| Komplexer Mikrorechnerkern mit Funktionsanalysator auf Z80-Basis |
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Letztmalig dran rumgefummelt: 07.10.12 16:59:54 |
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Basierend auf einer Idee aus dem Jahre 1985 hat mich diese kleine Schaltung immer ein wenig fasziniert. Die Menge der im Funkamateur der DDR veröffentlichten Beiträge zu Mikrorechnern ist endlich und klein. Diese Schaltung gehört auf jeden Fall dazu. Im Jahre 2007 gehen wir es an, diesen Plan in die Tat umzusetzen und diese Schaltung sehr groß im Computerraum des Gymnasiums Flöha aufzubauen. Es soll ein AG-Projekt werden - schau'n wer moal ;-) | ||||||
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1. Schaltungsidee und Beschreibung |
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Quellen: Idee nach E. SCHILLER in Zeitschrift FUNKAMATEUR Heft 3/1985 S. 151 |
| 1. Schaltungsidee und Beschreibung |
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Seitdem Mikrorechnerschaltkreise in den Amateurhandel gelangten, ist jeder
Elektronikamateur in die Lage versetzt, sich einen eigenen Computer zu bauen.
Allerdings muss er vorher noch eine Durststrecke überwinden: Die Fachliteratur
muss studiert und auch verstanden werden. Wenn dann die Funktion der
Mikroprozessoranschlüsse einigermaßen klar ist, steht dem Bau nichts mehr im
Wege. Im Prinzip ist alles ganz einfach. Man nehme einen U 880 D, einen D 100 D
für den Taktgenerator, einen U 855 D und einen U 555 D, der das Programm
enthält. Dann werden alle Anschlüsse mit gleicher Kennzeichnung verbunden, und
fertig ist der Mikrorechner. Leider hat die Sache einen Haken. Woher bekommt man einen programmierten EPROM? EPROMs sind- knapp und teuer, Programmiergeräte noch viel teurer, und Programmieren gehört, noch nicht zum Schulunterricht. Der Autor wählte darum einen anderen Weg. Er entwarf einen Rechner, der nur aus ZVE, RAM und Bedieneinheit besteht, d. h. aus Tasten zur Steuerung und einer Anzeige der Busleitungen. Damit kann man sich Schritt für Schutt in die Programmierung einarbeiten. Befehle werden Byte für -Byte im Maschinenkode in den Rechner eingetippt, sie können dann schrittweise abgearbeitet werden. Der einzige Nachteil besteht darin, dass die ZVE-Register nur durch Abspeicherung gelesen werden können. |
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Der Rechner besteht aus der ZVE U 880 D mit Taktgenerator, den vier Adresspuffern
D 193 D, acht RAM
U 202 D, dem Datenmultiplexer aus sechs
D 103 D, der
Hexadezimaltastatur mit den Registern D 195 D, der
WAIT-Logik aus
D 130 D und D 174 D, und de Anzeige von Adressen-, Daten- und
Steuerbus.
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| 2. Bedienungshinweise |
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Es sind drei Betriebsarten möglich: RUN, STEP und DMA. Bei RUN (Lauf) ist keine Taste gedrückt. Der Rechner arbeitet das im Speicher stehende Programm, mit voller Geschwindigkeit ab. Bei STEP (Schrittbetrieb) geht die ZVE bei bestimmten Zyklen in den WAIT-Zustand. Diese Zyklen sind Ml (Befehlsholezyklus), IN (Eingabe in- die ZVE), OUT - (Ausgabe), MR (Speicherlesen) und MW - (Speicher schreiben). Die Zyklen können durch die entsprechenden Tastern ausgewählt werden. Nach dem Drücken der Step-Taste setzt der Rechner das Programm fort. Damit kann der Programmverlauf verfolgt werden. Bei Eingabebefehlen werden die Register D 195 D an den Datenbus geschaltet. Wenn die Taste IN gedrückt ist, kann man über die Hexadezimaltasten eingeben und dann das, Programm fortsetzen. Alle Bytes, die der Rechnen ausgibt sind in der Datenanzeige (Bild 2/3) sichtbar. |
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Bei DMA wird die ZVE vom Speicher getrennt. Der Speicher kann nun gelesen -
werden. Dazu lässt sich mit ZV und ZR die Adresse, weiterzählen. Wird zusätzlich
W (Schreiben) gedrückt, so kann man ein Programm eingeben. Beim Drücken einer
Hexadezimaltaste werden vier Bit in das rechte Halbbyte übernommen. Wenn eine
zweite Taste betätigt wird, rückt das- rechte Halbbyte in die linke Hälfte vor,
und rechts steht der neue Tastenkode (wie bei Taschenrechnern). Beim Drücken von
ZV wird ein Schreibimpuls an die RAMs gelegt. Wenn ZV losgelassen wird, zählt der Adresszähler +1
weiter. |
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Literatur [1] Lindner u. a.: Technik der Mikrorechner, radiofernsehen-elektronik 26 (1977) H.17 bis 28 (1979) H.12.,(28 Folgen) [2] Barthold, H. - Bäurich, H.: Mikroprozessoren -7 Mikroelektronische Schaltkreise und ihre Anwendung, Teil 1,..3, Amateurreihe„electronica", Band 186...188 bzw. Band 202-204 (2. Auflage), Militärverlag der DDR, Berlin 1980 und' 1982 [3] Kieser, Meder: Mikroprozessortechnik, VEB Verlag Technik; Berlin 1982 [4] Schwarz, Meyer, Eckhardt: Mikrorechner, VEB Verlag Technik, Berlin 1980 [5] Schiller: U-880-System mit minimalem Aufwand, radio-fernsehen-elektronik 32 (1983), H. 3, S. 154i.. 156, 32 (1983), H:6, S.340/341 Bild 3: Stromlaufplan der verwendeten 32 Anzeigeschaltungen |
| 3. Umsetzung |
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Natürlich brannte die
Schaltung seit ihrem Erscheinen im März 1985 (zwischenzeitlich also mal
lockere 28 Jahre!) unter den Nägeln. Es war sofort klar, was man damit
machen kann, denn einen solch einmaligen BUS-Analysator hatte es bis dato
noch nicht gegeben. Dadurch, dass die Peripherie komplett entfallen war,
kann man sich vollständig um die Befehlsabrbeitungszyklen kümmern und durch
das quasistatische Arbeiten der CPU ist fast jedes Stadium der Zugriffe
durch die CPU auch visuell umgesetzt. Das das Projekt immer noch Bedeutung haben kann, wird durch die Tatsache unterstützt, dass es das Z80-System immer noch in der Fertigungsreihe von ZILOG gibt und es weiterhin aktuell auch genutzt wird. |
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| 4. Einsatz und Anwendungsbeispiele |
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Der Rechner besteht aus der
Z80-CPU mit Taktgenerator, den vier Adresspuffern D193D. acht RAM U202D, dem
Datenmultiplexer aus sechs D103D, der Hexadezimaltastatur mit den Registern
D195D, der WAIT-Logik aus D130D und D174D und der Anzeige von Adress-,
Daten- und Steuerbus. Der Adressbus wird durch die D193D gepuffert. Wenn der
Ladeeingang Potential L führt (DMA nicht angewählt), werden die Adressbits
der CPU an die Ausgänge gelegt. Anderenfalls kann die Adresse mit den
Zähleingängen ZV und ZR verändert werden. Durch einen D100D werden die vier möglichen Rechnerzyklen IN, OUT, MR, MW und M1 dekodiert und an die WAIT-Schalter gelegt. Wenn die Schalter geschlossen sind und das entsprechende Signal wird L, dann geht die CPU in den WAIT-Zustand. Nach Betätigung von ZV arbeitet die CPU weiter. Bei Eingaben oder DMA werden über den Multiplexer aus D103D die Ausgänge Tastaturregister D195D an den Datenbus gelegt. |
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| 5. Fotodokumentation |
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Ursprünglich so im Jahre 2006 als Workshop-Projekt, welches als realisierbar erschien, an entsprechend begabte Schüler der Jahrgangsstufe 11 herausgegeben, benötigte diese Aufgabe streng genommen reichlich fünf Jahre, obwohl der Kern schnell fertig war. Problematisch war mit unserer Meßtechnik allerdings die präzise "WAIT"-Steuerung. Dies hat erst genaue Meßtechnik - sprich: Oszilloskope mit entsprechender Frequenz lösen können (für Schulen allerdings so einfach nicht zu beschaffen). |
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... die nachfolgenden Bilder stammen von Frank Knietsch aus privater Hand, der dieses Projekt von Anfang bis Ende realisiert hat und sogar EAGLE-Entwürfe hierfür liegen zwischenzeitlich vor. Arbeitsstand ist der 28.82012 - begonnen haben wir im Sommer 2007! |
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| 6. Verwandte Themen |
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Was ist alles mit dem Betriebssystem eines Microcomputers verwandt? Antwort: faktisch der gesamte Bereich der Digitalelektronik und sowieso die gesamte Technik der Software-Technologie der Vergangenheit, Gegenwart sowie zumindest der nächsten Zukunft. | ||||||||||||||||||
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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha | © Frank Rost im Juli 2007 |
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... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist |
