Hlavní navigace

Grafické karty a grafické akcelerátory (7)

Pavel Tišnovský 13. 4. 2005

V dnešní části seriálu o grafických kartách a grafických akcelerátorech se budeme věnovat mikropočítačům pocházejícím od známé americké firmy Apple. Tato firma se proslavila především svými revolučními mikropočítači Apple Macintosh, ale i před těmito velice úspěšnými zařízeními vyráběla několik osmibitových modelů, kterými se dnes budeme zabývat.

Obsah

1. Osmibitové počítače značky Apple
2. Mikroprocesor MOS 6502
3. Apple I
4. Apple II
5. Apple II Plus
6. Apple IIe
7. Apple IIc
8. Apple II GS
9. Obsah dalšího pokračování

1. Osmibitové počítače značky Apple

Je všeobecně známým faktem, že firma Apple vznikla v období těsně předcházejícímu boomu výpočetní techniky jako klasická garážová firma, kterých v té době (a samozřejmě i dnes) ročně vznikaly stovky. Tomu ostatně odpovídají i parametry prvních počítačů, které tato firma (pokud lze mluvit o firmě, když původně sestávala pouze z trojice lidí) vytvořila. Nejprve si, přesně 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. V následující podkapitole budou uvedeny základní informace o tomto mikroprocesoru.

Poznámka: pokud bychom měli být historicky přesní, bylo by nutné počítače firmy Apple uvést na prvním místě, o modelu Apple II se ostatně mluví jako u prvním domácím mikropočítači. Situace však byla trošku obtížnější, protože firma Apple se orientuje téměř výhradně na americký trh. Z toho důvodu se počítače Apple v Evropě (západní i východní) nikdy příliš nepoužívaly. Úlohu prvního široce rozšířeného domácího počítače zde převzal ZX-80 a jeho následovníci ZX-81 a ZX Spectrum (z dnešního pohledu to dokonce vypadá tak, že historická orientace firmy Apple na americký trh může znamenat i její úpadek – firma k němu ostatně již několikrát měla velmi blízko).

2. Mikroprocesor MOS 6502

Mikroprocesor MOS 6502 začala na trh dodávat firma MOS Technology v roce 1976, tedy přibližně v době, kdy firma Intel začala produkovat konkurenční procesor i8080, jehož nepřímým pokračovatelem byl známý a již dříve zmiňovaný Z80 a přímým pokračovatelem dodnes používané procesory architektury x86. Procesor 6502 (na nějž ideově navázaly některé Motoroly) se vyznačoval několika vlastnostmi, kterými se odlišoval od všech procesorů vyprodukovaných firmou Intel.

Z technologického pohledu se procesor 6502 od procesoru 8080 lišil zejména způsobem časování sběrnic, řídicími signály sběrnic (použitými pro čtení a zápis do operační paměti resp. vstupně-výstupních portů), množstvím napájecích napětí a také vlastním průběhem hodinových signálů (implementace fázového závěsu). Tyto procesory tedy nebyly v žádném případě zaměnitelné, ke každému procesoru se dokonce dodávaly další – vzájemně odlišné – podpůrné čipy, například sériová a paralelní rozhraní, časovače a čítače, budiče sběrnic, obvody pro zpracování přerušení, přímý přístup do paměti (DMA) atd.

Také z programátorského hlediska se tyto dva procesory značným způsobem odlišovaly. Zatímco procesor 8080 obsahoval poměrně rozsáhlou sadu obecně použitelných registrů (A, B, C, D, E, H a L), měl 6502 pouze jeden akumulátor (registr A) a dva index-registry X aY. Oba typy procesorů samozřejmě obsahovaly další speciální registry, jako ukazatel na vrchol zásobníku (SP), programový čítač (PC) a příznakový registr (F).

Na první pohled by se mohlo zdát, že počet registrů procesoru 6502 je nedostatečný pro provádění většiny aritmetických či logických operací. Ve skutečnosti tomu tak není, protože tento procesor podporuje u mnoha instrukcí větší počet adresovacích režimů, celkově je možné operandy strojových instrukcí adresovat jedenácti navzájem odlišnými způsoby. Při adresování se často používají oba index-registry, které je možné inkrementovat a dekrementovat – tím je umožněno provádění blokových přenosů dat, mazání souvislé oblasti paměti atd.

Procesor 6502 také zavádí pojem nulté stránky paměti. Jedná se o prvních 256 bytů operační paměti, kterou je možné adresovat zjednodušeným způsobem. Adresa libovolné buňky z nulté stránky paměti je totiž uložena na jednom byte v operačním kódu instrukce, takže celá instrukce může být kratší (typicky pouze dva byte). Současně je i provádění instrukcí adresujících nultou stránku paměti rychlejší než při šestnáctibitovém adresování. Z tohoto důvodu se můžeme na nultou stránku paměti dívat jako na pole 256 registrů (musíme si uvědomit, že dynamické paměti byly v té době stejně rychlé jako procesor, takže čtení či zápis dat do paměti byla záležitost jednoho či dvou cyklů). Myšlenka nulté stránky paměti byla dále rozšířena v procesoru Motorola 6809, kde se však tato stránka dala v adresovatelné paměti posouvat na libovolné místo.

Největší předností procesoru 6502 však byla jeho cena, díky níž vůbec mohly první počítače Apple vzniknout. Více informací bude uvedeno v následujících kapitolách, zájemci o další informace mohou zkusit stránku apple2history­.org.

3. Apple I

Prvním počítačem, které ve firmě Apple vznikl, byl počítač nazvaný Apple I. Tento počítač byl určen především pro uživatele zběhlé ve stavbě elektronických zařízení, protože se dodával jako skládačka (řekněme „bastl“ – tak tomu ostatně bylo i u některých počítačů sira Sinclaira a u tuzemského Maťo). Apple I se začal prodávat v roce 1976, čemuž také odpovídá jeho skromné technické vybavení.

Apple I

Obrázek 1: počítač Apple I v dřevěném obalu

Celý design tohoto počítače byl postaven okolo mikroprocesoru MOS 6502, který byl taktovaný na 1 MHz. Kapacita operační paměti činila v základní sestavě 4 kB, tuto kapacitu bylo možné jednoduše rozšířit až na 8 kB. Další rozšíření kapacity paměti se provádělo přes specializovanou expanzní kartu. Data bylo možné ukládat na kazetový magnetofon rychlostí cca 1200 bitů za sekundu.

Grafický výstup byl prováděn na televizor přes klasický VF modulátor, grafika se generovala v normě NTSC (Never The Same Colors) programově (tj. velmi pomalu). Bylo možné zobrazit pouze text v režimu 40 znaků na 24 řádcích, přičemž vykreslování probíhalo rychlostí 60 znaků za sekundu. Grafické schopnosti jsou 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 (minusky a dokonce akcenty jsou přece pouze pro požírače koláčů :-).

Apple na montazi

Obrázek 2: počítač Apple I na montážní desce

4. Apple II

Výše popsaný počítač Apple I nikdy nezaznamenal větší komerční úspěch, pravý opak se však dá říci prakticky o celé řadě počítačů Apple II. Tyto počítače mnoho autorů považuje za de-facto první domácí počítače, které byly jak svými vlastnostmi, tak i cenou dostupné poměrně široké řadě uživatelů. Původní počítač Apple II, kterým celá tato řada počítačů začíná, byl vyráběn v letech 1977–1980. Použitým procesorem byl opět MOS 6502, který byl taktován na frekvenci 1 MHz (přesněji 1,023 MHz).

Kapacita operační paměti RAM byla v základní sestavě rovna pouze 4 kB, 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. Při návrhu tohoto počítače, který byl kombinován s klávesnicí, se důsledně dodržovala otevřená architektura – k dispozici byly sloty, do nichž bylo možné připojit další rozšiřující karty. Paradoxní přitom je, že pozdější Macintoshe se vyznačovaly silně uzavřenou architekturou.

Grafické možnosti tohoto stroje jsou mnohem zajímavější než u původního Apple I. K dispozici byl textový režim, ve kterém se zobrazovalo 40 znaků na řádek, počet řádků byl roven 24. Znaky byly definovány v rastru pouhých 5×7 pixelů a na zakódování každého znaku bylo použito pouze šest bitů. To mimo jiné znamená, že se zobrazovala pouze velká písmena, číslice a některé další znaky z podmnožiny ASCII kódu.

Kromě textového režimu bylo možné použít dva grafické režimy. První režim zobrazovat grafiku v rastru pouhých 40×48 pixelů, každý pixel však mohl nabývat jedné z patnácti předdefinovaných barev. Ve druhém grafickém režimu se grafika zobrazovala v rastru 280×192 pixelů. K dispozici přitom byly čtyři pevně dané barvy (černá, bílá, zelená a fialová), další modely však dokázaly zobrazit až šest barev. Grafika se generovala programově, tj. čtením jednotlivých barev pixelů do posuvného registru.

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

Apple II

Obrázek 3: mikropočítač Apple II

5. Apple II Plus

Počítač Apple II Plus představuje model, který se v mnohém podobá svému předchůdci Apple II. Tento počítač byl opět osazen mikroprocesorem MOS 6502 taktovaným na 1,023 MHz. Byl změněn design stroje (viz ilustrační obrázek níže) a také se rozšířila kapacita operační paměti, která činila standardních 48 kB, maximálně bylo možné paměť rozšířit na 64 kB. Kromě těchto změn došlo i k výměně programového vybavení, nově se objevuje AppleSoft Basic, který mimo jiné obsahoval i základní příkazy pro ovládání grafického výstupu. Po grafické stránce (podporované textové a grafické režimy, způsob generování grafiky) je tento model počítače prakticky shodný s původním Apple II.

Apple II Plus

Obrázek 4: mikropočítač Apple II Plus

6. Apple IIe

Počítač Apple IIe drží zajímavý primát – byl totiž vyráběn celých deset let, od roku 1983 do roku 1993. I podle počtu prodaných kusů se jednalo o jeden z nejúspěšnějších typů počítačů celkem – ještě dnes prý lze modely Apple IIe nalézt v amerických školách a úřadech, což je při celkové penetraci PCček obdivuhodné. Použitý mikroprocesor MOS 6502 byl taktován opět na 1.023 MHz, kapacita operační paměti RAM se však zvýšila ve standardním vybavení na 64 kB, pomocí dalšího modulu bylo možné provést rozšíření až na 128 kB. Počítač byl v základní sestavě dodáván pouze se zabudovanou klávesnicí (poprvé se zde objevují dvě přeřaďovací klávesy s logem firmy – jedno tlačítko s obrysem jablka, druhé tlačítko s vyplněným jablkem), bylo však možné přikoupit i externí disketovou jednotku a myš, což je patrné i z ilustračního obrázku.

Apple IIe

Obrázek 5: mikropočítač Apple IIe

Grafické schopnosti tohoto počítače byly oproti předchozím modelům poněkud rozšířeny. K velké spokojenosti uživatelů byl změněn textový režim tak, aby bylo možné zobrazit i minusky, tj. „malé“ znaky – u předchozích modelů se používaly pouze verzálky, číslice a některá interpunkční znaménka a závorky. Dále byly k dispozici dva grafické režimy dostupné i u předchozích modelů: 40×48 pixelů v patnácti barvách a 280×192 pixelů v šesti barvách. Kromě toho bylo možné použít i grafický režim o rozlišení 140×192 pixelů v patnácti barvách.

To však není vše – k počítači bylo možné připojit i rozšiřující grafickou kartu, která podporovala dva nové režimy. První režim byl textový, kdy se zobrazovalo 80 znaků na řádek. Druhý režim byl grafický, přičemž rozlišení tohoto režimu bylo rovno 560×192 pixelům, ale pouze monochromaticky. Výstup obrazu bylo možné provést buď na televizi, nebo na počítačový monitor – u režimů vykreslovaných rozšiřující grafickou kartou byl monitor takřka nutností, protože televizory nemají tak velké přenosové pásmo, aby dokázaly vykreslit horizontálně 560 pixelů.

Apple IIe klávesnice

Obrázek 6: detail klávesnice Apple IIe s jablíčkovou klávesou

7. Apple IIc

Na mikropočítač Apple IIc, který byl vyráběn v letech 1984–1989, se můžeme dívat jako na funkčně rozšířený model Apple IIe. Vyměněn byl jak mikroprocesor, což byla upravená verze MOS 65C02 (později se tento mikroprocesor objevuje i v dalších domácích počítačích), tak i použitá čipová sada, která umožnila adresování až 128 kB operační paměti. Také se již objevuje zvukový výstup, prozatím však pouze jednokanálový. Současně se jednalo o první systém od firmy Apple, který byl přenositelný – tomu musel odpovídat i design celého stroje, což je ostatně patrné ze sedmého ilustračního obrázku.

Grafické režimy jsou u tohoto modelu stejné jako u jeho předchůdce, ovšem s tím rozdílem, že rozšířený textový režim (80 znaků na řádek) a monochromatický režim s vysokým rozlišením jsou podporovány již v základní sestavě, tj. nebylo nutné dokupovat přídavnou grafickou kartu.

Tento mikropočítač je sice poměrně známý (zejména ve Spojených státech), nikdy však nedosáhl takové prodejnosti jako jeho přímý předchůdce Apple IIe.

Apple IIc

Obrázek 7: mikropočítač Apple IIc

8. Apple II GS

Mikropočítač Apple II GS, který se vyráběl od roku 1986, se sice svým jménem řadí k ostatním zde popisovaným mikropočítačům, ve skutečnosti se však již jednalo o šestnáctibitový stroj, který obsahoval mikroprocesor65C816 taktovaný na 2,8 MHz. Tento mikroprocesor obsahoval šestnáctibitovou ALU, adresová sběrnice byla rozšířena na 24 bitů, což umožňovalo adresaci až 16 MB paměti (reálně však bylo možné nainstalovat pouze 8 MB RAM). Výpočetní výkon tohoto mikropočítače byl takový, že na něm běžela i upravená verze slavné hry Wolfenstein 3D. Dvojice písmen GS v názvu tohoto modelu znamená Graphics and Sound, konkrétní grafické schopnosti budou popsány v následujícím odstavci.

O výstup grafické informace se staral čip VGC (Video Graphics Chip). Tento čip podporoval jak všechny staré režimy předchozích modelů počítačů, tak i několik režimů nových (souhrnně nazývaných SHR – Super High Resolution):

  • Grafický režim o rozlišení 640×200 pixelů ve čtyřech barvách. Každou barvu bylo možné vybrat z dvanáctibitové palety 4096 barev.
  • Grafický režim o rozlišení 640×200 pixelů v šestnácti ditherovaných barvách. Pro tento režim byly k dispozici dvě barvové palety, v každé byly definovány čtyři barvy. První barvová paleta platila pro liché sloupce pixelů, druhá barvová paleta pro sloupce sudé. Grafický čip automaticky prováděl dithering mezi sousedními pixely.
  • Grafický režim o rozlišení 320×200 pixelů v šestnácti barvách. Každou barvu bylo možné vybrat, podobně jako ve všech ostatních režimech, z palety 4096 barev. Počet současně zobrazitelných barev byl tedy roven 16.
  • Grafický režim o rozlišení 320×200 pixelů v šestnácti barvách, přičemž pro každý snímek existovalo celkem šestnáct barvových palet po šestnácti barvách. Pro každý řádek obrazovky bylo možné vybrat jednu barvovou paletu, čímž se počet současně zobrazitelných barev zvyšoval na 256 (16×16). Barvové palety byly uloženy přímo v paměti čipu VGC, při zobrazování se tedy nemuselo komunikovat s CPU.
  • Grafický režim o rozlišení 320×200 pixelů v šestnácti barvách, přičemž pro každý zobrazovaný řádek bylo možné potřebnou paletu šestnácti barev zvolit z barvové palety 4096 barev. Celkově tak bylo možné zobrazit až 3200 barev (16×200), samozřejmě s omezením pouze šestnácti barev na jeden řádek. Vzhledem k tomu, že se kódy barev načítaly pro každý obrazový řádek z operační paměti, byl tento režim poměrně pomalý, bylo ho však možné použít například pro prohlížení statických obrázků.
Apple II GS

Obrázek 8: mikropočítač Apple II GS

Jak je z výše uvedených informací patrné, jednalo se o poměrně výkonný počítač, který se však příliš nerozšířil. Částečně za to mohlo marketingové oddělení firmy Apple, které spíše propagovalo systém Macintosh (z hlediska operačního systému a technologických kvalit zajisté dělalo dobře), svou úlohu zde však zajisté sehráli i tehdejší konkurenti na trhu, zejména firmy Atari, Commodore a IBM.

9. Obsah dalšího pokračování

V následujícím pokračování tohoto seriálu dokončíme část věnovanou počítačům vyráběným firmou Apple. Řeč bude o legendárním Macintoshi a jeho následovnících. Také se povíme o mikropočítači Apple Lisa, který prakticky poprvé přinesl ideu multitaskingu a operačního systému s GUI z výkonných unixových strojů až na stoly řadových uživatelů.

Našli jste v článku chybu?

13. 4. 2005 10:37

Apple I opravdu patří mezi historickou raritu, která se prodává za hodně drahé peníze na burzách. Apple II (ať již série C nebo E) se však - v Americe - dodneška používá, asi je použitý software tak dokonalý, že na něm není zapotřebí nic měnit :-)

Na tom screensaveru je grafika Apple II prezentovaná velmi dobře, jen je škoda, že tam nejsou líp simulované chyby TV obrazovky (něco podobného obsahují například emulátory osmibitových Atari, na kterém se chyby TV obrazovky, nebo spíše modulace a dem…

13. 4. 2005 10:31

No, osobně jsem u toho nebyl :-), ale je známé, že zakladatelé Apple si udělali výlet do Palo Alta, kde viděli běžící prostředí s GUI, které bylo založeno na Smalltalku. Je otázkou, do jaké míry bylo toto prostředí okopírováno, tj. zda pouze jeho návrh, nebo i (alespoň konceptuálně) kód. Podle mě je nejdůležitější vlastní návrh prostředí, tj. koncepce oken, ikon, menu a myši - v dnešní době je to sice bráno jako samozřejmost, ale ona to v minulosti byla opravdu novinka o které málokdo věřil, že …
Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Měšec.cz: mBank cenzuruje, zrušila mFórum

mBank cenzuruje, zrušila mFórum

Vitalia.cz: To není kašel! Správná diagnóza zachrání život

To není kašel! Správná diagnóza zachrání život

Lupa.cz: UX přestává pro firmy být magie

UX přestává pro firmy být magie

Vitalia.cz: Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Vitalia.cz: Paštiky plné masa ho zatím neuživí

Paštiky plné masa ho zatím neuživí

120na80.cz: Horní cesty dýchací. Zkuste fytofarmaka

Horní cesty dýchací. Zkuste fytofarmaka

Lupa.cz: EET v e-shopech? Zdražení a horší komfort

EET v e-shopech? Zdražení a horší komfort

DigiZone.cz: Sony KD-55XD8005 s Android 6.0

Sony KD-55XD8005 s Android 6.0

Podnikatel.cz: Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Měšec.cz: U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

DigiZone.cz: Rádio Šlágr má licenci pro digi vysílání

Rádio Šlágr má licenci pro digi vysílání

Vitalia.cz: Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Vitalia.cz: Manželka je bio, ale na sex moc není

Manželka je bio, ale na sex moc není

DigiZone.cz: Sat novinky: slovenská TV8 HD i ruský NTV Mir

Sat novinky: slovenská TV8 HD i ruský NTV Mir

Podnikatel.cz: Podnikatelům dorazí varování od BSA

Podnikatelům dorazí varování od BSA

Lupa.cz: Teletext je „internetem hipsterů“

Teletext je „internetem hipsterů“

Vitalia.cz: Láska na vozíku: Přitažliví jsme pro tzv. pečovatelky

Láska na vozíku: Přitažliví jsme pro tzv. pečovatelky

Vitalia.cz: Co pomáhá dítěti při zácpě?

Co pomáhá dítěti při zácpě?