Rozbudowa komputera POLON7880

[atlantis86]

Kilka lat temu opisywałem na forum swoją konstrukcję - komputer retro POLON 7880, oparty na polskim mikroprocesorze MCY7880. Dokładny opis projektu w ówczesnej fazie znajduje się pod załączonym linkiem. Na szybko przypomnę tylko, że był to amatorski, ośmiobitowy komputer, zmontowany na płytce prototypowej za pomocą sporej ilości kynaru i srebrzanki.  Na tamtym etapie POLON był jeszcze komputerem jednopłytkowym, który komunikował się ze światem za pomocą portu szeregowego i przelotki USB-RS232. Udało mi się na nim wtedy uruchomić mocno ograniczony interpreter TinyBasic-a.

Już wtedy wiedziałem, że będę chciał kontynuować ten projekt w kierunku pełnoprawnego komputera retro, wyposażonego we własny monitor, klawiaturę oraz pamięć masową. Celem który sobie wyznaczyłem było uruchomienie na nim systemu operacyjnego CP/M 2.2 oraz gry Zork (lub dowolnej innej tekstówki z tego okresu). Wtedy to zadanie wydawało się czymś niemalże nieosiągalnym. Nie wiedziałem nawet jak się za to zabrać, a moja wiedza o systemach mikroprocesorowych retro była jeszcze dość mocno ograniczona, podobnie jak umiejętności związane z programowaniem a asemblerze. Zacząłem wiec powoli szukać wszelkich materiałów na ten temat - zarówno w Internecie, jak i starych książkach.

Powoli zacząłem budować drugą płytkę, na której stopniowo pojawiały się kolejne peryferia. Na samym początku komputer otrzymał kontroler przerwań (8259) oraz kontroler pecetowej klawiatury PS/2 (8242). Potem pojawił się także zegar czasu rzeczywistego M6242B. Największą rewolucją było jednak dodanie kontrolera graficznego (TMS9918). Użyty układ graficzny był trochę "na wyrost" - posiada on całkiem niezłe (jak na układ z czasów ośmiobitowych) możliwości graficzne (był używany m.in. w komputerach MSX). Mi zależało jednak tylko i wyłącznie na trybie tekstowym. Układ ma tę zaletę, że posiada własną pamięć wideo na osobnej przestrzeni adresowej, nie marnuje więc przestrzeni procesora oraz nie trzeba się martwić synchronizacją dostępu do pamięci graficznej.

Zbudowanie drugiej płytki było relatywnie prostą sprawą. Jej pierwsza wersja powstała po kilku wieczorach pracy. Późniejsze poprawki i modyfikacje zajęły mi pewnie kilka razy więcej czasu. Najcięższa praca rozpoczęła się dopiero później - mozolne pisanie sterowników. Nie tylko trzeba było napisać niskopoziomowe procedury obsługi klawiatury, ale także załatwić tłumaczenie kodów PS/2 na znaki ASCII (z uwzględnieniem kombinacji klawiszy shift i ctrl). Zmuszenie do pracy układu graficznego też zajęło mi trochę czasu. Nie wiem już nawet ile go upłynęło, zanim na ekranie udało mi się wyświetlić pierwszy sensowny napis. A potem przecież trzeba było jeszcze zaimplementować podstawową obsługę terminala, z uwzględnieniem kodów sterujących i przewijania tekstu. Wszystko to w archaicznym asemblerze procesora 8080.

Uruchomienie systemu CP/M wymagało jeszcze jednego elementu - jakiegoś rodzaju pamięci dyskowej. Już na wstępie odpuściłem sobie kontroler stacji dyskietek, stawiając na kartę pamięci CF, która całkiem fajnie interfejsuje się z magistralami retro procesorów. Tutaj też oczywiście trzeba było napisać odpowiedni sterownik. Nie obeszło się jednak bez problemów. Okazało się bowiem, że o ile miałem obustronną komunikację pomiędzy magistralą i systemem, to raz na jakiś czas zdarzały się problemy prowadzące do przekłamania wartości przesyłanych bajtów. Okazało się, że (względnie) nowoczesna karta nie lubi się z tak starymi procesorami (chociaż w teorii napięcia odpowiadające poszczególnym poziomom logicznym zgadzały się) i konieczne było zastosowanie bufora 74HCT245. Jakoś w międzyczasie komputer dorobił się też metalowej obudowy.

Uruchomienie karty CF otworzyło drogę do ostatniego etapu projektu. Musiałem napisać bootloader odpowiedzialny za załadowanie systemu przy starcie oraz BIOS-a, pośredniczący w komunikacji pomiędzy wyższymi warstwami systemu operacyjnego a moim sprzętem. O ile dość szybko udało mi się zbootować system, to dopiero po jakimś czasie zaczął on być (względnie) używalny. "Względnie" bo dość długo Polon nie był w stanie chociażby zapisywać plików na dysku albo obsługiwać więcej niż jednej partycji. W ostatnich tygodniach udało mi się jednak rozwiązać te problemy.

Trudno powiedzieć ile czasu zajęło mi zbudowanie tego komputera. Od czasu stworzenia pierwszej płytki mija szósty rok, jednak w międzyczasie projekt wielokrotnie był odkładany na półkę, leżąc na niej długimi miesiącami, do momentu aż nie wróciła mi motywacja, aby go kontynuować.

To jednak nie koniec, bo obecnie pracuję nad udoskonaloną, finalną wersją, zmontowaną na wytrawionych płytkach. W międzyczasie zaczęły także powstawać bliźniacze konstrukcje na nieco nowszych procesorach 8085 i Z80. Pewnie opiszę je w osobnym temacie.

[aimeiz]

Gratuluję wytrwałości i odniesionego sukcesu.

Kiedyś bawiłem się w kodowanie maszynowe na Intel8080 na studiach i Z80 najpierw na ZX81 a potem ZX Spectrum. Kolega napisał w Basicu Assembler to było już łatwiej niż wklepywania numerków hex i bin do pamięci.

Ostatnio odpaliłem na PC emulator ZX Spectrum i wklepałem prosty program.

Wzruszyłem się bo to moja młodość :).

[atlantis86]

13 godzin temu, aimeiz napisał:

Kiedyś bawiłem się w kodowanie maszynowe na Intel8080 na studiach i Z80 najpierw na ZX81 a potem ZX Spectrum. Kolega napisał w Basicu Assembler to było już łatwiej niż wklepywania numerków hex i bin do pamięci.

Ostatnio odpaliłem na PC emulator ZX Spectrum i wklepałem prosty program.

Wzruszyłem się bo to moja młodość :).

Chociaż najwyraźniej jestem z trochę młodszego pokolenia, to też otarłem się o tamtą rzeczywistość. Podstawówka do której chodziłem w połowie lat dziewięćdziesiątych miała kilka (wtedy już mocno archaicznych) egzemplarzy ZX Spectrum i ZX81. Razem ze znajomymi odpaliliśmy kilka z nich, więc jako dzieciak miałem okazję poeksperymentować z programowaniem w Basicu. Paru znajomych miało wtedy C64 albo Amigę, ja dorobiłem się pierwszego własnego peceta dopiero kilka lat później.

Przy czym świat komputerów na CP/M to trochę zupełnie inna rzeczywistość. Z jednej strony dużo gorsze możliwości dźwiękowe i graficzne (a często ich zupełny brak), przez co takie komputery przegrywają nawet z ZX Spectrum w roli platformy do gier. Z drugiej strony mamy dyskowy system operacyjny, który obsługuje się właściwie jak prymitywny DOS na wczesnych pecetach albo systemy z minikomputerów. Zupełnie nie ma porównania z Basiciem i wczytywaniem oprogramowania z magnetofonu.

Trochę kusi mnie, żeby w następnej kolejności odpalić coś z większą ilością RAM-u i MMU, dzięki czemu możliwe byłoby odpalenie systemu MP/M.

[aimeiz]

@atlantis86 Mój zdolny kolega sklonował brytyjski interfejs do dysków floppy do ZX Spectrum o nazwie Beta. Dostałem płytki drukowane, pozbierałem części, zaprogramowałem eprom, poskładałem do kupy. Kupiliśmy napędy floppy 5.25" o pojedynczej gęstości, ale 80 ścieżek. Dawało to 720K, można było już nie korzystać z taśm, w dodatku dostępny kompilator języka Pascal umożliwiał kompilację kodu źródłowego umieszczonego na nośniku zamiast w RAM co znacznie zwiększało możliwości ZX Spectrum. Eprom z firmwarem Beta pewnie mam w swoich zbiorach.

Po zakupie tajwańskiego klona IBM XT, napęd ten znalazł swoje miejsce w nowym komputerze. Oryginalny system DOS firmy Seatle. Tak nie MS DOS tylko Seatle DOS obsługiwał takie napędy i miały pojemność 720KB zamiast 360, co bez dysku twardego dawało znaczną wygodę. System operacyjny i program użytkowy, np. Autocad mieściły się na jednym krążku.

Ale dużo by opowiadać.

Edytowano Marzec 21, 2025 przez aimeiz