(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!
Other articles:
