Nützliche Tools: VGA zu HDMI Converter mit Scaler

Ich spiele ja schon eine ganze Weile mit dem MiST, einem FGA-Board, herum (siehe auch meinen Test zum MiST „Das MiST-Board: Klassische Computer per FPGA neu implementiert“: Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4, Teil 5) und bin auch sehr zufrieden mit dem Board, aber ein paar kleinere Probleme gibt es, wenn man das Bild nicht gerade nur auf einem Monitor dargestellt haben möchte.

Leider liefern einzelne Cores nicht ganz VGA-konforme Signale. So liefern viele Cores im PAL-Betrieb 50 Hz, VGA setzt aber mindestens 56 Hz voraus. Auch liegen die 15 kHz des TV-Modus einiger weniger Cores weit unter den VGA-Anforderungen von mindestens 31,5 kHz. Entweder man hat Glück und der eigene Monitor verträgt diese geringen Frequenzen oder das Bild läuft durch (siehe Bild). Im letzteren Fall sollte man versuchen den Core auf NTSC (60 Hz) umzuschalten (ggf. auch den MIST noch ein oder zweimal neu booten). Teilweise muss auch noch ein geeignetes ROM (z.B. ein amerikanisches TOS für den Atari ST) verwendet werden. Ich setze einen etwas älteren Samsung SyncMaster 193T am MIST ein, der im NTSC Modus ganz gut funktioniert, im PAL Modus aber meistens nur ein flackerndes Bild liefert. Auf der Projektseite gibt es eine (sehr kurze) Liste von getesteten Monitoren. Probleme treten aber bei fast allen aktuellen TV-Geräten auf, denn diese können meistens nur Auflösungen ab 1280 x 720 aufwärts darstellen.

Wenn ein Gerät erst ein Bild ab einer Auflösung von 1280 x 720 darstellen kann, fällt leider die günstigste Lösung, ein VGA nach HDMI Konverter (Kosten ca. 10-20 EUR) aus. Hier wird die VGA-Auflösung einfach per HDMI übertragen (in der Artikelbeschreibung steht dann meistens etwas wie „1:1 Konverter“), mit der das TV-Gerät nichts anfangen kann. Die Lösung kann hier ein VGA nach HDMI Konverter mit eingebautem Scaler, wie der „7 in 1 zu HDMI Konverter“ von Ligawo, sein. Leider sind diese Geräte auch etwas teurer, ca. 60 EUR muss man für einen Konverter mit integriertem Scaler investieren. Dafür werden dann aber auch VGA-Signale auf 1920 x 1080p hoch skaliert, so dass diese dargestellt werden können. Die Projektseite führt eine (sehr kurze) Liste  auf der noch weitere Geräte aufgeführt sind (Micomsoft XRGB-Mini für ca. 500 EUR im Import, Gonbes 8220 RGB to VGA PCB für ca. 25 EUR).

Leider benötigt auch der o.g. Konverter von Ligawo saubere VGA-Signale. Bei den meisten getesteten Cores war das Bild zunächst stark horizontal verschoben, was zwar im Konverter nachträglich korrigiert werden kann, aber lästig ist, oder es gab während der Emulation zeitweise Bildaussetzer von 1-2 Sekunden (vorgekommen beim Atari 2600 Core).

Hier kann das Vorschalten eines „CGA/EGA/YUV to VGA“ Umsetzers für 20-25 EUR helfen, der das etwas untertaktete VGA-Signal in ein sauberes VGA-Signal wandelt. Ziemlich viel Aufwand, um ein stabiles Bild zu bekommen (also am besten einen geeigneten Monitor gut aufbewahren).

Das ganze Equipment sollte somit folgendes umfassen (siehe Bild rechts):

  • MiST FPA-Board (ca. 200 EUR)
  • CGA/EGA/YUV to VGA Konverter (ca. 25 EUR)
  • VGA nach HDMI Konverter mit Scaler (ca. 60 EUR)
  • drei USB-Netzteile (oder besser gleich ein 5-fach USB-Netzteil, ca. 20 EUR)
  • zwei VGA-Kabel (ca. 5 EUR)
  • ein HDMI-Kabel (ca. 5 EUR)
  • USB-Joypad (ca. 15 EUR)
  • USB-Tastatur (ca. 10 EUR)

Ein paar Euro kann man sparen, wenn man über einen geeigneten Monitor verfügt oder das TV-Gerät ein VGA-Signal versteht (obwohl auch dann der CGA/EGA/YUV to VGA Konverter noch notwendig sein kann).

Ich würde mich sehr über Vorschläge, die das Problem vielleicht eleganter lösen, sehr freuen.

Retro: Die Top 5 der Dinge, die wir heute von den Heimcomputern vermissen

Wenn wir uns heute an die Heimcomputer der 1980er erinnern, werden viele ganz nostalgisch. Wer hatte nicht als Jugendlicher einen C64 oder ZX Spectrum? Doch woran liegt das? Was vermissen wir von den alten Computern? Das 8Bit-Museum.de hat hier einige mögliche Gründe einmal zusammengestellt.

1. Niedrigauflösende Grafik

Im Gegensatz zu der 4K-Auflösung (HD ist ja inzwischen schon fast wieder Out), verfügten Heimcomputer über eine geradezu lächerliche Grafikauflösung. In der Regel lag diese irgendwo um die 320 x 200 Pixel (beim ZX Spectrum z.B. sogar nur 256 x 192 Pixel). Farbe war nicht immer gegeben: Ein ZX 81 musste noch mit Monochromer-Grafik auskommen (und mit nur 64 x 48 „Pixeln“, siehe Bild rechts: Pacman), ein ZX Spectrum konnte schon 8 Farben in zwei Helligkeitsstufen darstellen und ein C64 immerhin 16 Farben.

Der Grund für die niedrige Auflösung lag teilweise an einem fehlenden Videoprozessor, so dass die CPU die Grafik darstellen musste, teilweise aber auch am geringen Arbeitsspeicher. Beim ZX 80/81 teilten sich z.B. ein spezieller Chip (die ULA) und die CPU die Grafikaufbereitung. Die CPU lass die Werte aus dem Speicher aus und übergab sie im richtigen Zeitpunkt an die ULA. Ein Grund, warum dieser Rechner über einem Betriebsmodus (den FAST Modus) verfügte, in dem man den Bildschirm ausschalten konnte. Ohne Anzeige wurde der Rechner gleich viermal schneller. Wurde der ZX 80/81 mit weniger als 4 KByte betrieben (Standard waren nur 1 KByte), wurden die Bildschirmzeilen verkürzt im Speicher abgelegt. Die rechts stehenden Leerzeichen einer Zeile wurden bei der Speicherung weggelassen. Dadurch belegte ein vollständig geleerter Bildschirm nur 24 Bytes (die HALT-Befehle für das Zeilenende), ein vollständig gefüllter Bildschirm jedoch 793 Bytes. Ein Grund, warum viele Programme nur die linke Bildschirmfläche belegten.

Beim ZX Spectrum wurde die Grafik „hochauflösend“ schon im Speicher abgelegt, was 6144 Byte belegte. Die Farbinformation wurde gesondert gespeichert und dabei jeweils 8×8 Pixel mit einer Vordergrund- und einer Hintergrundfarbe zusammengefasst, was weitere 768 Bytes belegte. Eine echte 8-Bit Farbtiefe hätten enorme 48 KByte benötigt, also den gesamten Speicher eines ZX Spectrum (mit 48 KByte). Diese Kompromisse zeigten sich aber auch durchaus auf dem Bildschirm (dem sogenannten „color clash“). Gerade beim ZX Spectrum vielen die 8×8 Klötzchen in Spielen immer wieder auf, wenn eine Figur einer anderes gefärbten Figur zu nahe kam. Je nachdem welche Farbe die zusammengefassten 8×8 Pixel an der Berührungsstelle hatten, sah man das Quadrat sehr deutlich entweder bei der einen oder der anderen Figur (siehe Bild rechts: rote und violette Grafik).

Durch diese Limitierungen waren die Entwickler aber gezwungen kreative Auswege zu finden, um Grafiken schnell und weich über den Bildschirm zu bewegen. Zudem gab es einen echten Wow-Faktor, wenn eine neue Computergeneration mit besseren grafischen Fähigkeiten auf den Markt kam.

2. Geringer Arbeitsspeicher

Obwohl Heimcomputer alles andere als günstig waren, ein C64 mit Monitor und Diskettenlaufwerk kostete immerhin um die 1000 DM, was heute ungefähr einem 1000 EUR teurem PC entspricht,  ist die Hardware nicht mehr mit heutigen Maßstäben zu vergleichen. Die ersten Heimcomputer (ZX 80/81, Commodore VC 20, Atari 400 etc.) waren mit ca. 1 bis 4 KByte Arbeitsspeicher (RAM) ausgestattet, die nächste Generation dann mit bis zu 64 KByte (ZX Spectrum, C64, Atari 800 XL). Diesen Speicher mussten sich die Bildschirmdaten, Systemvariablen und Ein-/Ausgabeadressen teilen. Oft kamen noch ein paar KByte Festwertspeicher (ROM) hinzu, der das Betriebssystem und oft auch einen BASIC-Interpreter beinhaltete.

Mit dem restlichen Speicher musste ein Programm dann auskommen, denn das Nachladen von Daten von Kassette (im schlechtesten Fall) war kaum praktikabel (es gab aber Spiele, die in zwei oder drei Teilen aufgeteilt ausgeliefert wurden). Das ein abwechslungsreiches Abenteuerspiel (z.B. „The Hobbit“) mit nur knapp 40 KByte auskam, ist aus heutiger Sicht kaum vorstellbar. Erst mit der 16-Bit Ära wurde der Arbeitsspeicher erheblich größer mit 512 KByte bis 4 MByte.

3. Tonwiedergabe

Die ersten Heimcomputer besaßen nur einen einfachen „Beeper“, um evtl. einen Warnton wiederzugeben. Dieser wurde zwar auch für den Sound in Spielen verwendet, aber zu mehr als einzelne Piepser konnten diese Rechner nicht von sich geben. Der ZX Spectrum besaß einen kleinen Beeper, der zumindest Töne in verschiedenen Tonhöhen und -längen wiedergeben konnte. Andere Heimcomputer verfügten über einen echten Soundgenerator, der ggf. mehrere Kanäle zur Verfügung stellte und es ermöglichte den Klang über einfache Filter zu beeinflussen, wie z.B. der SID beim C64.

Video: Robin Of The Wood ZX Spectrum (c) 1985 Odin, maiki60fps, YouTube

Gerade durch die Einfachheit dieser Generatoren wurden die Programmierer/Musiker sehr kreativ. Beim ZX-Spectrum wurden durch schnelles wechseln der Tonhöhe, mehrere Kanäle simuliert und sogar eine Sprachausgabe, die allerdings kaum verständlich war, war in einigen Spielen zu finden. Der C64 entwickelte sich aufgrund seines damals besonders flexiblen Soundgenerators zur Lieblingsmaschine bei Musikern. Hier konnten sich die Kreativen richtig austoben und es entstanden Soundtracks, die heute noch viele in den Ohren haben und direkt mir dem C64 in Verbindung gebracht werden.

Video: Rob Hubbard – Commando [C64], PeyserCommodore, YouTube

4. Tape Loading Errors

Anfang der 1980er luden die meisten Computer ihre Programme von einer normalen Audio-Kassette. Das verlief mehr oder weniger schnell, mehr als 300-1500 baud (ca. 30 bis 150 Bytes pro Sekunde, also ca. 2-9 KByte pro Minute) waren kaum möglich. Es gab zwar Schnelllader, welche die Geschwindigkeit erhöhten, aber auf Kosten sehr viel häufig auftretender Fehler. Beim ZX Spectrum versuchte Speedyload die Geschwindigkeit bis auf 7500 baud zu steigern, erfahrungsgemäß war aber bei 6000 baud auch mit den allerbesten Bändern Schluss. Davon abgesehen musste der Speedloader zunächst normal geladen werden, was auch wieder Zeit kostete, so dass die Zeitersparnis nicht allzu hoch war.

Dennoch hielt dieses Firmen nicht davon ab Spiele mit einem Ladebildschirm zu versehen. Beim ZX Spectrum konnte man knapp eine Minute dem Bild beim Aufbau zusehen, bis dann anschließend das eigentliche Programm geladen wurde. Bei Jetpac für den ZX Spectrum 16K war das eigentliche Programm gerade einmal ein paar Byte größer als der Ladebildschirm.

Aber auch ohne Schnelllader hieß es oft nach etlichen Minuten vor dem Bildschirm: „Tape Loading Error“. Dann hieß es das Band zurückzuspulen, evtl. die Lautstärke anzupassen und ggf. den Wiedergabekopf des Kassettenrecorders mit einem Schraubenzieher zu justieren.

5. BASIC

Fast alle Heimcomputer wurden mit der Programmiersprache BASIC ausgeliefert, meistens fest eingebaut (im ROM), seltener von Kassettte oder Diskette ladbar. Der Befehlssatz war zwar ähnlich, aber die BASIC-Dialekte unterschieden sich teilweise sehr stark. Angefangen bei „Notlösungen“ im C64, dessen Dialekt noch nicht einmal einen eigenen Befehl zum Setzen der Vorder- oder Hintergrundfarbe kannte, bis hin zu den Luxus-Dialekten beim ZX Spectrum oder Sinclair QL, gab es quasi alles.

Dennoch hatten alle Dialekte eines gemeinsam: Der Besitzer lernte früher oder später zumindest ein wenig zu programmieren. Nicht unbedingt immer strukturiert, fehlerfrei oder effizient, aber immerhin…

10 FOR I=3 TO 100

20 FOR J=2 TO SQR(I)

30 IF (I/J)=INT(I/J) THEN GOTO 60

40 NEXT J

50 PRINT I

60 NEXT I

Es gab unzählige Magazine deren alleinige Daseinsberechtigung die zig Seiten BASIC-Quellcode waren, die es fehlerfrei abzutippen galt, um dann eine Adressenverwaltung, ein Finanzprogramm oder ein Spiel zu erhalten.

Schaltete man einen Heimcomputer ein, war meistens der BASIC-Interpreter direkt verfügbar und man konnte loslegen zu programmieren. Zudem waren Abstütze fast unbekannt. Anwendungen und Spiele liefen einfach. Und hing irgendwann dann doch einmal ein Programm, reichte ein Druck auf die RESET-Taste und weiter ging es.

 

Retro: Die Top 5 der aus heutiger Sicht lächerlichsten Indizierungen

In den 1980ern wurden einige Spiele indiziert, die heute wohl kaum noch jemand auf den Index für jugendgefährdende Medien setzen würde.

River Raid (bis 2002)

In River Raid steuert der Spieler aus der Vogelperspektive ein Flugzeug über einen Fluss und versucht eine größtmögliche Punkteanzahl durch das Abschießen gegnerischer Flugkörper und Schiffe zu erzielen.

In der Begründung des Indizierungsbeschlusses der BPjS vom 19. Dezember 1984 hieß es unter anderem: „Jugendliche sollen sich in die Rolle eines kompromisslosen Kämpfers und Vernichters hineindenken […]. Hier findet im Kindesalter eine paramilitärische Ausbildung statt […]. Bei älteren Jugendlichen führt das Bespielen […] zu physischer Verkrampfung, Ärger, Aggressivität, Fahrigkeit im Denken […] und Kopfschmerzen.“

Barbarian (bis 2012)

In Barbarian bekämpfen sich zwei Schwertkämpfer. Ziel ist es diverse Gegner zu besiegen, um final den Zauberer „Drax“ zu besiegen und „Prinzessin Marina“ zu befreien.

Das Spiel wurde oftmals wegen seiner Brutalität kritisiert. So war es möglich, den Kopf seiner Gegner abzuschlagen. Nach 25 Jahren wurde die Indizierung im September 2012 aufgehoben, obwohl „‚Nackenschlag‘ oder ‚Todeswirbel‘ geben den tödlichen Ernst des Spiels nicht wieder.“

Raid Over Moscow (bis 2010)

Raid Over Moscow wurde während des Kalten Kriegs auf dem Markt gebracht. In dem Spiel muss der Spieler versuchen drei Angriffe der Sowjetunion auf Nordamerika abzuwehren. Fünf Actionszenen inklusive Ballerei an der Kremlmauer begeisterten etliche Spieler und entsetzten Jugendschützer.

Die Indizierung des Spiels wurde im Juli 2010 von der BPjM nach 25 Jahren aufgehoben.

Skyfox (bis 2010)

Skyfox war ein Actionshooter mit Cockpit-Ansicht und Simulationselementen. Durch die Möglichkeit verschiedene Missionen auszuwählen und verschiedene Waffensysteme einzusetzen war Skyfox anspruchsvoller als handelsübliche Ballerspiele. Insgesamt war es für die damalige BPjS viel zu realistisch:

„Die Anwendung von kriegerischer Gewalt und mithin das Töten erfährt im Spiel ‚Raid over Moscow‘ eine qualifizierte positive Bewertung. Die kriegsverherrlichende bzw. verharmlosende Tendenz dieses Computerspiels wird nicht dadurch gemildert, dass der Spieler den Kampfauftrag verfolgt, um die westliche Hemisphäre zu retten.“

Die Indizierung des Spiels wurde im Dezember 2010 von der BPjM nach 25 Jahren aufgehoben.

Battlezone (bis 2009)

Battlezone ist eine 3D-Panzersimulation, die im Jahr 1980 in die Spielhallen kam. Die Umsetzung für den Atari 2600 landete auf dem Index. Im Antrag hieß es: „Durch die Vision, dass der Spieler über mehrere Leben verfüge, vermittele das Spiel dem Spieler eine Scheinwelt, die mit der Realwelt nicht mehr in Einklang zu bringen ist. Das Spiel ist eine paramilitärische Ausbildung. … [Das Spiel] lässt kriegerische Kampfhandlungen als positiven Wert erleben, Kriegsgeschehen wird als besonders reizvoll dargestellt“ und der Spieler wird „an kriegerischen
Vernichtungshandlungen beteiligt, die er aufgrund der Ausgangssituation im Spielverlauf aktiv mitgestaltet und nachvollzieht“

Retro: Die ersten Kopierschutzverfahren

Raubkopien sind kein neues Phänomen, sondern es gibt sie schon, seitdem Software geschrieben wird. Geht es heute meist darum, Informationen und Software mit DRM (Digital Rights Management) zu schützen, waren die Kopierschutztechniken in den 1980er sehr viel einfacher aufgebaut, wenngleich auch kreativer.

Software zu kopieren, ohne dass man die Rechte dazu besitzt, war auch schon in den 1980er nicht erlaubt. Es drohten schon damals empfindliche Geldstrafen, die aber praktisch niemanden wirklich abgeschreckten. So lieferten sich die Piraten und die Softwareindustrie bereits vor 30 Jahren einen Wettlauf: Die Hersteller mit dem Wunsch ihre Software gegen Piraterie zu schützen, auf der einen, und die Piraten, die die Software kopieren wollten, auf der anderen Seite.

Magna C20 KassetteAnfang der 1980er wurden viele Spiele auf normalen Kassetten ausgeliefert. Die Programme konnten sehr leicht kopiert werden. Mit Hilfe eines Doppelkassettendecks konnten Spiele in nur wenigen Minuten kopiert werden, dabei fanden oft gleich einige Spiele Platz auf einer einzigen C90 Kassette. Es gab sogar C10, C15 oder C20 Kassetten zu kaufen, die speziell als Datenkassette angeboten wurden. Grund genug für die Softwareindustrie ihre Software gegen das Kopieren zu schützen.

Handbücher

Dieser Schutz war recht verbreitet, auch wenn er sehr leicht zu umgehen war. War das Spiel geladen, fragte es nach einem Wort in einem bestimmten Paragraphen auf einer bestimmten Seite des Handbuchs. Tippe man das Wort korrekt ein, konnte man spielen, tat man es nicht, wurde das Programm beendet oder das Programm reagierte anders als erwartet. Einige Spiele ließen sich auch etwas Zeit und fragten erst während des Spielverlaufs nach.

Obwohl der Schutz mit einer Fotokopie leicht umgangen werden konnte, war er doch recht zuverlässig. Scanner waren praktisch nicht existent bzw. unbezahlbar teuer, und auch Fotokopien kosteten sehr viel mehr als heute, so dass sich eine Kopie des Handbuch teilweise kaum lohnte. Profis kopierten aus diesem Grund oft zig Seiten eines Handbuchs auf eine einzige Seite. Spiele, die mit diesem Schutz ausgeliefert wurden, waren u.a. Carrier Command (Microplay) und Formula One Grand Prix (Microprose).

Code-Karten

Jet Set Willy Code CardEinige Spiele wurden mit einer abgewandelten Form des Handbuch Schutzes ausgeliefert. Anstelle nach einem Wort zu fragen, lag eine Code-Karte bei, die den begehrten Zugangscode lieferte.

Jet Set Willy wurde mir einer Farbkarte, die 180 Farbfelder mit je vier Farben enthielt, ausgeliefert. Der Benutzer wurde nach dem Programmstart nach einem Feld gefragt und musste die vier Farben korrekt eingeben. Da in den 1980er Farbkopierer praktisch nicht existierten, war dieser Schutz recht gut. Wollte man ihn umgehen, musste man die Farbkarte abfotografieren ggf. ein Polaroid davon anfertigen oder mit Farbstiften die Karte mühselig per Hand duplizieren.

Sim City

Damit die Code-Karten nicht zu einfach kopiert werden konnten, setzten einige Hersteller auch rotes Papier ein. So lag bei Sim City eine auf rotem Papier gedruckte Code-Karte bei, von der der Spieler die Population von Städten ablesen musste, die durch drei Symbole kodiert wurden. Das rote Papier machte es fast unmöglich diese Karte mit einem normalen Fotokopierer zu kopieren. Es gab aber auch Code-Karten die mit einem sehr schwachen Kontrast gedruckt wurden, wie z.B. glänzend-schwarzer Schrift auf matt-schwarzen Hintergrund bei Worms für den Amiga.

Code-Schablonen

Monkey Island - Dial-a-PirateEine weitere Variante des Handbuch Schutz war die Code-Schablone. Hier musste der Spieler eine Kombination einstellen und den angezeigten Code eingeben. LucasArts verwendete diesen Schutz in seiner Serie Monkey Island. Das in Monkey Island I verwendete „Dial-A-Pirate“ Code-Schablone zeigte das Gesicht eines toten Piraten, nachdem man sein Todesjahr eingestellt hatte. In Monkey Island 2 musste ein Voodoo-Trank gemischt werden, für dessen Zutaten die korrekten Mengen von der Code-Schablone geliefert wurden.

Dieser Schutz konnte aber sehr leicht umgangen werden, entweder kopierte man einfach alle Positionen oder bastelte die Code-Schablone nach.

Mechanische Kopierschutzverfahren (Lenslok)

LenslokLenslok dürfte der am meist gehasste Kopierschutz für den ZX Spectrum (und ein paar wenigen anderen Systemen) gewesen sein. Nachdem Code-Karten und Code-Schablonen keinen wirklich guten Schutz boten, lag ein paar Spielen eine spezielle für das Spiel individuelle optische Linse aus Plastik bei. Diese wurden vor den Bildschirm gehalten, um den dort angezeigten Code entziffern zu können. Das hört sich zwar einfach an, war aber eine u.U. sehr zeitaufwendige Tätigkeit. Zum einen musste das Bild zunächst entsprechend eines Testmusters (ein „H“) justiert werden, oft war der Bildschirm zu groß oder zu klein für die beiliegende Linse, dann musste die Linse korrekt positioniert werden, so dass der Text „OK“ durch die Linse zu sehen war, und letztendlich musste man den angezeigten Code, der in etwas so gut zu lesen war wie heutige Captchas, auch entziffern können.

Elite von Firebird war das erste Programm, welches Lenslok einsetzte, weitere Spiele folgten: ACE (Cascade Games Ltd), The Graphic Adventure Creator (Incentive Software), Jewels of Darkness, The Price of Magik (Level 9 Computing), Moon Cresta (Incentive Software), OCP Art Studio (Rainbird), Supercharge compiler (Digital Precision), Fighter Pilot, Tomahawk, TT Racer (Digital Integration). Möchte man eines dieser Spiele heute per Emulator spielen, kann man den Schutz mit den Lenslok Decoder „Lenskey“ von Simon Owen ins Spiel, der hier heruntergeladen werden kann.

Software basierte Kopierschutzverfahren (Speedlock)

SpeedlockEinen anderen Weg seine Software zu schützen ging Ocean mit Daley Thompson’s Decathlon. Der Schutz beruhte darauf, dass den Tonfolgen beim Laden eines Programms zusätzliche Töne unterschiedlicher Höhe hinzugefügt wurden und die Aufzeichnungsgeschwindigkeit erhöht wurde. Dadurch wurden einfache Kassettenrekorder aus den Tritt gebracht und sie produzierten eine fehlerhafte Kopie oder zumindest eine Kopie, die nicht immer fehlerfrei gelesen werden konnte. Hochwertige Rekorder hatten mit diesem Schutz aber weniger Probleme.

Entwickelt wurde Speedlock von David Looker und David Aubery Jones ca. Ende 1983, es wurde aber erst gegen Ende Oktober 1984 erstmals eingesetzt. Es gab Speedlock in mehreren Varianten, eine davon zeigte z.B. einen zusätzlichen Countdown-Timer an, so sah man, wie lange man noch warten musste. Spiele, die Speedlock einsetzten, waren u.a. Knight Lore, Underwurlde (Ultimate Play the Game) und Beach Head (Ocean).

Es gab aber einige weitere Verfahren, die ebenfalls auf eigene Laderoutinen setzten: Bleepload (eingesetzt von Firebird ab 1987, z.B. in Bubble Bobble), Mikro-Gen Loader (eingesetzt ab Mitte 1984 in fast allen Mikro-Gen Spielen, zu erkennen an den schwarz-weißen Ladestreifen), Powerload (eingesetzt ab 1984 von Incentive Software und ein paar weiteren wie Beyond, und Ariolasoft, zu erkennen daran, dass die Bildschirmattribute von rechte nach links und von unten nach oben geladen werden), Search Loader (geschrieben von Steve Marsden und recht selten eingesetzt, z.B. bei Technician Ted, zu erkennen an einem Countdown-Timer mit zusätzlicher animierter Grafik).

Hardware basierte Kopierschutzverfahren (Dongles)

Anfang der 1980er tauchten auch die ersten Dongles auf. Hier setzten Hersteller auf spezielle Hardware, die an den Druckeranschluss, der seriellen Schnittstelle oder den Joystick-Ports angeschlossen wurden.

Wordcraft DongleDas erste Programm, das einen Dongle einsetzte, war Wordcraft für den Commodore PET im Jahr 1980. Angeschlossen wurde dieser an den externen Kassettenanschluss. Robocop 3 für den Amiga setzte ebenfalls auf einen Dongle, der aber an den Joystick-Port angeschlossen wurde. Fehlte der Dongle, konnte man das Spiel nicht spielen.

Aber auch Dongles waren schnell geknackt. Meistens wurde die Abfrage einfach aus dem Programm entfernt, in den meisten Fällen reichte es ein paar Bytes zu patchen.

Retro: 10 Chips, die die Welt veränderten

1. Fairchild Semiconductor μA741 Op-Amp (1968)

Signetics UA741Mit der Erfindung des IC wurde auch die Fertigung eines kompletten Operationsverstärkers möglich. Der damals 26jährige Robert Widlar entwickelte 1963 bei Fairchild Semiconductor den µA702, der für über US$ 300 verkauft wurde, und 1965 den µA709, der schon für US$ 70 zu bekommen war und dadurch auch sehr erfolgreich war. Widlar wechselte, nachdem ihm eine Gehaltserhöhung verweigert worden war, zu National Semiconductor und entwickelte dort dem LM101 als Nachfolger zum µA709. Für ihn suchte Fairchild einen Nachfolger, den sie in Dave Fullagar fanden.

1968 entwickelte Dave Fullagar, nach genauer Untersuchung des LM101, der Nachfolgetyp µA741 mit verbesserten Daten und Stabilität. Während bis Mitte der 1970er Operationsverstärker noch als Module mit diskreten Bauteilen üblich waren, wurden bei den Typen 709 und 741 alle benötigten Bauteile auf einem einzigen Chip integriert. Der 741 wurde zu dem Standard-Operationsverstärker überhaupt und wird auch heute noch, zu einem Preis von wenigen Cents, gefertigt.

2. Western Digital WD1402A UART (1971)

TR1402 UARTNachdem Western Digital am 23. April 1970 ursprünglich als General Digital, als Hersteller für Testgeräte für MOS-Halbleiter, gegründet worden war, verlegten sie im Juli 1971 ihren Firmensitz nach Newport in Kalifornien und benannten sich in Western Digital um. Mit dem WD1402A kam im selben Jahr ihr erster eigener Chip auf den Markt. Entwickelt wurde der Chip, um einen Fernschreiber an eine PDP-1 anzuschließen, eine Aufgabe, die es erforderte Signale einer parallelen Schnittstelle in serielle Signale umzuwandeln und umgekehrt. Die Schaltung, den Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART), die Gordon Bell dazu entwickelte, erforderte über 50 Bauteile, als Western Digital anbot einen Chip zu entwickeln, der die vollständige Schaltung eines UART enthält. Heute sind UARTs weit verbreitet, z.B. in Modems, Peripherie, auf Mainboards und vieles mehr.

3. Signetics NE555 Oszillator (1972)

NE555Der NE555 ist die weltweit meist verkaufte integrierte Schaltung. Der Chip wurde 1970 vom Schweizer Ingenieur Hans R. Camenzind für den Halbleiterhersteller Signetics (später Philips Semiconductors, heute NXP) entwickelt. Wurden Timerschaltungen zuvor meist mit Operationsverstärkern oder Komparatoren aufgebaut, konnte dieser spezialisierte IC in einer der drei Betriebsarten Monostabilen-, Bistabilen- oder Astabilen Kippstufe betrieben werden.

1972 begann die Massenfertigung des NE555. Die Nachfrage war enorm, schon im ersten Quartal wurden mehr als eine halbe Million Stück verkauft. Kaum ein halbes Jahr später gab es bereits acht Hersteller, die den Chip nachbauten, darunter Hersteller wie National Semiconductor (LM555), Motorola (MC1455/MC1555) oder Texas Instruments (SN72555). Noch im Jahr 2003 wurden weltweit über eine Milliarde Stück produziert.

4. Mostek MK4096 4k x 1 DRAM (1973)

MK 4096Mostek war nicht der erste Halbleiterhersteller, der einen DRAM veröffentlichte, denn dieser Ruhm gebührt Intel. Aber Mostek entwickelte ein Verfahren, das sich Address-Multiplexing nennt. Beim Multiplexing werden Reihe und Spalte der Speichermatrix nacheinander an den Chip übergeben, was die Anzahl der Adressleitungen halbiert und es ermöglichte ein 4K x 1 Bit DRAM (MK4096) in einem Gehäuse mit nur 16 Anschlüssen unterzubringen. Dadurch konnten auch größere Speicherchips in kostengünstige Gehäuse mit wenigen Anschlüssen untergebracht werden.

5. MOS Technology 6502 Mikroprozessor (1975)

MOS 6502Der von Chuck Peddle entwickelte Mikroprozessor 6502 kam 1975 auf den Markt. Das Design wurde an den Motorola 6800 angelehnt und der Prozessor besaß einen ähnlichen Befehlssatz. Da er im Vergleich zu den damals verfügbaren Prozessoren von Intel und Motorola sehr günstig war, wurde er in vielen Heimcomputern eingesetzt, z.B. Commodore PET und VC 20 (beim C64 verwendete Commodore den Nachfolger 6510), Apple I und II, Atari 800 XL und viele andere.

6. Zilog Z80 Mikroprozessor (1976)

Zilog Z80Der Hauptkonkurrent zum MOS 6502 war der Zilog Z80. Nachdem Federico Faggin seinen Arbeitgeber Intel verlassen und sein eigenes Unternehmen Zilog gegründet hatte, entstand kurz danach der Z80 als erster Prozessor Zilogs. Der Z80 wurde binär abwärtskompatibel zum Intel 8080 entwickelt, so dass viele Programme ohne Änderungen auf diesem liefen, jedoch besaß der Z80 einige Vorteile, z.B. eine einzige Versorgungsspannung von 5V und einen eingebauten Refresh-Controller, der es ermöglichte DRAMs ohne zusätzliche Hardware zu verwenden. Der Z80 wurde u.a. in Heimcomputern von Sinclair (ZX80, ZX81 und ZX Spectrum), Amstrad (CPC-Serie), Sharp (MZ80 und 700/800-Serie),  Tandy (TRS-80) sowie MSX und CP/M-Rechnern eingesetzt. Auch viele Arcade-Automaten, wie z.B. Galaxian und Pac-Man, setzten einen Z80 ein. Der Prozessor ist auch heute noch in verschiedenen Versionen, einige mit zusätzlich integrierten Bausteinen (MMU, 10/100BaseT Ethernet u.a.), lieferbar.

7. Intel 8088 Mikroprozessor (1979)

Intel 8088Der 8088 ist vermutlich für Intel im Rückblick der wichtigste Chip. Diesen Mikroprozessor wählte IBM für seinen ersten PC, das IBM Modell 5150, welches damals ca. US$ 3000 kostete. Von dem einen Jahr zuvor eingeführten 8086 unterscheidet der 8088 nur durch seinen 8-Bit breiten externen Datenbus und eine von sechs auf vier Bytes verkleinerte Prefetch Queue. Diese Kastration war eine der besten Entscheidungen Intels: Der Prozessor mit seinen knapp 29.000 Transistoren benötigte weniger und günstigere Zusatzchips als der 8086 und war zudem kompatibel mit bestehender 8-Bit Hardware. Somit war der Prozessor und die zusätzlich benötigte Hardware günstiger, was sich letztendlich direkt auf den Preis des PCs auswirkte. Auch von den nachfolgenden Prozessoren gab es später eine durch ein SX gekennzeichnete abgespeckte Variante (z.B. 80386SX oder 80e86SX). Der Konkurrent Motorola bot seinen Mikroprozessor MC68000 ebenfalls in einer günstigen Variante, den MC68008, an.

8. Motorola MC68000 Mikroprozessor (1979)

Der Motorola 68000 kam 1979 auf den Markt. Seine Entwickler versuchten seinen Befehlssatz orthogonal auszulegen. Dieses gelang ihnen auch mit der eingesetzten Assembler-Sprache, die darunter liegende Maschinensprache war dieses aber nicht. So kann ein Programmierer in Assembler praktisch jeden Befehl mit jeder Adressierungsart verwenden, in Maschinencode werden die Befehle aber teilweise auf unterschiedliche Opcodes abgebildet. Durch diesen Kompromiss kann man den 68000 fast genauso bequem programmieren, wie einen Prozessor mit echter orthogonaler Architektur, aber die Bits in den Opcodes werden effizienter verwendet.

Der 68000 verfügt über einen 16-Bit breiten externen Datenbus, verwendet aber intern 32-Bit Daten- und Adressregister (von den Adressregistern sind nur 24-Bit extern verfügbar) und ein 16-Bit Statusregister. Es wurde auch eine günstigere Variante, der 68008, mit nur einem 8-Bit breiten externen Datenbus entwickelt. Später kam der 68010 (ein um einige Fehler bereinigter 68000) mit zusätzlicher Unterstützung von virtuellen Speicher auf den Markt. Mit den Nachfolgern 68020, 68030, 68040 und 68060 wurde dann auch der externe Daten- und Adressbus auf 32-Bit erweitert.

Schon Anfang der 1980er wurde der 68000 in Unix-Systemen eingesetzt. So wurde der Prozessor in hohen Stückzahlen von Apollo Computer (Apollo), HP (HP 9000-300), Sun (Sun-1), Digital Equipment Corporation (Vax 100) und SGI verbaut. Ab Mitte der 1980er wurde der 68000 dann auch in günstigeren System eingesetzt, z.B. im Atari ST, Commdore Amiga und der Apple Lisa und Apple Macintosh. Der Prozessor wurde auch in einigen Spielkonsolen, wie dem Sega Mega Drive oder dem Neo Geo, verbaut.

Ursprünglich wollte IBM den 68000 auch in seinen PCs einsetzen, aber entschied sich schließlich für Intels 8088, da der 68000 u.a. noch nicht in großen Stückzahlen verfügbar war. Wäre diese Entscheidung anders ausgefallen, hätten wir heute keine Wintel-, sondern Winola-Computer.

9. Texas Instruments TMS32010 DSP (1983)

TMS32010Der TMS32010 kam am 8. April 1983 auf den Markt. Auch wenn er nicht der erste DSP (Digital Signal Processor) war, dies war 1980 der DSP-1 von Western Electric, so war er seinerzeit der schnellste Signalprozessor. Er konnte innerhalb von nur 200 ns eine Multiplikation durchführen. Im ersten Jahr wurden aufgrund des hohen Preises von US$ 500 nur knapp 1000 Stück verkauft. Als der Preis schließlich fiel, wurde er fester Bestandteil von vielen Geräten, angefangen bei Modems, bis hin zu militärischen Systemen. Den DSP gab es in vielen Varianten, z.B. mit Festkomma- oder Fließkomma-Arithmetik. Er war so flexibel einsetzbar, dass er nicht nur für die digitale Signalbearbeitung eingesetzt wurde, sondern auch als vollwertiger Prozessor.

10. Acorn Computers ARM1 Mikroprozessor (1985)

Acorn ARM11983 begann bei Acorn ein Team unter der Leitung von Sophie Wilson und Steve Furber mit der Entwicklung eines leistungsfähigen Prozessors als Nachfolger für den bis dahin eingesetzten 6502. Bis dahin hatte Acorn bereits 1,5 Millionen BBC Micro Computer verkauft, es wurde also Zeit, ein neues Modell zu entwerfen. Acorns Ingenieure wurden damit beauftragt einen 32-Bit Mikroprozessor zu entwickeln, den sie Acorn RISC Machine, oder kurz ARM, nannten. Da das Entwicklungsteam recht klein war, musste das Design einfach gehalten werden. Diese Einfachheit sollte zu einer der Stärken des neuen Prozessors werden. Anstelle eines komplexen Befehlssatz, entschied man sich für einen einfach gehaltenen, auf das wesentliche reduzierten, Befehlssatz. Als der ARM1 1985 auf den Markt kam, wurde er zuerst als Zweitprozessor im ARM Development System für den BBC Master eingesetzt. Der ARM2, der 1986 erschien, wurde dann bereits in größeren Stückzahlen im Acorn Archimedes A3010, A3020 und A4000 eingesetzt. Da die Prozessoren nicht nur schnell, sondern auch recht sparsam sind, eroberten sie die mobilen Geräte. Bis heute sind über 10 Milliarden ARM Cores produziert worden. Es gibt heute kaum Smartphones oder Tablets, die keinen auf der ARM Architektur basierenden Prozessor einsetzen.

Bilder: NE 555 (Wikimedia, Angeloleithold), µA741 (Wikimedia, Teravolt), MOS 6502 (Wikimedia, Konstantin Lanzet), Z80 (Wikipedia, Gennadiy Shvets), Intel 8088 (Wikimedia, Poil)

Das MIST Board: Klassische Computer per FPGA neu implementiert (Teil 5)

Seit meinem letzten Beitrag über das MIST Projekt sind nun sechs Monate vergangen und in dieser Zeit gab es sehr viele Updates.

Zunächst gibt es vier weitere Repositories mit folgenden Cores:

  • Apogee_MIST – Eine Implementierung des Apogee BK-01 (Апогей БК-01), ein russischer 8-Bit Computer von 1988 auf Basis des Radio 86RK.
  • BK0011M – Ein russischer PDP-11-Nachbau.
  • ZX_Spectrum-128K_MIST – Ein Sinclair ZX Spectrum 128K Core, der die Modelle 48K, 128K und Pentagon 128 mit korrekten CPU und Video-Timings emuliert, sowie DivMMC mit ESXDOS (TAP, TRD, SNA) und Kassetten (CSW files).
  • Dummy FPGA Core – Zeigt nur das Startmenü an.

Insbesondere der „Dummy FPGA Core“ ist praktisch, denn hiermit kann schnell ein beliebiger anderer Core mit ausgewählt werden. Die Firmware (firmware_160123) sollte auch aktualisiert werden, denn diese ist dringend notwendig für die Emulation der BK0011M Harddisk.

Bei den Cores gibt es ebenfalls viele Updates: Amstrad CPC, Apple II, Atari 800, Atari 5200, BBC Micro, Commodore C64 mit 1541, Nintendo Gameboy, Amiga AGA, Atari ST, NES, Apple Macintosh Plus, Sinclair QL und Sinclair ZX Spectrum.

Sinclair QL

MiST - QL AbacusGut hat mir die Sinclair QL Implementierung gefallen. Leider ist diese noch nicht so perfekt (und flexibel) wie bei den Software-Emulatoren, aber sie kommt immerhin mit dem original ROM (Sinclair QDOS) und dem Minerva ROM (eine QDOS Reimplementierung von Laurence Reeves unter der GNU Lizenz) klar. Die bekannten QL Programme, wie ABACUS (siehe Bild), EASEL, QUILL und ARCHIVE, laufen problemlos. Die Implementierung erlaubt es zudem zwischen PAL und NTSC sowie 128 KByte und 640 KByte Arbeitsspeicher zu wählen. Ganz ohne Handbuch wird man den QL aber nicht bedienen können, denn insbesondere der SuperBASIC Interpreter verfügt über unzählige spezielle Befehle und auch die Verwendung der Microdrives ist etwas speziell. Wer Handbücher zum QL sucht, dem sei Dilwyn Jones Sinclair QL Website empfohlen. Dilwyn hat Unmengen an Informationen und PD-Software gesammelt und stellt sie auf seiner Homepage zum Download bereit.

Apple Macintosh Plus

MiST - Apple MacGespannt war ich auch auf die Implementierung des Apple Macintosh. Auch diese funktioniert, aber auch hier wurde wieder deutlich, dass die Software-Emulatoren sehr viel flexibler sind und auch mehr Peripherie nachbilden. Zum Austesten eines Macintosh Plus reicht es aber allemal. Zumal ich persönlich den Retro-Faktor bei einer FPGA-Implementierung etwas höher einschätze, als wenn man weiß, dass der Rechner auf einem schnöden Windows-Rechner nachgebildet wird.

Die weiteren Teile mit Tests sind hier zu finden: Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4

Retro: Produkte, die Jugendliche nicht mehr kennen

1. Heimcomputer

Commodore 64Bevor ab den 90ern das PC-Einerlei vorherrschte, gab es ab Ende der 70er viele interessante Computer. Diese Heimcomputer wurden, wie der Name schon suggeriert, hauptsächlich zu Hause verwendet. Sie wurden aber auch häufig in Schulen und teilweise auch in Büros eingesetzt. Als günstige Alternative zu den damals sehr teuren „professionellen“ Geräten (den ersten günstigen IBM PC gab es erst 1983 und kostete ca. 2500 US$) waren sehr günstige Heimcomputer bereits ab ca. 200 DM zu haben (ein voll ausgestatteter C64 kostete trotzdem immerhin knapp 2000 DM).

2. Audio-Kassette

Compact CassetteDie Audio-Kassette – oder genauer Compact Cassette (CC) – wurde 1963 von Philips entwickelt und diente Anfangs nur zur analogen Aufzeichnung und Wiedergabe von Musik. In den 80er Jahren wurden Kassetten auch zur Datenspeicherung von Heimcomputern verwendet. Dazu wurden die digitale Daten in analoge Tonsignale gewandelt, die auf der Kassette aufgezeichnet wurden. Bis in die 90er Jahre waren Kassetten sehr verbreitet: Noch lange nach Einführung der CD, als diese in den Wohnzimmern die Kassette schon abgelöst hatte, waren Kassettenabspieler noch in Autoradios verbreitet.

3. VHS-Videokassette

VHS-Kassette1976 brachte JVC in Japan ein analoges Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem für Videorekorder auf den Markt. Auf den dafür verwendeten Kassetten konnten bis 4 Stunden (Shortplay) bzw. 8 Stunden (Longplay) aufgezeichnet werden. Es gab auch einige spezielle Kassetten mit noch längere Aufzeichnungszeiten. Durch die simpel konstruierten (und dadurch preisgünstigen) Geräte, konnte VHS sich gegen Konkurrenten wie Betamax (Sony) und VCR/Video 2000 (Grundig/Philips) als Standard durchsetzen. Es gab auch Videokameras, die auf spezielle, kleinere Kassetten aufzeichneten.

4. Schallplatte

SchallplatteDer Franzose Édouard-Léon Scott de Martinville meldete im März 1857 den Phonautograph als Patent an. Schon 1860 gelang es ihm, das Kinderlied Au Clair de la Lune mit Hilfe eines großen Trichters einzufangen und mit einer Membran, die die Schwingungen auf eine Schweineborste übertrug, auf eine rußgeschwärzte Walze zu kratzen. Allerdings konnte sein Phonautograph den aufgezeichneten Schall nicht wiederzugeben. Das schaffte erst John Kruesi, der 1877 die Erfindung von Thomas Alva Edison, baute. Edison wurde mit dem von ihm patentierten Phonographen weltberühmt. 1880 machte der amerikanische Physiker Charles Sumner Tainter die Entdeckung, dass sich viele Nachteile der Edisonischen Walzen vermeiden lassen, wenn man die Tonspur spiralförmig in eine runde Scheibe eingraviert. Nach einigen Versuchen mit Prototypen, gab er das Vorhaben aber aufgrund technischer Probleme wieder auf. Trotzdem gelten die von Tainter hergestellten Wachsplatten als die ersten Schallplatten der Welt. Die Schallplatte war bis Anfang der 90er Jahre das Hauptmedium für Musik. Es gab sie u.a. als Single (i.d.R. je ein Musikstück pro Seite) und Langspielplatte bzw. LP (i.d.R. ein ganzes Album von 40-50 Minuten).

5. Polaroid Kamera (Sofortbildkamera)

Polaroid Spectra AFDie erste Sofortbildkamera wurde im Februar 1947 von Edwin Herbert Land entwickelt und von seinem Unternehmen Polaroid auf den Markt gebracht. Die ersten Land-Cameras fotografierten noch in schwarzweiß (zuerst genau genommen sogar noch sepiafarben). Die revolutionäre Neuerung lag darin, dass der Film noch vor Ort das Negativ in ein Positiv übertrug. Noch bis weit in die 90er Jahre waren diese Sofortbildkameras die einzigen Kameras, die vor Ort eine Betrachtung eines Fotos ermöglichten ohne Umweg über ein Labor.

6. Walkman (Kassettenabspielgerät)

WalkmanWas heute der iPod ist, war in den 80er Jahren der Walkman von Sony unter den Jugendlichen. Kaum ein Jugendlicher wollte auf dieses Statussymbol verzichten, das unter der Bezeichnung „TPS-L2“ am 1. Juli 1979 auf den Markt kam. Der Walkman konnte Compact Cassetten abspielen. Spätere Kassettenabspielgeräte anderer Firmen besaßen Doppelkassettenspieler, zusätzlichen Radioempfang und Equalizer. Mit erscheinen der CD gab es später noch Geräte für CDs und MiniDiscs.

7. Akustikkoppler

Dataphon s21/23dDer Urgroßvater des DSL Modems ist der Akustikkoppler, mir dem Daten Anfang bis Mitte der 80er Jahre über eine Telefonleitung verschickt wurden. Der Akustikkoppler wurde nicht direkt an die Telefonleitung angeschlossen, sondern der Telefonhörer wurde in zwei Muscheln gelegt. Dadurch bedingt konnte die Rufnummer auch nicht automatisch gewählt werden, sondern gewählt werden musste manuell über die Wählscheibe des Telefons.

Bauartbedingt waren Akustikkoppler sehr störanfällig gegenüber externen Geräuschen. Die Datenübertragungsraten lagen i.d.R. nur zwischen 300 bis zu 2.400 Bit/s (ca. 30 – 240 Byte/s). Der vermutlich bekannteste Koppler war das Dataphon s21/23d.

8. Modem

US Robotics Courier v34Nach den Akustikkopplern wurden Modems mit elektrischen Anschluss an das Telefonnetz zur Datenübertragung eingesetzt. Durch den direkten Anschluss an die Telefonleitung stand der Frequenzbereich von 300 Hz bis 3400 Hz zur Verfügung (an einer digitalen Vermittlungsstelle sogar 0 bis 4000 Hz) und sie konnten bis zu 56 kbit/s (ca. 5,5 KByte/s) im Download und ca. 40 kbit/s im Upload übertragen. Die Geräte wurden ca. Mitte der 80er bis Ende der 90er Jahre eingesetzt.

Bilder: Polaroid (Wikimedia, Andrew Butitta), Schallplatte (Wikimedia, Ramon Vasconcellos), Videokassette (Wikimedia, KMJ), Compactcassette (Wikimedia, Thegreenj), Modem (Wikimedia, Bortzmeyer), Akustikkoppler (Jürgen Klöpper)

Retro: 9 Mikroprozessoren, die jeder kennen sollte

1. Intel 4004 Mikroprozessor (1971)

Intel 4004Intel brachte den 4004 am 15. November 1971 auf den Markt. Dieser 4-Bit-Mikroprozessor war der erste Ein-Chip-Mikroprozessor, der in Serie produziert und frei verkauft wurde. Obwohl der Datenbus des Intel 4004 nur 4 Bit breit war, arbeitete er intern mit einer Befehlsbreite von 8 Bit. Es standen 16 Register mit 4 Bit zur Verfügung, die jeweils zu 8 Bit zusammengefasst werden konnten. Sogar Unterprogramme konnten verarbeitet werden, für die auf dem Stack Platz von vier Adressen zur Verfügung stand. Insgesamt bestand der Chip aus gerade einmal 2300 Transistoren und wurde mir 108 kHz getaktet.

Ungefähr zur selben Zeit wurden drei weitere Mikroprozessoren entwickelt: Four-Phase System AL1 (1969), Garrett AiResearch MP944 (1970) und Texas Instruments TMS1000 (1971). Die beiden Prozessoren AL1 und MP944 verwendeten jeweils mehrere Chips zur Implementierung der Funktionalität eines Mikroprozessors. Four-Phase System verkaufte gerade einmal 347 Systeme mit ihrem AL1 Prozessor und war damit zur damaligen Zeit zumindest mäßig erfolgreich. Der MP944 wurde als Prozessor, der im amerikanischen F-14 Tomcat Kampfflugzeug eingesetzt wurde, bekannt.

2. Texas Instruments TMS1802 Mikroprozessor (1971)

Der TMS1802 von Texas Instruments wurde am 17. September 1971 vorgestellt. Er implementierte auf einem Chip die Funktionalität eines primitiven Taschenrechners mit seinen vier Grundrechenarten und wurde 1972 kommerziell in einem TI-Taschenrechner eingesetzt.

3. Intel 8008 Mikroprozessor (1972)

Intel 8008, GNU, Konstantin LanzetNur ein Jahr nach dem Intel 4004 wurde am 1. April 1972 der Intel 8008 vorgestellt. Der 8008 war Intels erster 8-Bit Mikroprozessor und bestand aus 3500 Transistoren.

Auch wenn der Name es vermuten lässt, er war keine Weiterentwicklung des Intel 4004, sondern ist direkte Vorgänger zum Intel 8080 und legte damit die Grundlage zur x86-Prozessorarchitektur, die bis heute eingesetzt wird.

4. Intel 8080 Mikroprozessor (1974)

Intel 8080, GNU, Konstantin LanzetDer Intel 8080 war nach dem Intel 8008 der zweite von Intel entwickelte 8-Bit Mikroprozessor und wurde im April 1974 veröffentlicht. Beim Intel 8080 handelte es sich um eine technisch erweiterte Variante des Intel 8008. So wurde der Adressbus von 14 Bit auf 16 Bit erweitert, weshalb der Prozessor nun 64 KByte adressieren konnte. Dadurch dass er ein 40-Pin-Gehäuse besaß (der Intel 8008 hatte nur 18-Pins), mussten Adress- und Datenbus nicht mehr gemultiplext herausgeführt werden und auch alle 16 Adressleitungen standen nicht-gemultiplext zur Verfügung, was den Chip um einiges schneller machte.

Der Intel 8080 wird allgemein als erster vollwertiger Mikroprozessor angesehen, obwohl frühere Mikroprozessoren schon in Taschenrechnern und anderen Anwendungen eingesetzt wurden. Die Entwicklung des Intel 8086, dessen Design noch heute Einfluss auf die Architektur moderner PCs hat, wurde stark vom Intel 8080 geprägt.

5. MOS Technology 6502 Mikroprozessor (1975)

MOS 6502Der von Chuck Peddle entwickelte Mikroprozessor 6502 kam 1975 auf den Markt. Das Design wurde an den Motorola 6800 angelehnt und der Prozessor besaß einen ähnlichen Befehlssatz. Da er im Vergleich zu den damals verfügbaren Prozessoren von Intel und Motorola sehr günstig war, wurde er in vielen Heimcomputern eingesetzt, z.B. Commodore PET und VC 20 (beim C64 verwendete Commodore den Nachfolger 6510), Apple I und II, Atari 800 XL und viele andere.

6. Zilog Z80 Mikroprozessor (1976)

Zilog Z80Der Hauptkonkurrent zum MOS 6502 war der Zilog Z80. Nachdem Federico Faggin seinen Arbeitgeber Intel verlassen und sein eigenes Unternehmen Zilog gegründet hatte, entstand kurz danach der Z80 als erster Prozessor Zilogs. Der Z80 wurde binär abwärtskompatibel zum Intel 8080 entwickelt, so dass viele Programme ohne Änderungen auf diesem liefen, jedoch besaß der Z80 einige Vorteile, z.B. eine einzige Versorgungsspannung von 5V und einen eingebauten Refresh-Controller, der es ermöglichte DRAMs ohne zusätzliche Hardware zu verwenden. Der Z80 wurde u.a. in Heimcomputern von Sinclair (ZX80, ZX81 und ZX Spectrum), Amstrad (CPC-Serie), Sharp (MZ80 und 700/800-Serie),  Tandy (TRS-80) sowie MSX und CP/M-Rechnern eingesetzt. Auch viele Arcade-Automaten, wie z.B. Galaxian und Pac-Man, setzten einen Z80 ein. Der Prozessor ist auch heute noch in verschiedenen Versionen, einige mit zusätzlich integrierten Bausteinen (MMU, 10/100BaseT Ethernet u.a.), lieferbar.

7. Intel 8088 Mikroprozessor (1979)

Intel 8088Der 8088 ist vermutlich für Intel im Rückblick der wichtigste Chip. Diesen Mikroprozessor wählte IBM für seinen ersten PC, das IBM Modell 5150, welches damals ca. US$ 3000 kostete. Von dem einen Jahr zuvor eingeführten 8086 unterscheidet der 8088 nur durch seinen 8-Bit breiten externen Datenbus und eine von sechs auf vier Bytes verkleinerte Prefetch Queue. Diese Kastration war eine der besten Entscheidungen Intels: Der Prozessor mit seinen knapp 29.000 Transistoren benötigte weniger und günstigere Zusatzchips als der 8086 und war zudem kompatibel mit bestehender 8-Bit Hardware. Somit war der Prozessor und die zusätzlich benötigte Hardware günstiger, was sich letztendlich direkt auf den Preis des PCs auswirkte. Auch von den nachfolgenden Prozessoren gab es später eine durch ein SX gekennzeichnete abgespeckte Variante (z.B. 80386SX oder 80e86SX). Der Konkurrent Motorola bot seinen Mikroprozessor MC68000 ebenfalls in einer günstigen Variante, den MC68008, an.

8. Motorola MC68000 Mikroprozessor (1979)

Der Motorola 68000 kam 1979 auf den Markt. Seine Entwickler versuchten seinen Befehlssatz orthogonal auszulegen. Dieses gelang ihnen auch mit der eingesetzten Assembler-Sprache, die darunter liegende Maschinensprache war dieses aber nicht. So kann ein Programmierer in Assembler praktisch jeden Befehl mit jeder Adressierungsart verwenden, in Maschinencode werden die Befehle aber teilweise auf unterschiedliche Opcodes abgebildet. Durch diesen Kompromiss kann man den 68000 fast genauso bequem programmieren, wie einen Prozessor mit echter orthogonaler Architektur, aber die Bits in den Opcodes werden effizienter verwendet.

Der 68000 verfügt über einen 16-Bit breiten externen Datenbus, verwendet aber intern 32-Bit Daten- und Adressregister (von den Adressregistern sind nur 24-Bit extern verfügbar) und ein 16-Bit Statusregister. Es wurde auch eine günstigere Variante, der 68008, mit nur einem 8-Bit breiten externen Datenbus entwickelt. Später kam der 68010 (ein um einige Fehler bereinigter 68000) mit zusätzlicher Unterstützung von virtuellen Speicher auf den Markt. Mit den Nachfolgern 68020, 68030, 68040 und 68060 wurde dann auch der externe Daten- und Adressbus auf 32-Bit erweitert.

Schon Anfang der 1980er wurde der 68000 in Unix-Systemen eingesetzt. So wurde der Prozessor in hohen Stückzahlen von Apollo Computer (Apollo), HP (HP 9000-300), Sun (Sun-1), Digital Equipment Corporation (Vax 100) und SGI verbaut. Ab Mitte der 1980er wurde der 68000 dann auch in günstigeren System eingesetzt, z.B. im Atari ST, Commdore Amiga und der Apple Lisa und Apple Macintosh. Der Prozessor wurde auch in einigen Spielkonsolen, wie dem Sega Mega Drive oder dem Neo Geo, verbaut.

Ursprünglich wollte IBM den 68000 auch in seinen PCs einsetzen, aber entschied sich schließlich für Intels 8088, da der 68000 u.a. noch nicht in großen Stückzahlen verfügbar war. Wäre diese Entscheidung anders ausgefallen, hätten wir heute keine Wintel-, sondern Winola-Computer.

9. Acorn Computers ARM1 Mikroprozessor (1985)

Acorn ARM11983 begann bei Acorn ein Team unter der Leitung von Sophie Wilson und Steve Furber mit der Entwicklung eines leistungsfähigen Prozessors als Nachfolger für den bis dahin eingesetzten 6502. Bis dahin hatte Acorn bereits 1,5 Millionen BBC Micro Computer verkauft, es wurde also Zeit, ein neues Modell zu entwerfen. Acorns Ingenieure wurden damit beauftragt einen 32-Bit Mikroprozessor zu entwickeln, den sie Acorn RISC Machine, oder kurz ARM, nannten. Da das Entwicklungsteam recht klein war, musste das Design einfach gehalten werden. Diese Einfachheit sollte zu einer der Stärken des neuen Prozessors werden. Anstelle eines komplexen Befehlssatz, entschied man sich für einen einfach gehaltenen, auf das wesentliche reduzierten, Befehlssatz. Als der ARM1 1985 auf den Markt kam, wurde er zuerst als Zweitprozessor im ARM Development System für den BBC Master eingesetzt. Der ARM2, der 1986 erschien, wurde dann bereits in größeren Stückzahlen im Acorn Archimedes A3010, A3020 und A4000 eingesetzt. Da die Prozessoren nicht nur schnell, sondern auch recht sparsam sind, eroberten sie die mobilen Geräte. Bis heute sind über 10 Milliarden ARM Cores produziert worden. Es gibt heute kaum Smartphones oder Tablets, die keinen auf der ARM Architektur basierenden Prozessor einsetzen.

Bilder: Intel 4004 (Wikimedia, Peter1912), Intel 8008 (Wikimedia, Konstantin Lanzet), Intel 8080 (Wikimedia, Konstantin Lanzet), MOS 6502 (Wikimedia, Konstantin Lanzet), Z80 (Wikipedia, Gennadiy Shvets), Intel 8088 (Wikimedia, Poil)