TurboKit

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TurboKit TK20 von Schaetzle+Bsteh

Ein Schachprogramm spielt um so stärker, je schneller es läuft. Es liegt daher nahe, zu versuchen, die Geschwindigkeit des Prozessors mit technischen Mitteln zu erhöhen. In den 80er Jahren tat sich vor allem die Fa. Schaetzle + Bsteh auf diesem Gebiet hervor.

Heinz Schaetzle - © Computer Schach & Spiele Heft 3/1988

Verantwortlich für die Arbeitsgeschwindigkeit eines Schachcomputers ist der sogenannte Prozessortakt - er stellt quasi den Schrittmacher des Computerherzens dar. Gemessen wird die Taktfrequenz in Mega-Hertz (abgekürzt MHz), in „Millionen Impulsen pro Sekunde". Nun läßt sich aber leider die Taktfrequenz nicht beliebig steigern. Viele elektronische Bauelemente können nur Taktraten bis zu einer bestimmten Höhe verkraften, danach kommt es zu vermehrten Störungen und Ausfällen. So mancher Hobbybastler, der durch einfaches Austausches des Schwingquarzes versucht hat, seinem Schachcomputer auf die Beine zu helfen, kann davon ein Lied singen.

Eine Möglichkeit der Abhilfe besteht im „Selektieren" der Bauteile. Bauelemente mit gleicher Bezeichnung sind nicht immer völlig gleich. Bedingt durch den Herstellungsprozeß gibt es Abweichungen im Verhalten, die sogenannten „Toleranzen". Durch systematisches Austesten zahlreicher Prozessor-ICs lassen sich durchaus Exemplare finden, die eine höhere Taktfrequenz klaglos akzeptieren. Ein bis zwei MHz lassen sich auf diese Weise schon herauskitzeln. Allerdings steigt das Risiko einer plötzlichen Betriebsstörung drastisch an.

Außerdem bringen ein paar MHz mehr nicht allzuviel. Theoretiker haben errechnet, daß man im Mittelspiel etwa die sechsfache Zeit benötigt, um einen Halbzug tiefer rechnen zu können. Das gilt für reine Brute-Force-Programme. In der Praxis sieht es etwas günstiger aus, denn die meisten Programme sind Mischtypen mit selektiven Komponenten, und die profitieren schon eher von einer Frequenzerhöhung. Dennoch: Eine Vervielfachung der Frequenz sollte es schon sein. Das geht aber nicht mehr durch Selektieren allein, man muß sich schon etwas besonderes einfallen lassen. Und genau das taten zwei Elektronik-Spezialisten aus Filderstadt.

Schaetzle + Bsteh

Die Firma Schätzle+Bsteh wurde im Jahre 1980 gegründet. Zielsetzung war die Entwicklung eines superschnellen Prozessorsytems für Musikelektronik und Personalcomputer. Die Entwicklungen auf diesem Gebiet mündeten in einem Patent im Jahre 1984. Im gleichen Jahr war dann der „DC65" serienreif, eine Steckkarte für Applecomputer mit einem voll kompatiblen Hardwareprozessor mit 12,5 MHz. Gleichzeitig liefen die Entwicklungen auch für Schachcomputer, so daß ebenfalls 1984 eine CPU mit 15 MHz auf den Markt kam. Die Ergebnisse waren so vielversprechend - 3- bis 4-fache Geschwindigkeit bringt bei einigen Geräten einen zusätzlichen Halbzug Rechentiefe -, daß nach und nach für alle 6502- und 65C02-Schachcomputer Turbokits angeboten wurden. Die Geschwindigkeit stieg sukzessiv bis auf 18 MHz, selektierte Versionen waren sogar mit 19 bis 20 MHz lieferbar.


So funktioniert der TK20

Das Herz des Gerätes besteht aus einem aufwendigen „Nachbau" des 6502-Prozessors mit etwa 100 (!) IC-Bausteinen. Da das Innere des Original-6502 praktisch unbekannt war, mußte das Verhalten der CPU nach außen nachgebildet werden. Mit unwesentlichen Unterschieden läuft jeder Befehl im TurboKit so ab wie im Original. Für das Programm ergibt sich daher keine Änderung in der Arbeitsweise.

Das Hauptkriterium bei der Entwicklung war maximale Geschwindigkeit. Bei der verwendeten Technik arbeitet die Elektronik bis ca. 18... 19 MHz stabil. Die Zeit für einen
Herbert Bsteh - © Computer Schach & Spiele Heft 3/1988
Prozessorzyklus beträgt bei 18 MHz etwa 55 Nanosekunden (Milliardstel Sekunden). Da in fast jedem Zyklus ein Speicherzugriff stattfindet, sind also sehr schnelle Speicherbausteine mit etwa 45 Nanosekunden Zugriffszeit notwendig. Ohne zusätzliche Maßnahmen müßten auch die Ein/Ausgabe-Bausteine und EPROMs des restlichen Schachcomputers ähnlich schnell sein.

Für solche Anforderumgen ist die Elektronik der üblichen Schachcomputer jedoch nicht ausgelegt. Daher wurden alle geschwindigkeitsrelevanten Teile in einem eigenen Gehäuse zusammengefaßt und zusätzlich ein Lüfter eingebaut, damit das Gerät auch an heißen Sommertagen zuverlässig arbeitet. Die Verbindung zum Schachcomputer stellt ein 40poliges Kabel her, das einfach anstelle der CPU in deren Fassung eingesetzt wird.

Nach dem Einschalten des TurboKit läuft zunächst ein Start-Programm aus einem eingebauten EPROM ab. Dieses Programm transportiert die am meisten benötigten Teile des Schachprogramms in den schnellen Speicher des TurboKit. Die weniger benötigten Teile (z.B. Zugein- und ausgabe, Eröffnungsbibliothek, Abfrage der Bedienungstasten) verbleiben im Schachcomputer. Diese Einteilung ist ohne Geschwindigkeitseinbußen möglich und reduziert die Kosten für die schnellen Speicherbausteine auf das unbedingt Notwendige.

Durch diese Aufteilung bemerkt der Original-Schachcomputer von der hohen Geschwindigkeit nichts. Die nicht umgeladenen Programmteile laufen sogar langsamer ab als vorher, damit eine einwandfreie Datenübertragung zwischen TurboKit und Schachcomputer sichergestellt ist (z.B. genügen EPROMs mit 450 Nanosekunden Zugriffszeit). Auch die Zeiteinteilung des Schachprogramms wird durch die Geschwindigkeitserhöhung nicht beeinflußt. Die Taktfrequenz des Schachcomputers, von der die Zeitnahme abgeleitet wird, bleibt unverändert, da der TK20 eine eigene Taktversorgung besitzt.

TK20 + MM IV-Modul
Anschluss des TK20 an ein MM IV-Modul

Multi TurboKit MTK20

Ein großer Vorteil des TK20 ist in seiner Variabilität zu sehen. So kann er jederzeit auf andere oder neue Geräte angepaßt werden. Für Besitzer von mehreren Schachcomputern gab es den Multi TurboKit MTK20, der wahlweise an verschiedene Modelle angeschlossen werden konnte. Hochgeschwindigkeitsfanatiker müssen also nicht für mehrere Computer verschiedene Turbokits anschaffen.

Eine weitere Innovation des Hauses Schaetzle+Bsteh war der integrierte Saitek Leonardo TurboKit Analyst, ein Schachcomputer, der sich in der Optik vom Seriengerät kaum zu unterscheiden war. Im Turbo Leonardo Analyst ist die gesamte Elektronik - CPU, Speicher, Netzteil, Spezialbelüftung - im Grundgerät integriert, so daß keinerlei Umbauarbeiten erforderlich sind. Das Gerät kostete in der 18 MHz-Version DM 2.498,-


68000 oder 6502 + TK20?

Der Prozessor 6502 gehört zur Generation der 8-Bit-Prozessoren. Daran ändert das Tuning nichts. Wird da nicht an veralteter Technik herumgebastelt und ist nicht der 16-Bit-Prozessor 68000 - der sich z.B. in vielen Geräten von Mephisto und Fidelity befindet - in jedem Falle leistungsfähiger?

Die folgende Tabelle verdeutlicht, daß die Taktfrequenz allein zur Beurteilung der Geschwindigkeit eines Prozessors nicht ausreicht, denn die Ausnutzung eines Taktes ist bei den verschiedenen Prozessoren sehr unterschiedlich. Während der 68000 im Schnitt 9 Taktzyklen für einen Befehl benötigt, kommt der 6502 mit 3 Zyklen aus (der 1802 aus dem alten Mephisto II benötigte 18 Taktimpulse). Wenn man nur die Taktfrequenz betrachtet, müßte der 1802 zwischen der Leistungsfähigkeit des 68000 und des 6502 liegen. Anhand der Befehlsrate, also der Anzahl von Befehlen pro Sekunde (million instructions per second), wird aber deutlich, daß der 1802 etwa 3,5 mal langsamer ist als die beiden anderen Prozessoren.


Taktfrequenz Prozessortyp Taktimpulszahl pro Befehl Befehlsrate
min mittel
6,4 MHz 1802 16 18 0,36 mips
12 MHz 68000 4 9 1,30 mips
4 MHz 6502 2 3 1,30 mips


Der 68000 kann nun durch seinen 16-Bit-breiten Datenbus und dem damit verbundenen schnelleren Datentransfer zwischen CPU und Speicher wieder einiges wettmachen. Auch der größere Registersatz läßt sich vom Programmierer effizienzsteigernd einsetzen. Alles in allem könnte dieser Vorteil etwa mit dem Faktor 3 zu Buche schlagen. Das bedeutet aber auch, daß ein 12 MHz schneller 6502 dem 68000 geschwindigkeitsmäßig ebenbürtig wäre.

Hier muß unser kleines Rechenexempel enden, denn alles weitere bleibt den Programmierern überlassen. Ob sich die vielen mächtigen Befehle des 68000 sinnvoll für die Schachprogrammierung nutzen lassen oder der schmalere Befehlssatz des 6502 ausreicht, ist umstritten. Solange sich die Experten hier nicht einig sind, wird auch der 6502 noch eine Weile seine Daseinsberechtigung behalten.


Quellenangabe

© Computer Schach & Spiele / Heft 3 / Juni-Juli 1988 / Seiten 9-11


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