6-28 - Elektor Juni 1980 Elektors !tC-Systeme

Elekrors ,uC-Systemeein Überblick

Der Selbstbau eines Mikrocom-puters ist sicherlich ein lohnendesVorhaben. Doch wer die Wahl hat,hat die Qual: Elektor veröffent-lichte bisher drei Selbstbau-Mikrocomputer-Systeme, so daßdie Entscheidung schwerfällt.Dem Anfänger auf diesem Gebiet,dem die unterschiedlichenKonzeptionen der drei Systemeweniger deutlich sind, werden hierdie notwendigen Orientierungs-hilfen gegeben.

Die drei Elektor-Mikrocomputersystemetragen die Namen "SC/MP-System","TV-Spielcomputer" und "Junior-Com-puter"; in dieser Reihenfolgewurden sieveröffentlicht. Bevor die drei Systemeeinander gegenübergestellt werden, er-scheint eine Randbemerkung notwendig:Dieser Artikel will nur die unterschied-lichen Eigenschaften der drei Systemeaufzeigen, nicht jedoch einen generellenÜberblick über die Einsatzmöglichkeitenvon Mikrocomputern geben. Wenn beider Beschreibung der einzelnen Sy-steme Anwendungen genannt sind, sobedeutet das natürlich nicht, daß dasbetreffende System nicht auch füreinen anderen Zweckgeeignet ist.Das erste Elektor-Mikrocomputersystemist das SC/MP-System. Dieser modularaufgebaute Mikrocomputer verdanktseinen Namen dem verwendeten Pro-zessor: SC/MP (sprich: Skemp) bedeutet"Simple to use, Cost effective Micro-Processor"; diese Abkürzung wurdedem Prozessortyp INS8060 von seinemHersteller (National Semiconductor) mitauf den Weggegeben.Die wichtigste Eigenschaft des SC/MP-Systems ist sein modularer Aufbau. ZurHardware dieses Systems gehören eineReihe von Platinen im Euroformat(10 cm x 16 cm); sie sind miteinanderüber einen gemeinsamenBusverbunden.Ein Bus ist bekanntlich nichts anderesals ein Bündel von Verbindungslei-tungen, die sich beim SC/MP-Systemebenfalls in Form von Kupferbahnenauf Platinen befinden. Über den Bus

1

~1~1L.:.J1L.:.J1l..!.J1~

79073.2

Versorgung79073.'

TV.Spielcomputer79073

UHF.Modulator

9967

.0.'................ .. ....-'-'-'-'-'

i' Steuerknüppel(joysticksl 80121. 1

Bild 1. Oer TV.Spielcomputer ist ein selbst programmierbares Farb-TV-Spiel. Das Bild zeigtschematisch seinen Aufbau.

werden die Kontaktleisten der einzelnenSystemplatinen parallelgeschaltet.Der modulare Aufbau verhilft demSC/MP-System zu einer hohen Hard-ware-Flexibilität. In seiner niedrigstenAusbaustufe besteht das System auszwei Eurokarten. Erweitern läßt es sicheinfach durch Einstecken von zusätz-lichen Karten in den Bus. Nicht nur dieSpeicherkapazität (RAM und ROM)kann auf diese Weise erhöht werden,sondern die Erweiterung kann beispiels-weise auch aus einem Interface für einenDrucker bestehen.Die beiden anderen Systeme unter-scheiden sich auf den ersten Blick vomSC/MP-System durch ihren geringerenUmfang an Hardware. Zwar ist derTV-Spielcomputer für begrenzte Hard-ware-Erweiterungen vorbereitet, hierkommt aber im wesentlichen nur eineErhöhung der Speicherkapazität inBetracht. Da der Verwendungszweckdes Spielcomputers festliegt, spielen beiihm Erweiterungen von vornherein einewenigerwichtige Rolle.Der Junior-Computer besteht in seinereinfachsten Form ebenso wie derSpielcomputer aus nur einer einzigenPlatine (abgesehen von der Speisungund vom Display). Bei dieser jüngstenEntwicklung aus dem Elektor-Laborwurde angestrebt, mit möglichstgeringen Investitionen einen kleinen,aber vollwertigen Mikrocomputer zuschaffen. Als Prozessor dient beimJunior-Computer der populäre 6502.Über eine auf der Platine befindlicheKontaktleiste kann der Junior-Computerdirekt mit dem SC/MP-Bus verbundenwerden, so daß alle SC/MP-System-Erweiterungen auch für den Junior-Computer nutzbar sind. Ein auf dieseWeise ausgebautes Junior-Computer-Sy-stern ist gewissermaßen ein SC/MP-System mit anderem Prozessor.Eine Sonderstellung unter den dreiElektor-Mikrocomputersystemen nimmtder TV-Spielcomputer ein. Er wurdenämlich für die Erzeugung von Farb-TV-Bildern konzipiert. Dabei könnensich Bildteile bewegen, ihre Form undihre Farbe ändern sowie verschiedenesandere mehr. Was auf dem Bildschirmerscheint, hängt ausschließlich vomProgramm ab, das sich gerade im Com-puter befindet. Der TV-Spielcomputerist deshalb eigentlich ein komfortablesund vielseitiges TV-Spiel; er unter-scheidet sich jedoch von herkömm-lichen TV-Spielen dadurch, daß kom-plette Spiele selbst erdacht, in einProgramm umgesetzt und in den Com-puter geladen werden können. DieBedienung des Spielcomputers ist anseinen Verwendungszweck angepaßt:Vorhanden sind zwei Tastenfelder (fürjeden Spieler eins) mit 12 Tasten

Elektors }.tC-Systeme

sowie 4 gemeinsame Tasten. Fernerbesitzt der Spielcomputer einen Eingangfür zwei Steuerknüppel ("joysticks"),und ein eingebauter Lautsprecher machtGeräuscheffekte hörbar. Die Programmekönnen von einem direkt anschließ-baren Kassettenrekorder aufgezeichnetwerden; bei Bedarf lassen sie sichwieder in den Computer laden. Spielenkann mit dem TV-Spielcomputer sozu-sagen die ganze Familie, während dasProgrammieren den damit erfahrenerenFamilienmitgliedernvorbehalten ist.Für universelle Anwendungen sind so-wohl das SC/MP-System als auch derJunior-Computer geeignet. Diese beidenMikrocomputer können nicht nur"ernsthafte" Aufgaben wie zum Beispieldas Steuern einer Heizungsanlageüber-nehmen, sondern sie sind für allerleiSpiele ebenso gut geeignet. Danebenverfügen beide Systeme über Ein-richtungen, die bei der Entwicklungvon Programmen Hilfestellung leisten.Auch höhere Programmiersprachen ge-hören bei ihnen zum Bereich des Mög-lichen; für das SC/MP-System ist bei-spielsweise ein Tiny-BASIC-Interpreterlieferbar. Beim SC/MP-System werdenalle Daten, Befehle usw. über ein Termi-nal eingegeben. Dieses besteht auseiner schreibmaschinenähnlichen Tasta-tur und einem TV-Gerät oder einemDrucker. Um mit dem SC/MP-Systemsinnvoll arbeiten zu können, ist dasTerminal unentbehrlich. Geeignet istunter anderem das im November undDezember 1978 in Elektor beschriebene"Elekterm inal".Ein wichtiger Vorteil des Terminalsist die von ihm geschaffene Möglichkeit,mit dem Computer auf einfache Weisein einer höheren Programmiersprachekommunizieren zu können. Die elemen-taren Bausteine einer solchen Sprache

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sind nämlich nicht nur Ziffern, sondernauch Buchstaben und Sonderzeichen;eine alfanumerische Tastatur als Ein-gabe-Einheit ist deshalb unentbehrlich.Der Junior-Computer ist in seinerGrundform (ohne SC/MP-Systemkom-ponenten) relativ einfach ausgestattet,was sich natürlich auf die Anschaffungs-kosten sehr positiv auswirkt. Hierdienen 23 auf der Platine befindlicheTaster als Eingabe-Einheit; das Displaybesteht aus 6 Sieben-Segment-Anzeigen.

MikroprozessorenWenn es um die Leistungsfähigkeit dereinzelnen Mikroprozessor-Typen geht,erhitzen sich bisweilen die Gemüter. DerProzessor ist schließlich das Herz desComputers; seine Eigenschaften bestim-men weitgehend die Technik des Pro-grammierens (solange keine höhereProgrammiersprache in den Computer"eingebaut" wird) sowie die Arbeits-geschwindigkeit des Systems. Zunächstist man geneigt anzunehmen, daß derProzessor den Vorzug verdient, dessenBefehlsliste den größten Umfang hat,und der mit der höchsten Geschwindig-keit arbeitet. Dies ist jedoch nicht ganzrichtig. Ein Prozessor mit einem Befehls-satz von mehreren hundert Befehlenläßt sich weniger leicht handhabenals ein anderer Typ mit übersicht-licherem Befehlssatz. Die Praxis hatgezeigt, daß der Programmierer mög-lichst alle Befehle und ihre Wirkungenim Gedächtnis haben muß, und diesist natürlich umso schwieriger, je längerdie Liste der Befehle ist.Eine höhere Geschwindigkeit des Mikro-prozessors bringt nur dann unein-geschränkt Vorteile, wenn nichtgleichzeitig auch schnellere (und damitteurere!) Speicherbausteine erforderlichsind. Die Bedeutung der Arbeitsge-

Display80089-2

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.;chwindigkeit wird manchmal über-schätzt; sie spielt in der Praxis erst beiAnwendung höherer Programmier-sprachen oder bei sehr komplexenmathematischen Operationen eine Rolle.

Grundsätzlich ist jedoch ein schnellererProzessoreinem langsamenvorzuziehen.Ein anderer wichtiger (wenn nicht sogarder wichtigste) Gesichtspunkt für dieAuswahl eines Prozessortyps ist dieMenge der verfügbaren Software. Imallgemeinen arbeiten Programme einesfremden Systems nach kleinen Ände-rungen auch auf dem eigenen, sofernbeide Systeme mit dem gleichen Pro-zessor bestückt sind. In dieser Hinsichtschneidet der 6502 am besten ab;hierzu trug wesentlich die Popularitätdes Mikrocomputers "KIM" bei. Dochauch andere mit dem 6502 arbeitendeMikrocomputer sind weit verbreitet.So kommt es, daß die Anzahl der all-gemein zugänglichen 6502-Programmemit Abstand an der Spitze liegt.Doch zurück zu den Elektor-Mikro-computersystemen: Alle drei Systemearbeiten mit anderen Prozessoren. ImTV-Spielcomputer befindet sich der2650 von Signetics, im SC/MP-Systemder INS 8060 von National und imJunior-Computer der 6502 von Rock-weil. Der SC/MP (INS8060) ist dereinfachste und langsamste von ihnen,während der 6502 die meisten Möglich-keiten bietet und mit der höchstenGeschwindigkeit arbeitet. Zwischendiesen beiden Prozessoren steht der2650.Die relativ niedrige Arbeitsgeschwindig-keit des SC/MP hat dazu geführt, daßfür das Elektor-SC/MP-System vomHandel auch Prozessorkarten angebotenwerden, die den Prozessortyp Z-80enthalten. Die Entwicklung der Z-80-Karte geschahjedoch nicht auf Initiative

VDU

..RS232

Kassetten.Interface

, ."'- ." .. -.. _.- - - . .. . -.. ..--.-----.-.--.----.- -. - - - - . . -- .- - .-- - - -

RAMEPROM

I~ 111l!l11111111 .

Drucker80066

Bild 2. links von der vertikalen Trennungslinie ist das Basissystem des Junior-Computers dargestellt. Die Erweiterungen rechts im Bild könnennach Belieben hinzugefügt werden.

12V"C 1110liliEIIIF

Versorgung j---.J ----. !lell19111AIIIB80089-3

+5V

I

IU151116-5V

01111 11112J1.!J

80121.2 Junior-Computer80089-1

6-30 - Elektor Juni 1980

3

BUS80024-+5V-12V

Versorgung9906.

-

"

ProzessorROM

79075

RAMEPROM

~,

VDU

.............................._..~- ~.-. - - -. . .... .. ..--....................-..-....-.. - - - - . . -.-- -

Elektors /.tC-Systeme

Kassetten-Interface

+EPROM

Drucker80066

80121.3

Bild 3. Zum SC/MP-System in dieser Form gehört ein Terminal. Da die Prozessorkarte zur Aufnahme eines Tiny-BASIC-lnterpreter-ROMsvorbereitet ist, kann das System bereits mit Basic arbeiten. MÖgliche Erweiterungen zeigt die rechte Bildhälfte.

von Elektor; eine Beschreibung wurdein Elektor bisher nicht veröffentlicht.Zum Abschluß wird nachfolgend derHardware-Aufbau aller drei Elektor-Systeme kurz umrissen; ferner werdendie verschiedenen Ausbaumöglichkeitengenannt. Da das an dieser Stelle nur inKurzform möglich ist, sind weiter-führende Informationen den Artikeln-zu entnehmen, die das betreffendeSystem beschreiben.

TV -Sp ielcomputerDie Hardware des Spielcomputersbesteht aus einer Hauptplatine und demTastenfeld (siehe Bild 1), einer 5-V-Speisung und, sofern das TV-SignaldemEmpfänger über die Antennenbuchsezugeführt wird, einem UHF-Modulator.Daneben ist für das Konservieren vonProgrammen ein Kassettenrekorder not-wendig. Die Kassetteninterface-Schaltung, die das Überspielenvom undzum Band ermöglicht, gehört zurStandardausrüstung der Hauptplatine.Das Programmieren des TV-Spielcom-puters wird durch sein Monitor-Pro-gramm stark erleichtert. Es enthälteine umfangreiche Fehlersuchroutine(debugging)mit zwei Breakpoints. Zweidirekt anschließbare Steuerknüppel (joy-sticks) runden die Hardware ab, so daßdie Spielmöglichkeiten praktisch un-begrenzt sind.

Junior-ComputerDer Junior-Computer gehört ebenfallszu den sogenannten Einplatinen-Com-putern. Auch'er benötigt eine Speisung,die hier die Spannungen +5 V; -5 Vund -12 V liefern muß (siehe Bild 2).Das Tastenfeld für die Eingabe,befindetsich auf der Platine und ist nicht wiebeim TV-Spielcomputer separat aufge-

baut. Informationen des Computerserscheinen auf 6 Sieben-Segment-An-zeigen. Das Display sitzt auf einerkleinen Hilfsplatine, die für einebequeme Ablesung schräg auf dieHauptplatine montiert wird. Haupt-platine, Displayplatine und Speisungbilden das kleinste mögliche System.Die Erweiterung mit einem Kassetten-interface für zwei Rekorder ist leichtmöglich. Auf der, Hauptplatine desJunior-Computers ist eine Kontaktleisteangebracht, die die Verbindung zumSC/MP~Busherstellt. Dies ist beispiels-weise für die Erweiterung der RAM-oder ROM-Kapazität wichtig. Auf derJunior-Computer-Platine befindet sichein 1-KByte-RAM und ein 1-KByte-EPROM; letzteres enthält das Monitor-Programm.

Der Monitor des Junior-Computers istrecht komfor~abel ausgestattet. Einsogenannter Hex-Assembler ermöglichtdie Verwendung von symbolischenAdressen bei Sprungbefehlen. Der Com-puter berechnet dann die absolutenAdressen selbst.Will man in Assembleroder mit höherenProgrammiersprachen arbeiten, so istein Terminal notwendig. Dieses läßtsich ebenfalls über die Kassetteninter-face-Platine anschließen; allerdings wirdfür die dann notwendige höhere Intelli-genz auch mehr EPROM-Kapazitätbenötigt. Diese nimmt die 8-K-EPROM-und-8-K-RAM-Kartedes SC/MP-Systemsauf" die Elektor im Herbst diesesJahresveröffentlichen wird.Hier noch einmal das Wichtigste zu-sammengefaßt: Das Minimalsystem desJunior-Computers wird im Hexadezimal-kode (Ziffern 0... F) programmiert.Für das Speichern von Programmenauf Band is~ zusätzlich die Kassetten-

interface-Platine notwendig. Das Ar-beiten mit Hilfsmitteln wie Editor,Assembler, Disassembler oder in höhe-ren Programmiersprachen (zum BeispielBASIC) erfordert zusätzliche EPROM-bzw. RAM-Kapazität.

SC/MP-SystemDa das SC/MP-System modular aufge-baut ist, sind mehrere unterschiedlicheSystemkonfigurationen möglich (sieheBild 3). Das Minimalsystembesteht auszwei Karten: Der Prozessorkarte undder 8-K-EPROM-und-8-K-RAM-Karte.Auf der Prozessorkarte befindet sichauch ein Adreß- und Datenbuspuffersowie ein RS-232-lnterface für denAnschluß eines Terminals. Die 8-K-EPROM-und-8-K-RAM-Karte nimmtdas in EPROMs gespeicherte Monitor-programm und das RAM (den Ar-beitsspeicher) auf. Das RAMkann ganznach Wunsch vor) 1 K bis auf 8 Kausgebaut werden.Das SC/MP-System läßt sich in dieserForm nur über ein Terminal bedienen.Auf dem aus zwei Karten bestehendenMinimalsystem können bereits Pro-gramme laufen, die in BASIC abgefaßtsind. Die Prozessorkarte ist nämlichmit einer IC-Fassungausgerüstet, in diedas BASIC-Interpreter-ROM nur ein-gesteckt zu werden braucht. Auf Bandlassen sich Programme aufzeichnen,wenn eine Kassetteninterface-Platinehinzugefügt wird. Mit Hilfe der Metall-foliendrucker-Interface-Karte könnenschließlich auch Listings von Datenoder Programmenausgedruckt werden.Die für das SC/MP-System benötigtenSpeisespannungen hängen von der Wahlder EPROMs ab. Die auf der 8-K-EPROM-und-8-K-RAM-Karte befind-lichen EPROMs vom Typ 2716

Elektors j.lC-Systeme

4

Elektor Juni 1980 - 6-31

8us8oo24

+sv-12V

Versorgung9906

ProzessorRAM

EPROM9851a

Hex-I/O9893a

Puffer9972

EPROMRAM9863

4KRAM9885

Kassetten-Interface9905

RS 23279101

80121.4

1

I1 ~ 11!l!!1;111111111. O. . VDU.. .:,. . ......-' ,'-' ..,.. ..., '

Bild 4. Das SC/MP-System kann für den Anfang auch mit einer hexadezimalen Ein- und Ausgabe aufgebaut werden. Erweiterungen sind hierebenfalls rechts im Bild dargestellt.

arbeiten mit einer einzigen Spannungvon +5V. An Stelle des Typs2716kann auch der 2708 verwendet werden;dann halbiert sich allerdings nicht nurdie EPROM-Kapazität der Karte, essind zusätzlich zur Speisespannung+5 V die Spannungen +12 V und -5 Vnotwendig. Die EPROMs des Typs5205 auf der Kassetteninterface-Kartemachen zwei Speisespannungen erfor-derlich: +5 V und -12 V. Für dasSystem ist eine Speisung vorhanden,die sich abgesehen vom Netztrafo aufder Busplatine befindet. Diese Speisungliefert die beiden auf dem SC/MP-Busverfügbaren Speisespannungen+5 V und-12 V.Außer den bis jetzt genannten Modulnsind auch noch einige Karten aus derAufbauphase des SC/MP-Systemserhält-lich. Ein kleineres SC/MP-Systemkom-muniziert mit der Außenwelt über ein

hexadezimales Tastenfeld und 8 Sieben-Segment-Anzeigen (siehe Bild 4). DieStruktur dieses Systems zeigt weit-gehende Ähnlichkeit mit dem Aufbaudes Junior-Computers in seiner ein-fachsten Form. Aus den älteren Kartenläßt sichein System wie folgt zusammen-stellen:Die Prozessorkarte und die Erweite-rungskarte bilden den eigentlichen Com-puter. Die Datenleitungen sind nichtgepuffert, so daß ein Ausbau des Sy-stems nur in Grenzen möglich ist.Plant man umfangreichere Erweite-rungen, so kann eine Datenbuspuffer-Platine hinzugefügt werden. Das inEPROMs abgelegte Monitor-Programmumfaßt 1,5 KByte, während demBenutzer ein 1-KByte-RAM als Ar-beitsspeicher zur Verfügung steht. EineErweiterung der RAM-Kapazitätist mitder 4-K-RAM-Kartemöglich.

5sv

Versorgung9906

Video-Interface9966-12V

Keyboard9965

UHF-Modulator9967

80121.5

Bild 5. Das Elekterminal benutzt einen gewöhnlichen TV-Empfänger als Datensichtgerät. Aufseinen Schirm werden 16 Zeilen mit jeweils 64 Zeichen geschrieben.

Die Ein- und Ausgabe von Informa-tionen erfolgt mit 26 Drucktastenund 8 Sieben-Segment-Anzeigenauf derHex-I/O-Platine. Für das Aufzeichnenvon Programmen auf Magnetband istnoch eine kleine Hilfsplatine not-wendig. An dieses System läßt sichauch ein Terminal anschließen. Indiesem Fall wird eine weitere kleineHilfsplatine (RS-232-lnterface) benötigt,während die Hex-I/O-Platine entfällt.Bild 4 zeigt schematisch den Aufbaudes Systems, das übrigens auch in demBuch "J,LComputerfür den Selbstbau,Band 1" beschrieben ist.Aus Bild 5 ist schließlich ersichtlich,welche Moduln zum Elekterminal ge-hören. Eine genaue Beschreibung desTerminals enthält der zweite Band"J,LComputerfür den Selbstbau".

Welches System für welchenZweck?Die Gegenüberstellung der drei bishervon Elektor publizierten Selbstbau-Mikrocomputersysteme machte deut-lich, daß die einzelnen Systeme rechtunterschiedliche Interessen befriedigen:Das SC/MP-System wendet sich anSpezialisten, die ihr System "nach Maß"ausbauen möchten, wann immer esihnen gefällt. Der TV-Spielcomputerzielt mehr auf das spielerische Elementim Menschen ab; er ist vielleicht fürmanchen das, was anderen die elek-trische Eisenbahn bedeutet. An dieBedürfnisse des Newcomers wurde da-gegen der Junior-Computer angepaßt:Das leicht und kostengünstige aufzu-bauende Grundsystem läßt sich Schrittfür Schritt zum Komplettsystem er-weitern.

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