Возможность доработки БК0010-01 -> БК0011М

[Vslav]

Да, но к самой реализации камня и БК на этом камне у меня много претензий (речь про ВМ1, за остальные не в курсе)

Лень писать большой ответ, но претензий собственно к ВМ1 я в Вашем посте не увидел. Есть наезд на архитектуру PDP-11 в-общем, и на БК-001x в частности, но то такое.
Дело в том, что даже стартовый ВМ1 - это приличная машинка, умеющая то, что 8080/z80 никогда не умел:
- асинхронная (16-битная) шина с подтверждением и тайм-аутом
- система исключений
- векторный контроллер прерываний
- ортогональная система команд
То, что оно было медленным в ограниченной реализации (транзисторные бюджеты и скорость вентилей на тех технологиях) и сложным/дорогим никак не умаляет архитектурных принципов. Другое дело что они тогда опередили время и в тот момент уступили более простых решениям для массовых потребителей.
И софт на тех машинках запускали соответствующий. Разве можно сравнить RSX-11M с полноценной вытесняющей многозадачностью, реальным временем, виртуальной памятью, разделением прав доступа, разделяемыми библиотеками (то что позже стало dll/so), с CP/M или MS-DOS? Машинки на PDP-11 до сих пор рулят ядерными реакторами в Штатах, как с этим у Z80 ? Ну не вопрос, для массовой персональной игровой поделки - z80 подошел отлично - дешево, просто и сердито. Почему бы и нет, для братьев Марио можно обойтись без виртуальной памяти и исключений, PDP-11 тут и правда оверкил, и сама бэкашка, честно говоря, весьма странная поделка. Но это не значит что ВМ1 - "не тот". Для тех времен - вполне себе "тот", индустриальный стандарт, я очень рад что начал свою айтишную карьеру с СМ4/RSX-11M а не со Спектрума - пришлось влезть в кучу разных фундаментальных концепций сразу, и это дало мне нормальный стартовый каркас, а не сделало гуру оптимизации клешинга

[Advertiser]

[reddie]

ВМ1 - это приличная машинка, умеющая то, что 8080/z80 никогда не умел:
- асинхронная (16-битная) шина с подтверждением и тайм-аутом

Не силен в этой области, пришлось курить доки. В итоге нашел главное по асинхронке:

В момент времени t0 инициатор выдает, на линии шины адрес подчиненного устройства и информацию о типе пересылки (команду). В момент времени t1 он сообщает об этом всем подчиненным устройствам по линии Master-ready (инициатор готов). Все подключенные к шине устройства, при активации этой линии, декодируют адрес. Устройство, для которого предназначена команда, выполняет ее и информирует об этом хозяина сигналом квитирования Slave-ready (подчиненный готов), после чего хозяин может начинать новый шинный цикл.

Т.е. пока устройство назначения не пришлет команду подтверждения приема - процессор простаивает.
Это реализуется и на Спектруме, проц вэйтится, если в момент обращения к памяти она занята видеоконтроллером.
С чтением-записью портов примерно та же ситуация, проц можно застопорить по обращению к ним.

- система исключений

Имеется в виду аварийный выход по неправильному коду операции? Тут да, Z80 просто проигнорит его.

- векторный контроллер прерываний

Как раз процессор Z80 (а не Спектрум) умеет работать с векторами, выставляемыми на шину. Баловался в свое время.
Можно даже реализовать подобие приоритетов прерываний. Но в Спектруме это не реализовано для простоты и дешевизны.

- ортогональная система команд

А вот это и есть то, что зацепило меня в БК (процессоре). Ну, удивило, обрадовало, в этом смысле.
Можно одной командой творить штуки, которые у Z80 займут несколько. Но, тут есть одно большое НО.
Поискав данные о растактовке команд ВМ1 (я ж кодер, ага), внезапно обнаружил, что самые "вкусные" команды
жрут до 60 тактов процессора. То бишь проц банально молотит кучу мелких последовательных операций на одну команду.
Z80 сделает то же самое за примерно такое же время, просто ему приходится расписывать команды отдельно.

В целом, ВМ1, конечно, сильнее Z80, но в БК все та же убогая страничная адресация памяти свыше 64К. А все из-за куцей шины адреса.
Плюс (для БК10 особенно критично) любая команда жрет минимум 2 байта памяти. Даже банальный NOP. В итоге код разбухает.
Неужели нельзя было сделать некий набор однобайтных инструкций? Пусть машинное слово 2 байта, но можно же заложить условие, скажем,
что однобайтные команды обязательно идут по две. Допустим, работа с половинками регистров. Вариантов можно придумать массу.

Ладно, все это к топику отношения не имеет. Но сравнительный анализ интересен))) Прошу не подчищать сообщение.

[Vslav]

Т.е. пока устройство назначения не пришлет команду подтверждения приема - процессор простаивает.
Это реализуется и на Спектруме, проц вэйтится, если в момент обращения к памяти она занята видеоконтроллером.

Нет, тут есть принципиальная разница - между снятием READY и ожиданием RPLY.
При ожидании RPLY у ВМ1 запускается внутренний таймер, и если по истечении таймера ответ не получен - возникает исключение.
Такой подход позволяет реализовать простейший PnP и программно определить есть что-то по интересующему адресу или нет.
Более того, можно принципиально реализовать интересные вещи типа Substrative Decoding.

С чтением-записью портов примерно та же ситуация, проц можно застопорить по обращению к ним.

I/O порты это вообще очень страшная вещь, стоившая индустрии миллиарды долларов, и эти счета до сих пор полностью не оплачены.
Digital на самом деле сделала крутейший шаг вперед выкинув адресное пространство портов и включив устройства в адресное пространство памяти, унифицировав транзакции шины. Да, когда у вас нет защиты памяти, и всего 64К мгновенно доступны по произвольному адресу - втыкать устройства в это пространство страшно и не очень надежно. Но в DEC понимали что защита памяти будет, обязательно будет, и рискнули сделать унификацию - они умели думать на пару шагов вперед. Нету на шинах DECа адресного пространства портов. Это делает транзакции на шине полностью унифицированными и их количество минимальным - схемы декодирования упростились намного, DMA стал унифицированным и прочее. А вот x86, например, до сих пор цепляется за отдельное адресное пространство портов и все время платил за это свою цену - отдельный тип транзакций, отдельные схемы декодирования, отдельные шины, отдельные инструкции. Дальше-больше, отдельный тип транзакций PCI, типы BAR. Скорости растут, появляются новые шины, и везде это гемор с отдельным классом транзакций I/O портов тянется, взымая свою плату с процессоров, чипсетов и софта. Но шины все быстрее - синхронные протоколы, последовательные каналы, пакетный обмен, и на этом - все, I/O наконец умирает, например в шине AXI таких транзакций нет. Теоретически можно тегировать, но никто с этим уже не заморачивается. И вот уже спецификация SR-IOV говорит что устройства с I/O BAR не подлежат виртуализации. Почему? "Идите на@#й со своими I/O портами, вот почему" - ласково сказали разработчики рут-комплексов, виртуальных функций, IOMMU/VT-d и гипервизоров. В-общем, I/O порты на заре индустрии имели смысл, но потом они собрали кровавую жатву обратной совместимости, и местами все еще продолжают собирать, хотя сегодня изоляция адресных пространств реализуется совсем другими методами. Ото я загнул?

Как раз процессор Z80 (а не Спектрум) умеет работать с векторами, выставляемыми на шину. Баловался в свое время.

Да, про IM2 я подзабыл, так что признаем что умеет, да.

Поискав данные о растактовке команд ВМ1 (я ж кодер, ага), внезапно обнаружил, что самые "вкусные" команды
жрут до 60 тактов процессора. То бишь проц банально молотит кучу мелких последовательных операций на одну

Да, это правда, ВМ1 не самая быстрая реализация команд PDP-11. Первый блин, к тому же реализованный на микроавтомате сделанном для другой архитектуры. ВМ2 - "работа над ошибками", при сопоставимом транзисторном бюджете работает намного лучше - предвыборка, предекодер, простой конвейер, блок арифметики, вылизанная микропрограмма.

Неужели нельзя было сделать некий набор однобайтных инструкций? Пусть машинное слово 2 байта, но можно же заложить условие, скажем,
что однобайтные команды обязательно идут по две. Допустим, работа с половинками регистров. Вариантов можно придумать массу.

Да все можно, но это будет другая архитектура. И опять-таки, надо смотреть не на братьев Марио, а в завтра - проблема памяти решается, объемов кода решается, а моноширинная система команд остается. И на этом сегодня стоят и ARM-ы и RISC V - декодер проще, конвейер проще, перформанс на такт выше. Но PDP-11 - это чуть другое, не RISC, да, но свой бонус от ортогональной системы команд он тоже получил - первые PDP-11 удалось собрать на мелкой логике.

[MM]

но в БК все та же убогая страничная адресация памяти свыше 64К

БК11 разработана была в период лета 1985 ( идея ), начало 1986 г. ( плата с 5 шт. набортными ПЗУ и стартующая с БИОС от БК0010 ) и полноценная 2-кварцевая БК11 в декабре 1986 г., на 1801РР1 с 201-202 дампами БИОСа.
Т.к. были заданы топнормы ДПП 0.3/0.3 миллиметра и строго дешовые ДИП ИС, практически никакого др. варианта небыло, при сохранении аппаратной ( переключаемой ) совместимости с БК0010.
В 1987 г. было принято решение о проектировании БК0100, но вот незадача - на Экситон пришел руководить господин Южной наружности, и все денюшки на проектирование чудесным образом стали испаряться в московских "прачечных", в т.ч. сотни тыс. полноценных рублей на проектирование БМК.
( А кое-кто в 1991 г. прикупил себе новенький СААБ, и еще несколько "зашкваров" было... )

[reddie]

Т.к. были заданы топнормы ДПП 0.3/0.3 миллиметра и строго дешовые ДИП ИС, практически никакого др. варианта небыло

Ну это уже побочки, я имел в виду не конкретно БК, а процессор. 16-битная шина адреса на 16-битном (по шине данных) проце это мрак.
В целом, признаю, мои придирки, в основном, относятся именно к реализации БК как компа, а не применявшемуся в нем процессору.
Список претензий расписан где-то повыше)) Там еще забыл упомянуть отдельную клавишу для повтора символов. Пять баллов за идею.
Это каким надо гением быть, чтоб залепить отдельную кнопку вместо нормального драйвера клавиатуры, отслеживающего удержание клавиш.
Можно было сделать машину намного продвинутей, даже с таким урезанным по шине камнем. Но не зажатая в 64к адресов шина оставляла бы задел на будущее.

Ладно, наши лирические измышления к теме топика мало относятся. Но для потомков, для истории пусть остаются. Чтоб не повторяли ошибок предков =)

[Sandro]

Ну это уже побочки, я имел в виду не конкретно БК, а процессор. 16-битная шина адреса на 16-битном (по шине данных) проце это мрак.

"По шине данных"????? Ты не знаешь, что у БК нет отдельной шины данных? У БК шина МПИ (QBUS), она мультиплексированная!

И вообще, в БК не шина тормозит. Совсем не шина.

Там еще забыл упомянуть отдельную клавишу для повтора символов. Пять баллов за идею.

Ну вот это единственная разумная претензия пока что.

Но не зажатая в 64к адресов шина оставляла бы задел на будущее.

Так ты к процессору или к БК претензии имеешь? 16 бит адреса -- это ограничение процессора.

[reddie]

Ты не знаешь, что у БК нет отдельной шины данных?

В курсе, доки по процу и БК ковырял. Совмещенная шина - еще больший идиотизм, потери времени на мультиплекс.

Так ты к процессору или к БК претензии имеешь? 16 бит адреса -- это ограничение процессора.

К обоим, но конкретно здесь - к процессору. Лишь к ВМ3, наконец, додумались сделать расширенную шину.

[Hunta]

Совмещенная шина - еще больший идиотизм, потери времени на мультиплекс.

Данная мысль - полная хрень.

ишь к ВМ3, наконец, додумались сделать расширенную шину.

Нихрена не додумались. В ВМ3 есть ДП, который и делает из 16-ти битного адреса 22-ух битный. И это НЕ расширение ШИНЫ. Просто есть процессор, а есть ДП. И да, некоторые процессора имеют внешний ДП, например, F11 (ака 1811)

Так что читать матчасть ещё ОЧЕНЬ долго

- - - Добавлено - - -

Вдогонку.
ДП у PDP-11 делает очень многие вещи, помимо преобразования адреса, так что если делать что то похожее для какого-нибудь 580ВМ1 в спектруме - десятком микросхем не обойтись. Ах, да, пардоньте, в спектруме не 580ВМ1. Но это ничего не меняет.

[Vslav]

К обоим, но конкретно здесь - к процессору. Лишь к ВМ3, наконец, додумались сделать расширенную шину.

Извини, но у тебя странные претензии к ВМ1. Если по-простому - "А почему Ryzen 5800X в начале 80-х на Ангстреме не замутили? И 64-бита, и терабайт памяти, и многоядерность жи".
Вот что смогли в том транзисторном бюджете и на тех средствах проектирования - то и сделали. И весьма с разумными параметрами, шина вполне соответствует той эпохе. Ты думаешь почему БК-0010 сделали всего с 32К памяти? А потому что не было памяти в наличии, с более-менее хоть каким-то приемлемым ПВГ на тот момент умели РУ1/РУ3/РУ6 - и все. Ну, допустим, всадили бы в ВМ1 MMU, сделали бы тебе 22-битную шину, выжрали бы транзисторный бюджет, потратили бы пару дополнительных лет на разработку, получили бы мизерный выход годных. И что? Прицепили ли бы к нему те же 32К памяти потому что с РУ5 все очень плохо? Надо все-таки реалистично оценивать возможности разработки, производства и дальнейшего применения изделий.

Я почти четверть века занимался разработкой кассовых аппаратов и их серийным производством, так что с производственным циклом знаком очень хорошо. Расскажу байку из начала 90-х. У нас тогда небольшая группа разработчиков на базе университета была, и был такой очень большой военный "Киевский радиозавод", там одно КБ человек 600 на тот момент было. И приняли тогда законы про фискализацию и завод получил план на 100К касс. Заводское КБ решило что это несолидно, кассами-то заниматься, сбросили по хозрассчету на субподряд, и схему рисовать и софт писать. Схема досталась Институту Кибернетики, ну а софт писать - нам.

В инкибе со схемой происходило что-то странное, но в ТЗ было - "максимально широкое применение отечестввенных компонентов", и пошел туда 1810ВМ86. И память на РУ10/17, и 573РФ4/6, и новинка - флешки 28Fxxx от Интел, как исключение, для фискалки. И, ессно, шина 16-битная, должно ж быть круто, зачем нам 64Кбайта адресного пространства? Не, даешь мегабайт, и все микросхемы памяти тупо удвоены. Я тогда еще нарыл для своего проекта крутой интегрированный контроллер - 1810ВК56 - контроллер прерываний, PIO, UART, таймеры в одном флаконе, закинул инфу в инкиб - они обрадовались, уцепились. Софт мы писали на эмуляторе, за основу взяли итальянскую кассу, работаем.

Ну что, Новый Год - сдача темы, рабочего железа нет. В конце декабря приезжает к нам в лабораторию чувачок с инкиба, привозит макет. 30x80см. 150 корпусов распаянных МГТФ. У меня уже тогда был эмулятор ПЗУ, втыкнул, простенький тест - не работает. "А ты как тему-то сдал? А я логический анализатор втыкнул, циклы чтения-записи заснял - для отчета прокатило". Норм, да? Архитектурно там были трущобы - ВМ86, куча памяти на 16-битной шину, 3 UART ВВ51, пара ВВ55, два ВН59, сбоку всадили ВК56 (инновация, бл). А, да - индикатор клавиатура обслуживались отдельной ВЕ51, которую делали-писали третьи люди, и еще был отдельный принтер на ВМ80, с 4-мя моторами. И на все это хозяйствво был разработан блок питания, на 800Вт, на двух огромных платах и 14 (четырнадцать!!) питающих напряжений.

Запускал я этот чужой хлам дня три. Ессно, без нормальной схемы, хто ж ее нормально сделает-то. Но - запустил, программа наша портанулась и притерлась еще за неделю (там грамотно все мы архитектурно сделали, не блестяще, но сейчас понимаю что при нулевом опыте мы тогда сделали крутую работу), поехали на завод, показали генеральному, ура - тема закрыта, всем медаль.

А у завода план - 100К касс за год. Ну, КБ есть, трассируют они плату, все 150 корпусов, доводят как-то БП, индикацию, смежный завод принтерами занимается. И, чтобы вы не сомневались, быстренько х@#рят (вот нет другого слова тут, извините) 2000 штук "пробной" партии плат. И потом проходит месяц, другой, а на выходе ничего нет. И люди с завода как-то к нам в лабу потянулись. Приходят такие... И платы несут. Одну, вторую, третью. И программку так просят запустить кассовую. Прошиваешь - не работает. Ищешь где-что. И тянется оно и тянется. И где-то через полгода, наконец, признали - тупо не может завод платы запустить. Те пара десятков демонстрационных - все через меня прошли. А дальше - пипц, не будет серии, не могём. Вот это и называется - несоответствие проекта техническим возможностям. Дальше мы уже делали свою разработку, схема была уже полностью моя, там был 1810ВМ88, 70 корпусов, мои технологические тесты, и трассировка под моим надзором ну и тренинги цеховые. Для 22-летнего старшекурсника я очень круто взлетел в ведущего инженера . Худо-бедно несколько тысяч аппаратов тогда осилили, дальше много чего было, на четверть века хватит рассказывать.

Вот такая история, вывод я тогда сделал простой - варежку надо разевать точно по своим возможностям, хотелки рубать беспощадно под задачу, а мечтать только в курилке - "эх, тут бы данных 16-бит, та адреса 20-бит". И вывод этот до сих пор актуальный

[SuperMax]

В курсе, доки по процу и БК ковырял. Совмещенная шина - еще больший идиотизм, потери времени на мультиплекс.

для понимания, QBUS имеет максимальную пропускную способность в 5,6 Мбайт/с, и разработана она еще ДО создания Intel 8080A и тем более Z80A
те тогда когда

БК и примененный в нем процессор потенциально куда мощнее Z80, тут вопросов ноль. Но что победило в итоге?
Спектрум разошелся по стране миллионами

а почему ? ответ крайне прост- огромное количество ворованного софта!
для БКже всё писали _сами_ и безусловно, сразу достичь уровня коммерческого софта для спектрума было абсолютно невозможно.

если закрыть весь импортный софт то спектрум никак бы не взлетел в принципе ибо с точки зрения разработки он очень тяжел на мой взгляд:
ну банально, даже клавиатуры нормальной нет (БК не идеал, но куда ближе к полноценной клавиатуре)
экран - слишком мал для нормального отображения большого количества информации - для БК сразу нативно 64 символа в строке и 80 для 11М
последнее уже стандарт и можно спокойно работать с текстами и прочим.

да, для игр спектрум интересен, но вот монохромный экран все портит: даже простейшая задача - нарисовать в бейсике биоритмы уже за гранью возможного
и полноценной ОС как я понимаю, тоже нет. хотя для игр этого вполне достаточно, благодаря чему он и продвинулся.

лично у меня спектрум появился только когда я стал собирать коллекцию для музея, те в последние 10 лет
а до этого, желания приобрести не возникало, у меня сначала БК10 затем 11М затем ДВК (с 1201.04 и винтом) и уже потом DX2-66