Das Haupt der Medusa: Erste Erfahrungen mit dem 68040-ATARI

Nachdem nun der ATARI-Markt regelrecht mit Beschleunigerkarten überschwemmt worden ist - vom 68000er-Board mit 16MHz bis zur High-End-Karte mit 68030 und 50MHz ist alles dabei - hielt Motorolas Flaggschiff, der MC68040, bisher keinen Einzug in die Gemeinde der ST-Rechner. Weder in einem Rechner von ATARI selber, noch als Turbokarte eines Zweitanbieters. Seit einigen Monaten hat sich allerdings auch hier etwas getan. Die Schweizer Firma Medusa Computer Systeme bietet für alle ATARI-ST-Modelle eine Beschleunigerkarte an, die es in sich hat.

Auf dieser Karte werkelt eine XC68040HRC25M-CPU von Motorola. Sie wird intern mit 64MHz getaktet, der Bustakt beträgt immerhin noch 32MHz. Allein von der Taktrate her liegt das Board somit über einem ATARI TT oder einem Falcon030. Doch damit nicht genug. Bekanntlich enthält die MC68040-CPU bereits eine FPU (mathematischer Coprozessor), die z.B. beim Falcon030 erst noch hinzugekauft werden muß. Auch die internen Verbesserungen des 68040 geben der Medusa T40 einen gehörigen Performance-Schub gegenüber ihren Vorgängern.

Aber auch die Busbreite hat sich im Vergleich zum ST erhöht. Mußte sich der ST noch mit einem Datenbus von 16 Bit und einem Adreßbus mit 24 Bit begnügen, bieten die Motorola-CPUs ab dem MC68020 bei beiden Bussen eine 32-Bit-’Breitseite’.

Für wen lohnt sich solch ein Sprinter? In erster Linie wohl für Anwender, denen die übrigen Turbokarten nicht ausreichen. Wer viel mit CAD oder Platinen-Layout-Programmen zu tun hat, wird über die eingesparte Zeit bei der Arbeit mit der Medusa T40 sicher erfreut sein. Auch Grafikbetriebe, die bisher auf einem ATARI TT arbeiteten, können bei der Arbeit mit EBV-Programmen eine Verdopplung bis Vervierfachung der Arbeitsleistung des Rechners erkennen.

Lieferumfang

Medusa Computer Systeme bietet mehrere Ausbaustufen der Medusa T40 an. Dies beginnt bei der reinen Turbokarte bis hin zum Komplettsystem (ATARI ST mit Medusa T40 in einem Tower-Gehäuse). Der RAM-Ausbau kann on Board auf maximal 128 MB ausgedehnt werden.

Da mein ST schon vor einiger Zeit in einen Tower umzog, wählte ich nur die Turbokarte mit 8 MB Speicher. Gut verpackt kam das Paket beim Zoll an, wo dann auch die Mehrwertsteuer für den Sprinter zu entrichten war. Neben der eigentlichen 68040-Karte lagen noch zwei Platinen bei, die die Verbindung zum ST-Motherboard übernehmen.

Dem Paket lag zudem eine Diskette bei, die einige Patches und ein Benchmarkprogramm enthält. Über das T40-Accessory können die Caches getrennt ein- und ausgeschaltet werden. Weiterhin läßt sich damit auch die interne MMU des 68040 ausschalten, es kann zudem das original ST-RAM eingeblendet werden. Zu guter Letzt bietet es noch die Möglichkeit, die Caches von ,write through‘ auf, copy back ‘ zu schalten. Im ,write through‘-Modus werden Daten bei Schreiboperationen der 68040-CPU direkt ins RAM geschrieben. Schaltet man auf ,copy back1, geschieht dies erst, wenn die Cacheline benötigt wird. Die Daten bleiben somit im Cache. Dadurch läßt sich die Leistung um weitere 10% hochschrauben. Wer das Medusa-T40-Board auf mehr als 8 MB ausbaut, kann außerdem während des Boot-Vorganges eine Größenaufteilung zwischen ST-RAM und Fast-RAM vornehmen. So kann man dem Rechner mitteilen, daß man bei einem Speicherausbau auf 16 MB gerne 2 MB ST-RAM und 14 MB Fast-RAM hätte. Die Software macht’s möglich. Medusa-T40-Besitzern mit 8 MB bleibt diese Option allerdings verwehrt. Hier werden die 8 MB immer als ST-RAM eingebunden.

Leider liegt kein CPX-Modul bei, das das Accessory ersetzen kann. Man muß also einen Accessory-Platz ,verbraten', um das Medusa-Board zu konfigurieren. Ebenso wäre eine Version als TOS Programm sinnvoll, um schon bei der Abarbeitung des Auto-Ordners eingreifen zu können. Denn manche Spiele funktionieren zwar mit dem Medusa-Board, starten aber aus dem Auto-Ordner. So bleibt einem eine Geschwindigkeitssteigerung bei sauber programmierten Spielen versagt. Leider kann man eine individuelle Einstellung im Accessory nicht abspeichern, sondern muß nach jedem Reset erneut konfigurieren.

Weiterhin liegen drei Patch-Programme bei, die Fehler beim DMA-Transfer und ein Nachlaufen der Tastatur korrigieren. Interessant für Besitzer FPU tauglicher Programme ist sicher ein Programm namens ,FPU.PRG‘. Es emuliert die fehlenden FPU-Befehle des 68040. Somit laufen auch Programme, die eine 68881/68882-kompatible FPU voraussetzen.

Da viele Harddisk- oder Laserdruckertreiber die DMA Register 24-Bit-breit ansprechen, kommt es hier zwangsläufig zu Problemen. Das Patch-Programm ,KORR-8609.PRG' erweitert die ATARI-DMA auf die geforderten 32 Bit. Alle Programme, die die DMA ansprechen - also besonders Kopier-/Formatierprogramme - sollte man mit diesem Patch-Programm patchen. Sie bleiben dadurch erfreulicherweise weiterhin ST-kompatibel, d.h., daß sie gepatcht auch im 68000er-Modus voll lauffähig bleiben.

Weil TOS 2.06 anscheinend mit selbstmodifizierendem Code im VDI arbeitet, muß bei Installation dieser TOS-Version ein NVDI geladen werden. Auf der Diskette zum Medusa-Board befindet sich die Version 1.02 des NVDI. Sämtliche Tests haben wir mit der Version 2.5 des VDI-Beschleunigers durchgeführt, aber auch die Version 2.01 verrichtet ihre Dienste ohne Klagen mit dem 68040.

Als Handbuch liegt dem Medusa-T40-Board eine 14seitige DIN-A4-Blattsammlung bei, die den Einbau und die Patch-Programme beschreibt. Eine Liste getesteter Programme und ein technischer Anhang, der auch auf die Belegung der Erweiterungsstecker eingeht, bilden den Abschluß. Als Bonbon für Entwickler liegt zudem ein kompletter Schaltplan auf fünf Seiten bei. Inwieweit so ein Plan allerdings ohne die GAL-Gleichungen sinnvoll ist, bleibt dahingestellt. Aber immerhin besser als nichts.

Der Einbau

„Wenn Sie hier was falsch machen, können Sie anschließend das ganze Board dem Sondermüll übergeben.“ Zitat Handbuch Medusa T40. Also begibt man sich mit Voltmeter, Werkzeugkasten und dem ,Einige-Tausend-Mark-Super-GAU‘ im Hinterkopf an den Umbau. Zwangsläufig muß ein Tower her; ein DIN-A2-Bogen Karton und eine Hand voll M3-Schrauben, -Muttern und -U-Scheiben werden zwingend benötigt. Ersteres zur Isolation zwischen Board und Metallchassis des Towers, letzteres zur Installation der Platinen im Gehäuse. Vor allen Dingen aber braucht man viel Ruhe - sehr viel Ruhe.

Dem Medusa-Board liegt kein TOS bei, das aber zwingend notwendig ist. Da der MC68040 extern 32 Bit breite Busse zur Verfügung stellt, wird dies auch vom Medusa-Board unterstützt. Zunächst benötigt man aber ein TOS 2.06, das ausgelesen, zusammengesetzt und mittels des Medusa-Patch-Programmes verändert werden muß. Anschließend wird es in vier Teile gesplittet, die dann per Eprommer in vier Eproms der Typen 27C1001 bis 27C4001 gebrannt werden müssen.

Hat man alle Teile beisammen, heizt man den Lötkolben an, denn es muß am ST (aus-)gelötet werden. Sowohl 68000er als auch der DMA-Baustein müssen Sockeln weichen. Kann man beim 68000er den Verlust durch einfaches Abzwicken noch verschmerzen, reißt ein abgezwickter DMA Baustein gleich ein Loch von ca. 100,- DM in die Haushaltskasse. Meist ist aber letzterer gesockelt, sonst sollte man sich ohne entsprechendes Auslötwerkzeug erst gar nicht daran wagen, sondern besser eine Fach Werkstatt mit der Sockeleinlöterei beauftragen. Leider liegen dem Board weder ein MC68000 noch ein 64poliger Sockel für selbigen bei. Weiterhin muß der Reset-Taster weichen, der mit seinen drei Pins aber keinen Kunstgriff erfordert. Lediglich Besitzern des allseits heiß geliebten IMP-Chipsatzes bleibt weitere Löterei nicht erspart, falls die RAMs langsamer als 120ns sind. Dann müssen die beiden Latches 74LS373 durch schnellere F-Typen ersetzt werden. Sind die Sockel eingelötet, werden die beiden Verbindungsplatinen eingesteckt und die Reset-Leitung der DMA-Platine an die Stelle des eben ausgelöteten Reset-Tasters gelötet.

Der Mammutteil des Umbaus ist vollbracht, ab jetzt kann gesteckt werden. Der weitere Einbau richtet sich nach der Platinengröße des ST-ßoards. Beim Mega ST sind keine mechanischen Arbeiten am Gehäuse notwendig, 1040ST-Besitzem sei hier schon mal viel Erfolg beim Einbau dieses Bügelbretts gewünscht. Legt man Wert auf zukünftige Erweiterungssteckkarten, baut man das Medusa-T40-Board praktischerweise so ein, daß die Erweiterungs-Slots durch den Gehäuseausbruch auf der Rückseite zugänglich sind. Erfreulicherweise bereitet das T40-Board keine Schwierigkeiten bei der Montage, sämtliche Bohrungen sind auf die Standardbohrungen der PC-Gehäuse angepaßt. Anders sieht es schon beim ST aus. Hier ist viel Phantasie bei der Montage gefordert. Hervorzuheben ist die Möglichkeit, die vom PC bekannten LEDs und Schalter für Reset und Turbo direkt mit dem Medusa-T40-Board zu verbinden. Lediglich ein zusätzlicher Anschluß für eine Frequenzanzeige, die die meisten Towers heute bieten, fehlt. Mit etwas bastlerischem Geschick läßt sich aber auch dieses Problem beheben. Zuletzt werden die Flachbandkabel der Verbindungsplatinen mit dem Medusa-T40-Board verbunden.

Besitzer von Mega-Bus-Karten (Grafikkarten) werden hier erstmalig auf Probleme stoßen. Da auf der CPU und dem DMA-Baustein Verbindungsplatinen sitzen, ist der Einbau einer Mega-Bus-Karte erschwert, da diese Platinen die Karte überragen. Man kommt also nicht umhin, sich eine Verlängerung vom Mega-Bus zum Kartenstecker zu basteln. Bei manchen Grafikkarten ist darüber hinaus ein Interface notwendig, da bei Byte-Zugriffen 68000er-Prozessoren die untere Worthälfte auch auf der oberen Hälfte übertragen. Diese Eigenschaft unterstützt der MC68040 nicht mehr. Auch hier ist Basteln angesagt. Auf Anfrage erhält man den Schaltplan und die GAL-Gleichung für den Adapter bei Medusa Computer Systeme. Zumindest bei meiner Imagine 256 ist solch ein Interface notwendig.

Bevor man nun den getunten Rechner einschaltet, sollte man mit einem Ohmmeter überprüfen, ob das Metallchassis des Towers keine Verbindung zur +5V-Versorgungsspannung des Netzteils hat, sonst hat man einen Kurzschluß, und das Netzteil ,singt‘. Eine Befestigungsschraube am T40-Board sorgte bei meinem Gerät gerade für solch einen Kurzschluß.

Hat man nun gut isoliert und sämtliche Peripherie in den Tower verfrachtet, kann man endlich das Gehäuse zuschrauben, Tastatur und Monitor(e) anschließen.

Software-Installation

Hier muß der angehende T40-Besitzer unverständlicherweise erneut eine Hürde nehmen, um in den Genuß eines funktionstüchtigen Boards zu kommen. Da TOS 2.06 sich nicht ohne weiteres mit dem MC68040 verträgt, muß gepatcht werden. Hier tauchen nun erstmalig gravierende Probleme auf. Das beiliegende Patch-Programm liegt nur im Sourcecode bei. Den engagierten Programmierer wird dies noch freuen, aber um ein TOS 2.06 zu patchen, muß man zunächst einen K-Seka Assembler auftreiben, in diesen den Sourcecode einladen und das in einem bestimmten RAM-Bereich abgelegte TOS nach Anleitung patchen. Nichtbesitzer des K-Seka stehen nun im Regen, da nur für diesen Assembler die Instruktionen angegeben sind. Hier wäre auf jeden Fall ein selbständig lauffähiges Patch-Programm wünschenswert, dem der Benutzer nur noch den Pfad des zu patchenden TOS übergeben muß.

Praxistest

Probleme bereitet (wie immer) Software, die Zeitschleifen nicht über Timer abwickelt. Unrühmliche Beispiele sind auch Programme, die das TOS abfragen und unter dem gepatchten TOS 2.06 ihren Dienst versagen. Da Benchmark-Programme nicht immer ein praxisnahes Bild zeigen, haben wir andere mehr oder weniger zeitaufwendige Prozeduren mit einem Mega ST 4 mit TOS 1.04 und demselben Rechner bei eingeschaltetem T40 durchführen lassen (s. Tabelle 1).

Wie man sieht, ist es mit der versprochenen 20fachen Leistung nicht mal so übertrieben. Sicher gibt es Anwendungsfälle, die in Sachen Geschwindigkeit nochmal ordentlich zulegen (Apfelmännchen, Raytracing und Programme, die die interne FPU ausnutzen). Da der MC68000 keine FPU besitzt, hinkt solch ein Vergleich natürlich etwas, was aber nicht die Leistung des Medusa Boards schmälern soll. Wie immer werden sowieso schon schnelle Programme (Tempus Editor) so gut wie gar nicht beschleunigt.

Noch ein paar Worte zu den Benchmarks. Es ist nicht einfach, überhaupt einen aussagekräftigen Vergleich zwischen ST- und Medusa-Board zu finden. So übertrifft z.B. der CPU-Shift-Wert von Qlndex 2.1 des Medusa-Boards einen 8MHz-ST um den Faktor 71. Aber welches Programm nutzt so viele Shift-Befehle, daß sich solch eine Steigerung auf die Gesamt-Performance auswirkt? Jetzt kann man natürlich geneigt sein und den Querschnitt aller vier CPU-Werte nehmen, um einen aussagefähigen Wert zu erhalten. Dabei kommt man dann auf einen Mittelwert von 3104%. Schaut man sich nun aber die praxisbezogenen Laufzeitwerte an, sieht man, daß eine 31fache Geschwindigkeit bei weitem nicht erreicht wird.

Aber nicht nur der Datentransfer zum RAM (und natürlich auch zurück) und die Rechengeschwindigkeit erhöhen sich. Ist man von IdeaList bei 8MHz doch einen gemächlichen4 Transfer zum Drucker gewöhnt, steigert sich dieser Wert bei Verwendung des Medusa-Boards um ein Vielfaches. Verschob IdeaList bisher etwa 150 Zeichen pro Sekunde in Richtung Drucker, werden nun bis zu 2800 Zeichen in der Sekunde an den druckerinternen Speicher übertragen. Auch die Transferrate am DMA-Port steigt spürbar. Leider versagt das Testprogramm RateHD im 68040er-Betrieb den Dienst, d.h., es liefert keine vernünftigen Ergebnisse. Auch wenn hier keine vernünftigen Werte geliefert werden, ist doch ein auch Performance-Gewinn im Zusammenspiel mit Festplatten spürbar.

Welche Programme laufen ohne Einschränkungen? Hier trennt sich also die Spreu vom Weizen. Wie bereits eingangs erwähnt, hegt dem Medusa-Board eine Diskette mit Treiber-Software bei. Das darauf befindliche T40-Accessory spielt beim Einsatz mit dem T40-Board eine große Rolle. Programme, die selbstmodifizierenden Code einsetzen und daher mit Prozessor-Caches so ihre Schwierigkeiten haben, können über das Accessory nachträglich zur Aufnahme ihrer Arbeit gebracht werden. Man schaltet einfach über das T40. ACC die Caches ab und hat keine Schwierigkeiten mehr mit diesen Programmen. Kein Licht ohne Schatten... dadurch sinkt die Leistung teilweise um über 50%! Ebenso haben viele Programme ihre Schwierigkeiten mit ST-RAM, das größer als 4MB ist. Bei einem 8MB-Board werden ja bekanntlich die vollen 8MB als ST-RAM eingebunden. Also greift man wieder zu dem inzwischen lieb gewonnenen ACC und blendet das Original-ST-RAM ein - um den Preis eines weiteren Leistungsverlustes.

Nun aber zu Spreu und Weizen...

Bekanntlich ist jede Calamus-Version für eine Leistungssteigerung des Rechners dankbar. Hier braucht man keine Einschränkungen hinzunehmen. Sowohl Calamus 1.09 als auch die großen Versionen S und SL verstehen sich prima mit dem Schweizer Produkt. Ebenso sieht es mit anderen TT-tauglichen Produkten aus. Auch Retouche, Retouche Pro CD, Didot Line Art stellen dem stolzen Medusa-Besitzer kein Bein im täglichen Betrieb.

Tabelle 1

Bei den Textverarbeitungen ziehen die ersten schwarzen Wolken über dem Paradepferd der Firma Motorola auf. Verweigert Signum!2 gänzlich den Betrieb, läßt sich Tempus Word Junior durch Abschalten der Caches noch zur Mitarbeit überreden. Auch die erste Sitzung mit Script II läuft gut an. Ist man noch im Taumel über die wahnwitzige Scroll-Geschwindigkeit, die schon Tempus-Ausmaße annimmt, kommt die Ernüchterung spätestens, wenn man das Geschriebene auch zu Papier bringen will. Zieht mein HP500 noch das Blatt ein, weigert er sich dann doch, irgendetwas zu Papier zu bringen. Hier hilft dann auch das Accessory nicht weiter. Erstmals muß man also auf den 8MHz-Betrieb ,herunterschalten‘. Alle verbreiteten Programme auf Herz und Nieren zu untersuchen würde sicher den Rahmen dieses Artikels sprengen. Sie finden aber eine Liste, der von uns geprüften Programme in der Tabelle 2.

Erfreulich ist die Tatsache, daß immer mehr PD- und Shareware-Programmautoren den Trend zum ,sauberen‘ Programm unterstützen und ihre Programme GEM-gerecht unters Volk bringen und auf Tricks wie z.B. selbstmodifizierenden Code verzichten.

Fazit

Das Medusa-Board steht zur Zeit einsam an der Spitze der Turbo-Karten für die ATARI-ST-Serie. Es bietet sich zur Zeit insbesondere für ATARI-CAD- und DTP-Betriebe und Grafikstudios an, die bislang auf ATARI TT arbeiten. Für Programmierer dürfte es hingegen überdimensioniert sein, da heutige Compiler auf ATARI TT eine ausreichend schnelle Compilierung gewährleisten. Im Gegensatz zu den gängigen 68020/030er-Karten gingen die Entwickler des Medusa-Boards über die eigentliche Beschleunigung des Systems hinaus. Da das Board als offenes System konzipiert worden ist, bietet es Steckplätze an, wie man sie auch vom PC her kennt. Allerdings nehmen die Stecker keine VGA-Karte vom PC-Händler ,um die Ecke1 auf, sondern es kommen speziell für das Medusa-Board entwickelte Karten zum Einsatz. Bereits erhältlich sind eine 16Bit-VME-Bus-Karte, die TT-kompatible VME-Karten aufnimmt, und eine ST-I/O-Karte. Da das Medusa-Board aber mehr als einen Steckplatz anbietet (6x 68040-Bus, 4x ATARI-16/24-Bit-Bus, 2x Memory-Bus für Leute, denen 128MB auf dem Medusa-Board zu wenig sind), bietet sich ein Ausbau mit mehreren Karten an. Geplant sind u.a. Grafikkarte, DSP-Karte, TT-kompatible SCSI-Karte, SCSI-II-Karte, 32-Bit-VME-Karte und eine Anpassung an den MC68060). Bereits jetzt ist das Board serienmäßig auf 2MB ROM und 128MB RAM ausbaubar. Wem das nicht genügt, der kann die Memory-Stecker zur weiteren RAM-Aufrüstung auf maximal 4GB(!!!) heranziehen. Daß dann allerdings auch ein 230W-Tower-Netzteil überfordert ist, dürfte einleuchten. Bleibt nur zu sagen, daß sowohl die Software überarbeitet als auch eine Lösung für Mega-Bus-Karten gefunden werden sollte. Es ist sicher nicht jedermann zuzumuten, sich eine Platine zu ätzen und zudem noch einen GAL-Prommer für das benötigte Interface zu kaufen. Als Nachteil ist zudem die Wahl der SIMM-Module zu werten. Die verwendeten PS/2-Module sind gegenüber den herkömmlichen SIMMs, wie sie auch im (Mega) STE eingesetzt werden, wesentlich teurer. Daß es auch anders geht, zeigen diverse PC-Boards, die handelsübliche SIMMs mit 9 Bit Breite nutzen.

Das Handbuch ist zwar ausführlich genug für diejenigen, die sich bereits mit ihrem Rechner beschäftigt haben, könnte aber durchaus mehr ins Detail gehen. Wer hingegen die letzte Begegnung mit dem Lötkolben in schmerzlicher Erinnerung hat und den Begriff GAL eher mit der deutschen Parteienlandschaft assoziiert, sollte lieber seinen ST in die Schweiz schicken und den Umbau dort vornehmen lassen.

Bezugsquelle:
MW-electronic
Heisterbacher Str. 96
53639 Königswinter 1

Medusa T40

Positiv:

überragende Geschwindigkeit
ausgewogenes Preis-Leistungs-Verhältnis
gut erweiterbar
gute Verarbeitungsqualität der Platine
PC-spezifische Schalter und LEDs werden unterstützt

Negativ:

Software noch nicht vollkommen ausgereift
Patchen des TOS umständlich
noch keine STE-Unterstützung
MC68000 und Sockel werden nicht mitgeliefert
Mega-Bus wird mechanisch blockiert
für Mega-Bus-Karten ist u.U. ein Adapter notwendig

Tabelle 2

Arne Schürmann

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