Stefan Boer, 01-09-94
VERMENIGVULDIGEN
Echt super zijn de vermenigvuldigingsinstructies van de
R800. De instructie MULUB (MULtiply Bytes) vermenigvuldigt A
met B, C, D of E en zet het 16 bits antwoord in HL. Dit gaat
razendsnel, deze instructie gebruikt slechts 14 klokpulsen
(1.96 micro- seconde).
De instructie MULUW (MULtiply Words) vermenigvuldigt HL met
BC of SP (zal in de praktijk meestal BC zijn), en zet het
antwoord in DE en HL, waarbij de hoogste bits in DE terecht
komen. Deze instructie duurt slechts 5.03 microseconde (36
klokpulsen)!
Deze twee instructies zijn ontzettend krachtig en maken zeer
snelle "realtime calculated" animaties mogelijk,
bijvoorbeeld vectorgraphics. Ook voor fractals is dit erg
handig, die kunnen nu veel en veel sneller worden berekend.
Een leuke vergelijking met de Z80 is dat de MULUW HL,BC
instructie op de R800 net zolang duurt als een CALL
instructie op de Z80!! Bij de Z80 moet voor vermenigvuldigen
een aparte routine worden geschreven, en als je die met een
CALL aanroept is de R800 in de tussentijd al klaar met de
complete vermenigvuldiging. U begrijpt wel dat de R800 als
het om vermenigvuldigen gaat veel meer dan acht maal sneller
is, ik denk wel honderd maal sneller. Bovendien spaart het
een hoop programmeertijd, want berekeningen kunnen een stuk
makkelijker worden geprogrammeerd.
Onderstaand voorbeeld is een routine die HL=A*B uitrekent.
Op de R800 is een instructie daarvoor voldoende: MULUB A,B.
Deze instructie is sneller dan een CALL instructie bij de
Z80! Bij de Z80 zou je dan ongeveer zo'n routine krijgen:
; MULUB A,B voor de Z80
; Door Stefan Boer
; Voor Sunrise Special #1
; Werking: HL=A*B
; In: A,B
; Uit: HL
; Gebruikt: DE
; Methode: Herhaald optellen
MULUB: LD HL,0
LD E,A
LD D,0 ; LD DE,A
XOR A
CP B
RET Z ; B=0, dan antwoord 0
MULTI: ADD HL,DE
DJNZ MULTI ; tel B maal DE bij HL op
RET
U kunt zien dat dit heel wat meer bytes en tijd in beslag
neemt, de CALL MULUB duurt op de Z80 al langer dan de MULUB
A,B instructie op de R800.
R ASSEMBLER
Nu denkt u misschien dat u een nieuwe assembler nodig heeft
als u software voor de R800 wilt ontwikkelen. Dit is zeker
niet het geval! Alle bestaande Z80 assemblers kunnen gewoon
worden gebruikt. Dit is ook de reden waarom er nog geen
speciale R800 assembler op de markt is gebracht.
Het zou trouwens ook verwarrend zijn voor een programmeur
die de Z80 assemblertaal al beheerst, om de nieuwe mnemonics
voor de R800 te leren.
"En de nieuwe instructies dan?" hoor ik u denken. Nu, die
kunt u gewoon met DEFB instructies simuleren! Alleen de
disassembler zal hier een beetje van in de war raken, maar
dat is toch niet zo'n ramp? Ik zal nu voor alle nieuwe
instructies uitleggen hoe ze met een gewone Z80 assembler
(zoals WB-ASS2) kunnen worden gebruikt.
INDEXREGISTERS
Bij de indexregisters IX en IY is het ontzettend makkelijk.
Het is u vast al wel eens opgevallen, dat de opcodes
hetzelfde zijn als die voor de instructies voor HL, behalve
dan dat er een extra code voor staat. Die code is &HDD voor
IX en &HFD voor IY. Een voorbeeld:
Mnemonic: Opcode:
LD HL,&H1BBF 21 BF 1B
LD IX,&H1BBF DD 21 BF 1B
LD IY,&H1BBF FD 21 BF 1B
U kunt voor alle instructies met IXL, IXH, IYL en IYH de
assembler op een heel eenvoudige manier voor de gek houden.
Voor IXL en IYL zet u een L en voor IYH en IXH een H. Door
er een DEFB &HDD voor te zetten wordt de L resp. H voor de
R800 IXL resp. IXH, met een &HFD hetzelfde voor IY.
Voorbeelden:
DEFB &HDD
LD A,L ; LD A,IXL
DEFB &HFD
LD L,H ; LD IYL,IYH
DEFB &HDD
LD H,B ; LD IXH,B
Zoals u ziet is de instructie LD IXH,IYL niet mogelijk, u
kunt immers niet de code voor IX
n de code voor IY voor een
instructie plaatsen. Maar verder is alles mogelijk, zie de
instructietabellen in de Sunrise Times.
IN F"9c;
Voor deze instructie kunt u gewoon DEFB &HED,&H70 invullen.
U kunt dat het beste zo in de assemblerlisting zetten:
DEFB &HED,&H70 ; IN F,(C)
Zo kunt u goed zien dat het geen data bytes zijn maar
eigenlijk gewoon een opcode. Door een foutje in die
assemblers zullen sommige assemblers dit overigens
disassembleren als IN (HL),(C). Dit is een niet bestaande
instructie, maar het komt omdat IN F,(C) voor de R800 gewoon
een speciaal geval is van IN r,(C). Bij andere instructies
(bijvoorbeeld LD A,(HL)) wordt (HL) weergegeven door
dezelfde bits als F bij de IN F,(C) instructie, vandaar de
fout.
MULUB EN MULUW
Voor deze instructies kunt u de instructietabellen van de
R800 die in de Sunrise Times staan afgedrukt gebruiken. U
kunt de opcodes aan de hand daarvan samenstellen (zie het
stukje over opcodes samenstellen), en ze met DEFB
instructies in de code opnemen. Bijvoorbeeld:
DEFB &HED,&B11000001 ; MULUB A,B
Ook hier is het weer aan te raden om bij het commentaar de
R800 mnemonic in te vullen, zo houdt u uw assemblerlistings
leesbaar.
SCHAKELEN
Nu zit ik wel een lang artikel over de R800 te schrijven,
maar als u niet weet hoe u deze wonderprocessor moet
selecteren heeft u daar nog niet veel aan.
In het MAIN ROM van de MSX turbo R zitten vier nieuwe BIOS
routines, waarvan er twee voor het schakelen tussen de Z80
en de R800 zijn bedoeld. Dat zijn:
CHGCPU &H0180 Selecteer CPU
Invoer: A register
MSB 7 6 5 4 3 2 1 0 LSB
LED 0 0 0 0 0 X X
LED=1: led wordt bestuurd
LED=0: led wordt niet bestuurd
XX=00: Z80
XX=01: R800 ROM
XX=10: R800 DRAM
Gebruikt: AF
GETCPU &H0183 Bepaal huidige CPU
Invoer: -
Uitvoer: A register
0: Z80
1: R800 ROM
2: R800 DRAM
Over LED is wegens foutieve publikaties in andere
Nederlandse MSX bladen een misverstand ontstaan. Dit bit
bestuurt niet het led (1=aan, 0=uit), maar bepaalt of de
status van het led (aan of uit) door de gekozen CPU moet
worden beinvloed!
Stel u zit in R800 mode en het lampje brandt. Doet u nu LD
A,0 en daarna CALL CHGCPU, dan zal de Z80 uitgaan, maar het
lampje blijft branden. Bit 7 van register A (LED) is immers
0, en dus zal het led niet door de gekozen CPU (Z80, normaal
gesproken moet het lampje dus uit!) worden be nvloed.
Andersom kan ook, als u in Z80 mode zit (lampje uit) en u
selecteert de R800 mode door een CALL &H180 te geven terwijl
het A register de waarde 1 bevat (R800), dan zal de R800 wel
aangaan, maar het lampje niet!
Bij "normaal" gebruik van deze BIOS routine, waarbij de
stand van het lampje in overeenkomst is met de actieve
processor (aan=R800, uit=Z80), dient u dus een van de
volgende drie waardes te gebruiken:
&H80 Z80
&H81 R800 ROM
&H82 R800 DRAM
U kunt met GETCPU opvragen welke processor er op dat
ogenblik actief is. U kunt op de volgende manier dus het
lampje in de goede stand zetten:
CALL &H183 ; welke CPU actief?
SET 7,A ; LED besturen aan
CALL &H180 ; CPU zelfde, LED besturen
DRAM
Ik heb het in bovenstaande tekst vrolijk over DRAM, zonder
uit te leggen wat dat nou eigenlijk inhoudt. De DRAM mode is
een slimme truuk, die ook door andere moderne computers
wordt gebruikt. In feite is het niet de R800 die voor de
DRAM mode zorgt, maar de S1990.
Bij de Z80 maakt het niet uit of er RAM of ROM wordt
gelezen, dit gaat beiden even snel. Omdat er in de turbo R
dezelfde ROMs worden gebruikt als in een MSX1/2/2+, moeten
die op een langzame snelheid worden gelezen. Telkens als de
R800 ROM moet lezen, schakelt hij even terug naar een
langzamere snelheid. Vandaar dat op een R800 het lezen van
RAM sneller is dan ROM, want in de turbo R wordt "snel" RAM
gebruikt, zodat terugschakelen niet nodig is.
Vooral in BASIC wordt er continu uit de ROM gelezen. De
BASIC zelf staat immers op ROM! De R800 ROM mode is daarom
in BASIC helemaal niet zo snel, omdat er telkens wordt
teruggeschakeld naar een lagere snelheid. De oplossing is de
DRAM mode.
ROM IN RAM
Bij het opstarten van de computer wordt de 64 kB meest
gebruikte ROM naar de bovenste 64 kB van het RAM gekopieerd.
De turbo R heeft dan dus 64 kB minder werkgeheugen over. De
ROM die gekopieerd wordt is:
MAXPGE-3: MAIN ROM 0000-3FFF
MAXPGE-2: MAIN ROM 4000-7FFF
MAXPGE-1: SUB ROM
MAXPGE : KANJI ROM
Voor MAXPGE moet u het hoogste memorymapper segment
invullen. De FS-A1ST heeft bijvoorbeeld 256 kB, dat zijn 16
memorymapper segmenten van 16 kB. Daar het nummeren bij 0
begint, is MAXPGE dus gelijk aan 15. De SUB ROM staat dus in
memorymapper segment 14.
Als de DRAM mode wordt geselecteerd komt de S1990 in actie.
Wordt nu een van de hierboven genoemde ROMs gelezen door de
R800, dan zorgt de S1990 ervoor dat niet de ROM maar de RAM
(waarin het ROM is gekopieerd) wordt gelezen. De R800 hoeft
dan niet te wachten op het langzame ROM, en werkt een stuk
sneller. De S1990 zorgt ervoor dat er niet in de DRAM kan
worden geschreven (zo heet de tot ROM verklaarde RAM), en
zorgt er tevens voor dat het RAM dat voor de DRAM wordt
gebruikt niet meer te gebruiken is. Probeert u er toch iets
uit te lezen, dan zal dat altijd de waarde &HFF opleveren.
ROM MODE EN DRAM MODE
Er zijn dus twee verschillende R800 standen. Bij de R800 ROM
mode gaat het net als bij de Z80 mode, er wordt gewoon ROM
gelezen. Vandaar de naam ROM mode. Deze mode is vooral onder
BASIC langzaam, omdat daar veel ROM wordt gelezen. Onder
machinetaal springt de computer ook 60 keer per seconde naar
ROM, voor de interrupt routine op &H38. Ook als het
machinetaalprogramma de BIOS gebruikt zal er naar het ROM
worden gesprongen. Daarom heeft het selecteren van de DRAM
mode ook bij machinetaal zin, al is heeft het minder effect
dan bij BASIC. De R800 ROM mode heeft als belangrijkste
voordeel dat het volledige RAM geheugen vrij is als
werkgeheugen.
De DRAM mode is sneller, maar kost wel 64 kB geheugen. U
kunt dus zelf per situatie beslissen of u de ROM mode of de
DRAM mode wilt gebruiken.
IN ROM POKEN
U kunt bij de turbo R als het ware in het ROM POKEn. Dit
gaat als volgt:
- Selecteer de R800 ROM mode (of Z80 mode)
In de bovenste 64 kB van de memorymapper staat nu een kopie
van de ROM, waar u net zoveel in kunt knoeien als u wilt.
Als u klaar bent
- Selecteert u de R800 DRAM mode
Nu wordt het RAM waar u zojuist in hebt geknoeid gebruikt
voor de DRAM, en dus hebt u als het ware in de ROM gePOKEt!
PAS OP
Je zou misschien denken dat het ROM elke keer dat de DRAM
wordt geselecteerd in het RAM wordt gekopieerd. Dat is niet
zo, anders zou bovenstaande truuk ook niet werken. De reden
hiervoor is dat het kopi ren van 64 kB toch wel even tijd
kost, en op die manier zou de CHGCPU routine veel te
langzaam worden.
Het ROM wordt alleen bij een reset in het RAM gekopieerd, en
hiermee dient terdege rekening gehouden te worden! Als u de
DRAM mode selecteert terwijl het RAM dat voor de DRAM mode
wordt gebruikt verminkt is, kan dit onverwachte gevolgen
hebben!
DISKGEBRUIK EN R800
Het aansturen van de diskdrive gaat niet goed onder R800
stand. De diskcontroller kan bij zo'n hoge snelheid de
processor blijkbaar niet bijhouden. Tenminste, bij het
saven. Het laden onder R800 stand gaat prima, maar bij saven
kan er van alles mis gaan. Het gaat niet altijd fout, maar
vaak treedt er een Disk I/O error op of er wordt gewoon
niets gesaved.
Bij MSX-DOS2.31/MSX Disk BASIC 2.01 is daar rekening mee
gehouden. Bij elke diskactie wordt de R800 stiekem uitgezet.
Ik schrijf "stiekem", omdat het lampje niet wordt uitgezet.
Dat blijft branden, omdat de R800 wordt uitgezet door
LD A,0
CALL &H180 ; R800 uit, lampje niet
En u hebt aan het begin van het artikel al geleerd dat het
lampje dan niet uitgaat. Hierdoor wordt behalve het saven
ook het laden vertraagd, wat eigenlijk niet nodig is.
De ontwikkelaars van de turbo R hebben dit in de MSX-
DOS2.31/Disk BASIC 2.01 ROMs ingebouwd, omdat dat normaal
gesproken onder R800 stand wordt gedraaid.
DOS MODE
Onder DOS1 mode (MSX-DOS1.11/Disk BASIC 1.0) wordt dit niet
gedaan. Die stand is tenslotte bedoeld voor het uitvoeren
van MSX1/2/2+ programma's, en die werken toch onder Z80
stand.
Toch zullen programmeurs vaak MSX turbo R software voor DOS1
mode ontwikkelen, omdat de geheugenhuishouding van DOS2
nogal irritant is. De R800 wordt dan dus aangezet onder DOS1
mode, terwijl de diskROM daar geen rekening mee houdt.
In het technical databook van de turbo R staat dan ook dat
als een programmeur toch de combinatie DOS1/R800 gebruikt,
hij bij elke diskactie de R800 uit moet zetten. De
programmeur van Seed of Dragon heeft zich daar netjes aan
gehouden; elke keer als het disklampje gaat branden zie je
bij dat spel het R800 lampje uitgaan.
Hoewel dit niet in het technical databook staat, kan de R800
bij het laden rustig aan blijven staan. Alleen bij saven
zijn er problemen. Onder R800 stand gaat het laden zelfs
aanmerkelijk sneller! MicroCabin wist dit blijkbaar ook,
want bij bijvoorbeeld Fray wordt de R800 alleen uitgezet als
er wordt gesaved.
Conclusie:
ZET DE R800 ALTIJD UIT ALS
ER IN DOS] MODE NAAR DISK
WORDT GESCHREVEN
Nogmaals: bij laden kunt u de R800 rustig aan laten staan.
PAGE MODE ACCESS
Bij het bekijken van een artikel over de R800 in een Japans
blad kwam ik de term "DRAM page access" tegen, en ik had
eerst geen flauw idee wat dat was. Later kwam ik er wel
achter.
Wanneer van het adres in de externe databus de high-byte
niet verandert, zal de R800 de high-byte van het adres niet
opnieuw op de adresbus plaatsen (lijkt heel logisch, maar de
Z80 kent deze truuk niet!)
Een "page" is in de processorwereld een stukje geheugen van
256 bytes, dat op een 256-byte grens begint, dus &H??00 -
&H??FF. Verwar dit niet met de bij MSX bekende term "page",
een stuk geheugen van 16 kB.
Het hierboven beschreven truukje dat de R800 gebruikt heet
"Page mode access" en verhoogt de snelheid nog eens met
ongeveer een factor twee.
De programmeur kan met "paged DRAM access" maximaal van deze
truuk gebruik maken. Paged DRAM access betekent dat alle
geheugentoegang van een routine (dus ook de routine zelf) in
dezelfde page staat (bijvoorbeeld &HD000-&HD0FF). Dit is wel
zeer beperkt, want met alle geheugentoegang bedoel ik dan
dus echt ALLE geheugentoegang, inclusief stack, variabelen
en constanten. Het uitzetten van de interrupts is in verband
met die stack dan ook ten zeerste aan te raden. Maar deze
moeite wordt wel beloond met een ultra-snelle routine!
We begrijpen nu ook beter hoe het komt dat een LD A,B
instruktie op de R800 tien keer zo snel is dan op de Z80,
terwijl een LD A,(HL) maar 5,3 keer zo snel is.
Bij het uitvoeren van een instructie hoort namelijk ook het
ophalen van de opcode uit het geheugen. Omdat bij een LD A,B
instructie de externe adresbus niet wordt gewijzigd, hoeft
bij het ophalen van de volgende opcode (meestal) alleen de
low-byte van de externe adresbus te worden veranderd. Bij de
LD A,(HL) instructie is de externe adresbus wel veranderd,
zodat zowel de low- als de high-byte van het PC register
(Program Counter) naar de externe adresbus moeten worden
verplaatst.
TOT SLOT
Tot slot wil ik Alex Wulms nog bedanken voor zijn
medewerking, een gedeelte van de informatie in dit artikel
is van hem afkomstig. De overige informatie heb ik zelf
uitgevonden of komt uit Japanse bladen.
De R800 is (inclusief toetsenbord, diskdrive, kast en een
zooitje chips onder de naam FS-A1GT) te koop bij MSX Club
Gouda voor f1795,-. Verplicht voor elke MSX'er die bij de
tijd wil blijven (maar nu nog een antieke MSX2 heeft)!
Stefan Boer
|
