Spectrum Expert
#01
31 октября 1997 |
|
Железо - ZX BUS - Шина на спектруме: Кажущаяся простота синклеровского железа чрезвычайно обманчива.
(c) DANGEROUS (c) LD ZX-BUS IS REAL ??? Компьютерные эксперты - что-то вроде консультантов для компьютерных портных. Вы шьете для себя компьютерную систему, а они заочно дают вам советы, как шить. Не идеальный метод, но все-таки это луч- ше, чем ничего. Плавная проблема в том, что компьютер- ный портной, как правило, шьет свою сис- тему раз в жизни, поэтому опыта - ника- кого. (Это относится в первую очередь к "пошиву" системы на базе компьютера ZX-SPECTRUM). Владельцы других компью- терных платформ (классический пример - IBM) имеют какую-никакую поддержку в ви- де всякой разной водянистой литературы, а главную - в виде шишек и опустошенных карманов своих приятелей и знакомых. Значит, есть шанс не повторить их ошиб- ки. У спектрумистов все гораздо сложнее. Кажущаяся простота синклеровского железа чрезвычайно обманчива. Ведь как-никак, а это все-таки компьютерная техника! Поэтому горе-портной весьма смело зале- зает внутрь своего компьютера с игол- кой-ниткой (то бишь с паяльником и про- водами) и беззаботно пришивает только что купленный рукав к своему пиджаку. Ура! Рукав пришит! Даже, вроде, рука влезает. Теперь осталось еще немного поднатужиться и накопить деньжат хотя бы на второй рукав. Немного проходит време- ни, и вот - второй рукав на месте... Что такое? По какой-такой причине рука те- перь не влезает в первый рукав?! Ведь он пришит правильно!!! Так, сейчас разбе- ремся... Отпарываем рукав номер два. Все прекрасно, опять рука влезает в первый рукав. Начинаем подозревать, что второй рукав какой-то неправильный. A что если на место первого рукава пришить второй? Ух-ты, второй рукав подходит! Значит первый рукав будем пришивать на место второго. Опять нелады, опять не лезем в первый рукав. A-а! Понятно, сейчас пе- репробуем все комбинации, авось ка- кая-нибудь да подойдет! Через несколько часов несчастный портной, окончательно измучившись и запутавшись в проводах, сдается, горестно думая: "A ведь я хотел еще и пуговицы, и галстук чтоб был...". C диким криком "A-а!!! Опять не полу- чилось!!!" портной отрывает все рукава "вместе с мясом" и лишается своего пиджака... Приблизительно так происходит подклю- чение периферийных устройств к подавляю- щему большинству моделей спектрум-сов- местимых компьютеров. Сравнение, может, и не очень удачное, но представление да- ет исчерпывающее. Приятнее сравнивать копание в мозгах компьютеров с плаванием в затерянных уголках океана. Пользователь и не пред- полагает, что в процессе подключения произойдет что-то неординарное. Вот тут- то и начинают себя проявлять подводные камни, рогатые мины да глубинные бомбы компьютерной схемотехники! - Как, - скажете Вы, - а лоцман, то есть инструкция по подключению? Инструкция-то инструкцией, только она не учитывает конкретной местности плава- ния и, следовательно, не покажет Вам карт минных полей. Инструкция изначально предполагает, что никаких мин нет и быть не может, а подводные скалы давно взор- ваны теми самыми бомбами. - Что же это за райский уголок с песча- ным пляжем и кристально чистой водой? - спросите Вы. - A есть такой! - ответим мы Вам. - Курортик сей носит романтическое назва- ние "Компьютерная шина". В нем отдыхают счастливые обладатели Спектрумов с шин- ной архитектурой и не знают проблем с подключением каких бы то ни было перифе- рийных устройств. A разнесчастным поль- зователям машинок класса "сама в себе" вход туда просто-напросто закрыт. Цель данной статьи и заключается в том, чтобы помочь пользователям расчис- тить место в своем компьютере от всякого непредсказуемого электронно-вероятност- ного хлама и создать в собственном Спектруме компьютерную шину, да не прос- то шину, а абсолютно буферированную шину по всем правилам компьютерной схемотех- ники. Техническое отступление. Электронно-вероятностный хлам. Да-а, весьма загадочное определение неизвестно чего. И вот оно, неизвестно что, болта- ется в компьютере неизвестно где, и, тем более, неизвестно, откуда оно там взя- лось... Давайте вместе попробуем поэтап- но разобраться во всей этой неизвестнос- ти. Начнем с простого логического рассуж- дения. Что проходит по проводникам внут- ри нашего компьютера? По ним течет электрический ток. "Ну, это и ежику по- нятно", - скажете Вы. Минуточку. Давайте сперва разделим про- водники по назначению - на силовые и сигнальные. По силовым проводникам подается пита- ние к микросхемам, и, следовательно, ток по ним течет большой силы. Сигнальные проводники предназначены, соответственно названию, для передачи сигналов, грубо говоря, от микросхемы к микросхеме. Сила тока в них на порядки меньше, но не только этим славятся сигнальные провод- ники! Сила тока в них не постоянна! Она меняется хаотически, в зависимости от, например, команды, выполняемой процессо- ром, или же периодически, например, на выходе какого-нибудь делителя частоты. Если же во втором случае можно подвести статистику и спрогнозировать поведение сигнала в дальнейшем, то в первом ни о какой статистике не может быть и речи. Одним словом, комбинации сигналов, име- ющих отношение к передаче информации (периодический сигнал никакой информа- ции не несет) могут принимать самые при- чудливые формы, от примитивного меандра до импульсов высокой скважности. Это на- кладывает определенные требования на ли- нии передачи таких непредсказуемых сиг- налов. Поехали дальше. Ежели ток сигнальных проводников зави- сит от времени, то, позвольте, откуда он берется? Правильно, из цепей питания. Значит, сила тока в цепях питания тоже не постоянна! И это еще не все. Микро- схема при переключении из одного состо- яния в другое "упускает" с проводника питания на землю ток значительной силы. При всем этом не надо забывать о том, что проводник питания имеет совершенно конкретное сопротивление. A теперь вспомним закон Ома и прикинем ситуацию в момент переключения микросхемы. Ток питания постоянно меня- ется, в цепи есть сопротивление, следо- вательно напряжение питания в окрестнос- тях исследуемой микросхемы будет скакать в соответствии с логикой ее работы, то есть синхронно с информацией! Посему аб- солютно реальна ситуация, в которой ряд близко расположенных микросхем в один и тот же момент потребует для себя "по- больше питания". Что же произойдет? A то, что напряже- ние питания в данной местности на мгно- вение просядет настолько, что запросто сможет нарушить работу не только этих микросхем, но и "ни в чем не виноватых" соседних. Если поразмыслить дальше, то можно прийти к сенсационному предположению: если сбой происходит во время передачи какой-то конкретной информации,то компь- ютер будет всегда сбоить на этом мес- те!!! A это значит, что на конкретном экземпляре компьютера может запросто не пойти конкретная программа! Вы будете миллион раз тестировать ОЗУ, проверять стабильность шины данных и надежность паек и никакого результата не получите! Вот вам описание самого безобидного и легко устраняемого глюка, носящего наз- вание "хлам по питанию". Борьба с ним тривиальна, между шинами питания и земли рядами и колоннами ставятся так называе- мые "блокировочные конденсаторы". Заря- жаясь от цепей питания, они отдают мик- росхемам свою энергию в те моменты, ког- да последние "голодают". Также, с целью уменьшения сопротивления, применяют толстые-толстые (широкие) проводники, по которым питание поступает на микросхемы. У классического "хлама по питанию" есть родной брат-мутант, но об этом чуть позже. Далее хуже. Перейдем к сигнальным про- водникам, несущим информацию. Форма сиг- нала, как мы выяснили выше, непредска- зуема, спектр сигнала также непредсказу- ем. (Спектр сигнала - полоса частот, в которой передается энергия сигнала в данный момент времени. Определение при- митивное, но оно работает.) Так вот, проводник обязан целиком и полностью пе- редать спектр, иначе форма сигнала может измениться как угодно. Причем короткий импульс передать гораздо сложнее, чем длинный, так как у короткого импульса спектр более широкий и, соответственно, залезает в более высокие частоты. Страш- ный враг коротких импульсов - емкость проводника. Она зарубает всю высокочас- тотную составляющую спектра, при этом от короткого четкого импульса остается "размазня" с малой амплитудой, которая к тому же приходит с опозданием на нес- колько наносекунд, и приемная микросхема запросто может вообще не среагировать на "размазню". Все, комп висит. Но что са- мое подлое, так это то, что данная ситуация часто носит редковероятностный характер, и в одном случае из миллиарда она возникнет. Проявляется это очень за- нятно: Ваш компьютер раз в два часа исправно подвисает без видимых причин. Вы, естественно, долго его осматриваете, ищете дефекты монтажа, сетуете на неста- бильное питание в сети и так далее. Бес- полезно - Ваш компьютер подвисал, подви- сает и будет подвисать. Характер подви- саний может меняться от окружаюшей тем- пературы, влажности и других факторов. Данная болезнь плохо лечится, если зало- жена в конструктивное исполнение компью- тера. Если же Вы сами внесли болезнь, напаяв проводами периферию, то лечение просто - отпаяйте ее, и все проблемы решатся сами собой. "Издеваются." - подумает чита- тель. И напрасно, ведь до конца статьи еще далеко, а советов выбросить отпаян- ную периферию пока не поступало. Продолжим мученическое описание глю- ков. Следующий классический, прямо ска- жем хрестоматийный глючок - перегрузка шин данных и адреса. Не секрет, что нагрузочная способность процессора Z80 - 1 ТТЛ-вход. В самом компьютере, вопреки документации, бедный процессор нагружен на три-четыре входа, а если мы вдобавок припаяем длинными проводами парочку пе- риферийных плат да еще и включим режим "turbo", то процессору мало не покажет- ся, и Ваш компьютер... ну, Вы догадыва- етесь... Каждая фирма, производящая шинные спектрум-совместимые машины, выходит из этой ситуации своими методами. Фирма "Скорпион" выпускает расширитель шины с буфером адресов. Не самое плохое решение - и достаточно дешевое. Недоста- ток - полумеры, шина данных по-прежнему абсолютно не защищена, и это при весьма "слабеньком" в плане нагрузочной способ- ности процессоре Z840006PSC, который, вдобавок, предназначен для работы на частотах не более шести мегагерц, а в режиме turbo раборает на семи. Совсем по-другому эту проблему решает фирма "NEMO". Буфера шины отсутствуют вовсе (зачем буферировать адреса, если данные голышом ходят?), зато процессор используется мощный и дорогой - Z84C0010PEC , рассчитанный на работу на частотах до 10 мегагерц, в режиме turbo также таботает на семи. Недостаток - дорогой процессор, неясный предел нагру- зочной способности при применении его в компьютере "KAY", а также полное от- сутствие буферов. Как видно, каждый из перечисленных ме- тодов не лишен недостатка. Самое больное место в формирователе шины - двунаправленный буфер данных. Его-то пока и игнорируют наши компьютер- ные производители. Причина, подозреваем, ясна. Проектирование узла управления требует очень тщательного и ответствен- ного подхода. Ведь процессор не должен замечать наличия буфера данных, а сам буфер обязан идеально синхронно переклю- чать свое направление в соответствии с требованиями процессора и периферии, ко- торую он буферирует, иначе - конфликт на шине и полный system crash. На закуску преподнесем еще один глю- чок, родного брата-мутанта "хлама по пи- танию". Этот глючок еще не до конца изу- чен, так как появился недавно на фоне массовой буферизации. Представим себе ситуацию: мы пробуферировали шину для подключения периферийных устройств, то есть поставили в разрыв шины мощный пов- торитель сигнала, которому не помеха всякая там емкость проводов, наводки и т.д. Наш буфер преспокойно и легко про- качивает всю емкость проводников и вход- ную емкость периферийных плат. Что значит прокачивает? Микросхема в момент переключения ее выхода из одного логического состояния в противоположное вынуждена перезаряжать емкость, "вися- щую" на этом выходе (печатные проводни- ки, провода и то, что подсоединяется этими проводниками и проводами - все имеет некоторую, иногда значительную ем- кость). Процесс перезарядки выглядит так: до- пустим, в течение некоторого времени на выходе микросхемы был логический "ноль", или, физически, ноль (почти) вольт. Это означает, что емкость нагрузки заряжена до этого самого нуля вольт (попросту разряжена). В некоторый момент времени микросхема решает, что надо бы устано- вить на выходе логическую "единицу", иначе говоря, около четырех вольт. Но если к выходу микросхемы подключена ем- кость, то понадобится сначала зарядить ее до тех самых четырех вольт, на что требуется время, и только тогда можно будет сказать, что на выходе установи- лась единица. Микросхема хочет сделать это быстро, и от нее в первый мо- мент требуются значительные усилия. Известно, что чем быстрее необходимо за- рядить емкость, тем больший ток на это требуется. Современные микросхемы спо- собны отдать значительный ток в нагрузку - они без зазрения совести отберут его у источника питания и направят на переза- ряд емкости. Таким образом, перезаряд происходит просто мгновенно. Если емкость нагрузки на буфер велика, то наша буферная микросхема становится просто замечательным источником помех по питанию, что приводит иногда к полной неработоспособности компьютера. A ведь для нормального шинного формирователя таких микросхем надо будет ставить три штуки - две на адреса, одну на данные! Получается замкнутый круг - разгружаем процессор по сигналам - создаем помехи по питанию, и наоборот. Что же делать? Самое идеальное, но весьма непрактичное решение проблемы - приобрести второй блок питания специально для трех микро- схем-буферов. Второй путь - попытаться побороться с "хламом по питанию" с по- мощью блокировочных конденсаторов. Очень часто это хорошо помогает, осо- бенно при небольшой емкости нагрузки. Вдобавок к этому следует тщательно раз- вести цепи питания, чтобы основные сило- вые цепи шли в первую очередь на эти микросхемы. Ох, да, еще одна закуска! Микросхемы относительно новых серий (1533 и "све- жее"), имеющие малые входные токи, не переносят длинных проводников, подклю- ченных к их входам, что приводит, в пер- вую очередь на импульсных и асинхронных входах, к ложным срабатываниям. Лечится только укорочением длинных проводников. Другой способ, применяемый некоторыми любителями - установка на входы, где есть помеха, конденсаторов небольшой ем- кости. На наш взгляд, данный метод мо- жет применяться лишь для оперативного выявляния глюка, но никак не для его устранения. Конденсаторы, стоящие в це- пях цифровых сигналов - порнография, говорящая о непрофессионализме создателя аппаратуры или о недобросовестном подхо- де к разработке схемы и конструктивного исполнения. После такого страшного технического отступления иногда становится непонятно, как же эти самые компьютеры вообще рабо- тают? Да вот, работают как-то. Саму по себе фразу "У меня компьютер работает" каждый пользователь восприни- мает по-своему. Одни считают, что если комп проработал хотя бы полчасика без зависов, то, в принципе, все нормально, можно пользоваться. Другие же на дух не переносят несанкционированных сбоев в работе (мы, естественно, относим себя к последним). Многие бывшие спектрумисты ушли со Спектрума вовсе не из-за того, что с детства мечтали о другой машине, а от безысходности борьбы с многочисленными сбоями, наблюдая при этом ту же ситуацию у своих товарищей. После чего они неред- ко всей компанией переходят на другую платформу, забыв Спектрум, как страшный сон. Напоминание им о существовании Спектрума (неважно какого) вызывает у них саркастический (с их точки зрения) смех, совершенно идиотский с точки зре- ния "нового спектрумиста". "Новый спектрумист", в нашем понима- нии - это человек, имеющий у себя нор- мальный безглючный Спектрум с шинной ар- хитектурой, нормальный корпус (в кото- ром все рационально расположено, а не набито битком, пополам с проводами и бу- мажками-прокладками между платами и кор- пусом... да, кстати, смешная история! Один наш приятель, взяв на ремонт, прав- да не Спектрум, а АОН, разобрав его, об- наружил, как водится, проложенную бумаж- ку, которая, при просмотре оказалась "Картой больного"!), с нормальной клави- атурой (необязательно от РС, но других уже просто не делают), импульсным блоком питания (а не на основе ТН-180 и горы радиаторов), а также всякими периферий- ными карточками, которые он приобретает по собственному усмотрению. Старый Спектрум тоже забыт, как страш- ный сон, а напоминание о нем вызывает сочувствие в отношении владельцев подоб- ных машин, которые, в свою очередь, час- то не понимают всей прелести и красоты шинной архитектуры, выискивая всякие разные аргументы типа "A у меня и так все работает!", в десятый раз припаивая оторвавшиеся от платы проводки. До тех пор пока... пока их насильно не ткнут носом, как слепых котят в молоко, и не покажут, что значит по-настоящему "Все работает!". Когда включенный Спектрум можно перевернуть, положить на бок, и при этом из него ничего не вываливается, и сам компьютер не сбрасывается, даже будучи включенным двое-трое суток! A как красиво выполнен монтаж! A как со- лидно стоят в плате-"маме " периферийные карточки... "Старый" спектрумист, как правило, сразу же признаётся сам себе: "Я хочу такой же!!!", однако, виду не подаёт, говоря: "Ну да-а, в принципе ничего, неплохо.", трезво осознавая, что перс- пектива покупки подобного компьютера весьма туманна по финансовым причинам. Он также осознает: за последнюю пару лет производителями напридумывалось столько периферии, что ee подключение превратит его старый Спектрум в "Перекати-поле". Однако ж, мы заболтались. Читателю, наверное, уже надоело пустобреховое расхваливание "шинных" машин. Так вот, уважаемые обладатели "старых" Спектру- мов! У вас появилась реальная возмож- ность вдохнуть новую жизнь в ваш Пента- гон (Ленинград, Профи, АТМ, ZX-777 и.т.д.) путем организации в вашем компь- ютере настоящей буферизированной компь- ютерной шины, ставшей стандартом в Санкт-Петербурге, а равно и во всей стране нашей. Прочь все муки и глюки при наворачивании конфигурации! Отныне подк- лючение стандартной периферии будет соп- ровождаться приятным ощущением входящего в слот разъема периферийной карточки! В следующем номере, а никак не в этом (по- чему, сейчас объясним), мы представим Вашему вниманию схему универсального шинного формирователя для любого Спект- рум-совместимого компьютера, вышеуказан- ной шины не имеющего. Схема будет пред- ставлена с полным техническим разбором принципа работы и рекомендациями по конструктивному исполнению. Данное уст- ройство работало у нас в течении года и показало прекрасные результаты. На одной шине преспокойно работало четыре перифе- рийных устройства при абсолютном отсутс- твии каких-либо подозрений на глюки. Мы абсолютно уверены, что данная шина "про- тянет" и пять, и шесть периферийных уст- ройств при условии отсутствия конфликтов по адресам (в наше время таких устройств нет, а если появятся, то их разработчики - ламеры) и должной мощности блока пи- тания. Почему мы специально не публикуем схе- му прямо вот сейчас? Не подумайте, пожа- луйста, что мы "жмем" материал, дабы растянуть статью на два номера. Поначалу мы хотели всё упихнуть в одну большую статью, но, пораскинув мозгами, вернее, собрав их в кучу, поняли, что спешное публикование схемы приведет к абсолютно обратному результату, нежели мы планиру- ем. Мы даже рады, что вовремя останови- лись. Так что же мы поняли? A вот что. После публикования схемы окрыленные и воодушевленные пользователи с горячей головой бросятся курочить свои компьюте- ры своими стоваттными паяльниками и по- падут в положение господина портного (смотри начало статьи), что приведет к массовому сожжению ни в чем не повинных Cпектрумчиков. Посему под завязку первой части этой публикации мы дадим Вам нес- колько полезных советов: Совет номер ноль. Остыть, если нагрелись. Серьезно поду- мать, действительно ли Вам нужен форми- рователь шины? Совет первый. Взвесить свои силы и умение обращаться с паяльником (у вас есть время потрени- роваться в обращении с ним, тренируйтесь на чем угодно, только не на собственном компьютере!). Достаньте из пыльного угла схему вашей машины и, если ничего не понимаете, то хотя бы привыкните к ри- роваться в обращении с ним, тренируйтесь на чем угодно, только не на собственном компьютере!). Достаньте из пыльного угла схему вашей машины и, если ничего не понимаете, то хотя бы привыкните к ри- сунку и названиям сигналов. Совет второй. Аккуратно отпаяйте всю висячую перифе- рию, если таковая имеется. Совет третий. Если Ваша машина хоть немного подглю- чивает без периферии - извольте привести ее в кондиционное состояние (никаких глючков не должно быть и в помине). Совет последний. Терпеливо ждите второй номер "SPECTRUM ЭКСПЕРТа" - его выпуск не за горами!
Другие статьи номера:
Похожие статьи:
В этот день... 15 октября