Приключения микропроцессора в СССР: 8 бит
Мы живем в удивительное время: компьютеры окружают нас со всех сторон. Любимый смартфон, ноутбук на работе, медицинские приборы, браслеты и часы. Умные рекламные табло, самокаты и автомобили.
В основе каждого такого устройства лежит тот или иной микропроцессор. А простой микрокомпьютер размером со спичечный коробок (на базе Atmega или STM32) можно положить в карман или установить в качестве дверного звонка. Мы живем в будущем, не особенно-то его замечая. Но до начала 1980-х ни один советский радиолюбитель даже мечтать не мог о домашнем персональном компьютере.
Сегодня мы попробуем взглянуть на первые микропроцессоры, применявшиеся на территории нашей страны. Первая статья мини-цикла будет целиком посвящена 8-битным CPU, которые так или иначе выпускались на территории Советского союза и СНГ.
Перед тем, как мы начнем разговор непосредственно о процессорах — не забывайте, что подавляющее большинство устройств, упомянутых в статье, закончили свой официальный жизненный цикл в лучшем случае в середине 1990-х годов. Из-за этого некоторые данные о них могут быть неточны и противоречивы. А о некоторых проектах, преимущественно военной направленности, практически нет никакой информации. Поэтому сосредоточимся мы преимущественно вокруг «гражданского» применения микропроцессоров на территории нашей страны.
Первыми в очереди «на разбор» у нас 8-битные процессоры и устройства на их базе.
КР580ВМ80А
Пожалуй, не найдется ни одного радиолюбителя старше 30–35 лет, который бы не слышал об этом легендарном микропроцессоре. Фактически ВМ80А — это клон американского процессора Intel 8080A 1974 года. Выпускался с 1977 года (оригинал — с 1974). Первое название на отечественном рынке — КР580ИК80, но в ходе масштабного изменения системы обозначений микросхем в СССР получил свое «привычное» имя.
Отличия от своего американского собрата у процессора минимальны.
Кратко о технических характеристиках:
тактовая частота — 2,5МГц (максимальная гарантированная, но не предельная, если исходить из практики);
самый распространенный формат — DIP40, но существовала и ранняя планарная версия с 48 контактами;
шина адреса — 16 бит, до 64кБ оперативной памяти;
шина данных — 8 бит;
содержит 80 инструкций.
Разработан этот процессор был Киевским НИИ микроприборов под руководством А.В. Кобылинского. В поддержку процессора также был выпущен полноценный комплект дополнительных микросхем-аналогов серии Intel 82xx, среди которых КР580ВГ75 (контроллер дисплея), КР580ВИ53 (таймер-счетчик, который также использовался в качестве музыкального «сопроцессора»).
В силу ряда исторических причин самостоятельного развития на территории нашей страны этот процессор не получил. Не имеющий аналогов в мире чип КР580ВМ1, выпущенный заводом «Квазар», содержал некоторые существенные улучшения, однако производился в ограниченном количестве.
Сейчас этот процессор встречается лишь на сайтах для коллекционеров и стоит весьма ощутимых денег.
Теперь же обратимся к двум популярным компьютерам, построенным на базе процессора КР580ВМ80А.
«Радио-86РК»
Схема этого памятного для многих радиолюбителей компьютера впервые была опубликована в 1986 году, в журнале «Радио» №4–6. Авторами цикла статей числятся Д. Горшков, Г. Зеленко, Ю. Озеров, С. Попов.»86РК» (или «РК-86», как его иногда называют) позиционировался в качестве самодельного устройства, собрать которое в состоянии даже подросток, хотя бы раз державший в руках паяльник. Правда, добыть некоторые запчасти порой было весьма непросто.
Классическое исполнение самодельного «Радио-86РК»
К слову, «Радио-86РК» является прямым потомком компьютера «Микро-80». Сам же «Микро-80» ввиду сложности сборки и большого (ок. 200 против 29 в «РК») количества микросхем популярности не снискал.
«Микро-80» и самодельная клавиатура. Внушает уважение.
Характерная особенность компьютера — отсутствие графического режима и цветовой палитры. Однако читатели буквально заваливали редакцию «Радио» письмами с предложениями доработок и улучшений компьютера. Самые полезные и удачные идеи публиковались на страницах журнала в виде описаний и даже схем.
Пятичасовой стрим-демонстрация работы «Радио-86РК» с массой интересных доработок:
Классический с86РК» имел на борту 16–32кБ оперативной памяти, однобитный бипер-пищалку и два ПЗУ: первая — с программой «Монитор», вторая — с набором символов. Чтобы запрограммировать компьютер, сборщику требовался «ручной» программатор: микросхема ПЗУ вставлялась в панельку, а человек методично вводил данные с помощью кнопок, сверяясь с журналом. В котором, к слову, далеко не всегда печатались корректные прошивки. А если ошибка была допущена в процессе работы, микросхему приходилось стирать с помощью УФ-лампы.
Один из вариантов программатора
Загрузка программ в компьютер осуществлялась через магнитофонный вход и (при внесении ряда доработок) через дисковод. Соответствующие модули расширения производились непосредственно авторами компьютера, и их можно было купить прямо в редакции «Радио» или у фирм-посредников.
Современная реализация компьютера, на 99% соответствующая оригинальной схеме
Несмотря на массу ограничений и лишений, «РК» был полноценным компьютером: на нем можно было программировать, «прошивать» микросхемы с помощью самосборного программатора, играть в игры, слушать музыку — словом, делать всё то, к чему мы привыкли на наших современных машинах. Конечно же, для полноценной «офисной» работы компьютер не годился. Но и не для предприятий он делался, так что здесь все в порядке.
Существовала также коммерческая «доработка компьютера до цвета». Однако компания, производившая софт (преимущественно игровой) для этой версии компьютера, в середине-конце 1990-х годов разорилась, унеся с собой около 3-х десятков уникальных программ. Найти их сейчас не представляется возможным.
Современные клоны «Радио-86РК» «научились» работать в цвете, проигрывать музыку на популярном музыкальном чипе AY-3–8910 и «грузиться» с SD-карты или HDD.
К 1987 году началось промышленное производство «Радио-86РК» и его более продвинутых клонов: «Микроши», «Апогея», «Партнера», «Спектра» и прочих. Кроме того, в СССР были разработаны также 2 производных ПК: «Юниор ФВ-6506» и довольно-таки продвинутый «Электроника КР-04».
Прочие компьютеры на базе КР580ВМ80А, конструктивно превосходящие или принципиально отличающиеся от «Радио-86РК»:
Текстовый компьютер «ЮТ88» (1989, схема опубликована в журнале «Левша»);
«Орион» и его модификации;
«Специалист».
А мы будем двигаться дальше. И на очереди у нас едва ли не самый интересный и самобытный компьютер советской эпохи.
«Вектор-06Ц»
Одна из версий «Вектора» с характерными заводскими кабелями
История рождения этого интересного и по-настоящему самобытного компьютера весьма непроста. Он прошел путь от наброска на салфетке до промышленного производства и едва не был похоронен бюрократическими органами. Наиболее полную и интересную версию истории «Вектора» вы можете узнать на YouTube-канале главного «летописца» Вектора-06Ц Lafromm31. Неплохое текстовое изложение истории доступно здесь.
Компьютер был разработан в Кишиневе в середине 1980- годов. Авторство проекта принадлежит двум инженерам ПО «Счетмаш», Донату Темиразову и Александру Соколову.
Особенности компьютера:
64КБ оперативной памяти (1/10 от той, что «хватит всем»);
Тактовая частота процессора повышена до 3 МГЦ, однако в силу особенностей синхронизации ЦП с видеоконтроллером на КР580ВГ75 некоторые команды выполнялись существенно медленнее, чем могли бы;
Трехканальный звук на базе микросхемы КР580ВИ53 (микросхема-таймер, которая была применена в компьютере по причинам дешевизны и отсутствия доступных промышленных аналогов);
Ввод данных через магнитофонный вход (также существовали устройства-комбодевайсы, позволяющие подключать HDD, FDD, квази-диск и AY-3–8910 для проигрывания музыки);
Аппаратный вертикальный скроллинг;
Три режима видео с поддержкой до 16 одновременно отображаемых цветов из палитры 256;
Отсутствие как такового аппаратного «текстового» режима.
Оригинальное описание «Вектора» к выставке 1987 года на ВДНХ
Для наглядности приведем несколько скриншотов с «Вектора-06Ц».
Для любителей ZX Spectrum-совместимых компьютеров кое-что в «Векторе» может стать неожиданностью, а именно отсутствие «Бейсика» в штатной прошивке. Компьютер «стартовал» сразу же готовым к загрузке с кассеты. Посмотрите на снимок ниже: каждый столбик — это ячейка памяти. По мере загрузки с кассеты столбики заполнялись.
На сегодняшний день «Вектор-06Ц» — редкий и весьма дорогой гость в коллекциях любителей ретро. Причина тому — высокое содержание драгметаллов в компьютере. Это и позолоченные разъемы, и «дорогие» конденсаторы. Подавляющее большинство «Векторов», которые можно найти на онлайн-аукционах, либо перепаяны на менее «дефицитные» компоненты, либо пали жертвой варваров с бокорезами.
А вот с клавиатурой «Вектора» были сложности. Выпускались 2 варианта клавиатур, на герконах и «емкостные».
Герконовые варианты были на порядок удобнее своих емкостных конкурентов (на самом деле, нажатие на клавишу перемыкало две половинки «пятаков»), однако сейчас почти не встречаются. А поролон, который вкупе с пружинкой обеспечивал упругое нажатие на емкостных клавиатурах, имел тенденцию рассыпаться, в связи с чем его приходилось регулярно менять.
Герконовая клавиатураПлата емкостной клавиатуры
Компьютер производился с 1987 по начало 1990-х годов. Постепенно был вытеснен IBM-совместимыми машинами и (локально) клонами ZX-Spectrum.
Всем, кто не знаком с этим замечательным компьютером, настоятельно рекомендуем посмотреть обзоры на уже упомянутом выше канале.
Разумеется, только «Вектором» и «РК» применение процессора ВМ80А в нашей стране не ограничивается.
Другими интересными образчиками машин на базе ВМ80А являются шахматный компьютер «Интеллект-2», печатная машинка «ПЭЛК-3110 Элема», музыкальные синтезаторы (например, «Форманта»), игровые автоматы («ТИА-МЦ-1»), различные периферийные устройства (принтеры, УВВПЧ) и даже телефоны с АОН. Но что касается последних — здесь правил бал совершенно другой процессор, о котором речь пойдет далее.
Т34ВМ1, КР1858ВМ1, КР1858ВМ3 и прочие аналоги Zilog Z80
Этот раздел, в общем-то, можно было бы закончить этой лаконичной картинкой…
Фрагмент юмористической картинки, источник https://vk.com/zxmemes
…но это было бы слишком просто.
Оригинальный процессор Zilog Z80, родственник Intel 8080, появился на рынке в июле 1976 года. Курьезный факт — из-за того, что Zilog свободно продавала лицензии на производство совместимых процессоров (а страны Восточной Европы и СССР игнорировали лицензирование как рудимент капитализма), Zilog в итоге выпустила менее половины от всех произведенных Z80.
Оригинальный Zilog Z80Отечественный клон процессора
Несмотря на то, что в СССР существовали собственные аналоги этого популярного процессора, множество популярных в то время компьютерных устройств использовали именно «оригинальные» чипы преимущественно филиппинского происхождения.
Краткие характеристики процессора:
тактовая частота до 20 МГц;
набор инструкций на основе i8080;
встроенный системный контроллер;
8-битная шина данных;
16-битная шина адреса (64 Кб);
инструкции деления и умножения отсутствуют, в ряде случаев для работы с числами применялись отдельные сопроцессоры.
Существовало несколько вариантов исполнения чипа: DIP40 и 44-контактные PLCC и PQFP.
В СССР выпуском клонов Z80 (Т34ВМ1) занимался зеленоградский завод «Ангстрем». Чуть позже к производству новых ревизий чипа (КР1858ВМ1, КР1858ВМ3) подключились и другие заводы: воронежский «Электроника» и минский «Транзистор». Пробные экземпляры процессора сошли с конвейера в 1991 году.
В целом же это был прекрасный, мощный и недорогой процессор, на базе которого было построено немало игровых консолей, таких как Game Boy, Sega Genesis (в качестве звукового сопроцессора), компьютеров (MSX, Amstrad CPC и пр.). А в Commodore 128 (последователей Commodore 64) Zilog Z80 использовался в качестве дополнительного ЦП для поддержки операционной системы CP/M. А если говорить о «не-компьютерном» применении процессора, список растянется не на одну страницу.
Разумеется, самым популярным вариантом применения этого процессора в нашей стране было так называемое «спектрумостроение», т.е. разработка ZX Spectrum-совместимых машин разного уровня качества и навороченности. Помимо этого, активно продавались стационарные домашние телефоны с автоматическим определителем номера (АОН) на базе Z80.
Типовой телефон с АОН на базе клона Z80
Неизвестно, является ли это отечественной разработкой, но в начале 1990-х на базе Zilog Z80 и AY-3–8910 делались музыкальные чиптюн-звонки. Подобные проекты-конструкторы для самостоятельной сборки можно найти и сейчас.
Примечательно, что в оригинальном ZX Spectrum существенная часть видеотракта и некоторые дополнительные логические модули были реализованы в проприетарной микросхеме ULA (Uncommitted Logic Array). Отечественный «ответ» ULA, микросхема Т34ВГ1 (и ее родственники КА1515ХМ1, КБ01ВГ1–2 и И185) выпускались в начале-середине 1900-х и были призваны максимально облегчить сборку клонов «Спектрума».
Т34ВГ1 в естественной среде обитания
Кроме того, достоверно известно, что в некоторых школах, оборудованных компьютерными классами, устанавливались компьютеры MSX японского (Yamaha) производства под маркировкой КУВТ-2.
Один из учебных компьютеров MSX.
В заключение раздела приведем несколько интересных ссылок:
Канал sinc LAIR на YouTube: крупнейший русскоязычный канал, посвященный ZX Spectrum
Видео, посвященное сборке клона ZX Spectrum
Демо, написанное для российского телефона с АОН на базе Z80
6502 и все-все-все
В 1980-х миром правили уже упомянутый Zilog Z80 и его не менее успешный и популярный «коллега» MOS Technology 6502.
Оригинальный CPU собственной персоной
Этот восьмибитный процессор, представленный в 1975 году, имел множество ответвлений и продолжателей. Специальные версии чипа устанавливались в компьютерах от Commodore, Atari и домашних приставках Famicom/NES. Одним из немаловажных факторов успеха ЦП была его дешевизна. В то время, как Intel 8080 продавались за $179, 6502 стоил всего $25.
Материнская плата Commodore 64
С точки зрения технических характеристик MOS 6502 крайне похож на Z80, а его архитектура в целом близка к RISC.
В нашу страну этот процессор (разумеется, в виде клона CM630) добрался на борту болгарского компьютера «Правец», клона Apple II.
«Правец»
Кроме того, производившийся с 1984 по 1990 гг. учебный компьютер «Агат», частично совместимый с «Правцем», также нес на борту процессор СМ630Р, еще один клон MOS6502. Поговорим об этих машинах поподробнее.
Одна из версий «Агата»
8-битные версии компьютера «Правец»
Фактически, за исключением некоторых моделей, восьмибитные «Правцы» были клонами популярных американских компьютеров Apple II (Plus, e, c). Разработчик первой версии компьютера — Иван Марангозов. В годы актуальности «Правцев» коллеги шутили, что аббревиатура ИМКО (Индивидуальный МикроКОмпьютер), которой маркировались некоторые модели, расшифровывается не иначе как «Иван Марангозов Копирует Оригинал».
Apple II«Правец»
Линейка производилась с 1984 по 1994 годы. Одна из версий, «Правец 8М», известный также под именем «ИМКО-2М», прямых аналогов среди Apple-машин не имел, зато был совместим с популярной ОС CP/M и имел особый, цельнокорпусный вариант исполнения для военной промышленности. Представлен компьютер был в том же 1984-ом на Международном симпозиуме по робототехнике в Лондоне.
Что касается «модификаций» — ПЗУ компьютера было слегка модифицировано для поддержки кириллических шрифтов. При запуске на экране загоралась надпись, содержащая название компьютера.
Поздние версии компьютера собирались, помимо исторической родины, еще и в Ташкенте (некоторые модели — на Тайване) и поставлялись в учебные классы. Популярность в школах была обусловлена тем, что при использовании специальных карт U-LAN становилось возможно объединить сразу несколько компьютеров в локальную сеть.
Архивная фотография, на которой запечатлен человек, играющий с «Правецем» в шахматы.
В качестве операционной системы использовались Apple DOS, ProDOS и CP/M (для последней требовалось установить дополнительную карту).
Отдельного упоминания достоин «Правец 8D», являющийся клоном… нет, не Apple II, а Oric Atmos, самобытного британского «убийцы ZX Spectrum». Однако широкого распространения этот компьютер, как, кстати, и его «идейный вдохновитель», не получил.
«Агат»
Очень часто исследователи истории «Агата» ссылаются на статью журнала BYTE от 1984 года. В ней глазной хирург и разработчик программного обеспечения Лео Борс пишет о своих впечатлениях от работы на «плохом советском клоне Apple II».
Разворот журнала Byte, клюква во всей красе!
Так, поработав с компьютером пару-тройку минут, он окрестил его словом «yablochka». И не мудрено: тестовый образец «Агата» был массивен, выкрашен в «революционный красный цвет» и непрерывно кряхтел дисководом.
«Агат» можно назвать первым советским серийным компьютером. Он был разработан в НИИ Вычислительных Комплексов под руководством небезызвестного А.Ф. Иоффе в 1981–1983 гг. Серийное производство компьютеров стартовало в 1984 году.
А. Иоффе, автор «Агата»
Несмотря на неплохую совместимость с Apple II, компьютер нельзя однозначно назвать его полным клоном. Как минимум, потому что использование иностранной элементной базы без веских причин в те годы было недопустимо и конструкторы, скрепя сердце, вынуждены были создать принципиально новую плату на основе процессора серии 588, серийно производимом на минском заводе «Интеграл». Совместимость с командами 6502 достигалась сугубо средствами эмуляции. Из-за этого компьютер физически не мог тягаться по скорости с оригиналом. Именно эту версию имел удовольствие препарировать доктор Борс во время своего краткого визита в СССР.
Стильный, брутальный «Агат»
Серийные образцы компьютера выпускались уже на оригинальном 6502 — инженерам удалось убедить руководство в целесообразности использования «чужеродного элемента».
Тем не менее, в целом архитектура «Агата» во много страдает от технических ограничений отечественной элементной базы. К ним относятся, например, использование дополнительных плат с памятью (из-за дефицита на РУ5 применялись микросхемы меньшего объема) и схема знакогенератора (только заглавные буквы). Подробнее об изобретателях и истории «Агата» можно прочитать здесь.
Серийные «Агаты» продавались приблизительно за 3900 рублей и были доступны как рядовым пользователям, так и средним учебным заведениям (в формате КУВТ). Немалым преимуществом «Агата» было и то, что он с завода комплектовался пятидюймовым дисководом.
Более распространенная версия компьютера
Чуть позднее на ниве оборудования компьютерных классов «Агат» потеснили «Корветы» на базе все того же КР580ВМ80А, «БК-0010» и «ДВК-2».
Претерпев немало модификаций и улучшений, компьютер официально отправился на покой в 1993 году. По некоторым данным, последнюю машину выпустил Загорский электромеханический завод (ЗЭМЗ).
На сегодня это все. Надеемся, статья не оставит вас равнодушными. Рады будем видеть в комментариях ваши собственные истории о работе с компьютерами прошлых лет. В будущих статьях мы поговорим о других, не менее интересных отечественных ЭВМ, микропроцессорах и новаторских идеях, многие из которых сейчас кажутся незаслуженно забытыми. А заключим цикл обстоятельным разговором о современных российских компьютерных устройствах.
