Världens långsammaste PC?

Den första varianten av 386 hette "bara" 386 (80386) och hade en klockfrekvens på 16 MHz. Den kom någon gång 1986/87.

Då processorn var rent 32 bitars behövdes en budgetvariant som medgav 16-bitars kringkomponenter. Följden blev "budgetvarianten" 386SX, med 16-bitars databuss. Originalprocessorn döptes om till 386DX. DX och SX var från början rena PR-beteckningar, men blev snart en baktronym för "Double eller Single eXtension" (eller något annat för X).

386SX började även den på 16 MHz, och processorserien kröp så smånimgom upp i 20, 25 och 33 MHz. AMD gjorde en 40 MHz-variant och andra licenstillverkare gjorde olika obskyra varianter som 386DX2-50 och -66.

En variant, 386SL, (SX fast strömsnål, L= "low power") togs fram för bärbara och inbäddade system. Andra kapslar och varianter hittade upp i rymden, till satelliter.

Matteprocessorn hette 387 och följde samma namnmönster. Följdaktigen fanns både 387SX och -DX.

Edit: Jag håller på att röja en plats och fundera ut en testbench för att nå lägre hastigheter. Fortfarande är 666 kHz det lägsta, men jag hoppas nå 333 kHz inom kort.

Hehe, jag har funderat på dåliga skämt i samma andra, men har för dålig fantasi.

Vissa har ju kvar alleycat plus hundratals andra CGA-spel. Givetvis ser jag till att ha åtminstone en eller ett par datorer som kan hantera denna typ av spelglädje. Digdug är min favorit, med ursnygg CGA. Dock inte mycket för T1000. Den har visseligen CGA, men är i gråskala. Dessutom är ju skärmen bokstavligt talat widescreen in absurdum. Typ "30:8" eller något (ska mäta om jag orkar).
Ändock är grafiken mjuvarumässigt standard CGA med 640*200 B/W hirez och 320*200*4 samt vanligt textläge om 80*25. Edit: Hmm. Kanske ska köra FractInt på den? En juste plasmafraktal i "ugh-juck-ush-grafik" (eller vad det nu heter i fractint).

Poängen är att min T1000 för närvarande går i 2/3 MHz, alltså 666.67 kHz, och att mitt mål ligger ännu lägre.

Dessutom är C64 ingen PC, utan en hemdator.

En gång för alla: Den definition av PC som används i denna tråd är exakt identiskt med den som används av den förkrossande majoriteten av trådar på forumet; en PC är en dator med x86-arkitektur som med sin hårdvara och BIOS är en direkt arvtagare av IBM PC från 1981.

C64 är därför för femtielfte gången ingen PC. Mac är ingen PC. Amiga är ingen PC. PC har blivit ett eget begrepp, vid sidan om "personal computer".

Dessutom så säger klockfrekvens inte speciellt mycket om prestanda. Har vi olika plattformar, säger MHz ungefär noll. 6502 är en snabb 8-bitarsprocessor. x86 är 16-bitars. PAL-varianten av C64 hade vidare en klockfrekvens på 950 kHz eller så, medans NTSC-varianten dryga megahertzen. Således har ingen C64 exakt 1 MHz! Basta! (med eventuell reservation för obskyra TV-system som det franska nicam eller vad nu kallas).

Plan: I kväll eller i morgon införskaffar jag en 1 MHz-kristall. Få se om jag når delmålet 333 kHz, alltså.

Det beror på att produktionstekniken har blivit bättre. Det gör att kretsars egenskaper är lättare att förutsäga. På så sätt får man en lika hög 'yeld' för en IC designad för 5 GHz, specad för 4 GHz, som man fick på 80-talet för en komponent designad för 10 MHz och en specifikation på säg 1 MHz.

Så mariginalerna är mindre idag. Det är inget fel med det, utan bara en effekt av att komponenterna blir bätte.

Det är naturligtvis inte alltid så. Alla komponenter måste ju hänga med i systemet. 300% överklockning är ett undantag, inte regel.

Ja, bilder tack!

Vad är det för dator? Om det är en PC så har den säkert minst 4,77 MHz, om det inte är den sovjetiska varianten, förstås.

Det är månne inte en burk med Z80-CPU?
(Den har nästan garanterat 3,7 MHz, inte mhz! )

EDIT: Jag kan mycket stolt meddela att jag nått 333 kHz. Det tar 29 sekunder för datorn att över huvud taget starta POST-processen.

Som sagt, efter nästan 30 sekunder kommer en blinkande markör upp (markören blinkar vanligt - bildskärmen styrs av en annan kristall). Strax efter det räknas 16 kB upp. Sedan 32...

Oväntat problem: Keyboard error.
Jag fick detta problem förut, när jag meckade med en kristall som verkar styra grafik-tangentbords-systemet.

Ska jobba på det. Nu är jag trött och hungrig. Ska ta bilder på min testrigg senare och komma med närmare förklaring.

1/3 MHz, således.

Japp, det är ISA. Riktig ISA, 8-bitar. Fast namnet ISA kom senare. Ta väl hand om din dator! Den är IBMs svar på den första konkurrenten Compaqs portabla dator som kom strax efter IBM PC.

Keyboardfelet är inte så viktigt, eftersom jag kan lägga ett demoprogram i autoexec.bat.

...

Ok, nu är jag tillbaka. Flera saker har hänt. Jag nådde med en 1 MHz-kristall 333 kHz, och datorn bootar som den ska. Dock blir det minnesfel, vilket var väntat (refreshen går lite väl långsamt). Tangentbordproblemet var mer oväntat, men är inte heller så allvarligt. Eventuellt kan jag nå ännu lägre om jag höjer spänningen till minnet (så CMOS-kondingarna i RAM har mer laddning). Ja, ni läste rätt - jag kanske kan nå lägre frekvenser med en voltmodd!

Tyvärr har jag på något sätt brännt den lilla 74HCU04-kretsen som agerar oscillator åt tre olika kristaller, däribland den för CPUn. Jag ska införskaffa en ny sådan vid ett tillfälle. Jag har identifierat de olika kopplingarna, och vet nu vilka utgångar på 7404 (sex stycken inverterare - en standardkrets) som går vidare i systemet. Jag funderar på att inympa tre oscillatorsignaler direkt på dessa ben (eller ledningar - 7404an är redan bortlödd).

Nåja, här är några bilder:

Moderkortet, med viktiga komponenter utmarkerade. En tändsticka för storleksjämförelse. Sockeln för Batteri-RAM syns längst ner till höger. Detta minne är för tillfället bortplockat.

En extern oscillator med en 555a, som skulle låta mig justera frekvensen från 0-1,4 MHz (vilket motsvarar ungefär 0-470 kHz). Tyvärr hann jag aldrig pröva denna innan datorn dog.
Den extra kristallen på bilden förklaras nedan.

80C88. Processorn som enligt specifikationerna klarar minst 5 otyglade MHz. Notera att ingen kylning behövs. Den blir inte ens kännbart varm. Jag har vidare kört den i 6,67 MHz utan problem - hoppas nå 8 MHz (efter att jag nått den lägsta möjliga frekvensen, förstås!).

Som jag skrev förut så fungerar inte diskettstationen vid låga frekvenser. Dock har jag ju en batteribackupad solid-state-disk. Problemet var att denna tappar sin information vid kristallbyte. Detta problem är nu (delvis) löst. Det gäller att datorn alltid har en kristall inmonterad. Genom att ha en kristall på vanligt vis, som sedan "körs över" med pulser från 555an när denna är igång, löstes detta problem. Då kan jag alltså från diskett i normalhastighet föra över ett litet demoprogram till "Hard-RAM", och sedan köra detta även i 333 kHz eller därunder. Ett nytt smärre problem har upptäckts: Datorn är död. Jag hyser fortfarande gott hopp om att lösa detta, antingen med tre(!) yttre oscillatorer, eller med en ny 74HCU04 (lätt att hitta).

Edit: Således, status:
Jag har nått 333 kHz, och datorn klarar av denna låga frekvens.
Lägre frekvenser får vänta tills jag reparerat datorn.

Edit2: Nedan följer en bildsekvens på en uppstart med tidtagarur. Notera två saker: Tidtagningen börjar så fort datorn visa livstecken. Addera ca 30 sekunder på varje bildruta för att få rätt tid. Sedan: Notera att vissa av bilderna är manipulerade för bättre synbarhet. Jag har _INTE_ ändrat något annat än kontrast, storlek och färger på bilderna:

Testbänk.

POST har nyss startat. D+30s

1 minut, 15 sekunder (1 minut, 45 sekunder sedan power on)

1 minut, 59 sekunder. Bilden inverterad för synbarhet.

2 minuter, 54 sekunder.

Efter 3 minuer och 2 skunder (3m 32s) startar autoexec.bat

Autoexec i full blom. Strunta i datumet. Bryr mig inte om att ställa det efter varje batteri-ut-cykel. Jag försäkrar att datorn är 2000-säkrad, för övrigt.

Efter 3 minuter och 16 (46) sekunder är datorn on-line. De tunga beräkningarna kan börja!
I originalhastighet (4,77 MHz) tar denna process ungefär 23 sekunder! - snabbare boot en de flesta moderna PC)

Jag är back on line!

208 kHz och sjunkande!

Datorn är nu 20 gånger långsammare än original!

Woha! Jag byggde en extern oscillator och injecerar helt sonika klockfrekvensen där jag vill ha den, och har lött bort moderkortets oscillatorkretsar helt.

I en PC finns flera frekvenser, så även här. Totalt fyra kristaller och en resonator styr allehanda saker. Jag vet inte riktigt vart allt går. Jag har dock identifierat en kristall som styr tangentbor o.dyl (som helt lurigt för övrigt är på 4,77MHz - har inget med CPU att göra), samt huvudklockan. Vad de övriga två kristallerna samt resonatorn är bra för vet jag ej, men de tycks vara högst variabla. Med en 10 MHz-oscillator samt en 74LS191 som "dela med 16"-enhet har jag nu fått grundfrekvensen 625 kHz. Denna divideras som sagt på moderkortet till drygt 208 kHz för 80C88-processorn.

Det tar 47 sekunder att börja POST-processen (när minne räknas upp, innan själva booten).

Edit: Nu händer det grejer minsann! 83 kHz! Från tillslag av ström till första livstecknen (POST) tar det nu 1 minut och 45 sekunder. Fortfarande inga allvarliga tecken på att minnet fallerar, förutom att datorn rapporterar så.

Edit: 20,83 kHz fungerade ej. Efter en kvart hade inget hänt (beräknad tid innan POST var drygt 7 minuter). 41 kHz verkar fungera.

Edit: Stavfel.

Tack för hedersbetygen.

Nej, jag började med datorer i början av 90-talet. Dock var mina första datorer gamla redan då, C64, Commodore PET, Spectravideo, IBM PC. Den dator som gett mig mest är nog min gamla Victor 286 10 MHz. Alla skrattade åt mig när Pentium-66 var vanlig, men minsann lärde jag mig mycket mer om datorer än de!

Nåja, denna tråd kanske har sprungit i väg lite väl vad de tekniska termerna beträffar, så här kommer några förklaringar:

En kristall, i elektroniksammanhang, fungerar precis som en strämgaffel eller metronom. Genom att slå på en stämgaffel fås en ton. Tonen bestämt av storlek och längd på själva gaffeln. Detta kan man krympa ner till mikroskopisk storlek. I stället för en mekanisk stöt använder man en spänning, som dänger till kristallen. Den kommer då att vibrera med en viss frekvens, t.ex. 14,3 MHz.

För att vibrationen ska fortgå gäller det att slå på den gång, på gång, men en frekvens som är ungefär den samma som kristallens egna. Man låter signalen från kristallen gå till en förstärkare, som sedan sickar tillbaka ett "slag". På så vis uppnås en stabil svägning av en frekvens. Frekvensen beror på - precis som i fallet med stämgaffeln - på den [piezo] -elektriska kristallen. Denna slipas till i fabriken med t.ex. laser för att få en avsedd frekvens.

Ett modern armbandsur har en sådan kristall, vanligen en som svänger med exakt 32 768 Hz. Det är lätt att dela med 32768 (2^15), så att man kan få sekundpulser som driver visarna. Detta ger en uppfattning om hur exakta kristaller är.

Även i datorer finns kristaller. Med ett viss mått av elektronik kan man dividera och multiplicera kristallfrekvenser för att få andra klockpulser. I en modern dator har kristallen lägre frekvens än buss, minne och CPU. Varje enhet behöver sin egna klocka och denna fås genom ett chip som multiplicerar kristallens frekvens (nuförtiden har processorer sin egna frekvensdubblare på chippet). Att dividera med jämna multiplar av två (2, 4, 8 ...) är ingen konst. Lite knepigare är det att "godtyckligt" ändra frekvens. Då används något som kallas för PLL, eller Phase Locked Loop. Hur dessa fungerar är lite utanför "scopet" på detta inlägg.

Nåväl. Hos IBM PC och min T1000 finns en kristall som tickar 14 316 000 gånger per sekund, dvs 14,316 MHz). Samma frekvens används även idag. Denna frekvens delas med 3 och man får då frekvensen 4,772 MHz som får driva processorn. Originalversionen av 8088 var specad till 5 MHz, och 4,77 var alltså ett bra närmevärde. Att man använder just en kristall på 14,316 MHz berodde, och beror, på att de är billiga. Nämligen är denna frekvens vanligt förekommande i TV-apparater (åtminstone NTSC), som ju som bekant fanns redan innan mikroprocessorn.

Det jag gjort är helt enkelt att byta ut denna kristall mot lite olika, och prövat mig fram. 20 MHz (= 6,67 MHz) fungerar (överklockning), och ner till 2 MHz (667 kHz) funkar också.

Men den elektronik på moderkortet som sköter kristallen är anpassad för ungefär 14 MHz, och har därför svårt att gå i 1 MHz eller säg 30 MHz.

Då byggde jag en egen kristalloscillator med drivelektronik och förstärkare och helt enkelt "tvingade in" pulser med endast 1 MHz. Detta gör att datorn då går i 333 kHz (dela med tre).

Nu råkade jag ju bränna den krets på moderkortet som fungerar som förstärkare (74HCU04). Denna krets är helt enkelt sex stycken små inverterare. Enkelt uttryckt förvandlar den ettor till nollor och tvärt om. Det går åt två inverterare (2/6 av kretsen) till huvudkristallen, den på 14 MHz, och de övriga fyra är till en annan kristall och en resonator (en resonator är, förenklat, samma sak som en kristall. De är billigare och inte lika exakta och används där noggranhet inte är lika viktigt).

Jag prövade först att montera bort den ytmonterade 74HCU04 och ersätta den med en 7404 (äldre modell) i en liten sockel. 14 jjäkla trådar att löda. Det fungerade inte. Så jag dog bort rasket igen.

Eftersom ingen av de tre oscillatorerna (svägningskretsar) fungerade så beslöt jag mig för att bygga en yttre oscillator för varje frekvens och koppla in. Som tur var visade sig de andra två vara tämligen oviktiga (i nuläget) vad frekvensen beträffar. Datorn fungerade inte utan dem, men krävde inte exakt frekvens. Den ena styr skärmen kom jag på (skärmen flimrar om jag sänker frekvensen tillräckligt). Därför behövdes bara två yttre oscillatorer. En 10 MHz för de två knasoscillatorerna ( ursprungligen 17,5 samt 16,0 MHz) och en 1 MHz-kristall med en yttre divisionskrets för själva CPU-klockan.

Divisionskretsen är en vanlig 74LS191, en 4-bitarsräknare. Med denna kunde jag dividera 1 MHz med 2, 4, 8 och 16.

Först prövade jag med en 10 MHz-kristall och dividerade med 16 och fick 625 kHz, vilket ger en processorfrekvens på 208 kHz.

Sedan prövade jag en kristall med 1 MHz som jag delar med 8 för 125 kHz, vilket ger 41,3 kHz för processorn. Det fungerar. Om jag prövar med att dela med 16 i stället, för 20,8 kHz (för processorn) så funkar det ej längre. Enligt mina beräkningar skulle det då ta 7,2 minuter för datorn att börja post-processen (räkna upp minnet), men eftersom det inte hänt något efter en kvart så förstod jag att det inte fungerar.

Således ligger den absoluta minimumfrekvensen någonstans mellan 41 och 20 kHz.

Rent teoretiskt skulle jag kunna modda datorn ännu mer för att få minnet att gå i en högre frekvens, eftersom processorn i sig klarar vilka låga frekvenser som helst. Men jag orkar inte.

Det är nämligen så att minnet glömmer om inte en procedur som kallas för 'refresh' utförs med jämna mellanrum. Detta bör ske men några millisekunders mellanrum.

För närvarande försöker jag lite mer konventionellt att överklocka. 20 MHz grundfrekvens, dvs 6,67 MHz är det högsta hittils (har "kristallbrist").

Nåja, 41 kHz är ingen dålig siffra. Det är lite drygt 100 gånger långsammare än original. Hade jag en tongenerator värd namnet hade jag kunnat ändra frekvensen mer detaljerat.

Lite fler bilder:

41,67 kHz! Signalen är brusig, men ok. Signalen längre ner på oscilloskopbilden är förmodligen inte övertoner utan brus från den andra (10 MHz) kristallen som ersätter skärmkristallen och den obskyra resonatorn.

Datorn ska precis börja räkna upp minnet efter nästan 3 minuter och 40 sekunder. Observera att den inte hunnit skriva ut hela ordet "MEMORY " helt än (man ser hur det ritas upp). Keyboard error på raden innan är inget allvarligt (dessutom är ju tangentbordet bortkopplat helt pga platsbrist).

Överbklicksbild. Den lilla multimetern indikerar en grundfrekvens på 124,9 kHz, vilket ger dryga 41 kHz CPU-frekvens.

Närbild på de båda oscillatorerna och delarkretsen. Den främre styr CPU.