Počítače Didaktik Jan Lorenz
Semestrální projekt z X31SCS
Obsah Obsah......................................................................................................................... 1 Úvod ........................................................................................................................... 2 Konstrukce počítače................................................................................................. 3 Architektura Z80 ...................................................................................................... 4 Závěr .......................................................................................................................... 6
1
Úvod Jako celá řada kluků mé generace jsem si i já očekávání nástupu osobních počítačů prožil v „zajetí osmibitů“. Někdo byl závislý na Commodoru 64, jiný na Atari. Ke mně se dostal až jeden z modelů československého výrobního družstva Didaktik Skalica. Výrobky tohoto družstva byly zprvu potomky PMD 85 a později anglického počítače ZX Spectrum a jelikož jsem byl dlouho vlastníkem Didaktiku Kompakt, vybral jsem je jako téma této semestrální práce.
2
Konstrukce počítače První z řady počítačů, které byly potomky ZX Spektra byl Didaktik Gama s 80 KB velkou RAM, která se do adresového prostoru velkého 64 KB promítala metodou stránkování následujícím způsobem: nejnižších 16 KB bylo vyhrazeno pro ROM (stejně jako originální Spectrum), dalších 16 KB byla RAM, která obsahovala i VideoRAM (stejně jako Spectrum), dalších 32 KB bylo možné přepínat po částech zvaných stránky nebo banky paměti. Tato změna stránky se přepínala hodnotou na výstupním portu. Tento port byl realizován pomocí obvodu 8255 (paralelní port), jehož 0.bit brány C nebyl na konektor vyveden, ale byl veden na logiku přepínání paměťových bank. Je tedy patrno, že oproti originálnímu ZX Spectru má navíc paralelní interface pro připojení různých periférií včetně joysticku. Další verze Didaktik M byla technicky blíže originálnímu ZX Spektru. Nebyla zde už ani přepínatelná paměť, kterou měla Gama. Vylepšena byla spolehlivost a především vzhled. Počítač tak vypadal profesionálně. Didaktik Kompakt byl posledním a pravděpodobně nejlepším výrobkem firmy Didaktik Skalica. Měl vestavěnou 3,5 palcovou disketovou mechaniku s kapacitou 720 kB, která se mohla zvyšovat na 840 kB. Bylo možné použít také disketovou mechaniku, která dokázala číst i diskety o kapacitě 1,8 MB. Paměť ROM obsahovala operační systém a Spectrum BASIC. Další zajímavostí byl EuroAV-Connectro (SCART). SCART dovoloval připojit Kompakt k barevné televizi nebo monitoru. Díky tomu byl RGB obraz mnohem kvalitnější. Napájecí zdroj byl vestavěný přímo do skříně počítače. Didaktik Kompakt měl integrovaný paralelní port a dva konektory pro joysticky. Do výroby se dostaly dva modely: základní s pouze 48 kB RAM a 3,5‘‘ mechaniku a vylepšená verze se 128 kB RAM, 3,5‘‘ mechaniku, AY8212 zvukovým modulem a SCART video-výstupem (podobný jako u Spectra 128). Základním mozkem didaktiků byl mikroprocesor Z80 vyvinut společností Zilog v roce 1976. Byl to vyspělejší bratranec procesoru Intel 8080, který byl předchůdcem dnešních PC. Rychlejší varianta Z80A z roku 1977 patřila k nejlepším osmibitovým procesorům třetí generace.
3
Architektura Z80 Procesor Z80 společnosti Zilog byl uveden na trh v roce 1976. Výrobce nabízí od roku 1977 i rychlejší variantu Z80A. Patří k nejlepším osmibitovým procesorům třetí generace. Vnitřní struktura procesoru Z80 vychází z koncepce Intelovského procesoru 8080 (který byl uveden na trh o dva roky dříve), byla však pozměněna funkce některých vývodů a struktura vnitřních registrů. Osmibitové datové registry včetně střadače a registru příznaků jsou sice stejné jako u typu 8080, avšak vyskytují se na základním čipu dvakrát. Vždy je aktivována pouze jedna z obou skupin registrů. Toto uspořádání podstatně urychluje práci s uložením obsahu registrů při zpracování přerušení. Oproti procesoru 8080 byl doplněn osmibitový registr I (používá se pro určení adresy při obsluze přerušení) a registr R (uplatňuje se při obnovování obsahu dynamických pamětí). Soubor šestnáctibitových registrů byl v porovnání s typem 8080 rozšířen o dva registry IX a IY (tzv. indexové registry), které se převážně využívají pro adresaci datových polí v operační paměti. Zjištění výsledku aritmetických nebo logických operací dovoluje registr příznaků, který obsahuje šest klopných obvodů. Označují se C (Carry), S (Sign), Z (Zero), P (Parity/Overflow), H (Half - Carry), N (Substract flag) a jejich nastavování je (až na jednu vyjímku) stejné, jako u procesoru 8080. Procesor Z80 má dva samostatné vstupy požadavků na přerušení. Vstup INT (Interrupt Request) akceptuje žádosti o přerušení v závislosti na stavu vnitřního klopného obvodu IFF (Interrupt Flip - Flop). Vstup NMI (Non - Maskable Interrupt Request) je zcela nezásvislý a má vyšší prioritu. V návaznosti na procesor Z80 se dodávají další čtyři programovatelné obvody LSI pro komunikaci s periferními zařízeními. Jsou to: •
Z80 - PIO (Parallel Input/Output Controller)
•
Z80 - SIO (Serial Input/Output Controller)
•
Z80 - CTC (Counter/Timer Controller)
•
Z80 - DMA (Direct Memory Access Controller)
Soubor instrukcí procesoru Z80 obsahuje celkem 158 instrukcí a jsou mezi nimy všechny instrukce 8080. Zachování programové kompatibility patří k velkým
4
přednostem procesoru Z80. Vzhledem k většímu počtu instrukcí jsou některé operační znaky ve strojovém kódu dvoubytové. Základní technické parametry a vlastnosti procesoru Z80 jsou: •
výrobní technologie N-MOS (na základním čipu je asi 8 000 aktivních prvků)
•
délka datového slova 8 bitů (paralelní zpracování)
•
délka adresového slova 16 bitů
•
přímá adresace operační paměti maximálně 64 KB
•
kladná logika
•
jednofázové vnější hodiny
•
frekvence hodinových impulzů nejvýše 2,5 MHz (Z80) a 4 MHz (Z80A)
•
osmibitová obousměrná datová sběrnice
•
šestnáctibitová adresová sběrnice
•
instrukční soubor obsahuje 158 instrukcí
•
délka instrukcí ve strojovém kódu 1 až 4 byty
•
doba provádění nejrychlejší instrukce 4T (1 us pro Z80A)
•
zásobníková vnější paměť (v paměti RAM)
•
dva samostatné vstupy přerušení (INT, NMI)
•
možnost přímého přístupu do paměti (DMA)
•
pouzdro DIL se 40 vývody
•
napájecí napětí +5 V
Obr. 1 – vnitřní struktura Z80 5
Závěr V 70. letech minulého století, kdy spatřil světlo světa první mikroprocesor (čtyřbitový I4004) a kdy technologie výroby složitých integrovaných obvodů byla v plenkách, byli návrháři touto technologií omezeni a také jim scházely zkušenosti z použití těchto nových prvků. Spolu se zlepšující se technologií a zkušenostmi z nasazení prvních mikroprocesorů se návrhářům dařilo navrhovat stále lepší obvody. Z nejznámějších jmenujme alespoň Intel 8008 (první 8bitový procesor), legendární Intel 8080, Zilog Z80, Intel 8051, Rockwell 6502 či MOTOROLA 6800. Spolu s vlastními mikroprocesory začal vývoj prostředků usnadňující vývoj vlastních aplikací a psaní programového vybavení. Zvláště zkušenosti programátorů píšících programy byly velmi důležité, neboť na jejich zkušenostech se měnila struktura a instrukce mikroprocesorů. Optimalizace instrukční sady mikroprocesorů získala na významu v momentu nástupů vyšších programovacích jazyků (PL/M, Pascal a zvláště jazyka C), neboť tyto jazyky umožnily mnohem rychlejší návrh a odladění vlastní aplikace, ale také znamenaly nárůst ceny zařízení, neboť program byl delší a vyžadoval jednak větší, a tudíž dražší paměť, jednak rychlejší mikroprocesor. S touto skutečností se významně poprala např. firma Atmel, která přišla s mikrokontrolery AVR (AT90, ATtiny a ATmega). Počítače Didaktik tak v podstatě ztratily význam, ale zcela jistě mají v historii své důstojné místo.
6
