Školní mikropočítač IQ151
Řešitelský kolektiv ZPA, k. p. Nový Bor
Tento článek je odpovědí řešitelského kolektivu ZPA k. p. Nový Bor na výzvu redakce AR ke zveřejnění technického popisu u nás vyráběných mikropočítačů. Dále uvedená informace se týká Školního počítače IQ 151 a měla by být úvodem pro další podrobnější popisy částí počítače se zaměřením na přídavná zařízení.
Fig.: Počítač IQ151
Úvodem několik slov ke vzniku počítače IQ151. Tento počítač je zatím poslední sériově vyráběnou verzí počítače z řady IK-80, IQ150, IQ151 – počítačů vyvíjených pro potřebu školství. První z řady IK-80 byl vyvinut v Ústavu výpočetní techniky ČVUT Praha a byl jakýmsi průkopníkem, který vytvářel podmínky pro nasazení dalších počítačů na našich školách. Další počítač IQ150 vznikl důkladnou rekonstrukcí IK-80 jak po stránce zapojení, tak po stránce konstrukce. Tento počítač byl již vyroben výrobním podnikem v závěru roku 1983 v počtu 50 kusů. Hlavním odběratelem se s ohledem na určení počítače stal n. p. Komenium Praha, který také nyní odebírá a rozděluje počítače IQ-151.
Na základě požadavků odběratele bylo začátkem roku 1984 přikročeno k rekonstrukci počítače IQ150. Rekonstrukce byla provedena za nesmírně složitých podmínek poměrně malým počtem pracovníků výrobního podniku při zabezpečování ostatních úkolů a byla realizována za poměrně krátkou dobu asi tří měsíců. Na základě zkušeností ze spolupráce s ÚVT ČVUT Praha tak vznikl počítač, který plně vyhověl požadavkům odběratele (např. z hlediska vysoké odolnosti vůči zacházení, z hlediska požadavku na umístění zdroje uvnitř počítače atd.). Přes počáteční potíže způsobené netradičními požadavky v oblasti materiálního zajištění i v oblasti vlastní výroby, patří již počítač k výrobkům, s nimiž se „počítá“. Vždyť v závěru roku 1985 jich již bylo vyrobeno kolem 2000 ks, je stále žádaným výrobkem, a přes některé funkční nedostatky se dá říci, že na našich školách „zdomácněl“.
Zdroj umístěný uvnitř počítače a vestavěná klávesnice určily jeho tvar a velikost. Materiál použitý pro krytování počítače ve formě výlisků zajistil malou hmotnost a vysokou mechanickou odolnost. Klávesnice byla z cenových a výrobních důvodů zvolena membránová, čímž byly částečně ovlivněny vlastnosti počítače. Klávesnice, jakožto část počítače spolupracující s uživatelem, byla řešena tak, aby štítek s informacemi o významu jednotlivých tlačítek bylo možné jednoduše překrýt podle potřeby jiným, odpovídajícím např. speciálnímu programovému vybavení počítače.
Kromě obvyklých tlačítek je počítač vybaven tlačítky pro samostatné ovládání kursoru, edičními tlačítky IL, DL, IC, DC a pěti funkčními tlačítky. Význam základního souboru tlačítek mohou měnit kromě obvyklých tlačítek SHIFT a CTRL i tlačítka FA a FB. Tato tlačítka umožňují vkládání znakových řetězců pomocí tlačítek základní skupiny. Znakové řetězce odpovídají klíčovým slovům jazyka BASIC 6 a tlačítko FA přiřazuje tlačítku význam z horní části označení tlačítka, kdežto tlačítko FB význam z dolní části. Dále je pomocí řídicích signálů možno převést klávesnici do grafického módu a pak je význam tlačítek určen grafickými symboly. Také je možné volit inverzní režim zobrazení znaků. Celkem mohou mít tedy tlačítka až 6 významů.
Základ počítače tvoří deska obsahující obvody procesoru, obvody paměti RAM, obvody paměti ROM a obvody pro řízení základních periferií (klávesnice, magnetofony, televizní přijímač). Všechny obvody hlavní desky jsou soustředěny okolo hlavních sběrnic adresové, datové a řídicí. Jádro tvoří mikroprocesor tuzemské výroby MHB8080A, spolupracující s obvody MH8224 (kmitočet oscilátoru je 18432 kHz) a MH8228. Adresová sběrnice je posílena obvody MH3212. Obvod 8228, na jehož vstupy jsou přivedeny datové vodiče z procesoru spolu se signály DBIN a HLDA, generuje (za pomoci signálu STSTB) signály řídicí sběrnice IOR*, IOW*, MR*. MW* a INTA* a současně posiluje signály datové sběrnice. Signál HLDA navíc uvádí posilovače adresové sběrnice do třetího stavu v případě, že procesor přešel do režimu HOLD, a je také využíván k obnovování obsahu dynamické paměti RAM.
Přerušovací systém počítače je založen na obvodu typu KR580VN59 (8259), který může zpracovávat až osm žádostí o přerušení. Prvých pět signálů žádosti o přerušení je vytvořeno pouhým invertováním sběrnicových signálů INTO* až INT4* volně přístupných pro případné periferní zařízení. Další žádost (INT5) je vytvořena od signálu tlačítka BREAK*, INT6 zpracovává signál SS* (synchronizace snímků) a INT7 zpracovává signál SR* (synchronizace řádků). Obvod KR580VN59 je připojen jako periferní obvod s adresou 88 až 89.
Dalším periferním obvodem na adresách 84 až 87 je obvod MHB8255A, který zabezpečuje obsluhu magnetofonů a klávesnice. Klávesnice počítače (s výjimkou tlačítek RESET, BREAK, SHIFT, CONTROL, FA a FB) tvoří matici 64 tlačítek, jejíž řady jsou osmi vodiči přivedeny na bránu A obvodu MHB8255A a sloupce osmi vodiči na bránu B. Pomocí programu je pak identifikován průsečík vodičů a tím i stisknuté tlačítko. Signály vytvořené tlačítky SHIFT, CONTROL, FA a FB jsou přes přepínač přivedeny na vstupy C4 až C7 brány C obvodu MHB8255A. Na druhé vstupy tohoto přepínače (aktivovaného signálem pro zapnutí motoru magnetofonu) jsou přivedeny vstupní signály z magnetofonů a signál FSER z kmitočtového děliče. Tento dělič také vytváří ze signálu SR* signál o kmitočtu 1 kHz vzorkovací signál pro práci s magnetofonem. Programově lze volit prodlevu mezi datovými záznamy a přepínat polaritu zpracovávaného signálu. Převod dat do sériového tvaru (v případě, že je nahráván strojový kód) a výpočet zabezpečovacího kódu je prováděn programem. Strojový kód je nahráván ve tvaru INTEL HEX. Pokud jsou data nahrávána ve zdrojovém tvaru, není záznamová věta zabezpečována. Pro nahrávání se používá fázová modulace s rychlostí 1000 Bd. Posledním signálem, který je vytvářen pomocí obvodu MHB8255A, je signál akustické signalizace, který vzniká na výstupu C3. Tento signál umožňuje směšování se signálem z jiného zdroje pomocí sběrnicového signálu NF (špička 47) na součtovém odporu.
Konečně je na základní desce jako periferní obvod na adresách 80 až 83 zapojen obvod MH3212, který generuje některé speciální signály. Jedním z nich je signál OE*, který způsobuje, že jakákoliv žádost o čtení paměti po inicializaci počítače je prováděna z paměti EPROM, a to i přesto, že na adresní sběrnici jsou adresy od 0000 (signál OE* totiž vytváří signál pro paměť EPROM a současně blokuje čtení z paměti RAM, přičemž zápis do paměti zůstává nedotčen). Pro uvedení z režimu čtení paměti do normálního stavu je nutné nahrát do registru na nejméně významný bit hodnotu „1“ (pomocí signálů IOW* a výběrového signálu), čímž zanikne signál OE* a spolupráce s pamětí probíhá dále normálně. Tato skutečnost umožňuje umístit paměť EPROM s monitorovým programem na konec paměťové oblasti, a přesto je tento program přístupný ihned po inicializaci. Ve vhodném místě programu je pouze třeba zařadit skok na adresu (v oblasti v níž je paměť EPROM normálně přístupná) zpracovávaného programu a potom provést výstupní operaci s nahráním do nejnižšího bitu registru. Například:
JMP START START MVI A,01 H OUT80 H
Tato programová sekvence musí být v programu umístěna dříve, než bude program vyžadovat čtení z paměti RAM. Doporučuje se ji umístit ihned na počátek programu. Adresování programového bloku je závislé na provedení obvodů paměti EPROM a vyplyne z popisu této části základní desky.
Další část desky počítače tvoří obvody paměti RAM. Na plošném spoji je místo pro osazení až 32 kusů obvodů MHB4116, tj. 64 kB paměti; standardně se osazuje 32 kB. Řídicí obvody umožňují spolupráci s celou kapacitou paměti. V případě, že na stejných adresách jako paměť RAM existuje např. paměť EPROM, nebo jiný obvod zabírající určitou paměťovou oblast, je možné pomocí signálu RAMx zablokovat činnost paměti. Signál RAMx musí být generován v obvodech, které blokování paměti vyžadují. Výstupy pamětí jsou na odpovídající vodiče datové sběrnice přivedeny přes oddělovač, tvořený obvodem typu 3212. Paměť je doplněna obvody pro řízení přístupu a pro obnovení obsahu. Obnovení obsahu se provádí signály HOLD a HLDA, kterými se v době zastavené činnosti procesoru spouští činnost obnovovacího čítače.
Další částí desky je osm pozic pro paměť EPROM, na které lze umístit paměti typu 2708, 2716 nebo 2732. Zapojení patice se pro jednotlivé druhy pamětí EPROM liší ve vývodech č. 19 (pro 2708 +12 V, jinak adresa AA) a č. 21 (pro 2708 –5 V, pro 2716 +5 V a pro 2732 adresa AB). Naprogramování výstupů dekodéru výběrových signálů se řídí velikostí paměti EPROM a adresou, na které má být paměť přístupná. Rozsah umístění paměti EPROM je omezen na 8000H až FFFFH. Obvody pro řízení paměti EPROM generují signál RAM*, který v paměťové oblasti EPROM blokuje čtení z paměti RAM.
Posledním obvodem na základní desce je obvod vytvářející úplný videosignál a modulátor, umožňující připojení TV přijímače.
Hlavní deska počítače je propojena s „vanou“ pro moduly prostřednictvím desky PLETR. V rozsahu možností napájecího zdroje (jeho výkon je s ohledem na nárůst druhů modulů postupně zvětšován) je možné do „vany“ zasunout až pět modulů, které rozšiřují možnosti počítače. Pouze jeden modul je povinný, a to modul VIDEO 32, nebo modul VIDEO 64. Oba tyto moduly obsahují obvody, které umožňují zobrazování údajů na obrazovce TV přijímače v počtu 32, nebo 64 znaků na řádek.
V roce 1986 se předpokládá (na různém stupni sériovosti) výroba těchto modulů:
BASIC 6 (modul umožňující připojení paměti EPROM s programovacím jazykem BASIC), STAPER (modul umožňující připojení snímače děrné pásky, děrovače a tiskárny), GRAFIK (modul umožňující zobrazování grafických informací v rastru 512 x 256 bodů na TV monitoru), SESTYK (modul sériové komunikace V24, RS232C a spolupráce s modemy), PASCAL, ASSEMBLER (modul s pamětmi EPROM obsahujícími překladače uvedených jazyků), UNIVERSAL (modul s prostředky pro realizaci libovolných obvodů uživatele při dodržení podmínek připojení na sběrnici počítače).
Kromě modulů vyráběných 2PA k. p. Nový Bor jsou vyráběna další zařízení, připojitelná k počítači IQ151. Zařízení vyrábějí:
ARITMA, k. p., Praha Minigraf 0507 (A4),
LABORATORNÍ PŘÍSTROJE, k. p., Praha Zapisovač XY 4120, Zapisovač XY 4130,
ZPA Čakovice, k. p., Floppydisková jednotka.
Věříme, že se i řešitelé těchto výrobků připojí k cyklu článků na stránkách AR, přibližujících široké veřejnosti jednotlivá zařízení „rodiny IQ“.