CLAUDIA-1

amatérský 4-bitový procesor a počítač sestavený z obvodů TTL 74xx



Dávat počítačům ženská jména mi bylo vždy trochu proti srsti. Nicméně pořád mi lépe zní třeba česká INTELKA (AR B1/83), než ruský RADIO-86rk. A třeba taková AMIGA, to je stále pojem... Takže jsem nakonec svůj výtvor pojmenoval ženským jménem i já, na počest svého zlatíčka - dcery Klaudie. Proto CLAUDIA-1. Ta jednička je jen pro sichr, kdyby mě to někdy chytlo zase, tak ať mám na co navazovat:-)

CLAUDIA-1 je snad pádnou odpovědí všem pochybovačům. Ale není se jim co divit. Po tomhle úletu opravdu nešlo nepochybovat:-)

Bohužel jsem to zase stavěl víceméně z hlavy, jen s použitím datasheetů a nějakých čmáranic. Snad se dokopu k tomu, abych připravil obšírnější popis:-) Zatím tedy jen velmi stručně:


CLAUDIA-1: 4-bit TTL computer
CLAUDIA-1: 4-bit TTL computer


Název: CLAUDIA-1

Popis: 4-bitový TTL počítač (sestavený z obvodů TTL 74xx)

Procesor: 74JK4080 CPU - 10 kHz (sestavený z obvodů TTL 74xx)

Operační systém: CABOS (Claudia Basic Operating System)

Poznámka: zatím jsou na místech ROM (mikrokód v CPU a programy počítače) osazeny dvě EEPROM 28C64, které toho s řadou 74xx moc společného nemají. Ovšem skvěle se s nima pracuje a jednoduše se přeprogramovávají. Po definitivním odladění software budou nahrazeny pamětmi PROM z řady 74xx (74S287, 74S571). Tyto PROM budou na speciálních adaptérech, které se budou vsouvat do patic pro EEPROM. Zdá se však, že není co odlaďovat. Všechno totiž funguje jak má:-)

Kromě těch EEPROM jsou tedy použity pouze klasické obvody TTL řady 74xx. Například paměť RAM je sestavena z obvodů 74S201. Celkem je použito 64 integrovaných obvodů, z toho 43 jich tvoří samotný procesor. Po náhradách EEPROM za PROM se počet zvýší o 2 integráče na (skoro) magických 66 IO. Předpokládá se totiž, že každá EEPROM bude nahrazena dvojicí PROM.

Jelikož jsem se snažil "likvidovat" šuplíkové zásoby IO, jsou použity TTL všech typů (klasika, S, LS a ALS). Spotřebu jsem si ještě netroufl změřit, ale bude to určitě hodně přes Ampéru:-) Samotný procesor baštil asi 630 mA a uvážím-li, že jeden jediný obvod 74S201 může dle katalogu žrát až 140 mA, k tomu přidejme segmentovky a LED... Někdy je prostě lepší nevědět:-) Každopádně to musím napájet ze spínaného zdroje 5V/3A. Žádný z lineárních napáječů pro mé počítače to nenakrmí. Dokonce i SN-80, který je určen pro současné napájení dvou PMI-80, klesá při zatížení Claudií někam k 4,7 V a to už začínají blbnout ty RAMky 74S201. Jinak rozvody napájení jsem dělal fakt poctivě a na blokovacích a filtračních kondech jsem nešetřil.

Z hlediska koncepce se jedná opravdu o klasický počítač se separátním procesorem. Jak procesor, tak počítač bez procesoru lze použít samostatně a propojeny jsou přes standardní signály. Jednou tak, doufám, budu moci odpojit od desky počítače procesor TTL 74xx CPU a připojím tam procesor TTL 3000 CPU :-) Naopak samotný procesor by se dal použít i v počítači sestaveném z klasických obvodů 82xx.



CABOS

operační systém počítače CLAUDIA-1

Nazvat program, který se musel vejít do 128 niblí ROM, jako operační systém, chtělo opravdu odvahu. Ale co jiného by to bylo, když umožňuje vše potřebné: vkládat, editovat, listovat a spouštět programy v RAM? To vše CABOS umožňuje a docela komfortně. Ačkoliv se k zadávání dat používají "páčky" nemá Claudia žádnou hardwarovou podporu pro přímé vkládání programů prostřednictvím DMA, jak to mívaly stařičké tlačítkáče a třeba i původní ELFík (bez ROM). Nic takového CLAUDIA nepotřebuje! Zde je vše řešeno klasicky, tedy softwarově. A to dokonce i s ošetřením zákmitů tlačítek. CLAUDIA-1 je prostě plnohodnotný počítač, který "pohání" plnohodnotný procesor! A obojí sestaveno z jednoduchých integráčů řady 74xx.


CLAUDIA-1: 4-bit TTL computer
CLAUDIA-1 v akci


Kromě CABOSu je v EEPROM i několik demoprogramů, které testují všechny možnosti počítače a prověřují správné chování instrukcí. Vše OK:-) Dokonce jsem si udělal i vlastní tabulku instrukcí pro můj oblíbený assembler TASM. Takže mám i překladač vlastního assembleru. Funguje perfekt, ale jednu vadu má: adresy se musejí zadávat ručně, protože TASM neumí pracovat s nibble. To je nepříjemné hlavně při skocích, nelze používat klasická návěští. Ale i tak je to ohromné zjednodušení práce.

Celkově musím říci, že mě samotného možnosti toho procesoru velmi mile překvapily. Fakt to umí vše podstatné. Prostě...

4-bity stačí, drahoušku :-)

Svatosvatě slibuju, že připravím i podrobný popis. Teď však potřebuju dělat taky něco jiného:-) Ale abych nezapomněl, jaké jsou další priority, tak jsem si udělal takový připomínáček. Někdo si dělá uzly na kapesníku, já si zapíchnul MH 3002 do nepájivého pole...:-))


AHOJ SVĚTE!

Je takovým nepsaným pravidlem, či alespoň dobrým zvykem, že každý nový počítací stroj nebo každý nový programátor (člověk) po svém uvedení do světa výpočetní techniky pozdraví svět typickou hláškou "Hello World". U nás se občas používá i počeštělé "Ahoj světe". A protože CLAUDIA-1 je nový počítací stroj a já se učím novému assembleru, tak zdravíme oba. K tomuto účelu jsem ke Claudii provizorně připojil klasický LCD displej s HD44780 řadičem. Komunikace s ním je pochopitelně 4-bitová (jak jinak) a Claudia si ho umí pěkně zkonfigurovat:-) Takže:


CLAUDIA-1: 4-bit TTL computer
AHOJ SVĚTE!


Poznámka: na přípravě popisu procesoru a počítače jsem fakt poctivě pracoval. Ale teď jsem to přerušil. Dorazily PROMy a já bádám nad programátorem. Původně jsem si je chtěl nechat naprogramovat, ale to bych nebyl já, kdybych si na to neupatlal nějaký programátorek sám. Už se něco rodí a bude to umět 74188, 74S287 a 74S571.


*** Aktualizace ***

Vlastní programátor PROM 74xx mám hotový (bude popsán jindy a jinde:-)) a PROMy do Claudie úspěšně naprogramované. CLAUDIA-1 je v současné době již opravdu čistokrevný 74xx TTL Computer! Na řídící paměť mikrokódu CPU 74xx jsem použil dvojici PROM 74S287 a na pevnou paměť počítače jsem nakonec použil jen jedinou PROM 74S571. Claudia tedy finálně obsahuje 65 integrovaných obvodů TTL řady 74xx. V té 74S571 je operační systém CABOS, program pro test RAM a uživatelského terminálu a dále dva jednoduché ukázkové programy. Jelikož každý z těchto 4 programů spotřebovává celý adresový prostor pevné paměti (128 Nibble), jsou programy v samostatných bankách a volí se jumpery.

2x PROM 74S287
2x PROM 74S287
PROM 74S571
PROM 74S571

Na následujících obrázcích je tedy finální provedení "Klaudinky". Tedy, pokud bych se s ní jel někam vytahovat (třeba na Bytefest), tak ještě asi dostane plexisklový překryt. Poslední obrázek je pro ty, kteří se tázali, co je procesor a co je počítač. Takže ty dvě horní desky jsou samostaný procesor a spodní deska je počítač bez procesoru. Obojí je schopno samostané činnosti (jiný počítač k tomuto procesoru, nebo jiný procesor k tomuto počítači). K propojení slouží klasické pinové lišty s protikusy.

finální CLAUDIA-1
finální CLAUDIA-1
finální CLAUDIA-1
finální CLAUDIA-1


A zde jsou finální technické údaje 4-bitového 74xx TTL počítače CLAUDIA-1:

Procesor: 74JK4080 CPU - 10 kHz (4- bitový, sestavený z obvodů TTL 74xx, vlastní návrh)

Adresová sběrnice: 8 bitů

Datová sběrnice: 4 bity

Instrukční soubor: 4-bitový, některé instrukce jsou však pseudo 8-bitové!

Počet instrukcí: až 92 - ale ne všechny mají praktické využití (některé operace s ALU 74181)

RAM: 128 Nibble - statická z obvodů 74S201

ROM: 4x 128 Nibble - PROM 74S571

Vstupy: 4x páčkový spínač, 4x tlačítko

Výstupy: 3x 7-seg. LED displej, 4x LED, 2x 4-bitový univerzální výstupní port

Operační systém: CABOS - Claudia Basic Operating System



Pomalu přibývají další stránky s popisem Claudie-1 a jejího 4-bitového procesoru 74JK4080:

Mikroinstrukce procesoru
Instrukční soubor


RET



Odladěno na MS IE 8.0 a Firefoxu při rozlišení min. 1024 x 768 pixelů
www.NOSTALCOMP.cz    2010  -  2017