© Иван Рощин, Москва

ZX Spectrum сегодня

(«Программист» 8/2001)

Да, вы всё правильно прочитали; именно ZX Spectrum. Вы наверняка что-то уже слышали об этом замечательном компьютере; а может быть, именно на нём вам довелось написать свою первую программу.

В наше время, когда самые современные вычислительные системы считаются устаревшими через считанные месяцы, ZX Spectrum — настоящий долгожитель: с момента его появления на свет прошло почти два десятка лет, но им продолжают пользоваться — и не где-нибудь, а главным образом в России и странах СНГ.

1982—2001: коротко о главном

Родина ZX Spectrum — Англия. Именно там, в апреле 1982 года, компьютер, разрабатывавшийся компанией Sinclair Research LTD под кодовым названием ZX82, был впервые представлен публике. Технические характеристики даже по тем временам не очень впечатляли (процессор Z80 3,5 МГц; 16 КБ ROM; 16 или 48 КБ RAM; видео 256*192 16 цветов; подключается к телевизору; накопитель на магнитной ленте). Зато ZX Spectrum был дёшев, и быстро завоевал рынок: только в Англии уровень продаж достигал 12—15 тысяч компьютеров в неделю, а кроме этого, они продавались более чем в 30 странах по всему миру.

В конце 1985 года была выпущена более совершенная модель, ZX Spectrum 128: с трёхканальным музыкальным сопроцессором, увеличенной до 128 КБ памятью (в которой появилась вторая видеостраница) и улучшенным интерпретатором Бейсика.

В конце 80-х — начале 90-х в СССР началось массовое производство Spectrum-совместимых компьютеров. Далее, говоря о ZX Spectrum, я буду иметь в виду и их (кстати, «совместимых» Spectrum’ов гораздо больше, чем «фирменных»; у меня самого на столе стоит «Пентагон-128» — одна из «совместимых» моделей…).

Постепенно компьютеры стали оснащать дисководами, в некоторых моделях появились и другие дополнительные возможности: больший размер ОЗУ, совместимость с CP/M, дополнительные графические режимы, возможность работы с винчестером и модемом… Некоторые модели Spectrum-совместимых компьютеров производятся и сейчас. Также разработаны и продолжают разрабатываться многочисленные схемы доработок уже существующих компьютеров — позволяющие увеличить память, быстродействие, графические и музыкальные возможности, подключить различные внешние устройства.

Вот таким ZX Spectrum вошёл в третье тысячелетие.

Архитектура

Об архитектуре ZX Spectrum я расскажу довольно кратко, более подробно останавливаясь лишь на особенно интересных деталях.

Процессор. Как уже упоминалось выше, называется он Z80. Разрядность шины данных — 8 бит, шины адреса — 16. Регистры общего назначения 8-разрядные, но есть возможность работы с двумя регистрами как с одним 16-разрядным («регистровая пара»). Длины команд — от 1 до 4 байт, время выполнения — от 4 до 23 тактов.

Общение с внешними устройствами происходит посредством портов ввода-вывода. Имеется возможность обработки прерываний двух типов: маскируемых и немаскируемых.

Память. Z80 может непосредственно адресовать лишь 64 КБ памяти. В ZX Spectrum нижние 16 КБ занимает ПЗУ, верхние 48 КБ — ОЗУ. Поддержка большего объёма памяти осуществляется с помощью страничного механизма: память разделена на 16-килобайтные участки — страницы, и можно выбирать, какая из страниц ПЗУ будет подключена в нижние 16 КБ адресного пространства, и какая из страниц ОЗУ — в верхние 16 КБ. В некоторых моделях можно подключать в нижние 16 КБ не ПЗУ, а ОЗУ, что даёт возможность использовать ОС CP/M.

Представление графики. Это, пожалуй, наиболее оригинальная деталь архитектуры ZX Spectrum. 16-цветное изображение 256*192 занимает в памяти меньше семи килобайт! Рассмотрим, как это получается. Изображение хранится в памяти по адресам 4000h—57FFh (область пикселов) и 5800h—5AFFh (область атрибутов). Вторая страница видеопамяти в ZX Spectrum 128 имеет такую же структуру, но расположена в другой странице ОЗУ.

Каждая точка кодируется одним битом в области пикселов. Изображение разбито на знакоместа (8*8 пикселов), каждому из которых соответствует один байт в области атрибутов: там кодируются цвета ink (включённых пикселов) и paper (выключенных пикселов), а также признаки повышенной яркости и мерцания. Таким образом, фактически мы имеем не настоящее цветное изображение, а раскрашенное чёрно-белое.

По краям изображения расположена область одного цвета — бордюр. Дело в том, что ZX Spectrum проектировался с расчётом на подключение к телевизору, а там высоки искажения по краям экрана.

При программировании вывода на экран имеется возможность синхронизации с кадровой разверткой (импульс маскируемого прерывания приходит как раз в момент начала прорисовки очередного кадра), благодаря чему обеспечивается исключительная плавность анимации.

Дисковый интерфейс. Их разработано несколько, но в странах СНГ получил распространение лишь один — Beta Disk. Он позволяет использовать от 1 до 4 дисководов 5,25" или 3,5", и работать с двойной плотностью записи. Основа интерфейса — микроконтроллер ВГ93, выполняющий элементарные операции (позиционирование, чтение/запись сектора…). Операции чтения и записи происходят при непосредственном участии центрального процессора.

Музыкальный сопроцессор (AY8910/12 или YM2149F) — простой трёхканальный FM-синтезатор, имеющий два (в AY8912 — один) двунаправленных 8-разрядных порта ввода-вывода.

Клавиатура — 40 или 58 клавиш, и ничего сколько-нибудь интересного…

Джойстики. К ZX Spectrum могут быть подключены один или два джойстика, состоящих из перемещаемой в четырёх направлениях рукоятки и единственной кнопки.

Мышь. Обычно используют так называемую пассивную мышь, т.е. не генерирующую прерываний (интерфейс Kempston mouse). Её координаты можно прочесть в любой момент времени, и при синхронизации перерисовки курсора мыши с кадровой развёрткой курсор будет двигаться очень плавно (в отличие от PC — там, если приглядеться, видно, что курсор при движении как бы раздваивается).

Программирование

Программы для ZX Spectrum можно писать на Бейсике (его интерпретатор находится в ПЗУ), а также на других языках высокого уровня (Паскаль, C, Лисп, Пролог, Форт…), но они используются весьма редко. Для создания большинства «серьёзных» программ применяют ассемблер: только так можно добиться небольшого размера программы (ведь память ZX Spectrum невелика, а в ней должно ещё остаться место для данных) и высокой скорости её работы (вспомним о низком быстродействии).

Как пишут программы на ассемблере? Обычно для этого используется интегрированная среда: редактор, компилятор (далее я буду называть всё это одним словом «ассемблер») и отладчик.

Различных ассемблеров существует более десятка. Одно из важных требований к ним — чтобы скорость компиляции была как можно выше, а расход памяти на хранение исходного текста компилируемой программы — как можно меньше. Для этого исходный текст обычно хранится в специальном «токенизированном» формате, за счёт чего его объём сокращается в 2—3 раза.

Отладка программ производится, естественно, с помощью отладчика. Обычно используется отладчик STS, который может применяться как вместе с ассемблером (тогда при отладке можно видеть вместо числовых значений меток символьные), так и отдельно (если, скажем, для ассемблера уже не хватает места в памяти).

На рис. 1. вы можете видеть исходный текст простой программы очистки экрана, набранный в ассемблере ZX ASM, а на рис. 2 показано, как эта программа, будучи уже откомпилированной, выглядит в отладчике STS.

Рис. 1

Рис. 2

Если в компьютере установлено ПЗУ TURBO-90 — становится возможным использовать имеющийся в нём отладчик, который вызывается в любое время с помощью специальной кнопки, генерирующей немаскируемое прерывание. Более мощный «теневой отладчик» имеется в Spectrum-совместимом компьютере Scorpion.

Разумеется, имея в своем распоряжении PC, можно использовать для написания спектрумовских программ кросс-ассемблер и эмулятор со встроенным отладчиком; при этом не придётся заботиться об ограничении размеров исходных текстов и о скорости компиляции. Но этот способ применяется всё же довольно редко.

Написание программ для ZX Spectrum на ассемблере без преувеличения можно назвать настоящим искусством. Чтобы программы получались короткими и быстрыми, приходится использовать множество приёмов оптимизации, подчас весьма необычных:

• хранение частей программы в памяти в упакованном виде с распаковкой по мере необходимости;
• использование самомодифицирующегося кода;
• использование участков программы как в качестве кодов команд, так и в качестве данных;
• использование некоторых команд процессора для таких целей, о которых, вероятно, и не подозревали его разработчики (скажем, команды работы со стеком — PUSH и POP — используются для быстрой пересылки блоков данных: такой способ оказывается быстрее, чем использование специально предназначенных для этой цели команд LDIR и LDDR);
• использование многочисленных недокументированных команд процессора…

В общем, обо всех хитростях рассказать просто невозможно!

Программное обеспечение

Говорят, что компьютер умирает, когда для него перестают писать программы. По этому критерию ZX Spectrum вполне жизнеспособен: для него существует огромное количество самых разнообразных программ, и каждую неделю появляется что-нибудь новое!

Хотя современные Spectrum-совместимые компьютеры заметно мощнее классического ZX Spectrum 128 — базовая конфигурация, достаточная для работы подавляющего большинства программ, продолжает оставаться неизменной: 128K/AY/Beta Disk. Нет той ситуации, что сложилась на PC — когда пользователь должен постоянно апгрейдить свой компьютер, чтобы запускать свежий софт.

Рассказать обо всём разнообразии программ, к сожалению, не позволяет объём статьи; поэтому подробнее остановлюсь лишь на одной категории — играх. Не секрет, что именно игры часто привлекают внимание к компьютеру; именно благодаря огромному их количеству многие приобретали ZX Spectrum, а программировать начинали уже потом; зачастую — чтобы вставить «бессмертие» в понравившуюся игру…

Подавляющее большинство игр — зарубежные. Точное их количество подсчитать невозможно, но ориентировочно — 5—10 тысяч. Среди производителей — такие гиганты игровой индустрии, как Sega, Ocean, Konami, Code Masters (вспомним сериал «DIZZY»!), Virgin, Activision…

Если раньше эти игры доходили до пользователя, пройдя через руки хакеров (порой лишившись заставки и дополнительных уровней), то теперь можно сыграть в оригинальные версии, разыскав их в интернете в виде tzx-файлов, содержащих точную копию информации, считанной с фирменной кассеты.

Небольшая, но лучшая часть игр создана программистами из ex-USSR. Это и игры, перенесённые с других платформ (Prince of Persia, UFO, UFO II, Mortal Kombat), и полностью оригинальные («Звёздное наследие», «Чёрный ворон», «Зеркало», «Crime of the Santa Claus: Deja Vu»). Разумеется, здесь я перечислил лишь самые выдающиеся разработки.

О системных программах расскажу лишь вкратце. На ZX Spectrum имеются и текстовые редакторы (в одном из них я сейчас пишу эту статью), и графические, и музыкальные (так называемые «трекеры»); коммуникационные программы, средства разработки (ассемблеры, отладчики), служебные утилиты (файловые оболочки, архиваторы, конверторы…). Почти всегда есть возможность выбора из трёх-пяти аналогичных программ, а то и больше: файловых оболочек, к примеру, существует несколько десятков.

Эмуляторы

С помощью эмуляторов можно запускать программы для ZX Spectrum на более мощных компьютерах — таких, как PC или AMiGA. Эмуляторов существуют десятки (значительная часть из них написана нашими соотечественниками); отличаются они друг от друга качеством эмуляции, количеством поддерживаемых форматов хранения спектрумовских программ, уровнем системных требований и наличием дополнительных возможностей.

Среди наиболее популярных, по моему мнению, эмуляторов ZX Spectrum для PC — могу отметить ZX Emul, R80, X128, RealSpectrum, UKV; для AMiGA — CBSpeccy.

В чём-то эмуляторы даже удобнее реального ZX Spectrum. Так, они позволяют хранить спектрумовские программы не на куче дискет или кассет, а на винчестере или компакт-диске — а значит, можно забыть про многочасовые поиски какой-либо программы и про ошибки загрузки. Не обойтись без эмулятора и в случае, если вы хотите воспользоваться всем богатством программ, взятых из интернета: часто они находятся именно в «эмуляторных» форматах, перенос которых на реальный ZX Spectrum представляет значительную сложность.

Есть, разумеется, у эмуляторов и свои недостатки. В точности повторить работу реального ZX Spectrum часто не получается: то звук «не такой», то изображение, то ещё что-нибудь… Возникают трудности и с переносом программ: бывает, что записанную на ZX Spectrum дискету не удаётся прочесть на PC. Да и клавиатура у PC отличается от спектрумовской…

Наиболее эффективно, как видим, совмещать использование реального ZX Spectrum и эмуляторов, делая правильный выбор в каждом конкретном случае.

ZX Spectrum и интернет

В интернете для ZX Spectrum можно найти буквально всё: софт, эмуляторы, документацию, описания игр и множество другой полезной информации. Сайтов, посвящённых ZX Spectrum, сотни! Приведу лишь несколько ссылок на наиболее известные:

• www.void.demon.nl/spectrum.html (The World of Spectrum);
• www.zx.ru (ZX software museum);
• zx.da.ru (Virtual TRDOS);
• www.nvg.ntnu.no/sinclair/planet/index.html (The Planet Sinclair);
• scenergy.nm.ru (сайт Scenergy — среди прочего, там доступны свежие новости).

Во многом — именно интернет поддерживает ZX Spectrum «на плаву», обеспечивая возможность оперативного распространения программ и обмена информацией. Для пользователя даже с невысоким уровнем доходов не будет обременительным раз в месяц сходить в интернет-кафе, чтобы познакомиться с новостями и скачать последние новинки программного обеспечения (благо, они в абсолютном большинстве freeware, да и размер их невелик).

А можно ли выйти в интернет с помощью самого ZX Spectrum? Из того, что пишут в конференциях, ясно следующее: пока для ZX Spectrum нет программ, поддерживающих необходимые сетевые протоколы. Однако доступ становится возможным, если с помощью программы — эмулятора терминала подключиться к другому компьютеру с установленной на нём UNIX-подобной ОС.

Общение спектрумистов

Как владельцу ZX Spectrum получить ответ на свои вопросы, поделиться новостями, поучаствовать в дискуссии, распространить свои разработки? В этом ему могут помочь электронные средства коммуникации. В интернете — IRC-канал #Z80. В сети FidoNet — четыре эхо-конференции: ZX.SPECTRUM (самая «масштабная»), REAL.SPECCY (посвящённая «реальным» компьютерам, а не эмуляторам), SPB.SPECCY и KHARKOV.SPECTRUM.

Есть у спектрумистов и своя сеть — ZXNet. В ней существуют конференции, посвящённые программированию (CODE.ZX), аппаратному обеспечению (ZX.HARDWARE), обсуждению софта (ZXNET.SOFT), игр (SPBZXNET.GAMES), музыки (MUSIC.ZX), и другие.

Demoparty

Чтобы подробно рассказать о том, что такое demoparty, потребуется отдельная большая статья, поэтому буду краток. Программисты, компьютерные художники и музыканты хотят сравнить свои творения — кто лучше? Зрители хотят увидеть новые работы и пообщаться. И вот они собираются, просматривают работы, голосуют и определяют победителей.

Обычно на demoparty проводятся такие конкурсы (compo): Demo (графические эффекты под музыку, часто связанные общей идеей), Intro (почти то же, но с ограничением размера программы — для ZX Spectrum чаще всего 512 байт, 1 КБ, 4 КБ, 16 КБ), а также конкурсы Graphic, Music и другие.

Вот некоторые demoparty 2000 года, на которых был представлен ZX Spectrum: Forever 2e3 (Trencin, Словакия), Paradox (Ростов-на-Дону), Millennium (Минск), Chaos Constructions (Санкт-Петербург), ZX Party (Wroclaw, Польша). Самое масштабное из них, без сомнения, Chaos Constructions — по разным оценкам, на этом party присутствовало от 400 до 600 участников и посетителей.

В этом году уже прошли demoparty «Forever», «ASCii», «Paradox», «Millennium»; объявлено о том, что состоится «Chaos Constructions». И это — не считая чисто виртуальных party, когда распространение работ и голосование происходит посредством компьютерных сетей.

ZX-пресса

Обзор будет неполным без упоминания о средствах массовой информации, посвящённых ZX Spectrum и/или издающихся на этой платформе.

В моей неполной коллекции насчитывается более 80 электронных газет и журналов для ZX Spectrum. Не все они издаются сейчас, но вместе с тем появляются и новые! Почти в каждом крупном городе выходит своя электронная газета, а бывает, что и не одна. Благо выпуск таких изданий — дело не очень сложное; были бы материалы. Да и с распространением проблем не возникает: обычно свежие выпуски рассылаются по сетям (Internet, FIDONet, ZXNet) и выкладываются на спектрумовские сайты.

Известные мне печатные издания — журнал «Радиолюбитель. Ваш компьютер», регулярно отдающий примерно четверть объёма под материалы о ZX Spectrum, и выходящая в Вологде газета «Абзац», полностью посвящённая ZX Spectrum.