Két videót készítettem eddig a digitális elektronikáról és a CPU alapvető működéséről, hogy megalapozzam, de azok is csak a felszínt karistolják. Akit nem érdekelnek a technikai részletek, az nem garantálom, hogy mindent érteni fog az írás második felében, de én így szeretek a hobbimmal foglalkozni, nem csak a PC-s kártyákat rakosgatom egymásra, vagy a Windows-t simogatom.
A kedvenc home computereink létrejöttét a szabványos digitális áramkörök megjelenése, azon belül is a 74xx TTL sorozat és az olcsó processzorok (Z80, MOS 6502) tette lehetővé. A TTL család az egyszerű kapuktól indul, de elég bonyolult áramköröket is tartalmaz, mint például tárolókat, meghajtó IC-ket stb. Az áramköröket több módon lehet csoportosítani, ebből kettőt emelnék ki:
- Belső felépítés alapján: Az adott funkció több kapcsolással is megvalósítható, de ezek meghatározzák a fogyasztást, sebességet és sok más paramétert. Jellemzően mindegyik kompromisszumos, ki kell tudni választani, hogy melyik paraméter fontos a számunkra.. Például egy gyorsabb áramkör többet fogyaszt, egy kevesebbet fogyasztó esetleg kevésbé terhelhető, illetve ezek kombinációja is lehetséges. Ehhez kell egy kis hozzáértés, de a katalógusok sokat tudnak segíteni.
- Vezérlés alapján: Az IC-k egyik paramétere a késleltetés. Ez azt okozza, hogy bonyolultabb aszinkron áramkörben a jel más-más útvonalon terjedve nem lesz szinkronban, ami hibás működéshez, hazárd jelenséghez, vezethet. Ezt szinkron áramkörökkel lehet kiküszöbölni ahol az állapot váltás szinkronizáltan történik. Magyarra lefordítva van egy órajel aminek a le vagy felfutó éle vezérli az áramkört, így egyszerre „lépnek” a kimenetek, minta kiskatonák vezényszóra.
Az belátható, hogy nem kell mindenhová gyors áramkör, illetve van ahol nem jelenik meg, nem okoz hibát a hazárd jelenség. A tervezők a 70-es évek közepére tömegesen elérhető alkatrészekből már szabadon válogathattak és viszonylag kis méretű gépeket tudtak építeni. További részletekért nézzétek meg az első videót, igyekeztem rajzzal is illusztrálni az eddig leírtakat.
Az olcsó processzorok megjelenése mellett szükség volt megfizethető árú memória áramkörökre is. A CPU, a RAM-ok és ROM-ok szinkron módon működtek együtt. A már említett szinkron működéshez szükséges órajelet kristály oszcillátorral állították elő és a CPU diktálta az ütemet. Ehhez busz vezérlő jeleket használtak, ilyenek például Z80-nál a A0..15, D0..7, MEMRQ, WR vagy RD jelek. A rövidítéseket feloldva érthetővé válik a működés. A processzor kiválasztotta a címet a 16 bites cím (Address: A0..15) buszon, az adatot pedig a 8 bites adat (Data: D0..7) buszon várta. Mivel olvasni próbált a memóriából, ezért még a memória kérés (Memory request: MEMRQ) és az olvasás (Read: RD) lábakat is aktívvá tette. Egy utasítás végrehajtása, memória írás vagy olvasás több órajel ütemből állt, az összetartozó ütemek együtt adtak ki egy órajel ciklust. Leírva bonyolultan hangzik, de a következő videóban kicsit talán szárazan, de grafikonokkal illusztrálva mutatom be a Z80 működését.
A két videóból amit fontos megjegyezni, hogy a home computerek első generációját meghajtó processzorok 8 bitesek voltak, 16 biten címezték a memóriát és 8 bites adatsínnel rendelkeztek. Az azonos funkciót ellátó lábakat együtt busznak hívjuk, tehát másként megfogalmazva 16 bites cím- és 8 bites adatbusszal rendelkeztek. A 16 bites címzéssel direktben maximum 64 kB-ot tudtak elérni. A processzor a busz vezérlő jeleket használta a memóriák és a perifériák elérése során, ezek CPU családonként eltértek, de a működési elvük azonos, mert ezek segítségével szinkron módban történhetett az írás és olvasás. A CPU és a memóriák mellett szinte kizárólag TTL áramköröket használtak azok minden előnyével és hátrányával. A tervezés során elég sok dologra kellett figyelni, hogy elkerüljék a hibás működést, de a munkájukat már katalógusok, példa kapcsolások segítették.
A következő bejegyzés már kevésbé lesz elméleti, a 8 bitesek fejlődéséről fogok írni elég hosszan. Bár amennyit lehet beszélni róluk ahhoz képest biztos nagyon tömör leszek.
Views: 2