Grafika na osmibitových počítačích firmy Apple

Pavel Tišnovský 30. 7. 2009

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů si popíšeme, jakými grafickými schopnostmi disponovaly osmibitové domácí a osobní počítače vyráběné firmou Apple. Tato firma za dobu své existence vytvořila hned několik modelů počítačů, které se nesmazatelně zapsaly do historie.

Obsah

1. Grafika na osmibitových počítačích firmy Apple
2. Skromné počátky – Apple I
3. Architektura počítače Apple I
4. Grafické schopnosti počítače Apple I
5. První skutečný domácí počítač – Apple II
6. Grafické možnosti počítače Apple II
7. Odkazy na Internetu
8. Obsah další části seriálu

1. Grafika na osmibitových počítačích firmy Apple

Je všeobecně známým faktem, že firma Apple vznikla v období těsně předcházejícímu boomu výpočetní techniky, tj. relativně levných a malých mikropočítačů založených na mikroprocesorech, jako klasická garážová firma, kterých v té době (a samozřejmě i v současnosti) ročně vznikaly stovky. Tomu ostatně odpovídají i technické parametry prvních počítačů, které tato firma (pokud lze hovořit o firmě, která se původně sestávala pouze z trojice lidí) vytvořila. Nejprve si, v souladu s historií, popíšeme osmibitové mikropočítače firmy Apple. Tyto mikropočítače byly postaveny na bázi známého mikroprocesoru MOS 6502, resp. jeho upravené verze MOS 65C02, jehož autorem je Chuck Peddle. Jedná se o stejný mikroprocesor, jaký byl použit i u dříve popsaných osmibitových domácích počítačů firem Atari a Commodore (CBM). Zajímavý je poměrně rychlý vývoj tohoto počítače – první vzorky mikroprocesoru MOS 6502 se objevily v září roku 1975 a počítač Apple I vznikl o necelý rok později.

pc72_

Obrázek 1: Steve Wozniak (Woz) a Steve Jobs se svým prvním počítačem – Apple I (resp. s jeho plošným spojem, skříň si museli uživatelé vyrobit sami).

Poznámka: pokud bychom měli být historicky zcela přesní, bylo by nutné počítače firmy Apple uvést na prvním místě; o modelu Apple II se ostatně mluví jako o prvním skutečném domácím mikropočítači. Situace však byla poněkud obtížnější, protože se Apple v minulosti orientovala téměř výhradně na americký trh (o to zajímavější je, že tato firma přežila raketový vzestup IBM PC, na rozdíl od firem Atari, Commodore či například „mikropočítačové“ divize firmy Siemens a Sharp). Z toho důvodu se počítače Apple v Evropě (západní i východní) nikdy příliš velkého úspěchu nedočkaly, dokonce většina osmibitových modelů ani neexistovala ve verzi určené pro televizní normu PAL (v USA se používá odlišná norma NTSC s odlišným časováním video signálů). Především z tohoto důvodu se v Evropě zpočátku rozšířily především osmibitové domácí počítače ZX-80 (jenž je svými schopnostmi zhruba porovnatelný s Apple I) a jeho následovníci ZX-81 a ZX Spectrum.

pc72_

Obrázek 2: Počítač Apple I v dřevěném obalu – skutečně sběratelský kousek.

2. Skromné počátky – Apple I

Prvním osmibitovým počítačem, které ve firmě Apple vznikl, byl počítač nazvaný jednoduše Apple I. Tento počítač byl určen především pro zkušenější uživatele zběhlé ve stavbě elektronických zařízení, protože se dodával jako skládačka (řekněme „bastl“ – tak tomu ostatně bylo i u prvních počítačů firmy Sinclair a u tuzemského Maťo). Apple I se začal prodávat již v roce 1976, čemuž také odpovídá jeho poměrně skromné technické vybavení (viz další odstavec). Původně byla jeho cena stanovena na 777,77 dolarů (pět šťastných číslic), ovšem Steve Wozniak (Woz) byl přesvědčen, že je tato suma příliš vysoká. Proto Steve Jobs, který byl vždy spíše obchodníkem než technikem, od každé číslice odečetl jedničku, takže výsledná suma byla rovna 666,66 dolarům, což se ovšem nelíbilo některých náboženským organizacím. I přes poměrně vysokou cenu (o několik let později se například ZX-80 prodával za cca 100 liber) se z dnešního pohledu jednalo o více než výhodnou investici, protože funkční model Apple I se v současnosti na aukcích prodává za sumy dosahující až 50000 dolarů. Odhaduje se, že celkově bylo vyrobeno cca 200 kusů tohoto počítače a dodnes je jich funkčních necelých 50.

pc72_

Obrázek 3: Výrobky firmy Apple jsou mj. známé i tím, že mají promyšlený design. U počítače Apple I se sice nedá mluvit o celkovém designu, protože si počítačovou skříň mohl každý upravit podle svého přání a i klávesnice mohla být prakticky jakákoli, ale plošný spoj je navržen velmi čistě.

3. Architektura počítače Apple I

Architektura počítače Apple I byla postavena na bázi mikroprocesoru MOS 6502, jehož hodinová frekvence byla rovna 1,023 MHz. Kapacita operační paměti činila v základní sestavě 4 kB, ovšem tuto kapacitu bylo možné jednoduše rozšířit až na 8 kB a již méně snadno (systémem známým jako „baťůžek“, tj. napájením většího množství paměťových čipů nad sebe s jejich výběrem pomocí signálu CS – chip select) až na celých 64 kB. Další rozšíření kapacity paměti se provádělo přes specializovanou expanzní kartu, což je postup typický pro všechny osmibitové počítače Apple (v pozdějších letech existovalo větší množství firem, jejichž jediným artiklem byly expanzní karty pro počítače Apple II). Data bylo možné ukládat na kazetový magnetofon rychlostí cca 1200 bitů za sekundu, ovšem chybovost záznamu byla poměrně velká.

pc72_

Obrázek 4: Jednotlivé části počítače Apple I – zdroj, plošný spoj (vlastní počítač) a klávesnice.

4. Grafické schopnosti počítače Apple I

V dnešním článku nás však z technických parametrů zajímají především grafické schopnosti počítačů, tedy i Apple I. Grafický výstup byl prováděn na televizor přes klasický VF modulátor, grafika se výhradně generovala v normě NTSC (Never The Same Colors :-), a to programově, tj. velmi pomalu (podobný systém generování obrazu byl použit i u ZX-80). Bylo možné zobrazit pouze monochromatický text v režimu 40 znaků na 24 řádcích, přičemž vykreslování probíhalo rychlostí 60 snímků za sekundu, což odpovídá normě NTSC (přesněji řečeno je v této normě stanovena obrazová frekvence 60,05 Hz, ovšem oněch 0,05 Hz nepředstavuje žádný patrný rozdíl, protože se skutečná frekvence měnila v závislosti na zahřátí čipů v počítači). Grafické schopnosti Apple I jsou sice na první pohled poměrně chudé, musíme si však uvědomit, že i výkonné počítače té doby většinou pouze blikaly žárovičkami, popřípadě TISKLY VYSLEDKY VYPOCTU NA TISKARNU (bez možnosti použít mínusky a už vůbec ne akcenty). Kromě použití běžné televize je možné k Apple I po mírné upravě zapojení (především vypnutí VF modulátoru a převrácení polarity synchronizačních signálů) připojit i multifrekvenční monitor a dokonce i moderní LC displej s VGA vstupem. Výsledek vypadá podobně jako vagon z Pendolina tažený parní lokomotivou…

pc72_

Obrázek 5: Grafický výstup počítače Apple I (screenshot byl pořízený z emulátoru).

5. První skutečný domácí počítač – Apple II

Výše popsaný počítač Apple I nikdy nezaznamenal větší komerční úspěch, především proto, že byl určený především pro poměrně úzkou skupinu uživatelů, kteří byli schopni a také ochotni si celý počítač sami sestavit z dodaných dílů. Pravý opak se však dá říci o prakticky celé řadě počítačů Apple II. Tyto počítače, které mnoho autorů považuje za de-facto první domácí počítače, byly navrženy tak, aby je mohli používat i běžní uživatelé – této filozofie se ostatně firma Apple drží dodnes. Velmi populární byly také na školách v USA a traduje se, že i dnes se na některých tamních školách dají funkční modely Apple II a především Apple IIe najít. Současně se jedná o takřka geniální dílo jednoho člověka – Steva Wozniaka (Woze) – jenž navrhl jak architekturu celého počítače, tak i naprogramoval jeho operační systém (což byla ve své podstatě „jen“ knihovna strojových podprogramů) a taktéž interpret jazyka Basic, konkrétně Integer Basic. Wozniak při návrhu architektury Apple II použil mnoho postupů, které ve svém důsledku vedly ke snížení celkového počtu čipů a tím i ceny celého počítače.

pc72_

Obrázek 6: Počítač Apple II s původním logem firmy, které vyjadřovalo možnost zobrazení barev na těchto počítačích. Paradoxní je, že další úspěšný počítač firmy Apple – Macintosh – používal pouze monochromatickou grafiku.

Základ Wozovy filozofie by se dal shrnout do věty „hardwarové řešení je zbytečně drahé a komplikované, software je levnější“. Z tohoto důvodu můžeme v paměti ROM počítače Apple II najít například programové rutiny určené pro čtení a záznam dat na magnetofon, ovládání disketové jednotky včetně programové modulace namísto v té době běžné MFM (jedná se další Wozovo geniální dílo – Disk II), digitalizace vstupů z herních ovladačů (paddle), generování zvuků pomocí jednobitového převodníku atd. Původní Apple II i jeho následovníci byly založeny na mikroprocesoru MOS 65C02, který používal, podobně jako výše popsaný Apple I, hodinovou frekvenci 1,023 MHz. Kapacita operační paměti RAM byla v základní sestavě rovna pouze čtyřem kilobajtům, mohlo se však provést rozšíření až na 48 kB, pomocí speciální rozšiřující karty dokonce i na 64 kB. K počítači byl dodáván i magnetofon pro záznam programů a dat a později i disketová jednotka.

pc72_

Obrázek 7: Pohled dovnitř počítače Apple II. V zadní části můžeme vidět sloty určené pro připojení přídavných karet.

Při návrhu tohoto počítače, který byl kombinován s klávesnicí do jednoho celku, se důsledně dodržovala otevřená architektura – k dispozici byly sloty, do kterých bylo možné připojit další rozšiřující karty (viz obrázek číslo 7), přičemž přenosový protokol i další charakteristiky slotů byly podrobně popsány, stejně jako další vlastnosti Apple II. Zajímavé přitom je, že pozdější Macintoshe se vyznačovaly silně uzavřenou architekturou. Pro zajímavost: jednou z rozšiřujících karet byla i karta, na níž byl mj. přítomen i mikroprocesor Z80. Pomocí této karty bylo možné na Apple II provozovat ve své době populární operační systém CP/M.

pc72_

Obrázek 8: Apple II s monitorem a dvojicí disketových jednotek Disk II, které jsou taktéž mistrovským dílem Steva Wozniaka.

6. Grafické možnosti počítače Apple II

Grafické možnosti počítače Apple II jsou ve všech ohledech mnohem zajímavější, než u původního Apple I; dokonce je možné říci, že trvalo poměrně dlouhou dobu (cca pět let), než ostatní firmy začaly nabízet počítače s alespoň srovnatelným grafickým výstupem. K dispozici byl uživatelům textový režim, ve kterém se zobrazovalo 40 znaků na řádek a počet textových řádků byl roven 24. Znaky byly definovány v rastru pouhých 5×7 pixelů (plus jednopixelový okraj), přičemž na zakódování každého znaku bylo použito pouze šest bitů, podobně jako na ZX-80. To mimo jiné znamená, že se zobrazovala pouze velká písmena (verzálky), číslice a některé další znaky z podmnožiny ASCII kódu.

Kromě textového režimu bylo možné použít i dva režimy grafické. První režim zobrazovat grafiku v rastru pouhých 40×48 pixelů (popř. 40×40 pixelů s přidanými čtyřmi textovými řádky), každý pixel však mohl nabývat jedné z patnácti předdefinovaných barev. Teoreticky sice bylo možné použít šestnáct různých barev, ale dvě barvy (konkrétně odstíny šedi) byly ve skutečnosti naprosto stejné. Vzhledem k velmi nízkému rozlišení, které spíše odpovídá pseudografice, se tento barvový režim příliš často nepoužíval. Zajímavé je, že Steve Wozniak navrhl grafický subsystém počítače tak, že se ve skutečnosti zobrazoval monochromatický obraz se čtyřnásobným horizontálním rozlišením, přičemž hodnoty jednotlivých pixelů se po přenosu do televize zkombinovaly s barvonosným signálem, který byl oproti nosnému signálu otočený o 90° a měl taktéž čtvrtinovou frekvenci oproti frekvenci posílání jednotlivých bitových vzorků (tj. při dekódování barvy jednoho bodu na obrazovce se čtyřikrát změnila amplituda nosného signálu). To je také jeden z důvodů, proč se místo šestnácti barev rozeznávalo pouze barev 15 – bitové vzorky 1010 a 0101 se zobrazily jako stupně šedi.

pc72_

Obrázek 9: Druhý grafický režim (hi-res) dodnes funkčního počítače Apple II.

Ve druhém grafickém režimu, který se nazýval high resolution nebo hi-res, se grafika zobrazovala v rastru 280×192 pixelů. K dispozici přitom bylo šest barev (černá, bílá, zelená, oranžová, fialová a modrá) z celkem osmi možných kombinací – zbylé dva kódy barev se mapovaly na černou a bílou. Grafika se z velké části generovala programově (což není v rozporu s Wozovým stylem návrhu hardwaru), tj. čtením hodnot jednotlivých pixelů do posuvného registru a postupným vysouváním jednotlivých bitů do VF modulátoru, na jehož výstupu byl kompozitní signál kompatibilní s normou NTSC. Způsob zobrazení barev byl stejný jako v případě výše popsaného patnáctibarevného grafického režimu – efektu zobrazení barev bylo dosaženo rychlou změnou amplitudy nosného signálu v synchronizaci s barvonosným signálem. Vzhledem k tomu, že frekvence nosného signálu byla v tomto grafickém režimu pouze dvojnásobná oproti frekvenci signálu barvonosného, existovalo jedno poměrně závažné omezení – liché pixely mohly nabývat pouze černé, bílé, zelené či oranžové barvy, zatímco pixely sudé mohly být černé, bílé, fialové či modré. To mj. znamenalo, že nebylo možné vykreslit například šikmou oranžovou úsečku – každý druhý pixel by byl vybarven modrou barvou namísto požadované barvy oranžové.

pc72_

Obrázek 10: Na textu v dolní části obrazovky hry Wasteland jsou patrné chyby způsobené rozdílem zobrazování sudých a lichých pixelů na televizi pracující v normě NTSC.

Zajímavostí je, že kvůli podpoře prodeje tohoto počítače bylo vytvořeno i nové logo Apple. Jedná se o známé nakousnuté duhové jablíčko, které bylo až mnohem později (celkem zbytečně) změněno na logo jednobarevné.

7. Odkazy na Internetu

  1. Apple museum
    http://applemu­seum.bott.org/
  2. Apple I
    http://applemu­seum.bott.org/sec­tions/computer­s/a1.html
  3. Apple II
    http://applemu­seum.bott.org/sec­tions/computer­s/aII.html
  4. Rarest of Rare Apples for Sale
    http://www.wi­red.com/gadget­s/mac/commenta­ry/cultofmac/2002/04/­51907
  5. Apple Inc.
    http://en.wiki­pedia.org/wiki/Ap­ple_Inc.
  6. Apple I
    http://en.wiki­pedia.org/wiki/Ap­ple_I
  7. Apple II series
    http://en.wiki­pedia.org/wiki/Ap­ple_II_series
  8. Apple III
    http://en.wiki­pedia.org/wiki/Ap­ple_III
  9. CED in the History of Media Technology
    http://www.ced­magic.com/his­tory/apple-1–2-steves.html
  10. AppleI owners club
    http://www.ap­plefritter.com/ap­ple1
  11. Applefritter
    http://www.ap­plefritter.com/ma­in
pc72_

Obrázek 11: Známá herní série Ultima má počátek právě na počítači Apple II. Zde je zobrazený screenshot původní verze, která byla z velké části naprogramována v Basicu. Existuje i upravená verze prvního dílu Ultimy s vylepšenou grafikou i rychlostí, která byla přepsána do assembleru.

widgety

8. Obsah další části seriálu

V následující části tohoto seriálu si popíšeme další počítače vyráběné firmou Apple, především všechny další typy osmibitových domácích počítačů řady Apple II, posléze i neúspěšný (ale z historického hlediska velmi zajímavý) počítač Apple Lisa a samozřejmě nezapomeneme ani na dnes již legendární Macintosh.

pc72_

Obrázek 12: Další varianty počítačů Apple II se mj. vyznačovaly i kompaktnějším tvarem.

Našli jste v článku chybu?
120na80.cz: Galerie: Čínští policisté testují českou minerálku

Galerie: Čínští policisté testují českou minerálku

Podnikatel.cz: „Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

„Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

DigiZone.cz: Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Podnikatel.cz: Instalatér, malíř a elektrikář. "Vymřou"?

Instalatér, malíř a elektrikář. "Vymřou"?

Lupa.cz: Kde leží hardwarový pupek světa?

Kde leží hardwarový pupek světa?

DigiZone.cz: Wimbledon na Nova Sport až do 2019

Wimbledon na Nova Sport až do 2019

DigiZone.cz: Světový pohár v přímém přenosu na ČT

Světový pohár v přímém přenosu na ČT

Vitalia.cz: Antibakteriální mýdla nepomáhají, spíš škodí

Antibakteriální mýdla nepomáhají, spíš škodí

Podnikatel.cz: Udělali jsme velkou chybu, napsal Čupr

Udělali jsme velkou chybu, napsal Čupr

DigiZone.cz: Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Lupa.cz: Jak se prodává firma za miliardu?

Jak se prodává firma za miliardu?

Lupa.cz: Jak levné procesory změnily svět?

Jak levné procesory změnily svět?

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DigiZone.cz: Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Vitalia.cz: Jsou vegani a vyrábějí nemléko

Jsou vegani a vyrábějí nemléko

Podnikatel.cz: Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Letáky? Lidi zuří, ale ony stále fungují

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip

Lupa.cz: Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Vitalia.cz: Tradiční čínská medicína a rakovina

Tradiční čínská medicína a rakovina

DigiZone.cz: Technisat připravuje trojici DAB

Technisat připravuje trojici DAB