Проект «Сфера-80»: Олимпиада - Станислав Миков

— Логически шину мы разделили еще в лаборатории, — отрезал Морозов. — Но физически вы продолжаете мыслить категориями телевизора. Пытаетесь всё впихнуть на одну текстолитовую доску. Спаяли один раз на заводе, закрыли крышкой и запломбировали. А компьютер — это живой организм. Сегодня нам нужно шестьдесят четыре килобайта памяти, завтра мы захотим подключить дисковод, послезавтра — контроллер локальной сети или программатор. Если мы будем раздувать размер материнской платы, мы сойдем с ума от наводок, а завод проклянет нас за процент брака. Нам нужна физически модульная архитектура. Отдельно карта процессора, отдельно память, отдельно видео.

Над правым флангом стола повисла тяжелая, недоверчивая тишина. Слышно было лишь, как на кухне мерно капает вода из неплотно закрытого крана.

— Модульная? — хмыкнул Громов. — Ты предлагаешь разорвать систему на куски? Сделать отдельно плату процессора, отдельно память, отдельно видео и втыкать их в объединительную кросс-плату?

— Да, — спокойно подтвердил Алексей. — Как слоты. Как ящики в столе.

Громов всплеснул руками, едва не опрокинув пепельницу.

— Леша, это безумие! Ты представляешь, что такое арбитраж шины на этих частотах? У нас данные, адреса и управляющие сигналы полетят через разъемы! Чуть где-то задержка сигнала, чуть емкость паразитная выросла — и всё! А прерывания? Как ты собираешься обрабатывать прямой доступ к памяти, если плата видеоконтроллера будет сидеть в соседнем слоте и бороться с процессором за право читать данные? Это не оркестр получится, это коммунальная квартира на кухне в час пик!

— И это еще не главная проблема, — веско добавил Липатов, недовольно поджав губы. — Алексей Николаевич, вы смотрели ГОСТы на контактные соединения?

Сергей потянулся к своей папке, но Морозов жестом остановил его.

— Я знаю про разъемы, Сергей.

— Нет, вы не понимаете до конца, — упрямо продолжил конструктор. — Вы хотите использовать разъемы СНП. Это наш единственный доступный вариант. По паспорту у них золотое напыление. По факту — фольга. Если пользователь вытащит и вставит плату расширения раз десять, контакты сотрутся до латуни. Начнется окисление. Дребезг контактов. Сопротивление вырастет, и красивые цифровые нолики и единички превратятся в случайный мусор. Мы получим тысячи возвратов. Аппаратная монолитность — это гарантия надежности. Модульность на нашей элементной базе — это техническое самоубийство.

Алексей молчал, глядя на их раскрасневшиеся лица. Он любил этот этап. Этап отторжения. Они защищали свои убеждения, базируясь на суровом опыте работы в советском ВПК, где надежность достигалась заливкой плат эпоксидной смолой насмерть. Но ему нужно было заставить их прыгнуть выше головы.

Морозов пошарил взглядом по столу в поисках чистого листа. Ватманы были заняты Анной, миллиметровка исчеркана черновиками. Он потянулся к фаянсовой сахарнице и вытянул из-под нее обычную бумажную салфетку, немного помятую и дешевую.

Достав из кармана рубашки шариковую ручку, Алексей положил салфетку перед собой и начал рисовать.

— Подойдите сюда, — скомандовал он.

Инженеры нехотя сгрудились над салфеткой. Анна и Ольга тоже отложили эскизы, заинтригованные резкой сменой тона.

— Женя, ты боишься коммунальной квартиры на шине, — ручка Алексея вывела длинную горизонтальную линию, от которой вниз отходили короткие ответвления. — Но проблема решается жестким приоритетом. Мы не будем позволять картам ругаться. Мы ставим на кросс-плату отдельный чип контроллера шины. И вводим понятие «хозяин» и «раб».

Он нарисовал прямоугольник с надписью «ЦПУ» и соединил его с линией.

— Процессор всегда хозяин. Когда контроллеру видеовывода, который сидит в пятом слоте, нужны данные для отрисовки кадра, он не лезет на шину нагло. Он выставляет сигнал запроса — HOLD. Процессор заканчивает текущую операцию, отключает свои выходы в третье состояние — высокое сопротивление — и отвечает сигналом HLDA. Шина свободна. Бери и пользуйся. Никаких коллизий. Строгий семафор.

Громов почесал заросший щетиной подбородок, всматриваясь в кривоватые линии на салфетке.

— Высокое сопротивление… То есть процессор просто притворяется, что его нет? Физически отключается от проводов?

— Именно. Программный уровень вообще не замечает паузы. Для твоего кода время просто на долю микросекунды замирает.

Алексей перевел взгляд на Липатова.

— А теперь твои разъемы, Сергей. Да, они паршивые. Да, они стираются и окисляются. Мы не можем изменить ГОСТ на металлургию, но мы можем изменить схемотехнику.

Морозов нарисовал профиль разъема, пометив точками контакты.

— Главная причина сбоев из-за плохого контакта — это просадка по питанию. Сигнальные линии потребляют микроамперы, им окислы не так страшны. А вот если по линии питания в пять вольт идет дребезг, логика сходит с ума. Что мы делаем? Мы отдаем под питание не один пин в разъеме, а четыре. Крайние. Запараллеливаем их. Вероятность того, что окислятся и отвалятся одновременно четыре разнесенных в пространстве контакта, стремится к нулю. Плюс на каждую плату расширения ставим мощные конденсаторы прямо возле разъема. Они будут работать как буферные емкости. Если контакт на миллисекунду исчезнет из-за вибрации, конденсатор отдаст свой заряд, и плата даже не чихнет.

Липатов медленно снял очки. Его пальцы перестали отстукивать ритм. Он приблизил лицо почти вплотную к салфетке. Люба Ветрова, перегнувшись через стол, уже мысленно пересчитывала количество необходимых дорожек.

— Запараллелить питание… — пробормотал Липатов. — И развести землю по всей длине шины в виде гребенки, чтобы создать экран между сигнальными линиями… Тогда мы снизим перекрестные помехи.

— Шестьдесят четыре контакта, — вдруг подала голос Люба, глядя в пустоту остекленевшим взглядом специалиста по топологии. — Нам хватит шестидесяти четырех пинов. Восемь под данные, шестнадцать под адреса, питание, земля и служебные сигналы. Возьмем двухрядный разъем. Это можно развести на двустороннем текстолите. Без многослойки.

Морозов откинулся на спинку стула. Коллеги приняли идею — перестали думать о сборке закрытого ящика и начали обсуждать открытую платформу.

— Допустим, — Громов нервно смял пустую пачку из-под сигарет. — Допустим, мы это спаяем. Допустим, оно не сгорит. Но Леша, объясни мне другое. Зачем? Кому нужна такая безумная аппаратная избыточность? Да, дети хотят писать игры, я сам вчера сел писать для них руководство. Но Леша, давай будем реалистами! Для аркад, платформеров и стрелялок им за глаза хватит базовой «Сферы-80М»! Я оптимизирую ядро, я выжму из этого процессора все такты, они будут чудеса на экране творить в рамках старой архитектуры! Зачем городить огород со слотами и кросс-платами? Кто будет писать настолько огромное ПО, чтобы ему не хватило впаянной памяти?

— Во-первых, мы не будем писать всё это огромное ПО с нуля, — спокойно ответил Морозов. — Помнишь, о чем мы говорили с тобой в самом начале? Си-Пи-Эм.

Громов замер.

— Дисковая операционная система… Та самая американская CP/M для восемьдесят восьмидесятого?

— Именно. Для нормальной