Забытые советские технологии - оживают в полдень 21 века
Наверняка многие из читающих знакомы с советским калькулятором серии МК52, МК61. И вероятно кто-то из вас помнит что Лунный Коршун, не птица и не название космического корабля. Все это когда то невероятно увлекало и меня и моего товарища по несчастью, проделавшего накануне приличную работенку по адаптации исходного кода эмулятора МК61 на платформу stm32 mk61s gitlab.
Когда то давно Феликс Лазарев положил начало всему этому «безобразию», вскрыв первый К145ИК1302 и посмотрев на него в микроскоп.
Затем им были вскрыты и третий и шестой чипы этого комплекта и наконец восстановлен микрокод (микропрограммы и микрокоманды) ПЗУ. По результатам этой работы Феликс описал ядро эмулятора МК61 и выложил его в свободный доступ github.com/BigEd/emu145.
Усилием другого нашего соотечественника Сергея Тарасова появился код эмулятора по ПК использующий ядро МК61. sourceforge.net/projects/mk72r/
Сергей Вакуленко перенес эмулятор на платформу MIPS на микроконтроллер Microchip — PIC32 Электроника МК61 на платформе MIPS PIC32.
Настал мой черед толкнуть этот пульмановский вагон вперед и при поддержке Сергея Тарасова эмулятор переехал под платформу msp430 sourceforge.net/p/mk72r/code/HEAD/tree/sources/mk61msp/. Пришлось попотеть, что бы поднять производительность эмулятора хотя бы до 2-кратного по сравнению с 100Гц дедушкой МК61.
Та еще была детективная история по поиску внутренних резервов для разгона кода и попыток понять непонятное :) Впрочем удалось не так уж и много — 2,3 раза от оригинала.
1. pmk.arbinada.com/en/node/1305
2. pmk.arbinada.com/ru/node/1306
3. pmk.arbinada.com/ru/node/1313
И вот не далее как три дня назад мой друг, писатель и фантаст, Виталий Самуров работая над платформой stm32basic в чем то похожей на незабываемый Электроника МК85, решился на новый эксперимент в этой области Тьмы и полного ЕГГОГ.
Видео работы МК61S в режиме программирования
Видео работы MK61S в режиме вычислений
Он поднял модернизированный код для msp430 на новой платформе stm32f108c6t
(Blue pill) дав ему приличногопинка форсажа за счет тактовой частоты. Теперь уже эмулятор выдал 4,7 полноценных попугаев от своего советского дедушки. Впрочем поиск резервов оптимизации продолжается и уже опробован stm32f411ce (Black pill).
На 96МГц из нее удалось выжать производительность в 7,4 раза быстрее дедули.
Однако, как показывает практика, догнать и перегнать Америку вряд ли удастся :), впрочем эмулятор ценен для нас тем что абсолютно идентичен советской Электронике МК61/МК52 и способен показать точно такой же числовой океан с населяющими его чудовищами и тьмой.
проект mk61s находится по адресу gitlab.com/vitasam/mk61s
Когда то давно Феликс Лазарев положил начало всему этому «безобразию», вскрыв первый К145ИК1302 и посмотрев на него в микроскоп.
Затем им были вскрыты и третий и шестой чипы этого комплекта и наконец восстановлен микрокод (микропрограммы и микрокоманды) ПЗУ. По результатам этой работы Феликс описал ядро эмулятора МК61 и выложил его в свободный доступ github.com/BigEd/emu145.
Усилием другого нашего соотечественника Сергея Тарасова появился код эмулятора по ПК использующий ядро МК61. sourceforge.net/projects/mk72r/
Сергей Вакуленко перенес эмулятор на платформу MIPS на микроконтроллер Microchip — PIC32 Электроника МК61 на платформе MIPS PIC32.
Настал мой черед толкнуть этот пульмановский вагон вперед и при поддержке Сергея Тарасова эмулятор переехал под платформу msp430 sourceforge.net/p/mk72r/code/HEAD/tree/sources/mk61msp/. Пришлось попотеть, что бы поднять производительность эмулятора хотя бы до 2-кратного по сравнению с 100Гц дедушкой МК61.
Та еще была детективная история по поиску внутренних резервов для разгона кода и попыток понять непонятное :) Впрочем удалось не так уж и много — 2,3 раза от оригинала.
1. pmk.arbinada.com/en/node/1305
2. pmk.arbinada.com/ru/node/1306
3. pmk.arbinada.com/ru/node/1313
И вот не далее как три дня назад мой друг, писатель и фантаст, Виталий Самуров работая над платформой stm32basic в чем то похожей на незабываемый Электроника МК85, решился на новый эксперимент в этой области Тьмы и полного ЕГГОГ.
Видео работы МК61S в режиме программирования
Видео работы MK61S в режиме вычислений
Он поднял модернизированный код для msp430 на новой платформе stm32f108c6t
(Blue pill) дав ему приличного
На 96МГц из нее удалось выжать производительность в 7,4 раза быстрее дедули.
Однако, как показывает практика, догнать и перегнать Америку вряд ли удастся :), впрочем эмулятор ценен для нас тем что абсолютно идентичен советской Электронике МК61/МК52 и способен показать точно такой же числовой океан с населяющими его чудовищами и тьмой.
проект mk61s находится по адресу gitlab.com/vitasam/mk61s
12 комментариев
Охренеть! xD Архитектура впечатлила. Интересно — прошивки уже полностью до последнего винтика расковыряли в плане осознания что в них происходит алгоритмически или всё еще там зияют чёрные дыры непоняток «почему оно работает?»?
P.S. Как всегда надежда на свежую кровь в этом вопросе, может быть иной взгляд со стороны.
Складывается какая то противоречивая картинка. С одной стороны говорится, что каждая инструкция программы исполняется 42 такта по числу _тетрад_ в «кольцах».
С другой говорится что одна тетрада обрабатывается за 1 такт (микрокоманду).
Но с третьей стороны опять же утверждается, что в процессе исполнения инструкции для обработки той же мантиссы нужно по 3 повторяющихся микрокоманды в той же первой фазе команды:
Вот эти вот 3-4-5 вроде как обрабатывают одну цифру/тетраду мантиссы.
Чего то я тут явно недопонимаю, т.к. эти сведения имхо противоречивы.
По поводу обработки мантисы я Фролова не понял, возможно потому что он цитирует Я. Трахименко xn--b1aph9d.xn--p1ai/biblioteka/cartochki/0036.htm, а там тоже не все прозрачно, я например не продрался.
В мантисе 8 разрядов, и по программе видно что каждый такт в объект эмулирующий К145ИК13хх посылается дополнительный параметр по которому считывается 32-битная микроинструкция. Каждый бит этой микроинструкции управляет функциональными устройствами К145ИК13хх. Вот следование этого параметра друг за другом.
0,1,2,3,4,5 3,4,5 3,4,5 3,4,5 3,4,5 3,4,5 3,4,5 6,7,8 0,1,2 3,4,5,6,7,8 0,1,2,3,4,5
И таких вызовов 42, за один цикл. В принципе тут усматривается система о которой пишет Фролов. Но последний 3,4,5 идет не подряд. Мантисса 8-разрядная а триады 3,4,5 следуют подряд только 7 раз. А вот такому рисунку,
который я делал когда искал смещение переменных внутри кольца, это больше соответствует. Может я плохо понял, то что Вас интересовало? Давайте попробуем решить этот ребус вместе еще раз :)
Здесь автор довольно резонную и звучащую крайне разумно в свете всего сказанного мысль говорит, что команда ИК13 разбита на 3 синхропрограммы именно потому что авторы девайса выработали жёсткую схему: первая синхропрограмма в первой фазе команды обрабатывает мантиссу, вторая синхропрограмма (вторая фаза) — экспоненту и, наконец, третья — некие доп-функции главная среди которых — условный переход. Звучит весьма разумно.
Почему первая фаза состоит не из 8 3-4-5? Тут мне кажется тоже всё логично — во первых нужно как то иначе обработать знак (0-1-2), далее обрабатываются 7 знаков экспоненты (3-4-5) и последний разряд по схеме создателей чем то выделяется, поэтому он перескакивает на (6-7-8). Повторюсь — звучит логично.
Мантисса так же состоит из трёх разрядов — знак и две цифры.
Опять видим, что знак во второй фазе соответствует 0-1-2, далее «срединные» 3-4-5 и опять особым образом почему то нужно последнюю цифру замкнуть 6-7-8. По крайней мере в этом усматривается схема, хотя знания того как перенос работает тут немного не вписывается — но возможно как раз потому что я не понимаю почему на каждый разряд отведено 3 микроинструкции, если мы знаем что такт разбит на микротакты и там 4 действия типа сложить разряд побитово уже как то вписано…
В кольце залегают группы тетрад, обратите внимание 1 р-р мантиссы внутренних регистров 0… Е, лежат первой тетрадой в кольце, затем следуют тетрада X1, X, Y, Z, T. Поэтому если к примеру мы работаем с регистром X осуществляя какую то операцию над ним, то выглядит это так:
1 такт из 4 фаз работаем над 1 разрядом мантиссы X- пропуск 2 тактов из 4 фаз каждый — 1 такт из 4 фаз работаем над 2 разрядом мантиссы Х — и так далее. Как тут быть? Мне кажется кольцо гоняется по кругу дикое кол-во раз ради прохождения одной операции к примеру сложения.
По сути это и есть мой вопрос из выше — как именно и что обрабатывается в каждом такте — почему Фролов утверждает что каждый разряд одного числа которое хранится вперемешку с двумя другими числами требует трёх микроинструкций при том что уже после первой в разрезе кольца оказывается разряд другого числа, а на следующем такте там опять будет разряд третьего числа. Тут я и не понял чем должны заниматься эти две микроинструкции и поэтому закралось подозрение что чего то не понимаю в общей схеме работы.
Однако снова подумаем — если каждая макроинструкция программы отрабатывает за 42 такта и за эти 42 такта кольцо проворачивается ровно 1 раз, то получается, что в начале следующей инструкции мы снова оказывается в начале X. Тогда следует логичный вроде бы вывод — что для того чтобы обработать два соседних числа в этой «нарезке слайсами», то значит микрооперации 0-1-2 и обрабатывают сразу три числа одновременно цифра-за-цифрой. Так что ли? Т.е. предполагается «последовательно-параллельная» обработка трёх чисел за раз?
Хмм…
Вот это и есть по сути мой вопрос.
Условно я разбил кольцо на пакеты по 42 тетрады каждая. 15 пакетов или еще можно сказать фреймов. Фрейм используется для хранения данных и кода одновременно. Т.е. в одном фрейме-пакете залегает например регистр Р0 и код для шагов 0-7 программы. Либо например регистр стека Х1, регистр Р9 и 64-70 шаг программы.
На что я хочу обратить внимание (сейчас я прям очень грубо представлю) — что за один проход по кольцу сложить X и Y нельзя, ну потому что мы схватили младший разряд X, добрались до следующего фрейма в котором лежит младший разряд Y и уже прошло 42 такта (из 4 фаз). После сложения этих разрядов у нас сформировался перенос CARRY, но применить его к следующему разряду X+Y+CARRY мы сможем только после прокрутки кольца полностью. Но что меня особенно заботит это то что так складывать два числа без учета их порядка занятие совершенно бессмысленное, мантису надо сдвинуть таким образом что бы порядки чисел совпадали. Я специально утрировал ситуацию что бы показать как бы надо было бы действовать если бы не было внутренних регистров колец внутри ИК145, а они есть R и ST, адресация в них привязана к такту, т.е. не независимая, но что характерно меняется по кольцу от 0 до 41, поскольку R и ST это тоже замкнутые кольца величиной 42 тетрады.
С таким буфером как R и ST уже можно себе позволить заглотить мантису и порядок X из магистрального кольца целиком, впрочем поскольку мантиса лежит не подряд то и в буфер она тоже ляжет не подряд а с разрывом. Как правило на этом месте у меня уже начинает дергаться глаз :) поскольку при подходе к Y магистральное кольцо синхронизируются с внутренним регистром R и ST то сложение X[i]+Y[i]+CARRY становится возможным. Но блин надо же еще нормализовать мантису по порядку. :)
У меня в детстве был МК-61, и я даже неплохо по нему упарывался, но честно говоря никода даже не задумывался как он реализован внутри.
Думал, что в микрухах просто обычные элементы зашиты. А оказалось, что всё по серьёзному и современному — микрокод и всё такое.
Так же интересная архитектура с этим кольцевым буффером, хоть из-за неё и страдает быстродействие, но действительно достаточно элегантно и просто можно расширять схему.
Первые калькуляторы на арифметике +-*/ делались чисто под эти операции — BCD-логика разряд за разрядом — дешевая память в виде shift registers просто просилась в такие алгоритмы. А дальше уже остановится не могли усложняя раз за разом на базе предыдущего опыта.