System .004

--  Vermischte Einzelheiten --

Mit freundlicher Genehmigung und Unterstützung des Heinz Nixdorf MuseumsForum, Paderborn, war es möglich, den Aufbau dieses Gerätes  fotografisch zu dokumentieren -  weit mehr als 30 Jahre nach seiner Entwicklung.

Die Nutzung und Aufteilung der zwei Bildschirme:

Anzeigebeispiele rechter Bildschirm

Das Gerät wird geöffnet:

1 - Diagnoseadapter, 2 - ein größerer Schlitzschraubenzieher genügt, um das Gerät zu öffnen,   3 - Andruckschrauben

1 - Rückwand, 2 - Leiterplattenblock, 3 - Gewindestücke.

Die Gewindestücke 3 haben eine tieferen Sinn. Dort werden Griffe zum Transportieren eingeschraubt. Prinzip: Vier Mann, vier Ecken...

Erste Blicke auf den Leiterplattenblock:

1 - Stromversorgung, 2 - Diagnoseadapter, 3 - Buskabel, 4 - Stromversorgungskabel, 5 - Signalkabel, 6 - Andruckrahmen, 7 - Andruckstrebe, 8 - Andruckschrauben

Der Block wird aufgeschwenkt:

Andruckschrauben herausgedreht, Andruckstrebe ausgehängt, Andruckrahmen aufgeschwenkt

Der Blick auf eine ausgeschwenkte Platine läßt Einzelheiten des Schwenkmechanismus erkennen:

1 - Scharnier, 2 - Halterung; 3  - Arretierung. Arretierungen 3 lösen und Platine aufschwenken, so daß sie freikommt. Steckverbinder abziehen, und zwar einschließlich Stromversorgung (s. weiter unten). Dann Halterungen 2 lösen und Platine herausziehen. Beim Einbau alles umgekehrt...

Die Stromversorgung:

Mit Schaltnetzteilen in steckbaren Kassetten (oben) ergibt sich eine  annehmbare Größe. Gesonderter Stromversorgungsschrank unnötig. Einschaltsteuerung (unten) vergleichsweise aufwendig, weil die Maschine in die Stromversorgungssteuerung des Mainframe-Systems eingebunden ist (zentrales oder lokales Ein- und Ausschalten des Gerätes, Ein- und Ausschalten des Systems, zentrales Not-Aus).

Netzteilbestückung:

1. 5V/5A und 15 V/1,6 A: Überwachungsschaltungen usw.
2. 24 V/1,2 A (24P): Stromversorgungssteuerung (zentral und lokal)
3. 5 V/5 A (05N): -- 5 V für ROMs und DRAMs (Substratvorspannung)
4. 12 V/12,5 A (12P): für ROMs und DRAMs (Drainspannung), Laufwerke, Analogschaltungen usw.,
5. 5 V, 30 A (05P): Logik und Laufwerke.

Die ROMs und DRAMs in N-Kanal-Technologie brauchen  drei Betriebsspannungen (- 5 V, + 5 V, + 12 V).

Interfacesteckverbinder und Netzanschluß (380 V):

Das Standardinterface ist IBM-kompatibel (S/360 Bytemultiplexkanal) -- mit Ausnahme der IBM-Steckverbinder, die Meisterwerke der Feinmechanik sind. Ersatzweise wurde ein Steckverbinder-Baukastensystem aus sowjetischer Fertigung eingesetzt. Ein Kabel hat 20 Koaxialleitungen. Das Standardinterface (SIF)  hat zwei ankommende und zwei abgehende Kabel, das Spezialinterface (SPIF) ein ankommendes und ein abgehendes. Das SPIF ist eine Eigenentwicklung, nutzt aber die gleichen  Kabel, Steckverbinder und Kabelbaustufen wie das SIF. Ist das Gerät das letzte in der jeweiligen Kette, werden Abschlußstecker gesetzt. Die kleineren Steckverbinder gehören zur Stromversorgungssteuerung.

EIn Blick auf die Verteilerplatine:

Einzelheiten:

1 - Stromversorgungsanschlüsse, 2 - Monitoranschluß mit Crossover-Steuerung, 3 - NF-Verstärker und Lautsprecheranschluß; 4 und 5 - Digital-Analog-Wandler zur Lautstärkeeinstellung und Musik- oder Sprachausgabe (brauchbare Wavetables / Phoneme vorausgesetzt). 4 - geschaltete Widerstände; 5 - Ausgaberegister

Ein herkömmliches Flachbandkabel. Die IDC-Flachbandkabel (Systembus usw,) waren etwas Neues...

Es geht nicht ohne Änderungen. Irgendwann gibt man es auf, die Leiterplatte neu zu bearbeiten und läßt die Drähte drin. Hierfür gab es eine Abnahmevorschrift (die besagt, wieviele Drähte noch zulässig sind). Zudem sind Einzelheiten der Mechanik zu erkennen:

1 - Strebe, 2 - Zugentlastung der Stromversorgungskabel, 3 - die Halterungen (zum Einrasten in den Schwenkmechanismus) befinden sich auf der Bestückungsseite, 4 - Arretierungen (verbinden die Leiterplatten miteinander). Die Strebe 1 ist fest mit der Leiterplatte verbunden (Schutz gegen übermäßiges Durchbiegen, Halterung der Stromversorgungskabel).

Das Schlimmste am ganzen Gerät waren die Stromversorgungsanschlüsse der Leiterplatten. Alles einzeln über Flachsteckhülsen aus der KFZ-Technik. Es gab nichts Besseres... Beim Leiterplattentausch einzeln abziehen und wieder stecken. Wir hatten schon überlegt, die Hautabschürfungen, die man sich dabei gelegentlich zuzieht, als Berufskrankheit anerkennen zu lassen...

1 - hintere Andruckstrebe, 2 - Steckdose und Absicherung für Logikprüfstift * usw.,  3 - Lüfter. Wir hatten versucht, ganz ohne auszukommen. Aber sicher ist sicher. Ob er thermisch gesteuert ist oder ständig läuft, weiß ich nicht mehr...

*:  Gut gemeint, nützt aber hier nicht viel; der Z80 läßt sich nun mal nicht anhalten. Fehlersuche mit Oszilloskop oder Signaturanalyse und Testsoftware. Elementarbedienung über Diagnoseadapter. War eine gewisse Funktionsfähigkeit (CAPABILITY) erreicht, über Tastatur und Bildschirm (Wartungssystem).

Anzeigebeispiele rechter Bildschirm:

Bildschirmfotos nicht vorhanden.

Die untere Hälfte im Normalbetrieb:

Einige der Wartungsbilder:

Zur Bedienung des Wartungssystems wird nur ein Teil der Tastatur ausgenutzt. Funktionswahl mit den Cursortasten. Die jeweils ausgewählte Funktion wird invers angezeigt. Nähere Einzelheiten im  Fehlersuchhandbuch

Gotchas

Ein solches Projekt gibt immer Gelegenheit, auf die harte Weise etwas zu lernen. Hier einige "Tough Dogs" aus der Erinnerung:

• Eine synchrone Prioritätsvermittlung muß alle Anforderungen mit einem einzigen Takt erfassen. Dann Beruhigungszeit zum Auswerten lassen. Wenn die Anforderungen dort erfaßt werden, wo sie entstehen, und zwar mit einem jeweils spezifischen Takt (die anfängliche naive Sparlösung), funktioniert es nicht immer.
• Einen einmal angefangenen DRAM-Zyklus darf man unter keinen Umständen mittendrin abbrechen, sonst kippen die Bits, und zwar sonstwo.... Das Problem war bekannt und wurde im Entwurf auch berücksichtigt. Bei den vielen Ablaufvarianten (lokale Zugriffe, Slave-Zugriffe, Refresh, selektives Rücksetzen, Interrupts, NES usw.) gab es aber eine einzige, selten vorkommende Überlagerung, die den Fehler zur Folge gehabt hat. Weil er so selten aufgetreten ist (Bitverfäschungen mit nachfolgendem Absturz im Abstand von Stunden, also nur im Dauertest überhaupt hervorzurufen), hat es auch so lange gedauert, darauf zu kommen. Die Fehlersuche war ein Sonderzustand mit verlängerten Spätschichten usw. Es wurden eigens Testprogramme geschrieben, um nachzuweisen, woran es liegt und daß  die Änderung den Fehler tatsächlich beseitigt hat...
• Die Bustreiberschaltkreise 8216 geben bei der Richtungsumsteuerung Spikes aus, auch wenn sie  nicht aktiviert sind (hochohmig). Manche Exemplare haben nur schwache, andere sehr  intensive Spikes (nachgebaute Schaltkreise sollen gar keine mehr gehabt haben (Schaltungsänderung)). Nun macht man natürlich elektrische Vorversuche, wenn man einen eigenen Busstandard entwickelt. Dabei haben sich nur schwache Spikes gezeigt, die zunächst auf den Versuchsaufbau geschoben wurden (alles sehr provisorisch, keine wirklich hochwertigen Meßgeräte, es mußte schnell gehen). Die ersten Platinen wurden zufällig mit gutartigen 8216`s bestückt (nur kleine Spikes, die kaum zu sehen waren). So funktionierte der Bus auf Anhieb. Dann aber kam eine Platine, mit der nichts mehr ging. Zunächst haben wir einen Entwurfsfehler vermutet (Hazard o. ä.). Es lag aber wirklich am Schaltkreis. Die Spikes, die während der Busfreigabe entstanden, brachten alles durcheinander. Die große Änderung: Ein neues Bussignal AUX ACKN PULSE (wofür eine Masseleitung geopfert wurde). Urspünglich sollte ACKNOWLEDGE den Busyzklus beenden. Neu: AUX ACKN PULSE zeigt das Zyklusende an, woraufhin die beteiligten Einrichtungen in den Ruhezustand (der Bussteuerung) übergehen. ACKNOWLEDGE ist dann das Signal, die Bustreiber freizugeben. Da sich die Maschine am Bus aber bereits im Ruhezustand befindet, können beliebig viele und beliebig intensive Spikes auftreten, ohne daß sie schaden. Für die Logik sind es Don't Cares.
• Manchmal geht's nicht ohne Theorie. Clean Slate, der Ansatz, den ich bevorzuge, hat seine Vorteile, aber gelegentlich auch Grenzen.  Solche haben sich anläßlich des Versuchs gezeigt, eine digitale PLL zu bauen (für den Floppy-Disk-Adapter). Der Apparat war einfach nicht zum stabilen Arbeiten zu bringen (1 bis 2 Sekunden o.k., dann Schwingungen). Was war der Fehler? Eigentlich hätte es ein digitaler PID-Regler werden müssen. Beim intuitiven Entwerfen im Schnellverfahren ohne Literaturstudium wurde jedoch der I-Anteil vergessen.
• Es gibt auch Fehler, die dann auftreten, wenn die Maschine gar nichts zu tun hat. Die Software war komplett ereignisgesteuert. Es war von Grund auf so, wie es beispielsweise ein Delphi-Programmierer angeboten bekommt (nur nicht so komfortabel). Er schreibt nur Ereignisbehandler. Wie ein solcher Behandler aufgerufen wird, darum muß er sich nicht kümmern. Die Programme hatten keine Hauptsteuerschleifen mit Abfragen oder Callback-Funktionen, sondern das System startete einen  Ereignisbehandler direkt, wenn etwas zu tun war. Jede Partition (sowas wie ein Prozeß in Windows, nur einfacher) hatte einen Stack. Auf einen Systemstack wurde verzichtet. Es wäre nur ein Bereich mehr gewesen, der zu verwalten ist, und die Umschaltung ist umständlich. Wenn man die Maschine in Betrieb nimmt, läßt man natürlich Programme laufen. Dann ist immer irgend eine Partition aktiv und damit auch ein Stack verfügbar. Wenn aber gar nichts zu tun ist, läuft kein einziges Programm. Dann kann es sein, daß der Stackpointer keinen gültigen Stack adressiert. Wenn dann plötzlich etwas zu tun ist, stürzt die Maschine ab. Sowas muß man aber erst einmal finden. Der Fehler hat sich erst in der Einsatzerprobung gezeigt, und zwar nur in der Nachtschicht (weil dort nichts los war)...

Aktuelles:

23. 12. 2019

Seite aktualisiert  Gotchas

Der Rückblick als PDF

Vorgänger und Nachfolger:

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System .005:

System .011:

Bildquellen: Firmenprospekte / privat. Besseres nicht verfügbar...