Дошли до конца интернета
Соединение через диалап (смотрите предыдущие посты)
Соединение через диалап (смотрите предыдущие посты)
Автор: ereinion
Больше интересных фото и комментариев в оригинале материала
Не в первый раз я обращаюсь к истории рабочих станций Unix — интереснейшим представителям эпохи перехода от “малых ЭВМ” к современным персональным компьютерам. Их звезда закатилась более 20 лет назад, более дешевые ПК окончательно обогнали специализированные дорогие машины по производительности, но до сих пор мы пользуемся плодами тех технологий. И тем интереснее заглянуть в прошлое и узнать, что и как могли те, казалось бы, маломощные и примитивные компьютеры. Встречайте — новый интересный экспонат в коллекции “Digital Vintage”!
На этот раз мне в руки попала экстремально редкая машина — DECstation 5000/260, представитель временной линейки RISC-станций, выпускавшейся Digital Equipment Corp. в ожидании готовности их собственной процессорной архитектуры — Alpha AXP. Да, вам не показалось — компания, создавшая PDP, VAX и Alpha, выпускала компьютеры не только на собственных архитектурах. И если представители линеек на базе х86 процессоров (HiNote, DECpc, Celebris/Venturis итд) известны многим, то линейка рабочих станций и серверов DECstation/DECsystem на базе процессоров MIPS, из-за небольших объемов и короткого времени производства (с 1989 по 1994 год). Последняя модель на базе процессоров MIPS была представлена годом ранее, в 1993. Этой моделью и была 5000/260, на базе новейшего процессора MIPS R4400 с частотой 120 МГц.
Процессорная карта DECstation 5000/260
Линейка DEC 5000 относилась к сегменту Hi-End и начиналась с моделей 200 и 240, использовавших процессоры R4000 с частотой 25 и 40 МГц соответственно, с частотой шины, равной частоте ядра. В R4600 появляется умножение внутренней частоты и процессор, использующий 60 МГц шину, работает на частоте 120 МГц. Часто в информации о модели 260 указывалась именно частота внешней шины процессора. В качестве основной шины, использовалась фирменная разработка DEC — TURBOchannel. Эта шина позволяла достичь пропускной способности в 50-100 Мбайт/с в зависимости от частоты (12.5-25 МГц), в моделях 5000/240 и 260 используется наибыстрейшая ее версия. Из-за использования собственной системной шины и собственного стандарта Firmware, эти машины часто выделяют в отдельную “подархитектуру” Pmax, например так обозначаются поддерживающие эти машины версии NetBSD.
К сожалению, это означает, что вам не удастся запустить на DECstation IRIX или Windows NT/MIPS. Хотя, разработка NT/MIPS велась именно на этих машинах и даже первые демо этой ОС проводились с их использованием, в финальную версию системы поддержка DEC 5000 не вошла. Впрочем, DEC подготовила для своих машин фирменную версию Юникс под названием Ultrix. Она выпускалась в двух вариантах — Ultrix/VAX для систем VAX/MicroVAX и Ultrix/RISC для систем MIPS. Уже ближе к концу жизненного цикла платформы, эта система была заменена OSF/1, вскоре портированной на Alpha AXP и сменившей несколько имен — Digital UNIX, Tru64 Unix.
Видеокарта и слот TURBOchannel
Интересный факт — первые машины на процессорах Alpha тоже относились к линейке DECstation и использовали шину TURBOchannel. Для корректной работы карт расширения в прошивку был добавлен эмулятор процессора MIPS — ведь прошивки карт TURBOchannel были рассчитаны именно на них. В дальнейшем таким же образом была организована поддержка карт PCI/ISA в более новых Alpha машинах.
Итак, перед нами машина не только редкая, но и довольно необычная. Во-первых, в ней не предусмотрено место для накопителей вообще. Несколько непривычно для топовой модели, не правда ли? Тем не менее — это так, пространство корпуса поделено между блоком питания и материнской платой с 15(!) слотами оперативной памяти, занимающими почти треть ее площади. Поддерживается до 480 Мбайт ОЗУ типа FPM в собственном формате модулей. Существовали модули на 8 и 32 Мбайт, а также специальные энергонезависимые (читай — с батарейкой) модули для кэширования ввода-вывода. В нашей машине установлено пять обычных модулей по 32 МБайт, общим объемом 160 Мбайт. Цифры огромные для начала 90х!
Видеокарта и слот TURBOchannel
Рядом со слотами памяти расположилась процессорная карта, на ней расположен процессор, сопроцессор и кэш второго уровня (целый мегабайт!). У задней стенки — три слота TURBOchannel, один из которых занят видеокартой “HX Smart Frame-Buffer Graphics Module" (PMAGB-B) — средней из доступных карт, предоставляющей вывод 8-битного цветного изображения в разрешении до 1280х1024 и обеспечивающей базовые функции 2D ускорения. В линейке же присутствовали и 3D ускорители — редкая и дорогая опция. Остальные два слота свободны. В них можно установить дополнительные SCSI и сетевые опции, например FDDI или Token Ring. На плате интегрированы сетевой контроллер DEC Lance (10 Мбит/с, разъем AUI) и SCSI-контроллер NCR 53C94. Оба контроллера подключены к шине через 128 Кбайт локального кэша для ускорения операций ввода-вывода.
Внимательный взгляд наверняка уже зацепился за шильдик “5000/240” на передней панели девайса. Действительно, эта машина начала свою жизнь 7 мая 1992 года как DECstation 5000/240, но уже в начале 1993 года она была официально обновлена до модели 260, о чем гласит наклейка на задней панели (KN03 и KN05 — коды обозначения процессорных плат этих моделей, соответственно). В комплекте набора для апгрейда должен был быть и новый шильдик, но, судя по всему, кто-то его решил оставить себе в качестве сувенира 30 лет с лишним назад…
Таблички на корпусе
И так — у нас есть сеть и есть SCSI. Можно использовать машину как бездисковую рабочую станцию и загружать полностью по сети — встроенный контроллер и прошивка это умеют — причем как с использованием фирменного протокола MOP, так и с помощью привычной связки BOOTP+TFTP. Но такой подход ограничивает производительность — больше 1 Мбайт/с от NFS поверх Ethernet ждать не стоило, а топовые SCSI диски уже могли быть в пару раз быстрее.
В принципе, с DECstation можно использовать любой внешний SCSI диск или даже дисковую полку (мне досталась в комплекте небольшая симпатичная полочка на 3 диска с горячей заменой), но DEC не была бы DEC, если бы не предусмотрел все ситуации. В комплекте с машиной мог поставляться DEC Storage Expansion — второй корпус, в том же стиле, что и основная машина, но чуть выше и уже. Казалось бы, вот так промах! Но и делали его изначально для VAX, к которому он подходил замечательно — тут уже результат унификации. В корпусе находится собственный блок питания и два посадочных места под SCSI устройства форм-фактора 5.25” Full Height (то есть в высоту как два привода CD-ROM). Одно из мест занято огромным, занимающим всё отведенное пространство, диском RZ57 на 1 Гбайт производства самой DEC, второе место доступно для установки еще одного диска или ленточного накопителя (для этого на корпусе установлена заглушка). Возможно можно установить и CD-ROM, но у меня не нашлось подходящего. Всю жизнь машина и блок хранения проработали вместе, долгие годы трудясь в офисе самого вендора — о чем гласит наклейка “Property of Digital”. Этим, я думаю, и объясняется такое везение с апгрейдом процессорной платы — все же модель 240 значительно уступает в производительности 260. Вторая наклейка — несколько умиляет. На ней выбито изначальное сетевое имя машины — “MOULEFRITE”, в переводе с французского, наиболее близкое значение — “Сковородка”.
Диск и корпус внешних дисков
Казалось бы, повезло — получить редчайшую машину в отличном комплекте и требующий всего лишь тщательной чистки после гаражного хранения и замены “Далласа”, модуля, хранящего настройки firmware на “протез”. Но не все так просто — как вы могли заметить, разъем для подключения монитора здесь проприетарный — 3W3, на сигнальном уровне совместимый с VGA и 13W3, но без переходника (который по редкости сравним с самой машиной) обычный монитор к нему не подключить. Также и разъем для клавиатуры и мышки здесь свой, сигнально не совместимый с чем-либо другим.
Разъемы подключения монитора, клавиатуры и мыши
Но и это — не проблема. Компорт — лучший друг инженера! На многих серьезных машинах до появления систем удаленного управления можно было выбрать вывод системной консоли на последовательный порт. Для родственных серверов DECsystem, отличавшихся отсутствием видеокарты, это и вовсе основной способ взаимодействия с оператором. К нему можно подключить последовательный терминал, например Digital VT100, или просто обычный компьютер с эмулятором терминала. В качестве терминала, я использовал в основном машину из статьи Dreamstation с программой HyperTerminal — примерно вдвое более мощную, чем герой этой статьи. Хотя на паре фото DECstation запечатлена с чудесным ноутом Digital HiNote — его я использовал во время первоначальной отладки.
В таком виде машина попала в коллекцию (сверху — дополнительная дисковая полка)
Опустим историю с чисткой, это не так уж интересно — лишь много воды, пузырьков и куча стертых дисков для шлифовки от ржавчины. Первоначальная отладка тоже не таила сложностей — заменить “даллас” (он тут в панельке), подключиться терминалом, настроить переменные firmware, попробовать загрузиться — и узнать, что диск пуст.
А вот с установкой операционной системы возникли сложности. Самый простой путь — установить её с компакт-диска. Благо, внешний SCSI CD-ROM у меня есть, и даже не один. Но тут кроется засада! У некоторых старых RISC машин есть прикол — они ожидают, что CD-ROM будет использовать секторы размером 512 байт, как у жесткого диска, а не 2048 байт, как подавляющее большинство приводов. Но я был готов и к этому — у меня есть привод, который щелчком тумблера позволяет переключать размер сектора — Yamaha 2100S. В режиме 512 байтных секторов машина загружается с диска, запускает инсталлятор Ultrix и…падает с ошибкой размера сектора CD-ROM. Что за магия, мне понять не удалось, а оригинального CD-ROM тех времен с прошивкой от DEC в моих запасах нет. Альфа же уже не столь привередлива.
В процессе очистки от ржавчины
Подход номер два случился через несколько недель. В этот раз я решил попробовать загрузку по сети. Сначала, я достал старую добрую “малинку” и попробовал поднять mopd — собрать его под ARM не составило большого труда. Взять его можно здесь — github.com/qu1j0t3/mopd/tree/master, а если будете идти моим путем — нужно сказать линковщику, чтобы он не обращал внимания на повторные объявления переменных. Запустить сервис мне удалось, но в процессе выяснилось два интересных обстоятельства. Во-первых я не смог найти образ Ultrix для сетевой загрузки, во-вторых — я узнал, что DECstation умеет работать с BOOTP+TFTP, прежде я не знал об этом. Ultrix устанавливаться так не умеет, но зато NetBSD может. Поэтому я решил начать с нее.
Так выглядит меню информации о системе в консоли Firmware
Я использую pfSense в качестве домашнего роутера — его же я и использовал в качестве сервера BOOTP. BOOTP отличается от DHCP лишь отсутствием поддержки динамической конфигурации хостов, поэтому если вы сделается статическое выделение адреса в DHCP сервере, машина сможет получить его по BOOTP-запросу. Не забудьте в свойства указать поддержку сетевой загрузки и имя файла с образом. Вам понадобится образ инсталлятора в формате ecoff (в моем случае netbsd-INSTALL.ecoff). TFTP не идет в базовой поставке pfSense, но его легко установить из пакетов. В веб-интерфейсе нет поддержки вложенных папок, но их легко создать при подключении по ssh.
Я выбрал версию NetBSD 8.0, в 9.3 сломали поддержку моего SCSI контроллера, а 10 пока не является стабильной. Установка проходит без проблем, главное не забывать, что это достаточно современная система и она требует заметного пространства на диске. Стоит выбрать минимальную установку, а потом доустановить требуемые пакеты. Впрочем, если у вас диск больше 4 Гбайт, можно об этом не задумываться.
Загрузка NetBSD
Система устанавливается легко, но сравнительно небыстро. Сказывается и скорость сетевого адаптера и производительность машины в целом. Также неспешно система работает после установки. С одной стороны, приятно подключиться по SSH к тридцатилетнему компьютеру, а с другой — согласование ключей занимает несколько секунд. Я не стал экспериментировать с установкой приложений и, тем более, с запуском графического режима, понимая, что удовольствие от работы вряд ли будет большим. Главное, я убедился в полной работоспособности машины и родного диска.
Одновременно коллеги мне подкинули идею, о которой я должен был догадаться сам. Раз размер сектора у образа установочного диска и обычного харда совпадают — нужно его просто раскатать с помощью dd на второй жесткий диск. Для этого у меня нашелся забавнейший 3.5” дюймовый Micropolis полной высоты емкостью в целый гигабайт (мой друг и коллега по увлечению Slex обозвал его Necropolis — за древность и неспешность).
Тот самый Micropolis
Трюк удался. Меньше чем через полчаса у меня был рабочий инсталлятор — можно приступать! Установка проходит без особых проблем, главное запастись терпением. Процесс занимает минут 40. Устанавливать стоит сразу полный набор компонентов, Ultrix бережет место на вашем диске. Важно правильно разбить диск, базовые варианты разбиения не оптимальны и оставляют слишком мало свободного места в разделах, а изменить таблицу разделов после установки будет очень неприятной задачей. Сложных вопросов установщик почти не задает, из важного — пожалуй, лишь выбор графической оболочки — XUI или DecWindows/Motif. Я выбрал вторую, но надо будет как-нибудь решиться и попробовать вариант с провокационным неймингом.
Выбор диска в установщике Ultrix
Работа установщика Ultrix
После установки потребуется настроить сеть и выполнить несколько базовых настроек (хорошо описаны тут в разделе Some basic customization). Если, вы будете, как и я работать с машиной через последовательный терминал, обязательно включите его в /etc/ttys (сделать это придется в single user mode), иначе вы можете оказаться с нормально загружающейся машиной, после загрузки отказывающейся реагировать на ваши действия в консоли.
Загрузка Ultrix
После завершения настроек, вы можете использовать машину как сервер или пользоваться консольными приложениями. Но ведь это совсем не интересно, правда! Эта машина практически ровесница интернета, для нее доступен один первых браузеров — NCSA Mosaic, так что грех не установить его и не попробовать выйти в интернет. Но, как вы помните, у меня нет ни монитора, ни даже клавомышки…
Что чаще всего приходит на ум, когда идет речь о выводе графики по сети? VNC, а следом возникают слова “медленно”, “задержки”. Может быть это не такая и плохая идея в качестве временного решения, но в любом случае для Ultrix нет сервера VNC, ну или я его не нашел. Мне удалось найти лишь небольшой набор freeware софта под эту ОС (теперь он доступен для загрузки из архива Digital Vintage — тут). В процессе поисков информации, я вспомнил об X-терминалах, упрощенных машинах с небольшим объемом памяти и младшим в линейке процессором (а иногда и созданным специально для них), но с полноценной видеоподсистемой, созданных, чтобы обеспечивать работу множества пользователей с одной мощной рабочей станцией. В коллекции даже есть одна такая машина — Sun X-terminal 1, ее настройка еще только предстоит, поэтому я выбрал программное решение.
Xephyr под Alma Linux 9
Х-терминалы отличаются от тонких клиентов тем, что обрабатывают вывод видео полностью на своей стороне, а не предоставляют доступ к сгенерированной на удаленной машине картинке.
Так как под MacOS ничего не нашлось, я думал использовать X-ming для Windows в режиме XDMCP, первые успехи пришли с его использованием, но, как оказалось, приложения ожидают наличия определенных шрифтов, которых нет в Windows и в их отсутствие могут работать некорректно или вовсе не запускаться. Поэтому я установил Linux в виртуальную машину (каюсь, у меня нет под рукой десктопной Linux-машины), в дополнение к минимальной десктопной установке поставил растровые шрифты 75 и 100 dpi и главное — Xephyr. На DECstation понадобится установить дополнительный файлсет с утилитами X-windows, на установочном диске он лежит в разделе Unsupported. Вместе с ним можно поставить и игры:
монтируем установочный образ — mount /dev/rz2a /mnt
переходим в папку с “неподдерживаемыми” файлсетами — /mnt/RISC/UNSUPPORTED
запускаем установщик — setld -l ./
выбираем нужные файлсеты
запускаем установку
перезагружаемся
устанавливаем значение переменной setenv DISPLAY %IP_ADDR%, указывая адрес машины, где будет запущен Xephyr
запускаем xdm — /usr/bin/X11/xdm -nodaemon
запускаем Xephyr на машине с Linux — Xephyr -ac -query %DEC_IP_ADDR% -retro -screen 1280x1024 (можно выбрать и другое разрешение, на ваш вкус)
Экран входа в систему Ultrix
И вот, перед вами рабочий стол настоящего Unix начала 90-х! Как при подключении по telnet, так и в графическом режиме машина работает очень быстро, ОС и софт рассчитаны на более скромные конфигурации — всю мощь рабочей станции мог бы раскрыть специализированный софт, например инженерные пакеты CAD/CAE или программы для видеоконференций — эти машины даже могли поставляться в виде готового решения для их проведения.
Рабочий стол Ultrix DECwindows/Motif
Установка софта из каталога freeware проста — либо вы просто распаковываете исполняемый файл и перемещаете в /usr/local/bin, либо выполняете make install. Прописать программу в меню программ можно в настройках сессии (Application Definitions). Mosaic установлен, сеть работает, осталось последнее дело — сходить в интернет!
Долгожданный интернет!
А вот с этим не все так гладко… По традиции, на ретро машинах я делаю скриншот с главной страницей архива Digital Vintage, но Mosaic в GET запросе не указывает имя домена, поэтому открывается дефолтный бэкенд K8s, причем браузер искренне считает его бинарным файлом и предлагает сохранить на диск. Из всех сайтов мне удалось открыть лишь архив EISA конфигов mR_Slug — его вы и можете видеть на скриншоте. Другого же браузера для Ultrix мною обнаружено не было…
Но на этом интернет, конечно, не заканчивается и не заканчивался уже тогда. Я не пробовал Gopher, а ведь на заре интернета это был очень популярный протокол. Но есть консольный FTP клиент — с его помощью я и загружал программы на DECstation. И пусть сегодняшние сайты не по силам тридцатилетней машине, но, пожалуй, нужно будет завести копии сайтов того времени в локальной сети — чтобы демонстрация таких раритетов была более интересной и захватывающей! Благодарю вас за внимание и до новых встреч!
P.S. Хотелось бы объявить искреннюю благодарность «Ленинградскому компьютерному клубу» и лично его основателю Ивану за помощь в обретении героини этой статьи.
Связаться с автором можно через канал.
Второй год организовываем выставку ретро-техники прямо в помещениях клуба, создавая несколько комнат-зон на отдельное десятилетие. Накидаю немного фоточек и начнем, как полагается, с самых старых экспонатов:
60-е и старше
Перемещаемся в 70-е
Рядом находится отдельная фотозона - не для фотографирования, а про фотографирование :)
Кстати, про Фотокор у нас есть видео
Тут же у нас и один из первых - Фотокор-1, и один из значимых - Конвас-автомат. На такой же аппарат была произведена первая космическая видеосъемка
Далее путешествуем в 80-е:
Тут уже наблюдается зарождение советских ПЭВМ промышленного изготовления - Агат и Дельта тому пример
Ну и под конец - 90-е и младше
Снимал уже вечером, когда выставка свернута - ноутбуки работают (можно поиграть в Wolfenstein 3D, например)
Еще я забыл сфотографировать приставки - они у нас в отдельной зоне. Там представлены как и классические Sega и PlayStation One, так и более старые ВидеоСпорт-3 и GameBoy DMG01 наравне с Электроникой-ИМ. В коллекции есть еще оригинальная SNES, но у меня нет рабочих картриджей под нее - поэтому и выставлять пока нет смысла :(
Ну и закончим пост вот таким фото - здесь экспонаты под реставрацию из последних поступлений (кроме Агата справа). Неизвестно, будем ли восстанавливать, но планы есть :)
Антенна не экспонат, а вполне рабочий предмет радиобыта. Как и ёлка, впрочем)
Всегда удивляют наклейки с мощностью по 600-800 ватт, при мощности акустики 30 ватт от силы ))
В наше время большинство портативных устройств работает на базе достаточно мощных микроконтроллеров, которые способны запускать даже интерпретируемый код на Lua/Python. Чего уж там говорить — даже современная кофеварка или умный электрочайник может быть в разы мощнее оригинального IBM-PC, не говоря уже о автомобильных бортовых компьютерах, которые зачастую мощнее топовых ПК из начала нулевых. Но давайте вспомним конец 90-х и начало 2000-х, когда разработка собственной электроники была практически недоступна рядовому пользователю, а микроконтроллеры программировались в основном только на ассемблере. Недавно я нашёл некоторую информацию о том, какой процессор вероятно использовался в таких знакомых нам приставках Brick Game, которые мы называли «Тетрисами»! Более того, мне удалось найти полный даташит с описанием всех модулей этого процессора, который гордо можно назвать «система на кристалле». Какой была разработка микроэлектроники в 90-х? Читайте в статье!
Пожалуй, Тетрис или Brick Game был одной из самых популярных портативных игровых консолей в странах СНГ. Появившись где-то в конце 90-х, этот гаджет быстро стал бестселлером среди детишек благодаря наличию сразу нескольких игр, полноценного ЖК-экрана, звука и невероятной дешевизны. Не знаю, сколько Тетрис стоил в момент выхода, но в нулевых цена на него была крайне низкой — около 100-200 рублей в зависимости от корпуса. Типичный школяр мог накопить на собственный Тетрис за несколько недель, что делало его самым доступным игровым девайсом на рынке.
Конечно же, на рынке уже были различные консоли с гораздо более богатым функционалом — например GameBoy и даже GameBoy Color с цветным дисплеем, а люди, родившиеся в конце 90-х или начале 2000-х уже застали PlayStation Portable с реально крутой 3D-графикой и телефоны с хорошим игровым потенциалом — как, например, SE K500i. Однако цена на них была непозволительной роскошью для небогатых семей: PSP стоила 250$ (около 7-8 тысяч рублей по тому курсу), плюс каждый UMD-диск с игрой стоил около 1.000 рублей, GameBoy были относительно редкими в России, а телефоны — это всё же прерогатива более юных ребят, да и в нулевых далеко не всем перепадал крутой K500i — чаще всего покупали телефон попроще типа Siemens A55 (грузчика помним?) или Motorola C350 (а мотоциклиста?). Поэтому тетрисы оставались чуть ли не единственным средством развлечения у небогатых ребят.
Ощутимым плюсом было и то, что Тетрис работал от батареек: они были не слишком дорогими в то время, а если носить с собой в кармане парочку, то можно не бояться, что консоль сядет в долгой дороге и продолжать себя забавлять, да и сам Тетрис работал довольно долго, мне хватало на неделю игры (может и меньше). Несмотря на низкое разрешением всего в 10x20 пикселей, Тетрис обладал достаточно большим монохромным дисплеем без подсветки, на котором было комфортно играть.
Ещё одним немаловажным плюсом консоли была возможность «кооперативной» игры и эдакого азарта: будучи неискушенными детьми, многие из нас пытались поставить рекорды и выбить как можно больший счёт в каждой из доступных игр. Чем больше счёт, тем ты круче среди друзей!
Но что же у Тетриса «под капотом»? На чём он работал внутри? Недавно я нашёл информацию о том, что потенциально в Тетрисе могла использоваться 4х-битная система на чипеHoltek HT1130, которая использовалась в самой разной носимой электроники: от часов на батарейках, до полноценных игровых консолей. Причём я ничуть не преувеличиваю, это действительно SoC: уже в 90-х, тайваньская компания смогла объединить звуковой модуль, контроллер ЖК-дисплея, ввод/вывод и таймер в один чип! Однако тут важно понять, что 100% сказать, на чём работал Тетрис, нельзя — процессор спрятан под компаундом и у него нет корпуса с маркировкой, лишь «голый» кристалл. Тем не менее, мы можем предположить, что это был один из чипов Holtek и посмотреть, на чём же работала портативная электроника тех лет поближе!
Заранее прошу прощения за отсутствие нормальных фотографий. Под рукой у меня не оказалось «старого» Тетриса, а на новодельных показывать как-то не очень.
На данный чипсет есть «утёкший» в сеть даташит с полным описанием регистров микроконтроллера и его ТТХ. Чип был спроектирован так, чтобы не требовать практически никакой обвязки в виде конденсаторов/резисторов и других SMD-элементов — он работал фактически напрямую от пальчиковых батареек и его легко было развести на плате даже начинающему инженеру. Микроконтроллер стабильно оперировал при напряжении от 2.4в до 3.3в, что позволяло просто вставить две последовательно соединенные AA или AAA батарейки с напряжением 1.5-1.6в и получить необходимое питание для работы всей «приставки».
Саму систему на кристалле можно разделить на несколько соединенных модулей в один чип. Основным, конечно же, является 4х-битное вычислительное ядро неизвестной архитектуры, которое компания Holtek разработала сама или лицензировала как IP-ядро у другой компании для использования в собственном чипе (как, например, MediaTek лицензирует у ARM ядра Cortex). Система команд, по крайней мере, описание мнемоник ассемблера в даташите наводят на мысли о некоторой схожести с микроконтроллером Intel 8051 (однако 8051 был 8-битным) и в целом, напоминают типичную интеловскую архитектуру из 80х. Однако только по мнемоникам точно определить архитектуру невозможно: здесь есть «проприетарные» команды типа SOUND и TIMER.
Чип работает на частоте 1мгц от встроенного тактового генератора, большинство команд выполняется за один такт, максимум — два. Если говорить совсем грубо, то даже ATMega328 в Arduino условно в 16-раз мощнее HT1130, хотя это совсем некорректное сравнение.
Длина машинного слова HT1130 — 4 бита, что отсылает нас в начало 70х годов, если мы говорим о компьютерах. Это означает, что процессор «аппаратно» мог выполнять операции только с числами от 0 до 16, хотя при программной реализации мог пересчитывать хоть 32х-битные числа. Ширина шины данных — 12 бит, что позволяло адресовать вплоть до 4Кб встроенной ROM-памяти. Кроме того, в МК было встроено 128 ячеек оперативной памяти (или 64 байта), где в00H..7FHхранились временные данные программы (например, позиция танчиков на экране) и сE0H..FFHхранился «буфер» кадра, который определял текущую на экране. Также у микроконтроллера были следующие регистры:
R0-R4 — регистры общего назначения. Пары из регистров используются для адресации памяти.
ACC — регистр-аккумулятор, который хранит результаты текущей операции.
PC — указатель на текущую инструкцию в ROM, которую выполняет процессор.
Стековый регистр — судя по всему, «невидимая» связка регистров, которую процессор использует для хранения PC при вызове функций. Ограничен максимум двумя адресами, что не даёт возможность писать программы с вложенностью более двух функций.
С стековым регистром всё интересно получается. В отличии от привычных нам архитектур, HT1130 не хранит в этом регистре указатель на память, он сам по себе как-бы является стеком. Пример допустимого и недопустимого кода:
Выбор 4х-битного процессора очевиден — они очень недорогие в производстве и достаточно простые. Примеры использования 4х-битных архитектур можно найти даже в советских играх: например, в игре «Волк и яйца» (клоне Nintendo Game & Watch) использовалась «микроЭВМ» КБ1013ВК1-2.
В встраиваемой и переносной электронике, 4х-битные вычислительные ядра продолжают использоваться и сейчас: в калькуляторах, в пультах для управления техникой, в часах. Связано это с простой и дешевизной подобных решений, да и если честно, реализация этих устройств была готова ещё в прошлом веке. Зачем дополнительно тратить деньги на R&D существующих решений? :)
HT1130 специально разрабатывался для переносимых устройств с новомодными LCD-дисплеями. В те годы было нормой, когда на дисплейной матрице не было собственного контроллера с распространенным интерфейсом по типу 8080 или MIPI: частенько, драйвер дисплея либо выделялся в отдельный чип, либо реализовывался прямо в системе на кристалле. У Brick Game был дисплей разрешением в 10x20 пикселей, причём кастомизированный — с «захардкоженными» значками и сегментными индикаторами:
Работа с дисплеем была не особо сложной: один сегмент памяти был отведен специально под эдакий «фреймбуфер» — всё, что мы записывали туда, контроллер дисплея моментально отображал на нашу ЖК-матрицу. Поскольку дисплей был одноцветным, без градаций цвета, память была организована 1 бит — 1 пиксель. Работать со всем этим было как-то так:
MOV A, 0 ; Первая часть адреса (если я не напутал endianness)
MOV R1, A
MOV A, 0b0111 ; Вторая часть адреса. Не удивляйтесь, что по факту получается 224 при 128 байт ОЗУ - часть адресного пространства была как-бы зарезервирована
MOV R0, A
MOV A, 1 ; Закрасим первый пиксель в строке
MOV [R1R0], A ; И запишем это значение в ОЗУ
Частичным доказательством того, что этот чип мог использоваться в Brick Game — это то, что компания Holtek производила готовые «игры на кристалле» — вероятно, уже запрограммированные с завода HT1130 с определенными играми:
Примечательно, что даташит на готовые игры датируются ноябрём 1998 года, в то время как даташит на HT1130 — 1999. Если у вас появился Тетрис раньше этого времени — напишите пожалуйста в комментариях!
Помимо этого, чипсет имел собственный генератор звука, или как вы вероятно подумаете — «пищалку». В чип (или SDK, если честно, не особо понятно из даташита) была уже встроена звуковая библиотека — причём половину из них как раз таки для игр, что ещё раз косвенно подтверждает догадки об использовании этого чипа в «Тетрисе». Всего поддерживалось до 16 «каналов», в которых было по 3 тональности. В звуковой библиотеке содержались следующие звуки:
Шумы
Мелодии
Выстрелы
Будильники
Управлять звуковым трактом было очень просто — буквально несколькими командами на ассемблере. Команда SOUND <номер канала> выбирала один из предопределенных звуков (причем не совсем ясно, где они хранились — возможно в ROM), а команда SOUND ONE/LOOP воспроизводила его в одном из режимов — один раз или повторяющийся. SOUND OFF же выключала звук совсем. Как-то так:
play:
SOUND A
SOUND ONE
SOUND OFF
CLC ; А если нет, то снова выполняем, пока не переполнится, эта операция очищает флаг переноса
loop:
INC A ; Увеличиваем значение в аккумуляторе
JC play ; Если флаг переноса установлен, то наш "таймер" как-бы переполнился и пора снова проиграть звук
JMP loop;
Совсем немудрено, согласитесь? :)
Кроме этого, HT1130 имел несколько портов ввода-вывода, которые, однако, назвать GPIO нельзя — было 12 портов для вывода, которые могли читать логический уровень (для кнопок), и 4 пина, который мог задавать логический уровень (например, управлять вибромотором или светодиодом). Настройки портов задавались с помощью флагов: можно было настроить встроенные pull-up резисторы и они могли вызывать прерывания при переходе из высокого уровня в низкий.
Выходной порт мог быть сконфигурирован под тип выхода — CMOS или NMOS. Работа с портами шла с помощью команд IN и OUT — как в x86, а обрабатывать их можно было как-то так:
loop: IN A,0b00110010 ; Загрузить в аккумулятор значение порта PM
AND A,0b0001 ; Отсекаем биты состояний других кнопок и проверяем, нажата ли первая кнопка?
JNZ A, btn_pressed ; Если в аккумуляторе не 0 (а значит кнопка нажата) - то переходим на другую метку
JMP loop ; Если нет - то проверяем по новой
btn_pressed:
SOUND 0
SOUND ONE ; Воспроизвести звук при нажатии
В чипсете есть встроенный таймер — ну его ж не просто так для часов использовали. :) Основная суть работы аппаратных таймеров заключается в том, что его тактирует какой-либо внешний тактовый генератор с определенным делителем, в нашем случае — от 1 до 6 относительно системного генератора частоты (т.е 1мгц) и с определенной частотой он делает инкремент внутреннего регистра. Как только регистр переполняется — он очищается и вызывается соответствующее прерывание в основном процессоре.
Это позволяет регулировать скорость работы таймера, а посчитать количество тиков в таком случае не особо сложно. Однако учтите, что чем выше делитель таймера (а значит и обратно-пропорционально снижается точность таймера) — тем реже вызываются прерывания и меньше «кушают» наше процессорное время!
К сожалению, написать какую-нибудь свою игру для этой консоли в домашних условиях невозможно — таких удобных инструментов для прошивки, как у AVR ещё не было. Holtek предлагала собственный SDK, в которое входила IDE, ассемблер и симулятор отладки финальной программы. Однако дабы получить настоящее «хардварное» устройство, необходимо было заказывать у компании Holtek производство кастомизированного чипа с вашей программой на борту.
Чипсет использовал настоящую масочную Read-Only Memory, которая прожигалась один раз и навсегда на заводе. Производитель электроники отсылал скомпилированную программу Holtek, а они в свою очередь производили кастомный чип с прошитой программой. Несмотря на всю простоту ассемблера и устройства в целом, самому под него ничего написать не получится — внешних шин то у него нет. :(
Однако, в наше время можно разработать и собрать «Тетрис» самому: в том числе, с цветным дисплеем и на базе гораздо более мощного железа! Тут тебе и готовые мощные микроконтроллеры, и возможность собрать приставку на базе легендарного процессора Z80, да при желании можно симулировать почти настоящий HT1130 на FPGA!
Разработка вычислительной и при этом недорогой электроники в 90-х было весьма веселым занятием. Несмотря на то, что устройства были на первый взгляд достаточно примитивными, в них всё равно крылось много разных нюансов, которые ограничивали программистов во многом.
Однако embedded-разработка тех лет была весьма интересной: когда полноценные игры вмещали в ПЗУ размером пару килобайт, на ремейки Space Invaders на современных движках весом в под сотню мегабайт смотришь с некоторой улыбкой. :)
Спасибо за наводку ресурсу retroscene:
Пост Legnahar, который один из первых опубликовал предположения насчет HT1130 и комментарию =A=L=X= под тем же постом.
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi