Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

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ZX-Heinz
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Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 16.09.2018, 11:39

Hallo,
für diejenigen, die die Spectrum-Rubrik nicht lesen, hier einen link auf eine interessante Neuentwicklung - auch für den ZX81:
bokje hat einen ZX81-ROM entworfen, der die Verwendung eines Arithmetikprozessors (AM9511) am Zeddy ermöglicht.
viewtopic.php?f=6&t=2831&start=25#p37187
Zum nächsten Mahlertstreffen könnte alles fertig sein: Für den ZX81, den NU, auch unter H4TH, und für den Spectrum. Alles mit der gleichen APU-Karte.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 19.09.2018, 17:21

tokabeln hat mir freundlicherweise eine APU AM9511A-4DC (4MHz-Variante) zugesandt, und ich konnte experimentieren. Zusammenfassend: Alles läuft bestens!!
Hier die Einzelheiten:
1. Ich habe eine ZX81-Platine Iss3 mit 1kB RAM, Andys ULA und bokjes zx81apu.rom (8kB, ab #0000) aus
viewtopic.php?f=6&t=2831&start=25#p37187
.
Angesteckt ist meine APU-Karte mit Adressdecoder LS138 und step-up-Regler (s. Schaltbild)
board_komplett.jpg
board_komplett.jpg (184.16 KiB) 793 mal betrachtet
APU-scheme_klein.jpg
APU-scheme_klein.jpg (74.56 KiB) 602 mal betrachtet
Alles funktioniert prächtig, bokje hat mit dieser ROM-Modifikation eine herausragende Arbeit geliefert! :D :D :D Besten Dank!! Dieses ROM ist sofort massentauglich!

Hier sind Testergebnisse und Bemerkungen:
1. Benchmark-Test1 aus HappyComputer
BENCH1.p
(208 Bytes) 10-mal heruntergeladen
Der Zeddy mit APU braucht 19 sec, der Zeddy ohne APU braucht 10*60=600 sec. (Faktor 31!)
2. Stromaufnahme der Karte = 190mA. Somit wird 1W an der APU umgesetzt. Die Temperatur läuft auf 54°C ohne Kühlkörper hinauf, etwa so, wie bei der Standard-ULA.

2. Die Ursprungsidee, APUs wieder aufleben zu lassen, kam von tokabeln. Besten Dank für diese Anregung. :D Seine Karte enthält ein modifiziertes ROM, ich habe das ROM auf der Hauptplatine gewechselt. Das ist natürlich nicht optimal. Für den Zeddy ergeben sich zwei Möglichkeiten:
a) Eine Karte mit Zusatz-ROM wie bei tokabeln, oder
b) Eine Verwendung der Karte am NU, wo man evt. das ZX80-ROM durch ein APU-ROM ersetzen könnte. Für die Verwendung am NU muss aber die Adressdekodierung etwas vollständiger erfolgen. (Obige Karte reagiert auch auf IN B,(#5F), damit spricht der NU aber das Vdrive an.)
c) Eine gemeinsame Karte für ZX81 und ZX Spectrum ist nur bei der o.a. Schaltung von mir möglich, da (bis auf RESET) die verwendeten Leitungen am edge connector passen. Will man ein ROM auf die Karte bringen, so brauchtman u.a. die Adressleitungen A8,A9,..., und die liegen auf beiden Maschinen verschieden. Das erschwert eine gemeinsame Karte oder macht sie unmöglich. Vor einer Fertigung von Karten für das ZX-team müsste darüber gesprochen werden.
Zuletzt geändert von ZX-Heinz am 21.09.2018, 13:47, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von tokabln » 19.09.2018, 19:19

Hallo Heinz,

freut mich das wenigstens Deine Karte funktioniert. Ich kämpfe weiter mit Widrigkeiten.
Wollte ebenfalls am Zeddy testen und bevor ich das wollte, hatte ich den erstmal so eingeschaltet. Was soll ich sagen... er scheint tot zu sein :evil: somit gab es bis jetzt keinen Test.

Das Speccy Netzteil das jch bis dato am 48K Testspeccy verwendet habe gab auch den Geist auf und so komme ich nicht dazu den eigentlichen Kandidaten, meine APU Karte zu testen.

Wenigstens hast Du Erfolg mit dem Thema.
Lieben Gruß Torsten
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von Joachim » 20.09.2018, 10:50

Hallo Heinz!
Phänomenal! Ich bewundere dich, wie du einfach mit einpaar Umstrickarbeiten solche Erfolge erzielst. Bei Mr.Z war das auch schon so. Zugegeben: Das Herz hat mir schon geblutet, als ich 'meine' PIO-Platine gesehen habe ;)
Ist der Step-Up-Regler ein Chinese?
Viele Grüße!
Joachim


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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 20.09.2018, 16:07

Joachim hat geschrieben:
20.09.2018, 10:50
Ist der Step-Up-Regler ein Chinese?
Ja, 2,50€.
Am ZX81 läuft mit bokjes ROM alles perfekt, ihm vor allem gebührt der Dank! Am ZX Spectrum gibt es Rechenfehler, 2*2=4 geht noch, aber schon 2.1*2 ist falsch!

Ich habe versucht, Dein MANDEL.P in den ZX81 über EAR zu laden. Das ist mir bisher nicht gelungen. Bei kurzen Programmen funktioniert die Audioeinspeisung aber. Ich habe Andys ULA gesteckt. Braucht die andere Pegel als eine orig. ULA?

Es wäre nun schön, wenn sich das bokje-ROM mit dem ZX81NU-ROM verheiraten ließe. Dann hätte man am NU die Option, ein 8kB-ROM mit der APU zu betreiben (anstelle des ZX80-ROMs). Vielleicht gibt es aber noch andere Ideen. Evt. ist eine Ansteckkarte mit eigenen ROM (wie sie tokabeln für den ZX Spectrum produziert hat) sogar die bessere Variante. Die könnte man sofort nehmen, man müsste nur den edge-connector auf den ZX81 zuschneiden, also ein paar Leitungen (z.B. A8-A15) anders ziehen. Und die Logik würde ich etwas anders gestalten. Auch auf meiner Karte könnte die für den Dauergebrauch selektiver sein.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von tokabln » 20.09.2018, 16:28

Meine Idee ist es, eine Logik auf dem APU Board zu etablieren, die erkennt an welchem System (ZX81 oder 48K Speccy) sie steckt und dann die entsprechenden Leitungen zu routen. Aber das ist noch nur eine Idee. Dann hätte man wirklich eine Karte die an beiden Systemen funktioniert und ich würde ggf. noch die Option per Jumper etablieren ob die Karte mit externem EPROM oder mit internem EPROM funktionieren soll.

Jetzt schauen wir mal das das Ganze erstmal vernünftig und ohne Rechenfehler läuft. Dann alles weitere.
Lieben Gruß Torsten
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 20.09.2018, 17:55

Es ist doch noch nicht alles perfekt. Zwar läuft die Karte anstandslos auf dem Zeddy, aber mir ist folgendes aufgefallen:
Auf der Karte habe ich auf der Leitung /PAUSE->/WAIT eine LED. Und die leuchtet schwach. Sollte sie nicht, da die Leitung /PAUSE nur ganz ganz selten LOW ist. Der Oszi zeigt: Das schwache Leuchten sind 16kHz Impulse (Zeilenfrequenz), und ein Blick in den Schaltplan des ZX81 zeigt, dass die /WAIT-Leitung über Tr1 von der ULA zwecks Videoausgabe bedient wird (War mir nicht bewusst)! Die APU wirkt dagegen! Da muss etwas gemacht werden. Evt. eine Diode dazwischen? Im Videobild war mir auch aufgefallen, dass die erste Pixelreihe um einen Pixel nach links versetzt ist. Beim ZX Spectrum ist das anders: /WAIT ist einfach über 1k5 auf HIGH gezogen. Vielleicht rührt daher auch das unterschiedliche Verhalten der Karte an beiden Rechnern. Oder habt Ihr ganz andere Ideen?

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 20.09.2018, 20:59

Nun scheint alles zu funktionieren. Die Entkopplung mit einer Schottky (normale Schaltdiode hat nicht gereicht) hat funktioniert. Der Pixelshift in der ersten Bildzeile ist dadurch auch verschwunden. Dafür trat nun nach kurzer Zeit dasselbe thermische Problem wie am Speccy auf. Ein Kühlblech mit Wäscheklammer hat dies Problem auch gelöst! Der Zeddy rechnet seit 10 min fleißig vor sich hin, Aufgaben wie ASN SIN ASN SIN 1 , und er bekommt jedes Mal 0.9999969 heraus. Nun, nach 15min, ist er wieder ausgestiegen. Das Kühlblech reicht wohl noch nicht aus.
5 min später geht es wieder für weitere 10 min, und die LED zeigt brav die Aktivität der APU an. Mal sehen, wie lange.

20 min später: Ich hatte den Andruck des Kühlbleches etwas optimiert, noch läuft das Programm richtig ab.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von msch » 20.09.2018, 21:58

Klasse! :D

P.S.: Irgendwie habe ich das Gefühl, dass wir in Mahlerts erstmals aktiv gekühlte Sinclairs sehen werden :mrgreen:
manche meinen lechts und rinks kann man nicht velwechsern.
werch ein illtum! (lichtung, Ernst Jandl)

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Wassergekühlter ZX81

Beitrag von TomR » 21.09.2018, 08:33


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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 21.09.2018, 09:49

Wasserkühlung? Hoffentlich nicht!

Zwischenergebnisse: Ich habe inzwischen vier APUs AM9511. Damit ergibt sich Folgendes:

1. APU von tokabeln: 4MHz-Variante (-4DC): Läuft mit LUFT-Kühler 10-15 min.
2. APU von Joachim: 4MHz-Variante (-4DC): Läuft mit LUFT-Kühler 20 sec.
3. Meine APUs aus Fernost sind angekommen: 3MHz-Variante (-1DC): Laufen ohne Kühlung schon seit 15 min, Temperatur ca 50°C.

Sehr seltsam. Ich warte auf Parallelexperimente von tokabeln (oder anderen)

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von siggi » 21.09.2018, 12:06

ZX-Heinz hat geschrieben:
19.09.2018, 17:21
Für den Zeddy ergeben sich zwei Möglichkeiten:
a) Eine Karte mit Zusatz-ROM wie bei tokabeln, oder
b) Eine Verwendung der Karte am NU, wo man evt. das ZX80-ROM durch ein APU-ROM ersetzen könnte. Für die Verwendung am NU muss aber die Adressdekodierung etwas vollständiger erfolgen. (Obige Karte reagiert auch auf IN B,(#5F), damit spricht der NU aber das Vdrive an.)
c) Eine gemeinsame Karte für ZX81 und ZX Spectrum ist nur bei der o.a. Schaltung von mir möglich, da (bis auf RESET) die verwendeten Leitungen am edge connector passen. Will man ein ROM auf die Karte bringen, so brauchtman u.a. die Adressleitungen A8,A9,..., und die liegen auf beiden Maschinen verschieden. Das erschwert eine gemeinsame Karte oder macht sie unmöglich. Vor einer Fertigung von Karten für das ZX-team müsste darüber gesprochen werden.
Meine dringende Empfehlung wäre, möglichst alle Adressleitungen zu decodieren, auch wenn dazu beim Zeddy bzw. Speccy andere Bus-Leitungen angezapft werden müssen, damit man sich im Kontext anderer Karten nicht zu viele unerwünschte Wechselwirkungen einfängt. Wenn man nicht ständig die Karte zwischen Zeddy und Speccy hin- und her tauscht, würden dafür Lötbrücken auf der Platine genügen.

Gruß
Siggi
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 21.09.2018, 13:50

@siggi: Welches wären denn geeignete IO-Adressen? Ich werde wohl auf #7F/#3F gehen, um evt. den NU verwenden zu können.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von siggi » 21.09.2018, 14:11

Gute Frage :wink:
Karl hatte mal zusammengestellt, was an I/O-Adressen beim Zeddy verwendet wird. Da kannst Du Dir eine Adresse auswählen, die nicht kollidiert oder nur mit Adressen kollidiert, die nicht zusammen mit dem Rechenknecht laufen müssen:

viewtopic.php?f=2&t=2327&p=30022&hilit=adresse#p29370

Gruß
Siggi

Nachtrag: Gibt es einen guten Grund, warum die Adressen (#7F/#3) so querverstreut im IO-Bereich liegen (andere Karten des ZX-Teams benutzen A3 für C/D und habe so IO-Adressen im Abstand 8 Byte, was übersichtlicher ist)?
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von tokabln » 21.09.2018, 16:25

Hallo Siggi,

die Adressen sind zunächst einmal von mir aus dem Happy Computer Schaltbild entnommen worden um erstmal zu sehen ob das Ganze überhaupt funktioniert. Heinz hat basierend darauf dann die abgespeckte Version ohne ROM gebaut. Meine Idee ist es immer noch diese Karte sowohl für den Speccy als auch den ZX81 verfügbar zu machen.

Entgegen Heinz sehe ich diese Karte als generellen Einsatz (dann mit externem APU ROM) immer für Programme die rechenintensiv sind. Grundsätzlich ist an diesen Programmen nichts zu verändern, denn das ROM wurde (von Bokje für den ZX81) bzw. gemäß Happy Computer (für den Speccy) soweit angepasst, das die Rechenoperationen statt vom Z80 nun von der APU übernommen werden.

Aber das soll später jeder für sich entscheiden ob er lieber die Karte von Heinz nimmt (ohne ROM und somit ist das ROM im Rechner einzusetzen) oder halt mit ROM dann die Karte von mir.

Hinsichtlich der Adressen denke ich bin ich flexibel... aber ich werde erstmal schauen was generell auf einer kurzen 19" Karte machbar ist oder was nicht. Eventuell schwenke ich auf SMD um, aber das möchte ich eigentlich nicht, den ROM und APU sind weiterhin im DIP Gehäuse.
Lieben Gruß Torsten
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 21.09.2018, 16:29

siggi hat geschrieben:
21.09.2018, 14:11
viewtopic.php?f=2&t=2327&p=30022&hilit=adresse#p29370

Nachtrag: Gibt es einen guten Grund, warum die Adressen (#7F/#3) so querverstreut im IO-Bereich liegen (andere Karten des ZX-Teams benutzen A3 für C/D und habe so IO-Adressen im Abstand 8 Byte, was übersichtlicher ist)?
Danke für die Liste. Die zeigt mir schon mal, dass ich meine favorisierte Adresse #7F wegen der Vdrives nicht nutzen sollte. (Ich betreibe Vdrives am Speccy auf #7B). Die von Dir vorgeschlagene Adressleitung A3 ist für den Spectrum eine schlechte Wahl, da hierauf der serielle Port liegt. Aus Speccysicht sind A5-A7 gut. So fiel die Wahl auf A6, was den Abstand 64 ergibt.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von Joachim » 21.09.2018, 16:30

Hallo Torsten!
Die Lösung mit dem ROM auf der Karte würde ich auch favorisieren. Ein originales ROM kann man nicht so einfach durch ein EPROM ersetzen. Auch sind die Dinger meistens eingelötet. Das Entlöten ist nicht sooo trivial und auch nicht jedermanns Sache.
Viele Grüße!
Joachim


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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von roko » 22.09.2018, 06:41

Hallo Joachim,

Wir sind aufgewachsen mit die Gedanke das der OriginalROM immer am Ruder stehen muss.
Aber es koennte einfach ein (leicht geaenderte?) Kopie im Interface geben, die das interne Original total ersetzt.
Loeten im Geraet ist dann nicht notwendig.
Dann sollte auch das Umschalten zwischen ROM-Baenke (viel) weniger HardwareAufwand mitbringen.
Und koennte Forth gleich dabei sein....

Fuer Spectrum hier beschrieben unter 'nwBANKswitching' (english):
http://www.biehold.nl/roelof/

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von msch » 22.09.2018, 09:34

Bin auch ein Freund von "sauberen" Lösungen, also bitte ROM auf Karte. Das wäre dann auch einfacher zu ersetzen.
manche meinen lechts und rinks kann man nicht velwechsern.
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 22.09.2018, 11:05

Massenspeicher werden bei Verwendung der APU-ROMs aber ein Problem werden:
ZX81: VDRIVE geht nicht, NU geht (bisher) nicht. Nur H4TH mit VDRIVE hätte eine Chance.
ZX Spectrum: IF1 und µDrive gehen nicht, DivIde geht nicht,...

Das wird eine Renaissance des Tapes. :mrgreen:

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von siggi » 22.09.2018, 11:33

ZX-Heinz hat geschrieben:
22.09.2018, 11:05
Massenspeicher werden bei Verwendung der APU-ROMs aber ein Problem werden:
ZX81: VDRIVE geht nicht, NU geht (bisher) nicht. Nur H4TH mit VDRIVE hätte eine Chance.
ZX Spectrum: IF1 und µDrive gehen nicht, DivIde geht nicht,...

Das wird eine Renaissance des Tapes. :mrgreen:
Speccy und Zeddy müssen ja nicht notgedrungen die gleiche IO-Adresse benutzen (das gleiche ROM benutzen sie ja auch nicht :mrgreen: ).
Über Lötbrücken die richtigen Stecker-Pins (bei Zeddy und Speccy ja teils unterschiedlich) zum Adressdecoder durchschalten und dort (per DIP-Switch?) eine jeweils passende Adresse einstellen.

Joachim hat ja auch mal diverse Adressleitungen an den UART-Chip auf seinem Serial-Board per Jumper einstellbar gemacht, damit WILFs und andere Terminalprogramme damit laufen.
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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von Joachim » 22.09.2018, 14:44

Ich denke, dass das Interesse so groß sein wird, dass man zwei Platinen - eine für Speccy und eine für Zeddy - machen könnte. Das Layout wird ja überwiegend gleich sein. Ich wäre mit zwei oder drei Platinen für den ZX81 dabei (In Basic runde Aussparungen fräsen :) )
Viele Grüße!
Joachim


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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 22.09.2018, 17:49

siggi hat geschrieben:
22.09.2018, 11:33
ZX-Heinz hat geschrieben:
22.09.2018, 11:05
Massenspeicher werden bei Verwendung der APU-ROMs aber ein Problem werden:
ZX81: VDRIVE geht nicht, NU geht (bisher) nicht. Nur H4TH mit VDRIVE hätte eine Chance.
ZX Spectrum: IF1 und µDrive gehen nicht, DivIde geht nicht,...

Das wird eine Renaissance des Tapes. :mrgreen:
Speccy und Zeddy müssen ja nicht notgedrungen die gleiche IO-Adresse benutzen (das gleiche ROM benutzen sie ja auch nicht :mrgreen: ).
Über Lötbrücken die richtigen Stecker-Pins (bei Zeddy und Speccy ja teils unterschiedlich) zum Adressdecoder durchschalten und dort (per DIP-Switch?) eine jeweils passende Adresse einstellen.
@siggi: Das Problem ist ein anderes: Die Treiberroutinen für die Massenspeicher sind durch die APU-Software überschrieben! Platzmangel im ROM.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von ZX-Heinz » 22.09.2018, 17:51

Die Instabilitäten sind behoben: Eine Pufferung der Versorgungsspannung mit 33µF auf der Karte haben die Probleme behoben. Die chip Temperatur ist konstant bei 54°C nach Laufzeit von 45 min. Also doch kein thermisches Problem. Der Test lief mit der 3MHz-Variante.

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Re: Arithmetik-Prozessor für den ZX81 und den ZX Spectrum

Beitrag von Joachim » 22.09.2018, 18:03

Hallo Heinz,
bevor ich meine 4MHz-Typen in die Tonne kloppe: Trifft die Temperaturstabilität auch auf diese Typen zu?
Viele Grüße!
Joachim


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