Ben je een liefhebber van oude computersystemen, dan heb je al gemerkt dat de apparaten steeds schaarser en duurder worden. Voor een originele 80486, MSX, Amiga, Atari ST of Amstrad moet je diep in de buidel tasten … áls je er al een tegenkomt. Voor velen zit er dan ook niets anders op dan met emulators of virtuele machines aan de slag te gaan. Dat geeft helaas niet altijd het gewenste resultaat. Gelukkig is er een alternatief: zelf bouwen met een speciale chip en losse onderdelen.

Spreekt het onderwerp retrocomputing of retrogames je aan, dan heb je de FPGA-chip (field-programmable gate array) wellicht al eens voorbij zien komen. De FPGA wordt vaak aangeprezen als een ‘wonderchip’ die totale nauwkeurigheid biedt en geen vertraging heeft zoals een emulator. Verschillende commerciële bedrijven, zoals www.analogue.co, gebruiken de FPGA als hart van hun spelsystemen en hebben daar groot succes mee.

Dankzij de betaalbaarheid neemt de populariteit bij hobbyisten die er eigen opensource-projecten mee starten dan ook snel toe. Een van die opensource-projecten is het MiSTer-project dat op een gebruiksvriendelijke manier verschillende oude computers via de FPGA-chip van de Terasic DE10-Nano-development-kit opnieuw tot leven brengt. Op dit moment wordt gewerkt aan verschillende FPGA-implementaties zoals een 80486-pc, NeoGeo, Game Boy en Sega Mega CD. Het aantal projecten neemt snel toe.

01 Wat is een FPGA?

De beste manier om een FPGA te omschrijven, is dat het een flexibele chip is die je naar wens kunt (her)programmeren. De moderne FPGA bestaat uit een groot aantal programmeerbare logische schakelingen die samen een functie kunnen uitvoeren. Je kunt de chip zodanig programmeren dat hij precies doet wat je wilt en volledig geoptimaliseerd is voor de functie waarvoor hij geprogrammeerd is. Het mooie is dat de FPGA ook weer opnieuw geprogrammeerd kan worden om een nieuwe functie uit te voeren. De programmeerbare infrastructuur kent bijna geen grenzen, een FPGA kan worden gebruikt om elke gewenste logische functie of verzameling functies te implementeren, zelfs meerdere processorkernen. De FPGA is vooral bedoeld voor de professionele doeleinden waarbij data-intensieve toepassingen veel efficiënter verwerkt moeten worden. Maar een FPGA-chip kan dus ook gebruikt worden om zich voor te doen als een oude retromachine.

Zo maak je van je pc een retrogame-emulator

02 Emulatie en her-implementatie

Emuleren is een uiterst inefficiënte manier om hardware te simuleren. Voor een vrij simpele hardware-emulatie is naar verhouding een beest van een processor nodig. Ook worden in de meeste gevallen niet alle instructies goed geëmuleerd, zodat de software uiteindelijk niet werkt zoals het op de originele hardware deed. Daarbij hebben vele aspecten invloed op de prestaties. Is het systeem even druk met een ander proces, dan is dat vrijwel direct te merken in de emulatie. Bij het spelen een spelletje kan dat ongewenste resultaten geven. Denk aan een platformspel dat de ene keer een tiende van een seconde eerder input vraagt om te springen en een andere keer een tiende later. De ene keer tuimel je de afgrond in, de andere keer haal je net het einde niet.

Een relatief eenvoudige FPGA kan dit trucje veel efficiënter uitvoeren, omdat de originele elektronische circuits op de FPGA worden gerecreëerd en de instructies niet softwarematig vertaalt hoeven worden. Deze werkwijze geeft nagenoeg dezelfde ervaring als de originele hardware, omdat de instructies uitgevoerd worden zoals dat bij het origineel ook gebeurde. Bij sommige implementaties gaat het zelfs zo ver dat bepaalde vertragingen, die op de originele hardware optreden, ook optreden bij de emulatie via de FPGA. Bij gebruik van een FPGA spreekt de community liever niet over emulatie, maar over het ‘her-implementeren’ van de originele hardware.

©PXimport

03 Van Minimig tot MiSTer

De eerste stappen om een FPGA te gebruiken voor het recreëren van een retrocomputer werden gezet in januari 2005. Toen kwam de Nederlandse elektrotechnisch ingenieur Dennis van Weeren met het concept om een nieuwe Amiga 500 met de FPGA als basis te ontwikkelen: de Minimig of Mini Amiga. Waarschijnlijk heeft dit project anderen geïnspireerd en zijn hier weer verschillende ideeën uit voortgevloeid. Een daarvan is de MiST FPGA-computer, ontworpen rondom de Intel Cyclone III FPGA en bedoeld om klassieke 16bit-computers zoals de Amiga en Atari ST op te implementeren. De vrij actieve community heeft verschillende zogenoemde cores voor het systeem ontwikkeld, zoals een NES (Nintendo Entertainment System), Apple+ II en Commodore 64. Maar de Cyclone III liep tegen zijn limiet. Veel meer dan deze 8- en 16bit-systemen pasten niet in deze FPGA, er was een grotere FPGA nodig.

De Intel Altera Cyclone III FPGA Development Kit kostte destijds ruim 1.200 dollar en was daarom niet interessant om als basis te gebruiken voor de MiST FPGA-computer. De Terasic DE10-Nano Development Kit met Cyclone V FPGA heeft een veel lager prijskaartje van ongeveer 110 euro. Deze development kit werd de basis voor het MiSTer-project, dat opgestart is door Alexey Melnikov. Deze grotere FPGA maakt veel meer mogelijk, zo kan er een 80486-pc op geïmplementeerd worden. Verder zijn er cores van een Sega Mega CD, GameBoy Advance en NeoGeo AES.

©PXimport

04 MiSTer-uitbreidingen

Een van de uitbreidingen voor het MiSTer-project is het MiSTer IO Board. Dit uitbreidingsbord is ook ontworpen Alexey Melnikov (de projectleider van het MiSTer-project). Het ontwerp is vrij verkrijgbaar voor iedereen. Het MiSTer IO Board is een optionele uitbreiding die boven op de Terasic DE10-Nano-soc wordt aangesloten. Het voegt functies toe aan het MiSTer-platform, zoals een VGA-connector voor analoge videobeelden, 3,5mm-audiopoort, drie knoppen, drie statusleds, een tweede slot voor een micro-sd-kaart, een fan voor koeling en een gebruikerspoort in de vorm van een usb-connector (dit is geen normale usb-poort, maar een soort seriële poort).

Het IO Board is niet de populairste uitbreidingsmodule, dat is de MiSTer SDRAM-geheugenmodule. Het ddr3-geheugen dat op de Terasic DE10-Nano zit is te snel voor de meeste cores. Het heeft een te hoge latentie en is niet geschikt voor de timings die nodig zijn voor het edo-dram van vroeger. Er zijn drie varianten van de MiSTer SDRAM-geheugenmodule met 32, 64 en 128 MB geheugen. De SDRAM-geheugenmodule met 128 MB geheugen is nodig voor de nieuwste cores zoals de NeoGeo en om Game Boy Advance-roms op te laden. Een volledig overzicht van de uitbreidingen en de cores vind je op de wiki-pagina.

©PXimport

05 Waar te koop?

MiSTer is opensource en vrij toegankelijk voor iedereen. Het wordt door de community in leven gehouden. De aanbieders van onderdelen hebben deze vaak zelf in elkaar gezet. Veel van deze aanbieders zijn gevestigd in de VS. Maar ook op Chinese websites als AliExpress duiken steeds vaker onderdelen op voor het MiSTer-project. Wij hebben onderdelen van de webshop www.misterfpga.co.uk gebruikt. Deze webshop is gevestigd in het Verenigd Koninkrijk en biedt een brede keuze aan uitbreidingen. De Terasic DE10-Nano Development Kit is bij verschillende webshops te vinden. Wij kochten ons exemplaar via www.digikey.com. Op het forum www.misterfpga.org vind je meer informatie over het project en de verschillende uitbreidingen.

©PXimport

06 Zelf aan de slag

Om met MiSTer aan de slag te gaan, hoef je natuurlijk niet direct álle onderdelen aan te schaffen. De meest belangrijke onderdelen zijn de Terasic DE10-Nano, een koelelement en een MiSTer SDRAM-geheugenmodule. Het IO Board, de usb-hub en de behuizing kunnen ook op een later moment worden toegevoegd. Wel heb je een omvormer nodig van micro-usb-b (mannetje) naar usb-a (vrouwtje) nodig om het toetsenbord op aan te sluiten. Eventueel kun je ook een eigen usb-hub aansluiten op de usb-otg-connector.

Wanneer je je dekbed gewassen hebt, wil je dat het natuurlijk weer lekker dik en luchtig aanvoelt. Maar wanneer je hem gewoon in de droger gooit, kan de vulling gaan klonteren, zodat er dunne stukken en dikke stukken ontstaan. Dat slaapt niet echt lekker. Om dat te voorkomen, gooien veel mensen er een paar tennisballen bij. Helpt dat echt?

Wat tennisballen in de droger doen

Tijdens het drogen raken de tennisballen telkens het dekbed. Dat helpt vooral bij dons en veren. Als die nat zijn, blijven ze aan elkaar plakken en zakt de vulling in. Door de constante beweging vallen die samengepakte delen weer uiteen, waardoor de vulling zich opnieuw verspreidt. Zo kan de warme lucht overal beter bij en droogt het dekbed gelijkmatiger. De droogtijd wordt er niet korter van, maar het dekbed komt wel duidelijk voller uit de droger.

Hoeveel tennisballen zijn genoeg?

Met één tennisbal in de wasdroger merk je vaak weinig, zeker bij een groot dekbed. Die verdwijnt al snel in de stof en heeft dan weinig effect. Met twee tot vier ballen werkt het beter, omdat ze het dekbed op meerdere plekken tegelijk in beweging houden. Zolang de ballen vrij kunnen bewegen en niet vast blijven zitten in de vulling, doen ze hun werk.

Kun je elke tennisbal gebruiken bij het drogen van een dekbed in de droger?

iet elke tennisbal is even geschikt. Vooral nieuwe of felgekleurde ballen kunnen bij hogere temperaturen kleur afgeven en kleine pluisjes verliezen van de vilten buitenlaag. Dat komt niet vaak voor, maar het risico is wel aanwezig. Gebruik je oudere tennisballen, dan is de kans hierop kleiner. Wil je dat verder beperken, dan kun je de ballen in een oude witte sok stoppen en die dichtknopen. Het effect blijft grotendeels hetzelfde, al is het iets minder uitgesproken dan met losse ballen.

Geef het dekbed genoeg ruimte in de droger

Tennisballen helpen alleen als het dekbed voldoende ruimte heeft om te bewegen. Is de trommel te vol, dan draait alles als één geheel rond en gebeurt er weinig. Wil je grote tweepersoonsdekbedden drogen, dan heb je een droger met een ruime trommel nodig. Heb je die niet zelf? Kijk dan of er een wasserette bij je in de buurt is. Meer ruimte zorgt voor meer beweging en daarmee voor een beter eindresultaat.

Niet elk dekbed kan in de droger

Tennisballen hebben vooral effect bij dons- en verendekbedden. Bij synthetische vulling is dat verschil kleiner en kan de constante beweging van de ballen de vulling na verloop van tijd zelfs vervormen. Wol, zijde en andere natuurlijke materialen mogen meestal helemaal niet in de droger. Check daarom altijd eerst het waslabel voordat je het dekbed in de trommel legt.

Even tussendoor opschudden helpt

Haal het dekbed halverwege het programma even uit de droger en schud het los, alsof je het bed opmaakt. Leg het daarna omgedraaid terug in de trommel. Zo verdeelt de vulling zich opnieuw en kan het dekbed gelijkmatiger drogen.

Wat kun je van het eindresultaat verwachten?

Tennis- of drogerballen zijn vooral een hulpmiddel, geen vervanging voor de juiste drooginstellingen. Droog het dekbed niet te vaak of te heet: kies een lage of middelhoge temperatuur en selecteer een speciaal dons- of beddengoedprogramma als dat op je droger zit. Zorg ook voor voldoende ruimte in de trommel. Als je dan ook nog eens ballen laat meedraaien, heb je er alles aan gedaan om te zorgen dat je dekbed weer lekker vol uit de droger komt!

Waarom start een computer met een SSD binnen enkele seconden op, terwijl een oude harde schijf blijft ratelen? Het vervangen van een HDD door een SSD is de beste upgrade voor een trage laptop of pc. We leggen in dit artikel uit waar die enorme snelheidswinst vandaan komt en wat het fundamentele verschil is tussen deze twee opslagtechnieken.

Iedereen die zijn computer of laptop een tweede leven wil geven, krijgt vaak hetzelfde advies: vervang de oude harde schijf door een SSD. De snelheidswinst is direct merkbaar bij het opstarten en het openen van programma's. Maar waar komt dat enorme verschil in prestaties vandaan? Het antwoord ligt in de fundamentele technologie die schuilgaat onder de behuizing van deze opslagmedia.

De vertraging van mechanische onderdelen

Om te begrijpen waarom een Solid State Drive (SSD) zo snel is, moeten we eerst kijken naar de beperkingen van de traditionele harde schijf (HDD). Een HDD werkt met magnetische roterende platen. Dat kun je vergelijken met een geavanceerde platenspeler. Wanneer je een bestand opent, moet een fysieke lees- en schrijfkop zich naar de juiste plek op de draaiende schijf verplaatsen om de data op te halen. Dat fysieke proces kost tijd, wat we latentie noemen. Hoe meer de data op de schijf verspreid staat, hoe vaker de kop heen en weer moet bewegen en wachten tot de juiste sector onder de naald doordraait. Dit mechanische aspect is de grootste vertragende factor in traditionele opslag.

©Claudio Divizia

Flashgeheugen en directe gegevensoverdracht

Een SSD rekent definitief af met deze wachttijden omdat er geen bewegende onderdelen in de behuizing zitten. De naam 'Solid State' verwijst hier ook naar; het is een vast medium zonder rammelende componenten. In plaats van magnetische platen gebruikt een SSD zogenoemd NAND-flashgeheugen. Dat is vergelijkbaar met de technologie in een usb-stick, maar dan veel sneller en betrouwbaarder. Omdat de data op microchips wordt opgeslagen, is de toegang tot bestanden volledig elektronisch. Er hoeft geen schijf op toeren te komen en er hoeft geen arm te bewegen. De controller van de SSD stuurt simpelweg een elektrisch signaal naar het juiste adres op de chip en de data is direct beschikbaar.

Toegangstijd en willekeurige leesacties

Hoewel de maximale doorvoersnelheid van grote bestanden bij een SSD indrukwekkend is, zit de echte winst voor de consument in de toegangstijd. Een besturingssysteem zoals Windows of macOS is constant bezig met het lezen en schrijven van duizenden kleine systeembestandjes. Een harde schijf heeft daar enorm veel moeite mee, omdat de leeskop als een bezetene heen en weer moet schieten. Een SSD kan deze willekeurige lees- en schrijfopdrachten (random read/write) nagenoeg gelijktijdig verwerken met een verwaarloosbare vertraging. Dat is de reden waarom een pc met een SSD binnen enkele seconden opstart, terwijl een computer met een HDD daar soms minuten over doet.

©KanyaphatStudio

Van SATA naar NVMe-snelheden

Tot slot speelt de aansluiting een rol in de snelheidsontwikkeling. De eerste generaties SSD's gebruikten nog de SATA-aansluiting, die oorspronkelijk was ontworpen voor harde schijven. Hoewel dat al een flinke verbetering was, liepen snelle SSD's tegen de grens van deze aansluiting aan. Moderne computers maken daarom gebruik van het NVMe-protocol via een M.2-aansluiting. Deze technologie communiceert rechtstreeks via de snelle PCIe-banen van het moederbord, waardoor de vertragende tussenstappen van de oude SATA-standaard worden overgeslagen. Hierdoor zijn snelheden mogelijk die vele malen hoger liggen dan bij de traditionele harde schijf.