Немига: различия между версиями

Версия от 20:00, 9 июня 2016

Этот документ создан для Emuverse и распространяется на условиях лицензии CC-BY-SA-3.0.

Немига — советский 16-разрядный персональный компьютер, выпускался на белорусских предприятиях с 1989 года. Предназначался для поставки в учебные заведения в составе КУВТ. По системе команд совместим с PDP-11 и его советскими клонами — Электроника-60, ДВК.

Процессор машины реализован на наборе микросхем серии 588 — эти микросхемы выпускались на минском ПО «Интеграл».

Существовало как минимум три версии Немиги, отличающихся схемотехникой и ПЗУ: 3.03, 4.05, 4.06.

Пульт

При запуске машины начинается загрузка из сети, но если она не удалась, мы попадаем в пультовый режим с приглашением ПУЛЬТ>.

Пультовый режим воспринимает команды; каждая команда это либо символ, либо 8-ричное число и символ.

Полный набор команд пульта для версии 3.03:

S — просмотр регистров
/ либо 000000/ — просмотр ячеек памяти, c указанием адреса или без; ПС — след адрес, ^ (клавиша Ч) — пред адрес, ВВОД — выход
G — продолжить выполнение программы, 10000G — продолжить с заданного адреса
D либо 1D — загрузка с диска MD, с указанием номера диска 0..7 либо без
X либо 1X — загрузка с диска DX, с указанием номера диска 0..1 либо без (только в прошивке 3.03)
N — загрузка из сети, реально просто переход к процедуре холодного старта
УПР+L — очистка экрана

В любой момент выполнение программы можно прервать нажатием УПР+ФСД/СТОП, система переходит в пультовый режим. При этом содержимое всех регистров сохраняется, их можно просмотреть командой 'S'. Команда '/' позволяет просмотреть/изменить отдельные ячейки памяти. А команда 'G' восстанавливает регистры и продолжает выполнение прерванной программы с того же места.

Процессор

Процессор реализован на микросхемах серии 588:

КР588ВС2 (D1) — арифметическое устройство (АУ), управляется 12-битовыми микрокомандами из КР588ВУ2-0001, −0002, −0004
КР588ВУ2 (D2..D6) — управляющая память (УП) — микропрограммы для D1, D17, D18
КР588ВГ1 (D18) — системный контроллер (СК) — обеспечивает внутренний интерфейс процессора и его связь с Q-шиной, управляется микрокодом из КР588ВУ2-0005
К588ВР2 (D17) — арифметический умножитель 16×16 (УМ), управляется 5-битовыми микрокомандами из КР588ВУ2-0006 (D4); умножение и деление задействует память по адресам 170000-170005
КР588ВА1 (D21, D24) — магистральный приёмо-передатчик (МПП)
КР588ВГ2 — контроллер запоминающего устройства (КЗУ)

Начальный пуск: сброс устройств, затем чтение PC и PSW из 160006 и 160010, запуск в режиме HALT.

Система команд

Процессор реализует систему команд компьютера Электроника-60 (ОСТ 11 305.909-82), за исключением команд FIS (операций с плавающей запятой). Есть команды расширенной арифметики (MUL, DIV, ASH, ASHC), реализуются микрокодом в D4 и умножителем D17. Набор команд описан в ТО и в справочниках по БИС сериии КР588.

Режимы USER и HALT

Процессор поддерживает работу в двух режимах — USER и HALT.

Ситуации перехода в режим HALT:

появление сигнала СБРОС (INIT)
запрос на обслуживание локальной сети
обращение к области памяти 177560-177566 (регистры системной консоли)
нажатие клавиши на клавиатуре
выполнение команды HALT

В режиме HALT область ОЗУ 177600-177777 замещается ОЗУ из другой области (предположительно, эти ячейки памяти лежат «под» системным ПЗУ и поэтому не используются обычным образом).

Старший байт регистра 170006 — это регистр фиксации HALT-запросов, отдельные его биты отвечают за различные причины вызова HALT-прерывания. Младший байт регистра 170006 — регистр данных клавиатуры.

NOTE: В документации не описан механизм возврата из режима HALT в USER. По коду прошивки ПЗУ видно, что к этому приводит запись байта 0 по адресу 170006; запись 3 в 170006 приводит к переходу из USER в HALT.

Регистр 170006

 170006  Регистр фиксации HALT и данных клавиатуры
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─0┴─0┼──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┤
   │  Н1 │  Н3 │  │      └── Данные клавиатуры ──┘
 СБРОС   Н2    Н4 Клавиатура

Младший байт регистра это байт с клавиатуры (регистр D27); если установлен бит 10, то символ готов для чтения.
Старший байт регистра это регистр фиксации HALT (D28, биты регистра идут в обратном порядке) — определяет причину появления прерывания HALT.

бит 15 — признак канального сигнала СБРОС;
бит 14 — сигнал Н1 — ??;
бит 13 — сигнал Н2 — обращение к регистру данных клавиатуры;
бит 12 — сигнал Н3 — ??;
бит 11 — сигнал Н4 от платы адаптера локальной сети;
бит 10 — сигнал готовности очередного байта с клавиатуры, поступает с триггера D37.2;
биты 8,9 заземлены = 0.

NOTE: В коде прошивки ПЗУ регистр 170006 также используют на запись, записывая в него байтовое значение 3 для перехода в HALT и значение 0 для возврата в USER. По записи в 170006 сбрасывается регистр D27 (видно по схеме).

Регистры системной консоли

При разработке Немиги предусмотрели совместимость с «Электроника-60» по адресам и работе регистров системной консоли — это регистры 177560/177562 (адрес/данные клавиатуры) и 177564/177566 (адрес/данные терминала). Это просто ячейки ОЗУ, но обращение к ним приводит к вызову прерывания HALT с установкой соответствующих флагов в регистре 177006. Программа обработки прерывания HALT анализирует флаги и эмулирует работу регистров консоли.

  177560  Регистр состояния клавиатуры
  177564  Регистр состояния терминала
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘
                           │  └─ Разрешение прерывания: 1 = разрешено
                           └──── Готовность к приёму/передаче: 0 = готов

Прерывания

Прерывания по описанию КР588ВГ1 (D18), в порядке убывания приоритета, использование определено по схеме:

Code	Прерывание	pin	Использование
1010	Режим начального пуска / двойная ошибка канала
1110	Прерывание по T-разряду / ошибка канала
1111	Пропадание питания / ошибка канала	30	НЕ используется
0111	HLT — Прерывание по входу ОСТАНОВ / ошибка канала	36	используется
0101	INR0 — Требование прерывания от ВУ	31	НЕ используется
0100	INR1 — Требование прерывания от ВУ	34	НЕ используется
0110	INR2 — Требование прерывания от ВУ	33	используется
0010	INR3 — Требование прерывания от ВУ	32	используется
0011	INRT — Прерывание по внешнему событию	35	используется
0001	RQ — Запрос прерывания от ВУ	28	используется

Вектора прерываний:

160002 — сигнал/команда HALT
160006 — прерывание начального пуска
000004 — ?? ошибка обращения к каналу?
000010 — ?? резерный код команды?
000014 — ?? прерывание по T-разряду или команда BPT
000020 — команда IOT
000030 — команда EMT
000034 — команда TRAP
?? — INR0
?? — INR1
?? — прерывание INRT/EVNT

Память

Адреса 000000-137777 — ОЗУ
Адреса 140000-157777 — зарезервированы под дополнительные 8 КБ ПЗУ (D11-D14)
Адреса 160000-167777 — системное ПЗУ, 4 КБ
Адреса 170000-177777 — ОЗУ и порты
- Адреса 177600-177777 — окно памяти, включаемое только в режиме HALT

Процессору непосредственно доступно 64 КБ памяти. Помимо этого, существует возможность «косвенного» обращения ко всем 128 КБ ОЗУ, через регистры косвенной адресации 177570 (адрес) и 177572 (данные). Адрес косвенной адресации получается сдвигом на один разряд вниз обычного адреса «прямой» адресации.

  Адрес                     Косв. адрес
 000000 ┌────────────────────┐ 000000
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │       О З У        │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
 140000 ├────────────────────┤ 060000
        │ Дополнит. ПЗУ 8К   │
        │                    │
 160000 ├────────────────────┤ 070000
        │ Системное ПЗУ 4К   │
 170000 ├────────────────────┤
        │ ОЗУ и порты        │
 200000 ╞════════════════════╡ 100000
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        ├────────────────────┤ 140000
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │     Э К Р А Н      │
        │                    │
        │        32К         │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        └────────────────────┘ 200000

В аппаратной версии 4.x появилась возможность включить проецирование 32К экрана на нижние 32К обычной памяти (этим управляет новый регистр 177574, бит 0) — сделано это, очевидно, для ускорения вывода на экран.

Регистры (порты)

170006		Регистр данных клавиатуры (байт 170006), регистр фиксации HALT-запросов (байт 170007)
170010	Адаптер локальной сети	состояние
170012	Адаптер локальной сети	данные
170020	Таймер и звук	состояние программируемого таймера
170022		первый счётчик
170024		второй счётчик
170026		включение звука
170030		управляющее слово выбора громкости и октавы
170032		отключение звука
177100	Контроллер дисковода MD	состояние
177102		данные
177104		управление
177106		таймер
177170*	Контроллер дисковода DX*	состояние
177172*	Контроллер дисковода DX*	данные
177514	Устройство сопряжения	состояние параллельного порта
177516	Устройство сопряжения	данные параллельного порта
177560	Регистры системной консоли	состояние клавиатуры
177562		данные клавиатуры
177564		состояние терминала
177566		данные терминала
177570	Косвенный доступ к памяти	данные
177572	Косвенный доступ к памяти	адрес
177574**		включение маппинга экрана на нижнюю память

* — код загрузки с дисковода формата DX обнаружен в прошивке версии 3.03; для загрузки с него используется команда «X».
** — аппаратная версия 4.x

Видео

Видео-контроллер формирует растр размером 512×312 точек, в котором «полезной» площадью является блок 512×256 точек. Экран хранится в верхней части памяти, доступной по косвенному адресу 140000, занимает 32 КБ. Каждые 8 точек растра занимают 2 соседних байта — каждый байт это отдельный битплан, то есть каждая точка это два бита, лежащие в соседних байтах, что даёт 4 градации яркости на точку.

┌─ 512 x 312 ────────────────────────┐
│                                    │
│                                    │
┌────────────────────────────────────┐
│ 512 x 256                          │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
└────────────────────────────────────┘
│                                    │
│                                    │
└────────────────────────────────────┘

Знакогенератор содержит символы размером 8×8 точек, при выводе текста между строками оставляют место высотой в два пиксела. Таким образом экран используется как текстовый в 25 строк.

Клавиатура

Раскладка клавиатуры:

                        ( )         ( )     ( )     ( )
                        РУС         ВЕРХ    ЛАТ     ЦИФ
 ┌───┬───┐ ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐       ┌───┬───┬───┐
 │Ф1 │Ф2 │ │Клю│ ; │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 0 │ - │ ~ │<─ │       │ЦИФ│СТП│ ─ │
 ├───┼───┤ └─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┐     ├───┼───┼───┤
 │Ф3 │Ф4 │   │   │ Й │ Ц │ У │ К │ Е │ Н │ Г │ Ш │ Щ │ З │ Х │ : │ Ъ │ ПС│     │ 7 │ 8 │ 9 │
 ├───┼───┤   └─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┐   ├───┼───┼───┤
 │Ф5 │Ф6 │     │УПР│ Ф │ Ы │ В │ А │ П │ Р │ О │ Л │ Д │ Ж │ Э │ . │ Ё │ВВО│   │ 4 │ 5 │ 6 │
 ├───┼───┤     └─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┐ ├───┼───┼───┤
 │Ф7 │Ф8 │       │   │ Я │ Ч │ С │ М │ И │ Т │ Ь │ Б │ Ю │ , │ / │ _ │   │ФПБ│ │ 1 │ 2 │ 3 │
 ├───┼───┤   ┌───┼───┼───┼───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┼───┼───┼───┼───┼───┘ ├───┼───┼───┤
 │Ф9 │Ф10│   │РУС│Р/Л│АЛТ│                               │Р/Л│ЛАТ│ ЗБ│ДОП│     │ 0 │ . │ + │
 └───┴───┘   └───┴───┴───┴───────────────────────────────┴───┴───┴───┴───┘     └───┴───┴───┘

Клавиатура формирует 8-разрядный код клавиши (КОИ-8Р) и передаёт его в процессорный блок по последовательному каналу. Байт данных формируется в регистре D28 и затем передаётся в регистр D27.

Текущие режимы хранятся в блоке клавиатуры и не могут быть установлены извне. При включении установлены режимы: ЛАТ, ВЕРХ, ЦИФ.

Все клавиши кроме служебных составляют матрицу 8×12 контактов, «адрес» каждой клавиши выражается 7-битным значением (3 бита на номер места, 4 бита на номер строки). ПЗУ блока клавиатуры (D17) объёмом 2048 байт содержит 16 блоков по 128 байт — каждый блок соответствует одной из 16-ти комбинаций режимов. Код символа, соответствующий нажатой клавише, выбирается по адресу клавиши, из блока, определяемого текущим режимом.

Автоповтор срабатывает через 1 секунду, с частотой 15 Гц.

Дисковод

Дисковод формата MD, с кодированием FM (в ТО называется модель TEAC FD-55FV-003). Похож на MX, но использует побайтовую передачу данных. Каждый логический диск занимает только одну сторону физического диска, MD0: и MD1: это первый физический диск, MD2: и MD3: это второй.

Ёмкость диска 459 КБ — 2 стороны по 80 дорожек, сектора по 128 байт, 23 сектора (или меньше) на дорожку. Диск вращается со скоростью 300 оборотов в минуту = 5 оборотов в секунду. Скорость обмена данными — 125 килобит в секунду (FM) = 125000 бит в секунду = 15625 байт в секунду = 3125 за оборот.

Регистры

  177100  Регистр состояния КНГМД (R/W)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴──┴─┬┴─┬┴──┴─┬┘
                       TR ─┘  │  │     │ INDEX  └─ RELOAD (R) / RUN/STEP (W)
                   LOST-DATA ─┘  │     └──── TR00/WRPRT
                               OP-FAILED   

  177102  Регистр данных КНГМД (R/W)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┼──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┤
                         └──────── Данные ───────┘

                                      
  177104  Регистр управления КНГМД (W)                 Операция  5  4
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐             ┴──┴──┴ 
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│               0  0  ЧТЕНИЕ дорожки
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┘               1  0  ЗАПИСЬ дорожки
                       Операция ─┴──┘  │  │  └──┴─ Привод        0  1  ШАГ НАЗАД  от центра диска
                                    Мотор └─ Поверхность         1  1  ШАГ ВПЕРЕД  к центру диска


  177106  Регистр таймера КНГМД (R/W)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┘
                                                └─ Пуск (W) / состояние (R)

Контроллер дисковода управляется на основе операций. Операция выполняется в два шага: (1) подготовка операции установкой в регистре управления битов операции и включения мотора; (2) запуск операции записью «1» в 0-й бит регистра состояния.

Структура дорожки

Track Header		10b
  0343 Marker		1b
  Track number		1b
  023 Sectors on Track	1b
  0 ??			1b
  First Sector		2b
  0xff			1b
  0			1b
  Checksum		2b
Sector			130b
  Data			128b
  Checksum		2b
...

Таймер и звук

Схема таймера построен на микросхеме таймера 588ВИ1. Микросхема имеет два независимых 16-разрядных счётчика.

Таймер 1 — входная частота 4 МГц, задержка задаётся в регистре 170022. Плюс для этого таймера есть делитель на степени двойки, задаваемый битами 0..2 регистра 170030 — это «октава». Так, например, для получения ноты A4 («ля» первой октавы, 440 Гц) мы задаём октаву 4 и задержку 1136, получаем: 4000000 / 2/2/2 / 1136 ~= 440.14 Гц

Таймер 2 — на 50 Гц, задержка задаётся в регистре 170024. Используется для контроля длительности ноты.

  170020  Регистр состояния программируемого таймера
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┘
  Фикс прерывания 2 ─┘  │  │  │  │  │  │  │  │  └─ ??
     Фикс прерывания 1 ─┘  │  │  │  │  │  │  └ Режим работы 1-го счётчика
          Блокировка ЗПР2 ─┘  │  │  │  └──┴─ Режим пуска 1-го счётчика
             Блокировка ЗПР1 ─┘  │  │  0  1  блокировка счётчика
                                 │  │  1  0  запуск по CO1
                                 │  │  1  1  запуск по C1
                                 └──┴─ Режим пуска 2-го счётчика
                                 0  1  блокировка счётчика
                                 1  0  запуск по CO2
                                 1  1  запуск по C2

Громкость 0..3 задаётся битами 4..3 регистра 170030.

  170030  Регистр октавы и громкости
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┘
                                    │  │  └──┴──┴─ Октава 1..7
                                    └──┴─ Громкость 0..3

Обращение к 170026 — включает звук. Обращение к 170032 — переключает состояние звука вкл/выкл. При этом таймер работает независимо от того, включен ли звук. Судя по схеме, звук также выключается по сигналу RESET, либо по окончанию счёта таймера 2 (сигнал ЗПР2).

TODO

Порт принтера

ИРПР построен на микросхеме КР1801ВП1-033.

При включенном бите разрешения прерывания используется вектор прерывания 0200.

  177514  Регистр состояния устройства сопряжения
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └─┬┴──┼──┴──┴──┴──┴──┴──┼─┬┴─┬┴─┬┴──┴──┴──┴──┴──┘
   │   └─ Нач.уст-ка (W)─┘ │  │  └─ Завершено (R)
   └─ Ошибка (R)           │  └─ Разрешение прерывания (R/W)
  Требование передачи (R) ─┘

  177516  Регистр данных устройства сопряжения  
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┼──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┤
                         └────── Данные (W) ─────┘