Skip navigation.

Bondwell 12 Virtual-disk

door M.J. Moene

Inleiding

Bij het gebruik van programma's die veel of frequent disk-I/O doen, zoals vertalers (compilers en assemblers) en programma's die gebruik maken van overlay-files (bv. WordStar), wordt de relatief langzame disk-I/O van de floppy- diskdrives dikwijls als storend ervaren. Ook de beschikbare opslagcapaciteit van beide drives (166 kbyte elk) is soms te klein. Deze nadelen van floppy-diskdrives met betrekking tot snelheid en (tijdelijk) beschikbare capaciteit kunnen worden ondervangen door een in het geheugen gesimuleerde disk te gebruiken: een virtuele disk.
In dit artikel beschrijf ik hoe een virtuele disk geïmplementeerd kan worden in het Bondwell 12-CP/M 2.2 operating system. De geheugenruimte die nodig is voor de virtuele disk kan verkregen worden door het geheugen met acht 64 kbyte dynamische RAM's uit te breiden. De hardware van de Bondwell 12 voorziet in de mogelijkheid om deze twee extra geheugenbanken van 32 kbyte toe te voegen. Door een kleine hardware-uitbreiding is het mogelijk in plaats van twee, acht extra geheugenbanken van 32 kbyte (= 256 kbyte) toe te voegen.

Inhoud

This article was published in Bondwell/ELCI-gg mededelingen, nummer 2, februari 1988 and nummer 3, mei 1988.

Download: source, listing, program.

H 1. Het CP/M-besturingssysteem
H 2. Uitbreiden van het BIOS met een virtuele disk
H 3. Geheugenbank-selectie
H 4. 256 kbyte geheugenuitbreiding

1. Het CP/M-besturingssysteem

1.1. Inleiding

Een besturingssysteem (operating system) is bedoeld om programma's controle te geven over de randapparatuur, zoals bijvoorbeeld terminal, diskdrives en printer, op een manier die onafhankelijk is van de hardware-opbouw van die randapparatuur. CP/M is zo'n besturingssysteem.

CP/M is opgebouwd uit vijf delen:

Het BIOS verzorgt de elementaire handelingen die nodig zijn om de disk­ drives en de gebruikelijke randapparatuur, zoals terminal en printer, te kunnen besturen. Het BDOS verzorgt het diskbeheer en de besturing van de randapparatuur, daarbij gebruik makend van het BIOS. CCP voert de commando's uit die afkomstig zijn van het toetsenbord. De TPA is het deel van het geheugen dat beschikbaar is voor de gebruikersprogramma's (eventueel uitgebreid met de ruimte van CCP en BDOS). De MWA bevat een aantal systeemconstanten en -buffers. Van deze vijf delen is alleen het BIOS afhankelijk van het gebruikte hardware-systeem. Het toevoegen van een geheugendisk vereist dus dat het BIOS wordt aangepast.

1.2. Het Basic Input/Output System

Wat moet er in het BIOS aangepast worden? Om dit te onderzoeken volgt hier een beschrijving van de belangrijkste eigenschappen van het BIOS.

Het BIOS van de Bondwell 12 is opgebouwd uit de volgende delen:

  1. jump-table,
  2. BIOS-routines,
  3. diskparameter-tabellen,
  4. functietoets-tabel.
ad 1.
De jump-table dient om de BIOS-routines aan te kunnen roepen. Op adres $0001 en $0002 in de MWA staat het adres van de tweede jump- instructie van de BIOS jump-table. Hierdoor is dus de ligging van de gehele BIOS jump-table bekend.
ad 2.
De BIOS-routines zijn te verdelen in drie groepen:
  • systeem initialisatie,
  • ASCII in- en uitvoerroutines,
  • disk in- en uitvoerroutines.
Voor het toevoegen van de geheugendisk zijn alleen de disk in- en uitvoerroutines van belang.
ad 3.
De fysische eigenschappen van de gebruikte diskdrives zijn vast­ gelegd in drie disk-parameter tabellen:
  • Disk Parameter Header table (DPH),
  • Disk Parameter Block table (DPB),
  • sector translate table (XLT).
ad 4.
De functietoets-tabel bestaat uit 16 x 16 byte voor de zestien functietoetsen. De tabel beslaat het adresgebied $F6BF..$F7BF. Deze tabel beschrijf ik verder niet.
De BIOS-routines

De gegevens op de floppy-disk zijn georganiseerd in tracks en sectoren. (zie figuur 1.2.1.)

               \---+---/
               |\--+--/|
               ||\-+-/|o---- track (cirkel)
               |||\|/|||
              -+++-O-+++-
               |||/|\|||\
               ||/-+-\|| )-- sector (cirkelsegment)
               |/--+--\|/
               /---+---\

          figuur 1.2.1.  tracks en sectoren op een disk

De data-overdracht van en naar naar disk gebeurt via een zogenaamd DMA- buffer (Direct Memory Access-buffer). De gegevens worden per record van 128 byte uitgewisseld tussen het DMA-buffer en de disk. De records worden aangeduid met een track- en sectornummer.

Het BIOS bevat de volgende disk in- en uitvoerroutines:

   home   : Breng  de leeskop naar track nul van de geselecteerde drive:
            normaal  is  op de eerste tracks het  CP/M-operating  system
            opgeslagen.
   seldsk : Selecteer   de  disk-drive,   aangegeven  door  register   c
            (0=A:,1=B:); als de drive bestaat, dan bevat registerpaar hl
            het  adres  van  de  Disk  Parameter  Header,  anders  bevat
            registerpaar hl nul.
   settrk : Selecteer  de track van de geselecteerde disk-drive,  aange­
            geven door het nummer in registerpaar bc.
   setsec : Selecteer de sector van de geselecteerde disk-drive,  aange­
            geven door het nummer in registerpaar bc.
   setdma : Gebruik  voor  volgende disk  read- en  write-operaties  het
            adres van de DMA-buffer als aangegeven door registerpaar bc.
   read   : Lees  de geselecteerde sector van de disk en plaats de  data
            in  de aangegeven DMA-buffer;  als de operatie geslaagd  is,
            bevat  register a de waarde nul,  anders een waarde ongelijk
            aan nul.
   write  : Beschrijf  de geselecteerde sector van de disk met  de  data
            uit  de aangegeven DMA-buffer;  als de operatie geslaagd is,
            bevat register a de waarde nul,  anders een waarde  ongelijk
            aan nul.
   sectran: Vertaal een logisch sectornummer in registerpaar bc naar het
            fysische  sectornummer in registerpaar hl;  registerpaar  de
            bevat  het adres van de sector vertaal-tabel;   het verschil
            tussen  het  logische- en het  fysische  sectornummer  wordt
            gebruikt om de tijd  die nodig is om  opeenvolgende sectoren
            te lezen of te beschrijven te verkorten (skewing).

Voor bovenstaande routines, home uitgezonderd, geldt,dat de lees/schrijfkop pas werkelijk naar de geselecteerde sector gebracht hoeft te worden bij de read- en write-operaties.

De disk-parameter tabellen

De fysische eigenschappen van de gebruikte disk-drives worden vastgelegd in drie disk-parameter tabellen in het BIOS:

  • Disk Parameter Header table (DPH),
  • Disk Parameter Block table (DPB),
  • sector translate table (XLT).

De DPH is de schakel tussen het BDOS en het BIOS voor het gebruik van disk in- en uitvoer. De DPH bevat een kladgebied en de adressen van een aantal buffers die door het BDOS gebruikt worden. Verder bevat de DPH de adressen van de DPB en de XLT tabellen. De DPB beschrijft de fysische eigenschappen van de drive en de XLT-tabel geeft de vertaling van logische sectoren naar fysische sectoren.

Per aangesloten drive is er e'e'n DPH. DPBASE geeft het begin van de lijst van DPH's aan. In figuur 1.2.2. is het formaat van de DPH's weergegeven.

            Disk Parameter Header
           +--------------------------------------------+
    DPBASE | XLT | 0 | 0 | 0 | DIRBUF | DPB | CSV | ALV |   Drive 0 (A:)
           +--------------------------------------------+
           |                     :                      |
           +--------------------------------------------+
           | XLT | 0 | 0 | 0 | DIRBUF | DPB | CSV | ALV |   Drive n
           +--------------------------------------------+
             16b  16b 16b 16b   16b     16b   16b   16b

           figuur 1.2.2. lijst van Disk Parameter Headers

De DPH bevat de volgende gegevens:

   XLT   : Adres van de sector vertaal tabel;  als er geen skewing wordt
           toegepast heeft XLT de waarde nul.
   000   : Kladgebied  voor  het BDOS;  de initiële waarde is  niet  van
           belang.
   DIRBUF: Adres  van  een  128 byte groot  kladbuffer  voor  directory-
           operaties  die  door het BDOS worden uitgevoerd;  alle  DPH's
           kunnen verwijzen naar dezelfde buffer,
   DPB   : Adres  van het Disk Parameter Block voor deze  drive;  drives
           met dezelfde karakteristieken kunnen verwijzen naar  dezelfde
           DPB,
   CSV   : Adres  van  een kladgebied dat gebruikt wordt voor  het  uit­
           voeren  van  een software-controle op het verwisselen van  de
           disk;  elke DPH verwijst naar een eigen kladgebied; indien er
           niet gecontroleerd hoeft te worden, heeft CSV de waarde nul.
   ALV   : Adres van een kladgebied dat door het BDOS gebruikt wordt  om
           de  bezetting van de disk,  uitgedrukt in  allocation-blocks,
           bij  te houden;  elk bit van de buffer stelt een  allocation-
           block  voor;  een bit dat de waarde een heeft,  geeft aan dat
           het  corresponderende  allocation-block bezet  is;  elke  DPH
           verwijst naar een eigen kladgebied.

Het formaat van het Disk Parameter Block is weergeven in figuur 1.2.3.. 

        Disk Parameter Block
       +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
A:, B: | SPT | BSH | BLM | EXM | DSM | DRM | AL0 | AL1 | CKS | OFF |
       +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+

       +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
Vdisk  | SPT | BSH | BLM | EXM | DSM | DRM | AL0 | AL1 | CKS | OFF |
       +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
         16b    8b    8b    8b   16b   16b    8b    8b   16b   16b

                 figuur 1.2.3. twee Disk Parameter Blocks

Het Disk Parameter Block bevat de volgende gegevens:

   SPT : Sectors Per Track.
         Het aantal sectoren per track.
   BSH : Data allocation Block SHift factor.
         Dit  is  een getal dat afhankelijk is van de  grootte  van  het
         allocation-block (BLS: allocation BLock Size).
   BLM : Data allocation BLock Mask.
         De waarde hiervan is: 2^(BSH-1).
   EXM : EXtent Mask.
         De  waarde  van  EXM  is afhankelijk van  de  grootte  van  het
         allocation-block  op zich en van het totaal aantal  allocation-
         blocks van deze disk.
   DSM : Maximum Data block number.
         DSM geeft de capaciteit van de disk in allocation-blocks:
         DSM= alloc-blocks -1.
   DRM : Maximum number of DiRectory entries -1.
         DRM geeft het aantal directory-plaatsen -1 van deze disk.
   AL0,AL1 : ALlocated blocks for directory.
         AL0  en  AL1 geven de beginwaarde voor de  ALV:  hiermee  wordt
         aangegeven welke blocks zijn gereserveerd voor de directory.
   CKS : Number of directory sectors ChecK Summed.
         CKS  geeft  de grootte van de buffer voor de  controle  op  het
         verwisselen van de disk,  uitgedrukt in sectoren; wordt er geen
         controle toegepast, dan heeft CKS de waarde nul.
   OFF : Number of reserved system tracks (track OFFset).
         OFF  geeft het aantal gereserveerde tracks aan het begin van de
         disk; deze tracks kunnen bv. gebruikt worden voor de opslag van
         het CP/M-besturingssysteem.

De waarde van BSH en BLM bepalen indirect de grootte van een allocation- block (BLS). De waarde van BLS is niet vermeld in de DPB. De grootte van een allocation-block is: 128 x 2^(BSH), of 128 x (BLM+1) [byte]. BSH en BLM zijn als volgt afhankelijk van BLS:

  BLS        BSH    BLM
 1024 byte    3       7
 2048 byte    4      15
 4096 byte    5      31
 8192 byte    6      63
16384 byte    7     127

BSH wordt gebruikt om te bepalen in welk allocation-block een bepaald record valt: allocation-block nr = record nummer >> BSH. (j >> k: schuif getal j k-maal naar rechts)

BLM wordt gebruikt voor het bepalen van het record-nummer binnen het allocation-block: plaats = record-nummer & BLM. (j & k : bitsgewijs AND van j met k)

DSM geeft de capaciteit van de disk gemeten in allocation-blocks. Hierbij worden de gereserveerde tracks aan het begin van de disk (OFF) niet meegeteld. De capaciteit van de disk is: BLS x (DSM +1) [bytes].

De waarde van EXM is als volgt afhankelijk van BLS en van DSM:

  BLS        DSM < 256    DSM >= 256
 1024 byte       0            --
 2048 byte       1             0
 4096 byte       3             1
 8192 byte       7             3
16384 byte      15             7

Voor de keuze van de grootte van het allocation-block (BLS) gelden de volgende afwegingen: voor de opslag van omvangrijke files geeft een groot allocation-block een efficiënt gebruik van de directory-ruimte; voor de opslag van veel kleine files geeft een klein allocation-block een efficiënt gebruik van de beschikbare diskcapaciteit: een file die slechts een paar byte groot is, gebruikt toch een heel allocation-block.

DRM geeft het aantal directory-plaatsen minus e'e'n. Al0 en Al1 worden gebruikt als beginwaarde voor de allocation-buffer (ALV) om ruimte te reserveren voor de directory. De waarde van DRM is bepalend voor de waarde AL0 en AL1. De aaneenschakeling van AL0 en AL1 kan worden beschouwd als een lijst van 16 bits (zie figuur 1.2.4.).

  +---------------------------------------------------------------------+
  |              AL0              |                AL1                  |
  +-------------------------------+-------------------------------------+
  | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
  +-------------------------------+-------------------------------------+

                figuur 1.2.4.  directory allocation-blocks

Positie 0 correspondeert met het high-order bit van byte AL0, positie 15 correspondeert met het low-order bit van byte AL1. Elk bit in deze lijst reserveert een allocation-block voor een aantal directory-plaatsen, zodat totaal zestien allocation-blocks gebruikt kunnen worden voor de directory. Elke directory-plaats beslaat 32 bytes. Het aantal allocation-blocks dat nodig is voor de directory is dus afhankelijk van de grootte van het allocation-block. Deze afhankelijkheid kan als volgt worden uitgedrukt: aantal directory allocation-blocks = (DRM+1)/(BLS/32).

Zoveel allocation-blocks als de directory nodig heeft, zoveel bits van AL0 en AL1 moeten '1' zijn, te beginnen bij Al0 positie 0.

De waarde van OFF bepaalt het aantal tracks dat wordt overgeslagen aan het begin van de fysische disk. Deze waarde wordt automatisch toegevoegd aan het track-nummer bij het aanroepen van de routine settrk. Dit mechanisme kan gebruikt worden om de tracks die gereserveerd zijn voor het operating system over te slaan, of om een grote disk te verdelen in kleinere delen.

De uitleg van de Disk Parameter Header eindigt met de CSV- en ALV-buffers. De grootte van de buffer voor de controle op het verwisselen van de disk (CSV) is gelijk aan de waarde van CKS. De waarde van CKS wordt als volgt bepaald: in het geval van een verwijderbare disk heeft CKS de waarde (DRM+1)/4: er zijn namelijk vier directory-plaatsen per record. Betreft het een vaste disk dan heeft CKS de waarde nul (geen controle op verwisselen).

De grootte van de allocation-buffer (ALV) wordt bepaald door het maximum aantal allocation-blocks van de betreffende disk. De grootte van ALV is: (DSM/8)+1 [bytes], namelijk e'e'n bit per allocation-block.

2. Uitbreiden van het BIOS met een virtuele disk

2.1. Inleiding

De werking van het BIOS is nu voldoende bekend om een virtuele disk aan het BIOS toe te voegen. Het toevoegen vereist de volgende acties:

  • ken een vrije letter tussen A en P toe aan de virtuele disk,
  • programmeer de BIOS disk-I/O routines voor de virtuele disk,
  • maak de virtuele disk DPH-, DPB- en eventueel de XLT-tabel.

Het vervolg beschrijft de manier waarop de virtuele disk geïmplementeerd is in het bestaande Bondwell 12 CP/M 2.2 besturingssysteem.

2.2. Het vdisk programma (versie 1.5)

2.2.1. Uitgangspunten

Bij het maken van programma voor de virtuele disk zijn de volgende uit­ gangspunten aangehouden:

  • Het CP/M-besturingssysteem op de systeemdisk dient ongewijzigd te blijven: de installatie van de geheugendisk dient door een apart programma te gebeuren.
  • Voor de geheugenruimte die nodig is voor de virtuele disk, worden de geheugenbanken e'e'n en twee gebruikt; deze komen beschikbaar door de standaard 64 kbyte geheugenuitbreiding van de Bondwell 12; door de extra geheugenuitbreiding van 256 kbyte zijn de geheugenbanken één tot en met acht beschikbaar voor de virtuele disk.
  • Het programma dient zowel voor de 64 als voor de 256 kbyte geheugenruimte geschikt te zijn.
2.2.2. Globale werking

De werking van het geheugendisk programma kan als volgt worden samengevat. De aanroepen van de BIOS disk-I/O routines seldsk tot en met write worden omgeleid naar de daarmee corresponderende geheugendisk BIOS-routines, zodat gecontroleerd kan worden of het de geheugendisk betreft. Indien het de geheugendisk betreft, wordt de geheugendiskroutine verder afgewerkt; betreft het echter een andere drive, dan gaat het programma verder in de originele BIOS-routine.

Voor de geheugendisk BIOS-routines en de disk-parameter tabellen, die aan het standaard Bondwell 12 BIOS moeten worden toegevoegd, is enige geheugen­ ruimte nodig die niet door andere programma's gebruikt kan (zal) worden. Het is vereist dat deze geheugenruimte zich bevindt in de gemeenschappe­ lijke geheugenbank (common bank: adres $8000..$FFFF), omdat de andere geheugenbanken alleen vanuit deze geheugenbank te bereiken zijn. Deze ruimte voor de geheugendisk BIOS-routines is beschikbaar in het BIOS vanaf adres $F500 tot adres $F6BF, waar de functietoets-tabel begint.

Het installeren van de geheugendisk omvat de volgende handelingen:

  • Formatteer, indien gewenst, de geheugendisk directory-ruimte.
  • Overschrijf de bestaande BIOS jump-tabel met de virtuele disk jump-tabel voor zover het de van belang zijnde disk-I/O routines betreft.
  • Kopiëer de virtuele disk parameter tabellen en -routines naar de vrije ruimte in het BIOS.
  • Vervang de jump CCP aan het einde van de originele BIOS warmboot- routine door jump virtual-disk-warmboot, zodat gecontroleerd kan worden of de default-drive de (inmiddels) legale virtuele disk is; wordt dit laatste niet gedaan, dan wordt de virtuele disk door de originele warmboot-routine niet als legaal beschouwd en vervangen door drive A:.

Figuur 2.2.2.1. geeft een indruk van het geheugengebruik van de virtuele disk.

   $FFFF  +--------------+ 64 kbyte
          |    video     |
   $F800  |--------------|
          |--------------|
          | vdisk-buffer |
          | vdisk-program|
   $F500  |--------------|
          |--------------|
          |     BIOS     |
          |     BDOS     |
          |     CCP      |
          |--------------|
          |     TPA      |
    $8000 +--------------+ 32 kbyte
            common bank

    $7FFF +--------------+ 32 kbyte        $7FFF +--------------+ 32 kbyte
          |              |                       |              |
          |              |                       |              |
          |              |                       |              |
          |              |                       |    Vdisk     |
          |     TPA      |                       |    track     |
          |              |                       |              |
          |              |                       |     n-1      |
          |              |                       |              |
          |              |                       |              |
    $0100 |--------------|                       |              |
          |     MWA      |                       |              |
    $0000 +--------------+  0              $0000 +--------------+  0
              bank 0                ...              bank n


        figuur 2.2.2.1.  geheugengebruik van de virtuele disk
2.2.3. Realisatie

Deze paragraaf beschrijft de opbouw van het virtuele disk programma, de werking van de BIOS-routines en de invulling van de disk parameter tabellen.

Opbouw

Het geheugendisk-programma bestaat uit de volgende delen:

  • installatie,
  • formattering,
  • jump-table,
  • parameter-tabellen,
  • BIOS-routines.

    • Hieronder worden deze delen nader toegelicht.

    Installatie

    De geheugendisk-installatie verloopt als volgt.

    De installatieroutine bepaalt of de geheugendisk geformatteerd dient te worden ('-f' optie). Indien dit het geval is, dan kopiëert de installatie- routine de format-routine naar de beschikbare ruimte in het Bondwell 12 BIOS (adres $F500..$F6BF) en roept deze vervolgens aan. Is het formatteren niet vereist, dan wordt dit gedeelte achterwege gelaten. Verder kopiëert de installatieroutine de geheugendisk parameter-tabellen en -BIOS-routines naar de beschikbare ruimte in het originele BIOS. De sprong naar de CCP aan het einde van de BIOS warmboot-routine wordt vervangen door een sprong naar de geheugendisk warmboot-routine. Ten slotte overschrijft de instal­ latieroutine een gedeelte van de originele BIOS jump-table met de geheugendisk jump-table.

    Formattering

    De format-routine initialiseert alle locaties in de geheugenbank(en) waarin de geheugendisk-directory zich bevindt met de waarde $E5, hetgeen corres- pondeert met een lege directory.

    Jump-table

    De jump-table zorgt ervoor dat bij het aanroepen van de BIOS-routines seldsk tot en met write, eerst naar de ermee corresponderende geheugendisk BIOS-routine wordt gesprongen. Daarna wordt, indien dat nodig is, de origi- nele BIOS-routine doorlopen.

    Disk parameter tabellen

    In de disk parameter-tabellen zijn de disk-eigenschappen vastgelegd. De geheugendisk heeft de volgende eigenschappen:

    Disk Parameter Header
       XLT   =    0: Er wordt geen sector-translation toegepast.
   DIRBUF=$F2CD: Adres van de directory-buffer van drive A: en B:.
   DPB   = ....: Disk Parameter Block, zie verder.
   CSV   =    0: Geen controle op verwisselen van de disk.
   ALV   = ....: Dit is het adres van de geheugendisk allocation-buffer.
    Disk Parameter Block
       SPT = 256: Er  is precies e'e'n track per geheugenbank;  dit geeft  een
              eenvoudige  berekening van het geheugenbank-nummer en  het
              adres van de sector in die bank.
   BSH =   4: De allocation-block grootte is 2048 byte.
   BLM =  15: De allocation-block grootte is 2048 byte.
   EXM =   1: De allocation-block grootte is 2048 byte en DSM < 256.
   DSM =  31: Maximum allocation-block nummer voor de 64 kbyte disk.
              (127 voor de 256 kbyte geheugendisk.)
   DRM =  63: Er zijn 64 directory-plaatsen.
   AL0 = $80: Er is e'e'n block gereserveerd voor de directory.
   AL1 =   0: Idem.
   CKS =   0: Geen controle op het verwisselen van de disk.
   OFF =   0: Er zijn geen gereserveerde tracks op de disk.
    BIOS-routines

    Het CP/M-besturingssysteem hoeft niet aanwezig te zijn op de geheugendisk. Verder zal het toepassen van skewing voor de geheugendisk geen snelheids­ winst geven. Hieruit volgt dat de home- en sectran-routine voor de geheugendisk niet van belang zijn. Hieronder volgen de geheugendisk BIOS- routines . 

       seldsk: Het  drive-nummer  in  register c wordt  gekopiëerd  naar  de
           variabele 'drive';  indien het de geheugendisk  betreft,  dan
           krijgt  registerpaar  hl het adres van de  geheugendisk  Disk
           Parameter  Header en de subroutine wordt  beëindigd;  betreft
           het een andere disk, dan springt de routine naar de originele
           seldsk-routine.
   settrk: Het  track-nummer in registerpaar bc wordt gekopiëerd naar de
           variabele  'track'  en de routine springt naar  de  originele
           settrk-routine.
   setsec: Het sector-nummer in registerpaar bc wordt gekopiëerd naar de
           variabele  'sector' en de routine springt naar  de  originele
           setsec-routine.
   setdma: Het  dma-adres  in registerpaar bc wordt gekopiëerd  naar  de
           variabele  'dma'  en  de  routine spring  naar  de  originele
           setdma-routine.
   read  : Met behulp van de subroutine 'checkd' wordt gecontroleerd  of
           er  een sector gelezen moet worden van de geheugendisk of van
           een  van de floppy-disks;  betreft het niet de  geheugendisk,
           dan springt de routine naar de orignele read-routine;  indien
           het de geheugendisk betreft, dan wordt de subroutine 'getadr'
           aangeroepen;  deze routine selecteert de juiste  geheugenbank
           (track  van  de geheugendisk) en geeft het beginadres van  de
           gevraagde sector in die geheugenbank in registerpaar  hl;  de
           sector   wordt   gekopiëerd  naar  de  locale   geheugendisk-
           databuffer in de 'common bank';  met de routine 'bank'  wordt
           geheugenbank  nul  weer  geselecteerd;  vervolgens  wordt  de
           geheugendisk-databuffer  gekopiëerd  naar het  dma-adres;  de
           read-routine  eindigt met een nul in register a om  het  BDOS
           aan te geven dat de lees-operatie goed is verlopen.
   write : De  werking van de write-routine is vergelijkbaar met die van
           de read-routine;  de richting van de gegevensstroom is echter
           omgekeerd.
    Overige routines
       vdwbt : Deze routine wordt vlak na de originele BIOS warmboot-routine
           doorlopen;  de vdwbt-routine controleert of het nummer van de
           default  drive  in de MWA overeenkomt met het nummer  van  de
           geheugendisk.  Als de nummers overeenkomen, wordt in register
           c het nummer van de geheugendisk meegegeven naar de CCP.
   checkd: Deze routine geeft aan of de geheugendisk is geselecteerd.
   getadr: De  routine  'getadr'  selecteert de geheugenbank  waarin  de
           gevraagde sector zich bevindt en geeft in registerpaar hl het
           beginadres van de sector in die geheugenbank.   De berekening
           van geheugenbank-nummer en sector-beginadres gaat als volgt:
           - de sector-grootte is 128 byte,
           - er  zijn 256 sectoren per track:  256 x 128 byte= 32 kbyte,
             zodat elke track e'e'n geheugenbank beslaat;
             het nummer  van de geheugenbank is:  bank= track + 1:
             de geheugendisk begin bij geheugenbank een;
           - de  eerste sector van elke track begint op adres $0 van  de
             met die track corresponderende geheugenbank:  de berekening
             van  het beginadres van een sector is dus niet  afhankelijk
             van het tracknummer; het beginadres van een sector is:
             adres=  sector x 128, of (sector x 256) / 2:
           - laad register h met het sector-nummer (sector x 256),
             laad register l met 0,
           - schuif  de  inhoud  van registerpaar hl  e'e'n  positie  naar
             rechts (hl / 2),
   bank  : De routine 'bank' selecteert de geheugenbank op grond van het
           nummer in register a.  Deze routine is zowel geschikt voor de
           standaard 64 kbyte geheugenuitbreiding van de Bondwell 12 als
           voor de geheugenuitbreiding van 256 kbyte.  De werking van de
           geheugenbank selectie wordt beschreven in hoofdstuk  3..   De
           nummering van de geheugenbanken in de routine 'bank' wijkt af
           van  de nummering in de Bondwell 12/14 manual:  in de routine
           'bank' is de nummering als volgt:
           - 0   : Boot-ROM,
           - 1..9: RAM-bank 0..8.

    3. Geheugenbank selectie

    3.1. Inleiding

    In dit hoofdstuk beschrijf ik de werking van het circuit dat zorgt voor het omschakelen van de geheugenbanken. Kennis hiervan is noodzakelijk om de werking van de geheugenbank selectieroutine en van de extra geheugen- uitbreiding te kunnen doorgronden.

    3.2. Werking

    In figuur 3.2.1. is het schema van het Bondwell 12/14 geheugenbank selectie-circuit weergegeven. Met dit circuit kan een van de drie geheugenbanken of de boot-ROM worden geselecteerd. Bank nul is de normaal geselecteerde bank, banken een en twee worden gebruikt voor de geheugendisk.

    Address-bus
___________________________
     \                     \   addressable
     |     decoder         |      latch              decoder
     |                     |
     |      LS138          |      LS259               LS138
     |  +-----------+      |  +-----------+       +-----------+
     |  |           |      |  |           |       |           |
  A7 |\_| /E1   /Q7 |-     |  |        Q7 |-      |       /Q7 |
     |  |       /Q6 |-  A3 |\_|  A2    Q6 |-      |       /Q6 |
     |  |       /Q5 |-  A2 |\_|  A1    Q5 |-      |       /Q5 |
     |  |       /Q4 |-  A1 |\_|  A0    Q4 |-      |       /Q4 |
     |  |       /Q3 |-     |  |        Q3 |-    0 |       /Q3 |--o /bank2
  A6 |\_|  A2   /Q2 |-  A0 \_|  D      Q2 |-o   o-|  A2   /Q2 |--o /bank1
  A5 |\_|  A1   /Q1 |-        |        Q1 |-------|  A1   /Q1 |--o /bank0
  A4  \_|  A0   /Q0 |---------| /E     Q0 |-------|  A0   /Q0 |--o /boot-ROM
        |    /E2    |         |           |       |           |
        +-----------+         +-----------+       +-----------+
___________   |
I/O-request   |
______________/
                   figuur 3.2.1.  geheugenbank selectie circuit

    In de figuur zijn geïnverteerde signalen aangegeven door een '/' voor de signaalnaam te zetten. Signalen die voor het beschrijven van de werking van het circuit niet van belang zijn, staan niet in de figuur vermeld.

    De werking van het circuit is als volgt.
    Door het aanbieden van een bepaald I/O-adres kan met behulp van de decoder LS138, links in het schema, een van de 'latches' van de LS259 geadresseerd worden. De waarde van de 'latches' nul en een van de LS259 bepalen welk geheugenbank select-signaal actief gemaakt wordt via de decoder LS138 rechts in het schema (/boot-ROM, /bank0..2).

    Hieronder wordt de werking meer gedetailleerd beschreven.
    Wanneer er een I/O-adres aangesproken wordt waarbij A7 gelijk nul is, dan wordt de decoder LS138 links in het schema 'enabled': dit is in het I/O- adresgebied $00..$7F. I/O-adreslijnen A4 tot en met A6 bepalen dan welke uitgang van de decoder geactiveerd wordt. Indien uitgang /Q0 actief wordt, dan wordt de adresseerbare 'latch' LS259 'enabled': dit is in het I/O- adresgebied $00..$0F. I/O-adreslijnen A1..A3 bepalen welke 'latch' van de LS259 geadresseerd wordt, I/O-adreslijn A0 bepaalt of in die 'latch' een '1' of een '0' geschreven wordt. Tezamen vormen de uitgangen Q0 en Q1 van de adresseerbare 'latch' het ingangsignaal (0..3) voor de decoder LS138, rechts in het schema, die een van de geheugenbank selectie-signalen actief maakt.

    4. 256 kbyte geheugenuitbreiding

    4.1. Inleiding

    In dit hoofdstuk beschrijf ik de 256 kbyte geheugenuitbreiding voor de Bondwell 12. Voor deze uitbreiding is het nodig om enige veranderingen aan te brengen op het Bondwell 12 computerboard. Verder is er een kleine schakeling nodig voor het genereren van enkele niet beschikbare signalen. In bijlage 1 is het complete schema van het geheugenuitbreidingscircuit weergegeven. Bijlage 2 geeft de componentenopstelling en printlayout van de voor de uitbreiding gemaakte print.

    4.2. Dynamische RAM

    Wat moet er veranderd worden om voor IC 53..60 in plaats van 64 kbyte, 256 kbyte dynamische RAM te gebruiken? Om dit te kunnen bepalen, kijken we eerst naar de werking van dynamische RAM (zie figuur 4.2.1.).

                                     +-------+
                       address   |       |   data
               A7/A15 ---------\ |       | /------\  D7
                      |         \|dynamic|/        \
                      |         /|  RAM  |\        /
               A0/A8  ---------/ |       | \------/  D0
                                 |       |
                                 +-------+
               ___                 |  |
               RAS ----------------+  |
               ___                    |
               CAS -------------------+

                     figuur 4.2.1.  dynamische RAM

    Het gebruik van dynamische RAM heeft twee opvallende aspecten, namelijk de adressering en de 'refresh' van de geheugenlocaties.

    Adressering

    De toegang tot een geheugenplaats in een dynamische RAM is te vergelijken met het selecteren van een element uit een tweedimensionale array: er moet een rij-adres en een kolom-adres worden aangeboden om de gewenste geheugen­ locatie aan te wijzen. Het adresseren van een geheugenlocatie gebeurt bij een dynamische RAM door het na elkaar aanbieden van het rij-adres en het kolom-adres, over dezelfde adreslijnen. Het onderscheid tussen het rij- adres en het kolom-adres wordt aangegeven door de RAS (Row Address Select) en CAS (Column Address Select) signalen.

    Refresh

    De waarde van een bit in een dynamische RAM wordt bepaald door de lading op een kleine condensator. Om 'geheugenverlies' door het weglekken van deze lading te voorkomen, wordt de lading periodiek hersteld ('gerefreshed').

    Dit 'refreshen' gebeurt automatisch voor alle geheugenlocaties van een rij, wanneer die rij geadresseerd wordt. Om er nu voor te zorgen dat elke rij binnen een bepaalde vereiste tijd geadresseerd wordt, verzorgt de Z80 microprocessor speciale refresh-adresseringen van de rij-adressen. De refresh-counter van de Z80 verzorgt het 'refreshen' van 128 rijen (A0..A6).

    De eisen voor de memory-refresh van 64 en 256 kbyte geheugens zijn:

    • xx64 : 128 refresh cycles / 2 ms (7 bit refresh-counter: A0..A6),
    • xx256: 256 refresh cycles / 4 ms (8 bit refresh-counter: A0..A7).

    Hieruit volgt dat de Z80 microprocessor niet in staat is de refresh te verzorgen voor 256 kbyte dynamische RAM.

    4.3. Bankselect- & refresh-circuit

    Om de bestaande hardware van de Bondwell 12 aan te passen aan de 256 kbyte dynamische geheugens, is het 'bankselect- & refresh-circuit' gemaakt. Het heeft de volgende functies:

    • generatie van A7 met refresh-signaal/A15,
    • generatie van A8/A16,
    • leveren van een stuursignaal voor een LED om de activiteit van de geheugendisk aan te geven.
    A7 met refresh/A15

    Om 256 kbyte dynamische RAM geheel te kunnen 'refreshen' dient adreslijn A7 ook deel uit te maken van de refresh-cyclus (zie figuur 4.3.1.).

    Met behulp van het row/column- (R/Cn) en het refresh-signaal (/RFR) van de Z80 microprocessor, wordt het aantal refresh-cycles, dat de processor genereert, bijgehouden door de teller HEF 4040. Telkens wanneer er 128 refresh-cycles geteld zijn, wordt de uitgang Q7 van de teller HEF 4040 geïnverteerd. De switch LS151 bepaalt op grond van het /RFR-signaal of het op uitgang Y aan te bieden A7-signaal een normale of een refresh adressering betreft. Hierdoor is nu ook A7 onderdeel geworden van de refresh-cyclus.

    Verder bepaalt het row/column-signaal of het uitgangssignaal Y van de switch LS151 een rij-adres (normale of refresh adressering A7) of een kolom-adres (originele A15) bevat.

                  NOR-gate         counter

               LS02           HEF 4040
     _       +-----+     +---------------+
   R/C o-----|     |     |               |
   ___       | >=1 |o----| CLK           |
   RFR o-----|     |     |  Q7           |
             +-----+     +---------------+
                            |
                            |     switch
                            |      LS151
                            |    +-------+
                            |    |       |
   A7 org o-----------------|----| D3    |
                            +----| D2    |
   A15    o-----------------+----| D1  Y |-----o A7 + refresh
                            +----| D0    |
     _                           |       |        (xx256 RAM)
   R/C    o----------------------| B     |
   ___                           |       |
   RFR    o----------------------| A     |
                                 +-------+

         figuur 4.3.1.  generatie van A7 + refresh / A15
    Adreslijn A8/A16

    Door het toepassen van 256 kbyte geheugens zijn er acht in plaats van twee extra geheugenbanken van 32 kbyte. Om deze geheugenruimte te kunnen adres­ seren zijn twee nieuwe adres-signalen nodig: A8 en A16 (zie figuur 4.2.2.). De andere adres-signalen zijn reeds beschikbaar in de bestaande schakeling.

                      8 bit-register         switch

                      LS174               LS158
                  +-----------+       +-----------+
                  |           |       |           |
                  | D7     Q7 |-      |           |
                  | D6     Q6 |-      |           |
                  | D5     Q5 |-      |           |
                  | D4     Q4 |-      |         Y |----o A8/A16
                  | D3     Q3 |-      |           |
                  | D2     Q2 |-      |           |    (xx256 RAM)
   LS259 Q1   o---| D1     Q1 |-------| B         |
   LS259 Q0  o---| D0      Q0 |-------| A         |
                  |    CLK    |       |     S     |
                  +-----------+       +-----------+
                        |                   |
   LS259 Q2   o---------+                   |
       ______                               |
   Row/Column o-----------------------------+

               figuur 4.3.2.  generatie van A8/A16

    De adres-signalen A8 en A16 worden gemaakt met behulp van de 'addressable latch' LS259 van het originele bankselect-circuit (zie figuur 3.2.1.). Via de uitgangen Q0, Q1 en Q2 van deze 'addressable latch' worden de A8 en A16 signalen in het 8-bit register LS174 geplaatst. De Q2-uitgang van de LS259 voert het klok-signaal voor het 8-bit register LS174.

    Het row/column-signaal bepaalt of het uitgangssignaal Y van de switch LS158 het rij-adres (A8) of het kolom-adres (A16) bevat.

    Indicatie van de geheugendisk activiteit

    Figuur 4.3.3. geeft de schakeling weer voor het aangeven van de geheugen­ disk activiteit.

                        NOR-gate         one-shot

                      LS02             555
                                +---------------+
                    +-----+     |               |   R
     LS259 Q2 ------| >=1 |o----| /T            |--===--o
                    +-----+     |    D THR      |         LED
                                +---------------+       o
                                  R   ||   C            |
                            <----===--++---||---|      ---

        figuur 4.3.3.  geheugendisk activiteit indicatie

    Het signaal dat de geheugendisk activiteit aangeeft, wordt afgeleid van het uitgangssignaal Q2 van de 'addressable latch' LS259 van het originele bankselect-circuit (zie figuur 3.2.1.). De uitgang Q2 wordt korte tijd '1' wanneer een van de virtuele disk geheugenbanken geadresseerd wordt. Deze korte puls wordt door de 'one-shot' 555 verlengt tot circa 10 ms. De uitgang van de 'one-shot' is geschikt voor het aansturen van een LED.

    4.4. Installeren van de geheugenuitbreiding

    Het toevoegen van de 256 kbyte geheugenuitbreiding aan de Bondwell 12 hardware brengt de volgende handelingen met zich mee:

    • verwijderen van vier verbindingen op het computerboard,
    • aanbrengen van twee nieuwe verbindingen op het computerboard,
    • aansluiten van van het uitbreidings-board op het computerboard.

    De hieronder vermelde I.C.-nummers zijn op het computerboard aangegeven.

    Te verwijderen verbindingen
    Printzijde     Signaal    Onderbreken tussen
Componenten    A8         IC52, pin 8  (74LS32)  --  IC53, pin 1  (xx256)
Componenten    A8         IC60, pin 1  (xx256)   --  IC61, pin 15 (xx256)
Componenten    A7         IC60, pin 9  (xx256)   --  IC61, pin 9  (xx256)
Soldeer        A7         IC59, pin 9  (xx256)   --  IC44, pin 9  (74LS157)
    Nieuwe verbindingen
    Printzijde     Signaal    Verbinding tussen
Soldeer        A7         IC44, pin 9  (74LS157) --  IC61, pin 9  (4164)
Soldeer        CAS        IC52, pin 9  (74LS32)  --  IC61, pin15  (4164)
    Aansluiten van het uitbreidings-board

    Op het uitbreidings-board bevinden zich een tien-pins en twee twee-pins Molex-connectors om de verbindingen met het computerboard te maken (zie bijlage 2). Een geschikte plaats om het uitbreidings-board te monteren is linksvoor op het plastic frame in de Bondwell 12. Onderstaande lijst beschrijft de verbindingen die gelegd moeten worden van de tien-pins Molex-connector naar het Bondwell 12 computerboard. 

     pin    draadkleur   signaal   I.C.  type  pin
-------------------------------------------------
  1.	brown	     R/Cn     (IC44, LS157, p1 )
  2.    red	     O0	      (IC18, LS259, p4 )
  3.    orange	     O1	      (IC18, LS259, p5 )
  4.    yellow	     O2	      (IC18, LS259, p6 )
  5.    green	     A7mem    (IC53, xx256, p9 )
  6.    blue	     A7org    (IC35,   Z80, p37)
  7.    violet	     A8       (IC53, xx256, p1 )
  8.    grey	     A15      (IC44, LS157, p11)
  9.    white	     RFRn     (IC35,   Z80, p28)
 10.    black	     MRQn     (Molex pin 1=R/Cn)

    Verder dient nog de 5V voedingsspanning aangesloten te worden op de daar­ voor bestemde twee-pins Molex-connector. Indien gewenst kan een LED aangesloten worden op de overblijvende twee-pins Molex-connector.

    M.J. Moene
    Linnaeusparkweg 46-3
    1098 EC Amsterdam
    Tel.:020-936378 (bij voorkeur tussen 19:00 en 20:00 uur)

    o-------o-------o

    Opmerking 1:
    VDISK.COM t/m versie 1.5 Programma's die direct de geheugendisk BIOS-routines read of write aanroepen, e'n waarvan de stackpointer een waarde heeft die kleiner is dan $8000, zullen vastlopen. Dit komt doordat de routine "bank" na het omschakelen van geheugenbank nul naar e'e'n van de geheugendiskbanken, het return-adres van de aanroe­ pende routine (read, write of getadr) uit de verkeerde geheu­ genbank haalt. In VDISK versie 1.6 is dit probleem opgelost.
    Opmerking 2:
    De geheugenruimte waarin de routines voor de virtual disk worden geplaatst, is tevens in gebruik voor: - routine die de eerste 'cold-boot' verzorgt, - disk-buffer bij het gebruik van Kaypro II en Osborne configuratie voor drive B:; tegelijkertijd toepassen van de geheugendisk en het gebruik van drive B: voor Kaypro II of Osborne formaat is derhalve niet mogelijk.

    Lijst van gebruikte afkortingen:

    AL0,AL1: beginwaarde voor ALV (DPH-tabel)
ALV    : adres van een buffer om de bezetting van disk bij te houden (DPH)
AND    : logische 'en'-functie
ASCII  : American Standard Code for Information Interchange
BDOS   : Basic Disk Operating System (CP/M)
BIOS   : Basic Input/Output System (CP/M)
BLM    : BLock Mask (DPB-tabel)
BSH    : Block SHift factor (DPB-tabel)
CAS    : Column Address Select (Dynamische RAM)
CCP    : Console Command Processor (CP/M)
CKS    : aantal directory-plaatsen dat gecontroleerd moet worden (DPB-tabel)
CPM    : Control Program for Microcomputers
CSV    : adres van een buffer voor controle op het verwisselen van de disk
DIRBUF : Directory Buffer (DPH-tabel)
DMA    : Direct Memory Access
DPB    : Disk Parameter Block
DRM    : maximum directory-plaats nummer (0..DRM) (DPB-tabel)
DSM    : maximum data-block nummer van een drive (0..DSM) (DPB-tabel)
EXM    : EXtent Mask (DPB-tabel)
HEF    : type cmos logica (Philips)
LED    : Light Emitting Diode (geheugendisk activiteit indicatie)
MRQ    : Memory ReQuest (microprocessor)
MWA    : Monitor Work Area (CP/M systeem parameters)
NOR    : geïnverteerde logische 'of'-functie
OFF    : aantal gereserveerde (systeem) tracks (DPB-tabel)
RAM    : Random Access Memory
RAS    : Row Address Select (dynamische RAM)
RFR    : ReFResh (memory-refresh, microprocessor)
ROM    : Read Only Memory
SPT    : Sectors Per Track (DPB-tabel)
TPA    : Transient Program Area (CP/M)
THR    : THReshold (one-shot 555)
XLT    : sector vertaal tabel (DPH-tabel)

    Geraadpleegde literatuur:

    [1]
    CP/M Operating System Manual
    California, Digital Research.
    [2]
    Hoff, E.L. van 't:
    "Meer performance met uitbreiding opslageenheden".
    In: Databus. februari 1985, pp. 12-21.
    [3]
    Moene, M.J.:
    VDISK.MAC
    Version 1.5, Amsterdam, februari 1987.
    [4]
    Wilmink, Jan:
    CP/M Operating System, gebruik, programmeren, opbouw.
    3e oplage, Deventer: Kluwer Technische Boeken B.V., 1984.

    o-------o-------o

                                    S C H E M A


                            P R I N T - L A Y O U T


                C O M P O N E N T E N - O P S T E L L I N G