Quina és la motivació per a la composició d’unes FAQ’s pel bus S-100?

En un anàlisi previ dels continguts de la norma IEEE696 no deixa de sorprendre un nombre elevat de definicions i preceptes inconnexes. Quan hi entres amb més profunditat te’n adones que ho feien com una societat. La relació persones-norma-societat dona sentit i valor al contingut com una instantània en el temps. Tot i que es fa evident que va néixer obsoleta sorprèn la seva utilitat a l’hora de formular bancs de proves, on poden conviure diferents tipus de processadors, anteriors, contemporanis i posteriors a la norma. Una forma de visualitzar aquestes connexions és fen-t’ho a través d’una cadena de preguntes freqüents.

Com és perfila la utilització actual del Bus S-100?

El cas més avançat ha sigut una SBC amb un Intel Edison de 4GB de RAM sota Windows 10, però Intel l’ha discontinuat. Es parla de fer servir la nova Raspberry Pi 4 però encara no hi ha resultats tangibles. En una especulació més avançada es podria plantejar la utilització de la norma com a “Cluster Domèstic”, seguint la idea d’encartament, compartint la fabricació del PCB entre usuaris-dissenyadors i de realització propia i personalitzada.

SBC – Single Board Computer (computador en una única carta)

Encartament – Grup de cartes electròniques col·laboratives unides en una caixa o armari.

Què és un bus?

Un bus és un tipus de circuit elèctric que associa una quantitat indeterminada de punts de connexió per a ser units en un únic potencial elèctric. Pot ser un cable, una pista de circuit imprès o un embarrat en funció de la quantitat de corrent elèctric que hi ha de circular. S’estén a través de la estructura en funció de la localització dels punt de distribució.

Què és un bus de dades?

En el cas dels computadors, quan són formats per plaques o taulers electrònics diferenciats, formen grups de connexions de potencials comuns paral·lels, o busos, i són estesos a través de la estructura que l’hi dona suport. Aquestes busos formen codis que tindran un comportament ordenat i interpretat de dades en funció dels objectiu del sistema.

Què és el bus S100?

El Bus S-100 és un sistema computador format per plaques electròniques, associades en bateria, i comunicades entre elles a través d’una placa electrònica única situada en el fons de la caixa o armari. Aquesta placa de fons d’armari conté, només, un centenar de pistes de coure en forma de “bus” com a medi de comunicació entre plaques seguint el conveni que es va adoptar l’any 1983 amb la norma IEEE696. És el que s’anomena un bus passiu.

Cóm s’alimenta (es subministra energia) al bus S100?

El Bus S-100 es va crear en una època que no existien, de forma regular, les fonts d’alimentació per commutació d’alta freqüència o FAC. Totes les cartes havien d’incorporar el regulador de tensió en funció de la demanda total de consum dels seus components. De fet la tensió nominal de entrada és de 8Vdc, per a una tensió interna normalitzada de 5Vdc típica dels circuits integrats TTL. Actualment s’utilitzen petites FAC en forma dels reguladors d’època per als mateixos objectius. També s’utilitzen FACs de computadors personals de baix cost amb l’astúcia de situar un regulador alternatiu a placa en prevenció de ser inserit en un computador d’època. No és estrany, és com es fa a l’Arduino, tot circuit porta el seu regulador de tensió. I sí, existeix una carta amb el processador Atmega328p i el AVR2560 amb el factor de forma del bus S-100.

Què és l’Altair 8800?

És el primer computador que utilitza un bus passiu de 100 contactes, dissenyat i construït per Eduard Roberts l’any 1975. Tot i que hi ha casos anterior al ell no són fets per a distribució. Una primera versió l’any anterior es va perdre en l’enviament a la revista que havia de publicar i divulgar. Va ser el primer en invertir i comercialitzar el seu sistema. Roberts esperava vendre kits per a 200 unitat, però va rebre comandes per a 4000 (algunes fonts diuen que van ser 2000)

Què és l’IMSAI 8080?

Seria oficialment el segon computador que utilitza el bus passiu de 100 contactes, dissenyat i construït per la empresa de William Millard (IMS Associates), és una rèplica millorada del computador de Roberts. Surt a la venda en forma de kits durant el nadal de 1975. L’any següent Millard ofereix franquícies del computador sota la marca ComputerLand i al 1977 la marca disposa de impressores, terminals, disquets i programari propis.

Què són les Cartes Electròniques?

S’anomenen cartes electròniques a aquell tipus de circuit electrònic muntat sobre una placa de circuit imprès o PCB, amb un connector prèviament acordat, i que normalment s’introdueix en una caixa o armari on ja hi són les connexions i alimentacions  acordades. El terme “carta” es degut a que aquest tipus de circuits impresos s’enviaven per correu físic, ordinari o aeri, en sobres de carta, amb o sense els components electrònics, o únicament els  components principals assumint que el destinatari ja té recursos propis per completar els conjunts. La idea de construcció d’un “encartament” connotaria l’acumulació d’experiències col·lectivitzades entre diferents enginyers.

Què són els Circuits Integrats?

Quan un circuit electrònic esdevé un component electrònic en si mateix s’anomena circuit integrat. Amb la aparició dels transistors, el mateix procediment de construcció de un transistor es podia utilitzar per a construir varis al mateix temps i amb una connexió ja establerta en funció de l’ús que se n’havia de donar.

Què defineix la Concurrència en els mercats dels components electrònic?

En centres de negocis i també en cercles universitaris, la sintetització de determinades teories de circuits en la forma de circuits integrats propicia la comercialització en massa de components electrònics sense que, de fet, es pugui saber del cert, i de entrada, la utilitat final real del producte destí. També el preu del component hi juga un important paper a la hora de formular especulacions d’èxit del producte final tot calculant el marge de beneficis conseqüents. La concurrència és un factors d’equilibri on la mida justa afavoreix les condicions de productivitat adequats per a poder abastir una demanda real del producte especulat. Els tarannàs “marquiestes” ajusten els preus afavorint la concurrència propia i aprofitant la concurrència impròpia.

Quins han sigut els Antecedents de la concurrència S-100?

Durant la dècada dels 60 ja hi havia prou divulgació sobre computadors a nivell universitari per motivar una concurrència forta per a generar computadors personals de manera quasi domèstica. Cerqueu, per exemple, Gordon Bell a la Universitat Carnegie-Mellon en una relació finançada Universitat-Empresa amb DEC (Digital Equipment Corporation) En aquella època, marques com Intel especulen amb la utilitat real de fabricar un processador en un xip, però fabricants de computadors de solera no hi donen fe a la idea. Per altra banda DEC a inicis dels setanta introdueix el Bus Únic o UniBus al mercat, amb codi de producte PDP-11 de 16 bits de bus de dades, una màquina de fet inferior a la PDP-10 de 36 bits de l’any 65 desenvolupada pel mateix Gordon Bell. Una suposada “febre de l’or” digital podria estar a punt d’esclatar.

Quina és la concurrència S-100?

Construir a casa un computador encara més econòmic que un PDP-11 esdevé possible tot i la escassa utilitat pràctica que hi pot haver inicialment com a producte. El preu de un xip de Intel i8080 baixa a cotes properes als 70 dòlars, suficient per a que determinades economies entrin al joc. Ed Roberts, Enginyer de balística, i Bill Millard, empresari expert en comerç minorista, escenifiquen una disputa de mercat que fa visible el seu estil de producte per sobre d’altres que potser, fins i tot, eren de qualitat superior. Cromemco, Lee Felsenstein i la aparició de Microsoft entre d’altres faran accelerar el sorgiment de petites empreses familiars que s’apuntaran al negoci especulatiu del computador domèstic, amb una utilitat pròpia d’una màquina amb un sistema operatiu CP/M, un llenguatge de programari BASIC i molts jocs als que jugar. A les bases de dades dels seguidors del bus S-100 es comptabilitzen unes 70 empreses productores entre caixes i plaques del sistema, entre inici i final de la vida del concepte de computador.

Cóm apareix el terme S-100?

Per internet circula l’anècdota: Roger Melen s’aixecà del seu seient a la cabina del avió en ple vol. Portava una cervesa a la mà. En arribar a l’alçada dels col·legues de la revista Byte es produeix una sotragada aèria i part del contingut del got cau sobre del seu interlocutor sense creuar paraula. La víctima crida “CONCEDIT!”. El terme S-100 apareix per primera vegada el novembre de 1976 en un anunci de Cromemco a la revista Byte.

La moda a la primera West Coast Computer Faire de 1977?

Al Brooks Auditorium de San Francisco, Califòrnia, segons l’article de David H. Ahl s’hi comptaven 175 expositors. Si bé la fama se la emportaria la empresa de la poma amb una presentació com més hi va més d’estil “pròtesi” computacional, el parc majoritari de màquines exposades i en funcionament, un Sol Computer reproduint veu sintètica, un Cromemco Z-2 jugant al TankWar, els Parasiting de Fullmer, el PolyMorphic del pupil de Roberts, o els North Star, són principalment màquines de l’estil del bus S-100. Aquella primera fira tindrà discurs però en si mateixa. Les noves consoles quasi integrades com el PET de Comodore apunten clarament al “endollar i funcionar”. La màquina modular no només tindrà un problema de velocitat en el bus.

Quines són les bases argumentals del VAX-11, 1977?

El resultat de l’equip de 25 tècnics que finalment dirigeix Gordon Bell a DEC després de tornar de la Universitat coincideix en dates amb la concurrència de la fira de San Francisco. El Senyor Bell sap que el futur passarà per la màquina RISC, com també hi apostarà Apple en el futur, ja no s’hi val a badar. El VAX-11 no és només una evolució del PDP-11 cap als 32 bits d’amplada de bus de dades, trenca endemés amb l’UniBus incorporant-lo només com a compatibilitat descendent per als treballs anteriors en software. El que el farà però encara més especial és la incorporació d’un gestor especialitzat d’accés a memòria per agilitzar el cicle de fetch en funció del registre TB que tradueix la direcció en el bus i virtualitza així la localització física de la memòria de codi. La solució no és tant sofisticada com la del Cm* que ja ha experimentat a la universitat, labor de tota una dècada en cercar solucions en el llindar de l’abraçada mortal dels busos passius, però prou elegant com per a situar la màquina en una bona acceptació de mercat.

Quines són les motivacions per a la redacció de la norma IEEE696?

Es disposa de poques dades sobre George Morrow. Del que s’ha localitzat fins ara es dibuixa un personatge visionari en la concepció modular del computador. Tinker Toys és el nom del projecte empresarial del primer chairman del comitè de redacció de la norma IEEE696 a partir de 1977. El principal objectiu de la norma serà assegurar estabilitat en el funcionament de les màquines que corren sobre un Bus S-100.

En una introducció de Robert G. Stewart, Chairman, IEEE-CS Computer Standards Committee es pot llegir:

El subcomitè de bus S-100 ha estat hàbilment presidit per George Morrow i Howard Fullmer. Tots dos van proporcionar informació tècnica molt valuosa que s’han incorporat al projecte de norma. John Walker, de Marinchip Systems, va suggerir el mètode d’utilitzar targetes de memòria i interfície de 16 bits intercanviable amb targetes de 8 bits. David Gustavson i Leo Paffrath de SLAC van suggerir l’esquema d’arbitratge de bus, que també ha estat implementat en el Department of Energy’s Fastbus. Howard Fullmer va suggerir el protocol DMA amb solapament que disminueix els soroll per glitching. Kells Elmquist de InterSystems va oferir una crítica a l’esborrany publicat el maig de 1978 a l’ordinador i va proporcionar molts suggeriments útils per millorar. Va investigar detingudament nombroses alternatives elèctriques de temporització i va resoldre moltes qüestions obertes relacionades amb la norma. Kells va escriure la versió final de l’esborrany per presentar-la i revisar-la al subcomitè.

Hi ha un segon president?

Howard Fullmer, no és que sigui el segon president, tot sembla apuntar a una col·laboració estreta amb George Morrow amb qui compartirà la presidència del comitè de redacció. Tampoc es disposa d’informació prou clara de la seva participació. Queda pendent per a ampliar l’entrada.

Quin és el desenvolupament final de la norma IEEE696?

El 1979 Mark Garetz i Sol Libes redacten i publiquen a la revista Computer un primer esborrany del contingut de la norma. A partir de proves estables en el seu propi equip afirmen que tenen les solucions a la majoria de problemes del bus i obren així el treball a consulta popular. Mark Garetz esdevindrà el tercer i últim Chairman de la redacció. Garetz planteja el DMA com a via de solució al coll d’ampolla del bus però haurà de claudicar en favor del mecanisme de TMA. No serà fins a 1983 que finalment es tancarà el text i passarà a mans dels serveis interns de l’Institut.

Com es defineix el bus de direccions sota la norma?

A patir del senyal de rellotge, PHI del sistema, es genera un primer pols que marca l’inici del cicle del bus S-100 anomenat pSYNC. A partir d’aquest inici, amb PHI a nivell baix i en el moment en que el processador te estables els senyals de direcció en el bus es genera un pols de carrega per que tota aquella targeta que estigui atenta pugui saber que els contingut del cicle iniciat són per ella o des de ella. S’anomena Status Valid o pSTVAL (la “p” connota que és un senyal de control). Aquest segon senyal de carrega és una novetat front als sistemes més antics i planteja algunes dificultats en el moment de compatibilitzar amb perifèrics que no requereixen del pols de carrega de la direcció. El codi de la direcció va del senyal A0 al A24 i són una ampliació a la versió popular de 8 bits amb setze senyals. Això permet formar un mapa de memòria de 16 Mega bytes (setze milions de direccions possibles).

Com es defineix el bus de Dades sota la norma?

Tenim 16 línies elèctriques al bus que componen les dades en dos formats: 8 senyal o bits com a entrades cap a la placa del processador i 8 senyals o bits com a sortides des del processador cap a fora. Les que són entrades i per tant lectures del processador s’anomenen DI i les que son sortides i per tant escriptures s’anomenen DO. Això és DO0 a DO7 i DI0 a DI7. Cal estar alertes ja que la norma parla de dades parelles i senars al passar a 16 bits.  Les dades parelles corresponen al terme EVEN i per tant s’anomenen ED0 a ED7 (o DO0 a DO7 i que a nivell de processador correspondria a D0 a D7) i les senars corresponen ODD i per tant s’anomenen OD0 a OD7 (o DI0 a DI7 i que en el processador correspondria a D8 a D15).

Cóm es gestionen les interrupcions sota la norma?

Una interrupció és un senyal propi intern de CPU que gestiona els dispositius perifèrics propers i totalment d’acord amb un tipus d’aplicació concret. En les composicions pre-norma  NMI* i  INT* eren la forma d’interfície del bus amb d’altres cartes que actuaven com a simples ports de perifèria. Amb la incorporació del multiprocessament a allò que normalitza l’estàndard del bus, les interrupcions assumeixen un paper diferenciat entre mestres i esclaus de manera que els segons són els que alerten de dades als primers. Sembla que ja es parla d’Arquitectura Client-Servidor a la època però que no s’assumeix com a tal. Quan un mestre temporal accedeix al bus, i si un perifèric envia una interrupció en la seva possessió, aquest mestre temporal haurà d’abandonar temporalment el bus per que el mestre permanent la atengui. La alternativa és que el mestre temporal atengui la interrupció però lògicament això serà un desdoblament de recursos contradictori. La vectorització de les interrupcions VI0-7* per hardware és també discutible, potser lògic quan sobraven senyals, però ara en falten per a la perspectiva dels 32 bits de bus de dades.

Què és el senyal de PHANTOM*?

Durant els anys 70 es va impulsar un sistema de cartes de memòria diferenciada que havien de conviure en la mateixa direcció física. Desdoblar 64K a 128K era fins a cert punt un avantatge però al disposar de 16MBytes de mapa de memòria es perdia el sentit del senyal. De fet són rares les plaques que l’utilitzen diferenciació pel tipus de memòria sobre una mateixa direcció.

Quins són els avantatges de les plaques SBC? (Single Board Computers)

És el valor afegit més important de la incorporació de la norma. De fet Cromemco ja construïa processadors Z80 en el format SBC al 1982 abans de finalitzar la redacció. La idea és que la CPU estigui confinada en una placa i no destorbi en la comunicació. Aquesta CPU incorpora la seva pròpia ROM de codi i la seva pròpia RAM de treball. Els senyals del cicle de Fetch com sM1 deixen de tenir sentit quan es pretén associar diverses SBC. De fet, en el protocol TMA, les SBC són la solució indispensable per fer treballar dos processadors en paral·lel en un mateix bus S-100. TMA suporta fins a 16 processadors temporals que compartirien recursos dels sistema. La norma preveu també la utilització d’un processador permanent “Dummy Master” per donar millor rendiment al sistema. A la pràctica la norma no va unir criteris entre fabricants. De fet cap marca va arribar a implantar el protocol com en els criteris de la norma. Més tard es solucionaria de forma estructurada al establir les normes de comunicacions i el Model OSI.

Cóm es gestiona la relació Mestres – Esclaus en l’arquitectura del bus?

Sempre que un mitjà com un bus ha de ser gestionat per a comunicar informacions abstractes cal distingir de on a on es dirigeix la comunicació. Evidentment si dos transmissors elèctrics emeten senyal al bus al mateix temps el més probable és que es produeixi un curt circuit amb la conseqüent caiguda de la alimentació. La solució inicial als anys 70 va ser distingir entre cartes mestres i cartes esclaves. Així només una carta podia ser mestre i gestionaria el bus sencer i les esclaves quedarien a mercè del que establiria el mestre. TMA o Accés de Mestre Temporal, incorpora la possibilitat de canviar de mestre i compartir diversos processadors de fabricants i amplades diferents sense aturar la màquina. Tot va quedar a un pas d’una solució completa. IEEE696 incorpora diversos handshake per a sincronitzar cicles de 8 i 16 bits en el mateix bus. No obstant aquest protocol es destina només a la comunicació amb els esclaus de 16 bits. Com a contrapartida s’ha perdut la comunicació creuada de mestres de 8 amb esclaus de 16 i al revés, havent de fer més d’un cicle i solucionar-ho per software. Només processadors complexes podran intercanviar dades amb esclaus d’ambdós famílies. Processadors més avançats que els 80386 o 80486 han baixat a l’alimentació de 3,3V i requereixen de convertidors de senyal addicionals.

IEEE696 en català?

A inicis d’enguany varem iniciar una serie de contactes per a cercar gent interessada en la utilització de la norma per a la formació en disseny electrònic al nostre àmbit. Hi han hagut avenços en contactes locals i es perfila una bona disposició per a reproduir targetes de disseny amateur, sota finançament o amb esponsorització en alguns casos, en famílies diverses TH SMD BGA, amb prestacions alternatives a l’ordinador domèstic, utilitzant busos tradicionals com els USB i components de diàleg amb l’usuari de mercat tradicional. No es planteja tornar a obrir l’estàndard, seria absurd, si no crear una simulació de cóm hauria pogut ser redactat d’haver disposat del model OSI en el moment, que va estar de poc. Conceptes com Plug-n-play o plug-n-evolve en mans del IEEE696 haurien donat molta feina als enginyers del garatge.

jordi.autocet@gmail.com