Cosmac-80: компьютер с 40-летней гарантией

Кимио Косака (Kimio Kosaka), пре­по­да­ва­тель То­кий­ской на­уч­но-тех­ни­че­ской сред­ней шко­лы, на­шел в своих за­пас­ни­ках ком­пью­тер Cosmac-80, ко­то­рый он со­брал око­ло со­ро­ка лет на­зад. Вы­чис­ли­тель­ная плат­фор­ма ис­поль­зо­ва­ла чип uPD8080A с так­то­вой час­то­той 2 МГц — клон по­пу­ляр­но­го в ту по­ру 8-бит­но­го про­цес­со­ра Intel 8080A. Чем се­го­дня ин­те­ре­сен ар­те­факт про­шло­го, со­здан­ный япон­ским ра­ди­о­а­ма­то­ром на греб­не мик­ро­про­цес­сор­но­го эн­ту­зи­аз­ма?

Клон, разработанный компанией NEC, пред­став­лял со­бой сов­мес­ти­мую по набору команд и выводам ми­кро­схе­му в кор­пу­се DIP-40, но с рядом до­ра­бо­ток бло­ка уп­рав­ле­ния и регистра флагов. К слову, ори­ги­наль­ные улуч­ше­ния, пред­ло­жен­ные NEC, не были при­ня­ты поль­зо­ва­те­ля­ми, что со временем при­ве­ло к по­яв­ле­нию мо­де­ли uPD8080AF, ко­то­рая ста­ла уже пол­ной ко­пи­ей Intel 8080A.

С помощью 16-битной адресной шины процессор общался с 64-КБ оперативной памятью, составленной из ми­к­ро­схем NEC uPD4164C, их ор­га­ни­за­ция 64K×1 потребовала 16 чипов. Автор попытался обеспечить ОЗУ ав­то­ном­ным пи­та­ни­ем для то­го, чтобы са­мо­дель­ная ком­пью­тер­ная память стала энер­го­не­за­ви­си­мой. Ре­зер­в­ная батарея — четыре по­сле­до­ва­тель­но вклю­чен­ных ни­кель-кад­ми­е­вых ак­ку­му­ля­то­ра. Выполненные по N-ка­наль­ной CMOS-тех­но­ло­гии эле­ме­н­ты па­мя­ти, по за­мыс­лу раз­ра­бот­чи­ка, пе­ре­хо­ди­ли в режим ожи­да­ния, ког­да сни­ма­лось внешнее питание.

Сегодня трудно сказать, была ли в прин­ци­пе ре­а­ли­зо­ва­на ав­то­ном­ность, так как в находке о контроллере ре­ге­не­ра­ции ди­на­ми­че­ско­го ОЗУ ничего не сообщается. Такой контроллер должен перебирать ад­ре­са и фор­ми­ро­вать сиг­нал RAS – Row Access Select. Динамическая память, построенная на uPD4164C, тре­бу­ет ре­ге­не­ра­ции путем перебора 128 ад­рес­ных строк при ак­тив­ном сиг­на­ле RAS. Ее рефреш связан с по­треб­ле­ни­ем тока около 10 мА на кор­пус.

На плате Cosmac-80 есть место для мик­ро­схем ста­ти­че­ско­го ОЗУ типа 6116 с организацией 2Кх8. Возможно, ав­тор их за­дей­ст­во­вал для хранения кри­ти­че­ски важной информации, тогда энер­го­не­за­ви­си­мый режим вы­гля­дит бо­лее ло­гич­но. Такой тип SRAM в неактивном режиме потребляет около 1 мкА, поддерживая до­сто­вер­ность данных при снижении питающего на­пря­же­ния чуть ли не до 1В.

Сорок лет назад, когда еще в схемотехнике кла­ви­а­тур­но­го ин­тер­фей­са не применялись контроллеры 8041, са­мо­дель­ный ком­пью­тер обслуживал ручной ввод с помощью пе­ре­клю­ча­те­лей. Их работой управляла пла­та на дис­крет­ной ло­ги­ке: на снимке видны ми­к­ро­схе­мы про­из­вод­с­т­ва NEC и Texas Instruments.

В качестве дисплея использовались 7-сег­мен­т­ные ин­ди­ка­то­ры, декодер для них был собран на диодной мат­ри­це. В ди­на­ми­че­ской подсветке 8-разрядного дисплея ис­поль­зо­вал­ся режим энер­го­сбе­ре­же­ния за­дол­го до то­го, как это ста­ло мейн­ст­ри­мом. Жаль, что были трудности с визуализацией логотипа Energy Star.

Компьютер Cosmac-80 использовал ав­тор­скую схе­му уп­рав­ле­ния пре­ры­ва­ни­я­ми: по сигналу прерывания ОЗУ от­клю­ча­лось от ши­ны, и, чтобы «обмануть» процессор, вы­пол­ня­лась ин­ст­рук­ция CALL, сгенерированная ап­па­рат­ным обес­пе­че­ни­ем. Об этом решении автор пишет: «Я прочёл спе­ци­фи­ка­цию i8259 и по­ду­мал, что смо­гу сде­лать проще».

Разработанный 40 лет назад Cosmac-80 ком­плек­ту­ет­ся альбомом схем и на­пи­сан­ной от ру­ки до­ку­мен­та­цией. С за­пас­ны­ми частями тоже проблем нет. Ис­прав­ность компьютера Ки­мио Ко­са­ка га­ран­ти­ру­ет.