# 1. Архитектура компьютера Sprinter Sp2000 ## 1.1 Общие сведения ZX Sprinter — универсальный компьютер на базе 8-битного процессора Z80. Основой является перепрограммируемая логическая матрица (ППЛМ/CPLD/FPGA), что обеспечивает гибкую изменяемую архитектуру — конфигурация схемы может меняться непосредственно во время работы. Материнская плата — Sp2000 (разработана в конце 2000 г.). | Параметр | Значение | |---|---| | Процессор | Z84C15 (Z80-совместимый, внутренние PIO/SIO/CTC) | | Тактовая частота | 21 МГц (turbo) / 3.5 МГц (slow) | | ОЗУ (main) | 4 МБ (72-pin SIMM) | | Быстрое ОЗУ (КЭШ-ОЗУ) | 64 КБ (SRAM, без wait states) | | ПЗУ | 256 КБ (8 страниц по 32 КБ) | | Видео-ОЗУ | 256 КБ | | Контроллер дисков | КР1818ВГ93 (аналог WD1793) | | Поддержка НЖМД | IDE/AT | | Контроллер клавиатуры | AT-совместимая (101 key), PS/2 | | Контроллер мыши | Serial MS-Mouse (RS-232 через Z84C15 SIO) | | Слоты расширения | 2 × ISA-8 | | Звук | AY-3-8910 (в ППЛМ), 16-бит ЦАП TDA1543 (COVOX + AY) | | COVOX-Blaster (CBL) | 16-bit с буферным ОЗУ 256 байт, 15/22 кГц | | CMOS-часы | Dallas DS12887A (опционально, эмулируется при отсутствии) | | Видеовыход | Аналоговый CGA-монитор, RGB, TV (SCART) | ## 1.2 Системная архитектура Упрощённая структура: ``` ┌─────────────┐ ┌──────────┐ │ ISA-8 │ │ Принтер │ │ слот 1..2 │ │ Мышь │ └──────┬──────┘ │ Джойстик │ │ └─────┬────┘ ┌─────┴──────┐ │ │ Буферы и │ ┌─────┴──────┐ │ дешифраторы│ │ Z84C15 │ └──────┬─────┘ │ (CPU + │◄─────────┤ │ PIO/SIO/ ├──────────┤ │ CTC) ├──────────┤ └─────┬──────┘ │ │ ┌────┴──────────┐ ┌─────┴──────┐ │ EP1K30QC208 │ │ ROM 256K │◄───►│ (CPLD/FPGA) │◄───► VRAM 256K │ Cache 64K │ │ │◄───► Main RAM └────────────┘ │ │ │ AY-3-8910 │ │ COVOX/CBL │ │ Accel. │ └──────┬────────┘ ┌───┴───┐ │TDA1543│ │ ЦАП │ └───────┘ ``` Периферия (FDD, HDD, Kempston, клавиатура AT) подключается через ППЛМ. Вспомогательная ППЛМ (EPM7064 на Sp2000) обеспечивает синхронизацию и начальный запуск. Дешифрация адресов портов выполняется через ППЛМ, что позволяет перепрограммировать адреса портов. ## 1.3 ППЛМ и загрузка конфигураций ### Механизм конфигурирования При включении или RESET информация в ППЛМ стирается. ППЛМ переходит в режим ожидания загрузки блока данных конфигурации. Процессор отключён от периферии, в его адресное пространство включено ПЗУ и возможно КЭШ-ОЗУ. Любая запись процессора в адресное пространство в этот момент записывает данные в ППЛМ. Программа загрузчика в ПЗУ: 1. Проверяет флаг в КЭШ-ОЗУ по смещению `#80` (последняя страница КЭШа) 2. Если флаг (строка `ACEX_30K_LOADING`) установлен → загружает конфигурацию из КЭШ-ОЗУ (смещение `#100`) 3. Если флаг сброшен → загружает конфигурацию из ПЗУ ### Смена конфигурации программно 1. Загрузить файл прошивки в последнюю страницу КЭШ-ОЗУ (смещение `#100`) 2. Записать флаг `ACEX_30K_LOADING` по смещению `#80` 3. Выполнить программный сброс записью в страницу RESET_PAGE (`#A0`), 4. После сброса загрузчик находит флаг, загружает прошивку в ППЛМ и стирает флаг При аппаратном RESET флаг отсутствует — загружается начальная конфигурация из ПЗУ. ### Ограничения - Внутренний формат данных ППЛМ — закрытая информация Altera - Программа разводки схем — MAX+Plus II — не работает на ZX-Spectrum/Sprinter (требуется PC) ## 1.4 Конфигурации ППЛМ ### Sprinter-1 Максимально совместима с ZX-Spectrum. Включает: - Режимы Spectrum-128/Scorpion-256/Pentagon-512 - Расширенная память до 4 МБ - Расширенный экран: Spectrum, Text-80×32, Graf-320×256×256 - Контроллер дисковода (ВГ93), контроллер IDE - AT-клавиатура, подключённая как ZX-Keyboard (через порт `#FE`) - COVOX 8-bit - AY-3-8910 (доступен) ### Sprinter-2 Требования к совместимости жёстче. Добавляет: - Акселератор операций с ОЗУ (fill, copy, AND, OR, XOR) - AT-клавиатура через внутренний последовательный порт Z84C15 (сканкоды, не ZX-матрица) ### ZX-Spectrum+AY Максимальное приближение к ZX-Spectrum-128/256. AY-3-8910 (3-я версия, в ППЛМ): 3 голоса, шум, амплитуда, огибающая (обнаружена ошибка в формирователе огибающей [IvanMak.txt:224–229]). ### Game-1 На базе Sprinter-2. Акселератор без логических функций. COVOX-Blaster (15 кГц). ### DooM Развитие Game-1. Акселератор с аппаратным растяжением/сжатием вертикальных и горизонтальных линий. ### Video Похожа на Game-1, добавлена возможность передачи данных с HDD прямо в видео-память. Режим `GR-256-4×4` — 160×128 с аппаратным удвоением пикселя. ### Плата Sp2000 Конфигурации Sprinter-1, Sprinter-2 и ZX+AY объединены в одну прошивку. Переключение — через системный порт. Game-1, DooM, Video также планируется свести в одну. ## 1.5 Система памяти (обзор) Адресное пространство Z80 (64 КБ) разделено на 4 окна по 16 КБ: | Окно | Адреса | Название | Назначение (по умолчанию) | |---|---|---|---| | W0 | `#0000..#3FFF` | PAGE0 | ПЗУ (системное) | | W1 | `#4000..#7FFF` | PAGE1 | ОЗУ, страница 5 | | W2 | `#8000..#BFFF` | PAGE2 | ОЗУ, страница 2 | | W3 | `#C000..#FFFF` | PAGE3 | ОЗУ, любая страница (0..N) | Основная память — 4..64 МБ — делится на блоки по 16 КБ. Управление через порты страниц (`#82`, `#A2`, `#C2`, `#E2` для окон 0..3). ПЗУ: `#E0..#EF`. КЭШ-ОЗУ: `#F0..#FF`. Детально — `04-memory.md`. ## 1.6 Видеосистема (обзор) Основа — ППЛМ + 256 КБ видео-ОЗУ. Два режима адресации VRAM: - **Спектрумовский** — экран 32 блока по 8 КБ, адрес через RGADR - **Графический** — 256 строк × 1024 байта, линейная адресация; страницы `#50..#5F` Режимы вывода (задаются для каждого квадратика 8×8): - ZX-40 — текстовый 40×32 (Spectrum-совместимый) - ZX-80 — текстовый 80×32, до 36 знакогенераторов - GR-256-8 — графический 320×256×256 цветов - GR-16-16 — графический 640×256×16 цветов Палитра: 8 палитр по 256 цветов из 16 млн. Цвет: 3 байта RGB (BGR) на цвет. четыре из этих восьми палитр используются для графических режимов и оставшиеся четыре для текстовой палитры — 4 текстовые палитры (paper, ink, flash-paper, flash-ink) по адресам `#03F0..#03FE`. Детально — `05-graphics.md`. ## 1.7 Акселератор (обзор) Акселератор — быстрое внутреннее ОЗУ в ППЛМ. Присутствует в Sprinter-2 и выше. Управляется через NOP-команды процессора (`LD D,D`, `LD L,L`, `LD C,C` и др.), которые ППЛМ распознаёт как инструкции акселератора. Операции: fill, copy, AND, OR, XOR. **время копирования полного экрана.** - «~1.2 инта» (~24 мс при 50 Гц) **формула скорости.** «Время работы акселератора = число пересылаемых байт / 7000000 (секунд)» **акселератор и прерывания.** требуется DI/EI (акселератор сильно меняет систему команд). Детально — `06-accel.md`. ## 1.8 Быстрое ОЗУ (КЭШ-ОЗУ) 64 КБ SRAM с доступом без wait states на частоте 21 МГц. Физические страницы `#F0..#FF`, реально 4 страницы по 16 КБ. Подключается через порт `#FB` (стандартный Pentagon-овский), чтение `IN A,(#FB)` — включает, `IN A,(#7B)` — выключает. Ограничения: - Несовместимо с акселератором - Не сохраняется между процессами - Конфликт с COVOX по порту `#FB` - На Sp2000 используется для загрузки прошивок ППЛМ и как временное хранилище Детально — `04-memory.md`. ## 1.9 ISA-слоты Два 8-битных ISA-слота. Возможны два способа доступа к ISA — вероятно, разные конфигурации ППЛМ: - Через страницы памяти `#D0..#DF` [IvanMak.txt:855–858]: «Бит 1 номера означает выбор доступа к порту или памяти ISA, а бит 2 определяет к какому из двух слотов осуществляется доступ.» - Через управляющие порты [Parinov.txt:798–857]: (1) запись `#10` в порт `1FFDh`, (2) запись управляющего байта в порт `0E2h` (бит D2=слот, D1=порт/память), (3) использование порта `9FBDh` для старших адресов. ## 1.10 Звук (обзор) COVOX: ЦАП TDA1543 — 16-битный стерео, COVOX — 8-битный, реально используется 10 бит для одновременного вывода COVOX и AY. **порт CBL.** «Порт управления: 004Eh (16-bit port!!!, писать только через OUT (C),reg)» — 16-бит, требуется `OUT (C),A`. Компоненты звукового тракта: - **16-битный ЦАП TDA1543** (реально 10 бит) — подключён к ППЛМ - **AY-3-8910** — эмуляция в ППЛМ (3-я версия: 3 голоса + шум + огибающая) - **COVOX 8-bit** — порты `#FB` / `#4F`, через TDA1543 - **Бипер** — бит 3 порта `#FE` - **COVOX-Blaster (CBL)** — COVOX с буферным ОЗУ 256 байт, 15/22 кГц. Управление порт `#4E` Детально — `08-io.md`. ## 1.11 Клавиатура (обзор) В Sprinter-1 — ZX-клавиатурная матрица через порт `#FE`. В Sprinter-2 и выше — AT-клавиатура через внутренний SIO Z84C15 (порты `#18`/`#19`). Сканкоды напрямую, FIFO на 3 байта. Детально — `08-io.md`. ## 1.12 Мышь Microsoft Mouse (2 кнопки) через последовательный порт Z84C15. Порт команд: `#1B`, порт данных: `#1A`. Детально — `08-io.md`. ## 1.13 Дисковая подсистема - **FDD**: КР1818ВГ93 (WD1793). Порт `#1F` перенаправляется на `#0F` в ПЗУ. Поддержка 720 КБ / 1.44 МБ. - **HDD**: IDE/AT. Порты `#XX50..#XX55`, регистры `#20..#29`. - **CMOS Dallas DS12887A**: порты `#FFBD` (read), `#BFBD` (write), `#DFBD` (address). Детально — `08-io.md`. ## 1.14 Система прерываний (обзор) Поддерживаются IM1 и IM2. Генерация INT — через бит 0 порта `#FE`. CTC Z84C15 — таймер, SIO — клавиатура. ISA-слоты — IRQ через PIO порт B (`#1F`). Детально — `07-irq.md`. ## 1.15 Сброс и старт машины Программный сброс (без перезагрузки ППЛМ) [IvanMak.txt:1385–1394]: ``` DI LD A, 16 LD BC, 1FFDh OUT (C), A LD A, 0A0h OUT (PAGE3), A ; PAGE3 = #E2 LD (0C000h), A ; в этот момент происходит RESET DI HALT ``` Сброс с перезагрузкой ППЛМ — через функции BIOS (`02-bios.md`). Аппаратный RESET — начальная конфигурация из ПЗУ. ## 1.16 Плата Sp2000 — особенности - Конфигурации объединены в две прошивки ППЛМ (Sprinter-1+Sprinter-2+ZX+AY — одна; Game-1+DooM+Video — другая) - AY-сопроцессор доступен и в Sprinter-1, и в Sprinter-2 - ОЗУ: 72-pin SIMM, от 4 до 64 МБ - Внутренние порты Z84C15: `#10..#1F`, `#EE`, `#EF`, `#F0`, `#F1`, `#F4` — их адреса вне ППЛМ - Обнаружена ошибка в формирователе огибающей AY (3-я версия) ## 1.17 Кросс-ссылки - BIOS: `02-bios.md` - DSS/ESTEX: `03-dss.md` - Память, режимы, банки: `04-memory.md` - Видео, палитра: `05-graphics.md` - Акселератор: `06-accel.md` - Прерывания: `07-irq.md` - Диски, джойстик, принтер, ISA: `08-io.md` - Клавиатура, мышь: `09-input.md` - Звук: `10-sound.md` - Карта портов: `11-ports.md` - Баги: `12-bugs.md`