Comment fonctionne le ZX81 ?

Le processeur

Il s’agit d’un Z80A standard. La seule curiosité le concernant est que le compteur de rafraichissement des mémoires dynamiques qui est intégré au processeur est détourné de son usage d’origine pour gérer la vidéo

La sortie vidéo

La vidéo est issue de l’ULA. Elle passe ensuite par un étage d’adaptation consitué d’un transistor NPN (plusieurs modèles différents ont été utilisés suivant les versions des cartes mères, comme par exemple, le 2N2369). La particularité de ce transistor est d’être cablé avec 2 pattes en l’air, contre le modulateur UHF. Ce modulateur est un UM1233 réglé sur le canal 36.

Les connecteurs magnétophones

Il s’agit de connecteurs jack femelles de 3,5mm. Les informations sont modulés à 250 bauds en modulation d’amplitude, ce qui a pour conséquence un réglage du volume magnétophone délicat.

L’horloge

Sans doute pour des raisons économiques l’horloge du zx81 n’est pas réalisée à l’aide d’un quartz, mais à partir d’un résonnateur céramique de 6,5 mhz. Cette fréquence sert au registre à décalage de la sortie vidéo, et une fois divisée par 2, au z80a.

L’ULA

Ce circuit intégré spécifique se présente sous la forme d’un boitier DIP 40 broches. Il remplace les 18 circuits intégrés TTL LS du ZX80. Toutefois à la différence de son prédécesseur, l’ULA permet en plus la gestion du mode « SLOW » dont le ZX80 était dépouvu.

La vidéo

Le zx81 n’est pas doté de compteur d’adresse vidéo matériel. Pour simuler ce composant essentiel, l’ULA utilise le processeur. L’ULA « fait croire » au z80 que la RAM vidéo est une mémoire de code. A chaque fois que le moniteur vidéo en ROM tente d’exécuter du code en RAM vidéo, le contrôleur vidéo récupére l’octet lu et envoie au z80 une instruction NOP. Cette astuce permet de simplifier le schéma du zx81, mais a l’inconvénient de ralentir terriblement son fonctionnement.

Le clavier

Il s’agit d’un simple clavier matriciel. Pour simplifier le décodage des colonnes, celle-ci sont directement cablées, via des diodes 1N4148 aux 8 bits de poids forts du bus d’adresse.

Le décodage d’adresse

Là aussi il s’agit d’un décodage simple. Si le bit A14 est à 0 c’est la ROM qui répond sinon c’est la RAM. A noter toutefois que le bit A15 est exploité par le controleur vidéo. Ce décodage rudimentaire provoque l’apparition de nombreux fantômes dans l’espace d’adressage du z80.

La mémoire

Le zx81 est équipé d’une ROM programmé par masque de 8Ko en boitier DIP 24 borches. La caractéristique originale est que le contrôleur vidéo et le processeur l’exploite. Le premier pour la table des caractères qui se trouve dans les 512 derniers octets, le deuxième pour le moniteur système et l’interpreteur BASIC.La ram est constitué, suivant les modèles d’un boitier DIP 24 broche de 1K mot de 8 bits (MK4801 par exemple) ou de deux boitiers DIP de 18 broches de 1K mot de 4 bits (MM2114)

L’extention 16ko

Elle est basé sur 8 boitiers de RAM dynamiques tri-tensions MM4116. L’extention embarque aussi toute la gestion du rafraichissement de la mémoire, le décodage d’adresse et la multiplexage des adresses. La première version de l’extention mémoire sinclair était réalisé en circuit TTL LS classiques sur deux circuits imprimés surperposé. Par la suite le cablage a été simplifié un utilisant un seul circuit imprimé et un boitier ULA spécifique à la place des circuits TTL LS.