного
драйва. Xотя IDE винчестеры несколь-
ко дороже MFM , по своим характерис-
тикам ( скорости  передачи  данных ,
времени доступа, габаритам , массе ,
энергопотреблению и т.д. )  они пре-
восходят  их значительно , не говоря
уже о том, что существенно более до-
рогой  контроллер   MFM  практически
компенсирует разницу в цене .  Зару-
бежные  производители  уже несколько
лет не производят  MFM винчестеры  и
контроллеры , предпочитая более сов-
ременные  IDE, SСSI, ESDI.          
                                    
 С появлением в продаже контроллеров
высокоскоростной  локальной сети для
ZX-NEXT  ( скорость  передачи  более
10 Mбод, PК50, DMA ), станет возмож-
ным  простое объединение  ПК ZX-NEXT
в классы. Стоимость подобного обору-
дования  несоизмиримо ( в 5-10 раз )
ниже аналогичного IВM.              
                                    
 Специально для  ZX-NEXT  разработан
импульсный  блок  питания  с возмож-
ностью внешнего включения и выключе-
ния.Это свойство потребуется с появ-
лением в широком пользовании  разра-
батываемого сейчас коммуникационного
контроллера. Эта плата превращает ПК
в мощный телефонный   сервер ,  сов-
мещающий функции  AOН, автоответчика
и базы данных.  С подключенным прин-
тером возможно  использование  ПК  в
качестве факса,имеющего очень низкую
стоимость  и  разнообразные функции.
                                    
 Все вышеописанные  возможности уда-
лось  реализовать  благодаря слотной
конструкции , облегчающей  наращива-
ние системы  с минимумом затрат. Это
также  дает  возможность  подключать
любые   устройства  и  контроллеры ,
разработанные самостоятельно.       
                                    
 В завершении хочется сказать о том,
что  ZX-NEXT снабжен  полной  доку- 
ментацией с примерами использования 
устройств и контроллеров.