Apple II - pierwszy komputer dla "szarych" ludzi

 To było z pewnością jedno z największych wydarzeń w dziejach komputerów, czy gier wideo. Krótko po założeniu Apple'a Steve Wozniak wraz ze Stevem Jobsem stworzyli pierwszy komputer przeznaczony głównie nie do biznesu, nie do projektowania, tylko dla zabawy - dla zwykłych gospodarstw domowych. Oto prekursor komputeryzacji w naszych domach - Apple II.

W 1976 roku Steve Jobs przekonał projektanta firmy Jerry'ego Manocka (który wcześniej pracował w firmie Hewlett Packard zajmującej się projektowaniem kalkulatorów) do stworzenia „powłoki” dla Apple II — gładkiej obudowy inspirowanej sprzętami kuchennymi, która skrywała wewnętrzną mechanikę. Najwcześniejsze komputery Apple II były montowane w Dolinie Krzemowej, a później w Teksasie; płytki obwodów drukowanych zostały wyprodukowane w Irlandii i Singapurze. Pierwsze komputery trafiły do ​​sprzedaży 10 czerwca 1977 r. z mikroprocesorem MOS Technology 6502 pracującym z częstotliwością 1,022,727 MHz (2 ⁄ 7nośnika kolorów NTSC), dwa kontrolery do gier (dostarczane do 1980 r., kiedy to stwierdzono, że naruszają przepisy FCC ), 4 KB pamięci RAM, interfejs kasety audio do ładowania programów i przechowywania danych oraz Integer  BASIC wbudowany w ROM-y. Kontroler wideo wyświetlał na ekranie 24 linie na 40 kolumn monochromatycznego tekstu, pisanego wielkimi literami (oryginalny zestaw znaków odpowiada znakom ASCII od 20 h do 5F h ), z wyjściem kompozytowego wideo NTSC odpowiednim do wyświetlania na monitorze telewizyjnym lub na zwykłym telewizorze (lub osobny Modulator RF). Pierwotna cena detaliczna komputera z 4 KB pamięci RAM wynosiła 1298 USD (równowartość 5543 USD w 2022 r.) i 2638 USD (równowartość 11 266 USD w 2022 r.) z maksymalnymi 48 KB pamięci RAM. Aby odzwierciedlić możliwości kolorowej grafiki komputera, logo Apple na obudowie miało tęczowe paski, które pozostały częścią logo firmy Apple do początku 1998 roku. Apple II był prekursorem dla komputerów osobistych na całym świecie. Wiele branż; otworzyło drzwi dla oprogramowania sprzedawanego zwykłym konsumentom.

Pewne aspekty projektu systemu były inspirowane grą wideo na automaty firmy Atari - Breakout, która została zaprojektowana przez Wozniaka, który powiedział: „Wiele funkcji Apple II zostało wprowadzonych, ponieważ zaprojektowałem Breakout dla Atari. zaprojektowałem to w sprzęcie. Chciałem teraz nadpisać to w oprogramowaniu". Obejmowało to jego projekt obwodów z kolorową grafiką, dodanie obsługi i dźwięku kontrolera do gier oraz poleceń graficznych w Integer BASIC, za pomocą którego napisał Brick Out - klon oprogramowania własnej gry sprzętowej. Wozniak powiedział w 1984 roku: „Zasadniczo wszystkie funkcje gry zostały wprowadzone tylko po to, abym mógł pochwalić się grą, którą znałem… Breakout — w Homebrew Computer Club. To był najbardziej satysfakcjonujący dzień w moim życiu, kiedy zademonstrowałem Breakout — całkowicie napisany w BASIC. Wydawało mi się, że to ogromny krok. Po zaprojektowaniu sprzętowych gier zręcznościowych wiedziałem, że możliwość zaprogramowania ich w języku BASIC zmieni świat.” 

W majowym numerze Byte w 1977 Steve Wozniak opublikował szczegółowy opis swojego projektu; artykuł zaczynał się słowami: „Dla mnie komputer osobisty powinien być mały, niezawodny, wygodny w użyciu i niedrogi”. 

Apple II wykorzystał specyficzne skróty inżynierskie, aby zaoszczędzić sprzęt i obniżyć koszty, takie jak:

• Wykorzystując sposób, w jaki procesor 6502 uzyskuje dostęp do pamięci: występuje tylko w naprzemiennych fazach cyklu zegara; Dostęp do pamięci obwodów generowania wideo na nieużywanej w innym przypadku fazie pozwala uniknąć problemów z rywalizacją o pamięć i przerw w strumieniu wideo.
• Ten układ jednocześnie wyeliminował potrzebę oddzielnego obwodu odświeżania dla chipów DRAM, ponieważ transfer wideo uzyskiwał dostęp do każdego wiersza pamięci dynamicznej w określonym czasie. Ponadto nie wymagał oddzielnych chipów RAM dla wideo RAM, podczas gdy komputery Commodore PET i TRS-80 miały chipy SRAM dla wideo.
• Zamiast używać złożonego obwodu analogowo-cyfrowego do odczytu wyjść kontrolera gier, Wozniak użył prostego obwodu timera, którego okres jest proporcjonalny do rezystancji kontrolera gier i użył pętli oprogramowania do pomiaru timera.
• Pojedynczy oscylator główny 14,31818 MHz (fM ) został podzielony przez różne współczynniki, aby wytworzyć wszystkie inne wymagane częstotliwości, w tym sygnały zegarowe mikroprocesora (fM / 14), liczniki transferu wideo i próbki kolorów (fM / 4).

Ekrany tekstowe i graficzne mają rozbudowany układ. Na przykład linie skanowania nie były przechowywane w sekwencyjnych obszarach pamięci. Ta złożoność była podobno spowodowana uświadomieniem sobie przez Woźniaka, że ​​metoda pozwoli na odświeżenie dynamicznej pamięci RAM jako efekt uboczny (jak opisano powyżej). Ta metoda nie pociągała za sobą żadnych kosztów ogólnych związanych z obliczeniem lub wyszukiwaniem przez oprogramowanie adresu wymaganej linii skanowania i uniknięcie konieczności stosowania znacznego dodatkowego sprzętu. Podobnie w trybie graficznym o wysokiej rozdzielczości, kolor jest określany przez położenie piksela, a zatem może być zaimplementowany w oprogramowaniu, oszczędzając Wozniakowi chipów potrzebnych do konwersji wzorów bitowych na kolory. Pozwoliło to również na renderowanie czcionek subpikselowych, ponieważ pomarańczowe i niebieskie piksele pojawiają się o połowę dalej w prawo na ekranie niż zielone i fioletowe piksele.

Apple II początkowo używał przechowywania danych w kasecie, podobnie jak większość innych mikrokomputerów tamtych czasów. W 1978 roku firma wprowadziła zewnętrzny 5+1 4 - calowy napęd dyskietek, zwany Disk II (stylizowany jako Disk ][), podłączany przez kartę kontrolera podłączaną do jednego z gniazd rozszerzeń komputera (zwykle gniazdo 6). Interfejs Disk II, stworzony przez Wozniaka, jest uważany za arcydzieło inżynierii ze względu na oszczędność komponentów elektronicznych. Podejście zastosowane w kontrolerze Disk II jest typowe dla konstrukcji Wozniaka. Z kilkoma małymi układami logicznymi i tanim PROM (programowalną pamięcią tylko do odczytu), stworzył funkcjonalny interfejs dyskietki za ułamek kosztu komponentów standardowych konfiguracji obwodów.

Pierwsze seryjne komputery Apple II miały ręcznie formowane obudowy; miały w sobie widoczne bąbelki i inne grudki powstałe w wyniku niedoskonałego procesu formowania tworzyw sztucznych, który wkrótce zamieniono na formowanie maszynowe. Ponadto początkowa konstrukcja obudowy nie miała otworów wentylacyjnych, co powodowało wysokie nagrzewanie się płytki drukowanej i zmiękczenie oraz zwiotczenie tworzywa sztucznego. Apple dodał otwory wentylacyjne do obudowy w ciągu trzech miesięcy od produkcji; klienci z oryginalną obudową mogli ją wymienić bezpłatnie. 

Płytka drukowana (PCB) Apple II przeszła kilka zmian, ponieważ Steve Wozniak dokonywał na niej modyfikacji. Najwcześniejsza wersja była znana jako wersja 0 i używało jej pierwszych 6000 dostarczonych egzemplarzy. Późniejsze wersje dodały obwód "zabójcy" kolorów, aby zapobiec kolorowym obwódkom, gdy komputer był w trybie tekstowym, a także modyfikacje poprawiające niezawodność I/O kasety. Wersja 0 Apple II była zasilana w niezdefiniowanym trybie i czasami wyświetlała śmieci na ekranie, co wymagało od użytkownika naciśnięcia przycisku Reset. Zostało to wyeliminowane w późniejszych wersjach. Mogła również wyświetlać tylko cztery kolory w trybie hi-res, ale Wozniak był w stanie zwiększyć to do sześciu kolorów hi-res w późniejszych wersjach płyty. 

Płytka miała trzy banki pamięci RAM, co daje w sumie 24 chipy pamięci RAM. Oryginalne Apple II miały przełączniki zworki do regulacji rozmiaru pamięci RAM, a konfiguracje pamięci RAM mogły wynosić 4, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 36 lub 48 KB. Trzy najmniejsze konfiguracje pamięci używały pamięci DRAM 4kx1, przy czym większe używały pamięci DRAM 16kx1 lub mieszankę banków 4-kilobajtowych i 16-kilobajtowych (układy w każdym banku muszą mieć ten sam rozmiar). Wczesne modele Apple II+ zachowały tę cechę, ale po spadku cen DRAM, Apple przeprojektował płytki drukowane bez zworek, tak że obsługiwane były tylko chipy 16kx1. Kilka miesięcy później rozpoczęto dostarczanie wszystkich maszyn z pełnym zestawem 48 KB pamięci DRAM. 

W przeciwieństwie do większości maszyn, wszystkie układy scalone na płytce Apple II PCB były w podstawkach; chociaż kosztowało to więcej w produkcji i stwarzało możliwość luźnych chipów powodujących awarię systemu, uznano za lepsze ułatwienie serwisowania i wymiany uszkodzonych chipów. PCB Apple II nie ma żadnych środków do generowania IRQ, chociaż karty rozszerzeń mogą je wygenerować. Kod programu musiał zatrzymać wszystko, aby wykonać dowolne zadanie I/O; podobnie jak wiele innych dziwactw komputera, było to spowodowane względami kosztów a Steve Wozniak zakładał, że przerwania nie są potrzebne do grania lub używania komputera jako narzędzia nauczania.

Kolor w serii Apple II wykorzystuje dziwactwo standardu sygnału telewizyjnego NTSC, co sprawiło, że kolorowy wyświetlacz był stosunkowo łatwy i niedrogi do wdrożenia. Oryginalna specyfikacja sygnału telewizyjnego NTSC była czarno-biała. Kolor został dodany później przez dodanie 3,58-megahercowego sygnału podnośnej, który był częściowo ignorowany przez czarno-białe telewizory. Kolor jest kodowany w oparciu o fazę tego sygnału w stosunku do referencyjnego sygnału synchronizacji kolorów. W rezultacie pozycja, rozmiar i intensywność serii impulsów definiują informacje o kolorze. Impulsy te mogą przekładać się na piksele na ekranie komputera, z możliwością wykorzystania złożonych kolorów artefaktów. 

Wyświetlacz Apple II zapewnia dwa piksele na cykl podnośnej. Gdy sygnał odniesienia kolorów jest włączony, a komputer podłączony do kolorowego wyświetlacza, może wyświetlać: kolor zielony, pokazując jeden naprzemienny wzór pikseli, magenta z przeciwnym wzorem naprzemiennych pikseli i biały, umieszczając dwa piksele obok siebie. Niebieski i pomarańczowy są dostępne po dostrojeniu przesunięcia piksela o połowę szerokości piksela w stosunku do sygnału serii kolorów. Wyświetlacz o wysokiej rozdzielczości oferuje więcej kolorów dzięki kompresji większej liczby (i węższych) pikseli w każdym cyklu podnośnej. 

Zgrubny tryb wyświetlania grafiki o niskiej rozdzielczości działa inaczej, ponieważ może wyświetlać wzór punktów na piksel, aby zaoferować więcej opcji kolorystycznych. Wzorce te są przechowywane w pamięci ROM generatora znaków i zastępują wzorce bitowe znaków tekstowych, gdy komputer jest przełączany w tryb grafiki o niskiej rozdzielczości. Tryb tekstowy i tryb graficzny o niskiej rozdzielczości wykorzystują ten sam obszar pamięci oraz te same obwody. 

Pojedyncza strona HGR zajmowała 8 KB pamięci RAM; w praktyce oznaczało to, że użytkownik musiał mieć co najmniej 12 KB całkowitej pamięci RAM, aby korzystać z trybu HGR i 20 KB, aby korzystać z dwóch stron. Wczesne gry Apple II z okresu 1977-79 często działały tylko w trybie tekstowym lub niskiej rozdzielczości w celu obsługi użytkowników z małymi konfiguracjami pamięci; HGR nie był powszechnie wspierany przez gry do 1980 roku. 

Zamiast dedykowanego układu do syntezy dźwięku, Apple II ma obwód przełączający, który może emitować tylko kliknięcie przez wbudowany głośnik lub wyjście liniowe; wszystkie inne dźwięki (w tym muzyka dwu-, trzy- i ostatecznie czterogłosowa oraz odtwarzanie próbek audio i synteza mowy) są generowane w całości przez oprogramowanie, które klikało głośnik we właściwym czasie. Podobne techniki są używane do przechowywania kaset: wyjście kasety działa tak samo jak głośnik, a wejście to prosty detektor przejścia przez zero, który służy jako stosunkowo prymitywny (1-bitowy) digitizer audio. Procedury w maszynowej pamięci ROM kodują i dekodują dane w kluczowaniu z przesunięciem częstotliwości dla kasety. 

Początkowo Apple II był dostarczany z Integer BASIC zakodowanym w chipach ROM płyty głównej. Napisany przez Wozniaka interpreter umożliwiał użytkownikom pisanie aplikacji bez konieczności zakupu dodatkowych narzędzi programistycznych. Napisany z myślą o programistach gier i hobbystów, język obsługuje tylko kodowanie liczb w formacie 16-bitowych liczb całkowitych. Ponieważ obsługiwał tylko liczby całkowite od -32768 do +32767 (16-bitowa liczba całkowita ze znakiem), był mniej odpowiedni dla oprogramowania biznesowego, a Apple wkrótce otrzymało skargi od klientów. Ponieważ Steve Wozniak był zajęty opracowywaniem sprzętu Disk II, nie miał czasu na modyfikację Integer BASIC pod kątem obsługi zmiennoprzecinkowej. Apple zamiast tego udzielił licencji Microsoft 6502 BASIC, aby stworzyć Applesoft BASIC. 

Użytkownicy dysków zwykle kupowali tak zwaną kartę językową, która miała Applesoft w pamięci ROM i znajdowała się poniżej pamięci ROM Integer BASIC w pamięci systemowej. Użytkownik może przełączać się pomiędzy BASIC, wpisując FP lub INT w wierszu BASIC. Apple zaoferowało również inną wersję Applesoft dla użytkowników kaset, która zajmowała mało pamięci i została uruchomiona za pomocą polecenia LOAD w Integer BASIC. 

W chwili dostawy Apple II zawierał monitor kodu maszynowego z poleceniami do wyświetlania i modyfikowania pamięci RAM komputera, po jednym bajcie na raz lub w blokach po 256 bajtów na raz. Umożliwiło to programistom pisanie i debugowanie programów w kodzie maszynowym bez dodatkowego oprogramowania programistycznego. Komputer włączy się do pamięci ROM monitora, wyświetlając znak *. Stamtąd Ctrl + B wchodzi w BASIC lub program w języku maszynowym, który można załadować z kasety. Oprogramowanie dysku można uruchomić za pomocą Ctrl+P, a następnie 6, odnosząc się do gniazda 6, które normalnie zawierało kontroler Disk II. 

Wkrótce na dysku został zaoferowany Asembler 6502, a później udostępniono kompilator UCSD i system operacyjny dla języka Pascal. System Pascal wymaga zainstalowania 16 KB karty RAM w pozycji karty językowej (gniazdo rozszerzeń 0) oprócz pełnych 48 KB pamięci płyty głównej. 

Pierwszych około 1000 egzemplarzy Apple II zostało wysłanych w 1977 roku z 68-stronicową kopią „Apple II Mini Manual”, oprawianą ręcznie z mosiężnymi papierowymi zapięciami. Była to podstawa podręcznika Apple II Reference Manual, znanego jako Czerwona Księga ze względu na czerwoną okładkę, opublikowanego w styczniu 1978 roku. Wszystkim dotychczasowym klientom, którzy przesłali swoje karty gwarancyjne, wysłano bezpłatne egzemplarze Czerwonej Księgi. Apple II Reference Manual zawierał kompletny schemat obwodów całego komputera oraz pełną listę źródeł oprogramowania ROM „Monitor”, które służyło jako BIOS maszyny. 

Apple II Reference Manual plik PDF 

Oryginalny Apple II dostarczał system operacyjny w pamięci ROM wraz z wariantem BASIC o nazwie Integer BASIC. Jedyną dostępną formą przechowywania była kaseta magnetofonowa, która była nieefektywnie wolna i, co gorsza, zawodna. W 1977 roku, kiedy firma Apple zdecydowała się zrezygnować z popularnego, ale niezgrabnego systemu operacyjnego CP/M dla innowacyjnego projektu kontrolera dysków firmy Wozniak, zleciła firmie Shepardson Microsystems za 13 000 dolarów napisanie systemu Apple DOS dla serii Apple II. W firmie Shepardson Paul Laughton opracował kluczowe oprogramowanie do obsługi dysków w zaledwie 35 dni, co jest niezwykle krótkim terminem jak na każdy standard. Dysk Apple II 5+Stacja dyskietek 1 ⁄ 4 cale została wydana w 1978 roku. Ostatnią i najpopularniejszą wersją tego oprogramowania był Apple DOS 3.3.

Apple DOS został zastąpiony przez ProDOS, który obsługiwał hierarchiczny system plików i większe urządzenia pamięci masowej. Z opcjonalną kartą rozszerzeń opartą na Z80 innej firmy Apple II może uruchomić system operacyjny CP/M i uruchomić WordStar, dBase II i inne oprogramowanie CP/M. Wraz z wydaniem MousePaint w 1984 r. i Apple II GS w 1986 r. platforma przybrała wygląd interfejsu użytkownika Macintosha, w tym myszy.

Apple wypuścił Applesoft BASIC w 1977 roku, bardziej zaawansowany wariant języka, który użytkownicy mogli uruchomić zamiast Integer BASIC, aby uzyskać więcej możliwości. Niektóre komercyjne oprogramowanie Apple II uruchamiało się bezpośrednio i nie używało standardowych formatów dysków DOS. Zniechęcało to do kopiowania lub modyfikowania oprogramowania na dyskach i poprawiało szybkość ładowania.

Kiedy Apple II został wprowadzony na rynek w czerwcu 1977, nie było dostępnych kart rozszerzeń dla gniazd. Oznaczało to, że użytkownik nie miał możliwości podłączenia modemu ani drukarki. Jeden z popularnych hacków polegał na podłączeniu dalekopisu do wyjścia kasety. 

Otwarta architektura Wozniaka i liczne gniazda rozszerzeń w Apple II umożliwiły korzystanie z szerokiej gamy urządzeń innych producentów, w tym kart peryferyjnych, takich jak kontrolery szeregowe  kontrolery wyświetlania, karty pamięci, dyski twarde, komponenty sieciowe i zegary czasu rzeczywistego. Istniały karty rozszerzeń typu plug-in — takie jak Z-80 SoftCard — które umożliwiały Apple II korzystanie z procesora Z80 i uruchamianie programów dla systemu operacyjnego CP/M, w tym bazy danych dBase II i WordStar - edytora tekstu. Karta Z80 umożliwiała również połączenie z modemem, a tym samym z dowolnymi sieciami, do których użytkownik może mieć dostęp. Na początku takich sieci było niewiele. Ale znacznie się rozszerzyły wraz z rozwojem systemów tablic ogłoszeń w późniejszych latach. Była też karta 6809 innej firmy, która pozwalała na uruchomienie OS-9 Level One. Karty dźwiękowe innych firm znacznie poprawiły możliwości audio, umożliwiając prostą syntezę muzyki i funkcje zamiany tekstu na mowę. Karty akceleratorów Apple II podwoiły lub czterokrotnie zwiększyły szybkość komputera. 

Wczesne Apple II były często sprzedawane z Sup'R'Modem, który umożliwiał oglądanie kompozytowego sygnału wideo w telewizji. 

Przemysł radioelektroniczny Związku Radzieckiego zaprojektował komputer Agat zgodny z Apple II. Wyprodukowano około 12 000 modeli Agat 7 i 9, które były szeroko stosowane w sowieckich szkołach. Komputery Agat 9 mogą działać w trybie zgodności i natywnym z „Apple II”. Tryb „Apple II” pozwalał na uruchomienie szerszej gamy (prawdopodobnie pirackiego) oprogramowania Apple II, ale kosztem mniejszej ilości pamięci RAM. Z tego powodu radzieccy programiści woleli tryb natywny od trybu kompatybilności „Apple II”. 

Jesse Adams Stein napisał: „Jako pierwsza firma, która wypuściła mikrokomputer <konsumencki>, Apple Computer daje nam jasny obraz przejścia z maszyny na urządzenie”. Ale firma musiała także „negocjować postawy swoich potencjalnych nabywców, pamiętając o niepokojach społecznych związanych z przyjmowaniem nowych technologii w wielu kontekstach. Biuro, dom i „biuro w domu” były zmieniającymi się sferami stereotypów płciowych i rozwoju technologicznego”. Po obejrzeniu prymitywnego, owiniętego drutem prototypu zademonstrowanego przez Wozniaka i Steve'a Jobsa w listopadzie 1976 r. Byte przewidywał w kwietniu 1977, że Apple II „może być pierwszym produktem, który w pełni zakwalifikuje się jako 'komputer użytkowy'... kompletny system, który jest kupowany z półki, zabierany do domu, podłączany i używany”. Możliwości kolorowej grafiki komputerowej szczególnie wywarły wrażenie na magazynie. Czasopismo opublikowało pozytywną recenzję komputera w marcu 1978, stwierdzając: „Dla użytkownika, który potrzebuje kolorowej grafiki, Apple II jest jedynym praktycznym wyborem dostępnym w klasie komputerów. 

Personal Computer World w sierpniu 1978 r. również wymienił zdolność kolorów jako mocną stronę, stwierdzając, że „głównym powodem, dla którego każdy kupuje Apple II, musi być z pewnością kolorowa grafika”. Wspominając o „dziwności” kolorów zauważył, że „nikt nie ma takiej kolorowej grafiki za taką cenę”. Magazyn chwalił zaawansowane oprogramowanie monitorów, możliwości rozbudowy przez użytkownika i obszerną dokumentację. Autor stwierdził, że „Apple II to bardzo obiecująca maszyna”, która „byłaby jeszcze większą pokusą, gdyby jej cena była nieco niższa… na razie kolor to Apple II”. 

Chociaż sprzedawał się dobrze od momentu premiery, początkowy rynek był przeznaczony dla hobbystów i entuzjastów komputerów. Wraz z uruchomieniem w połowie 1979 roku programu arkuszy kalkulacyjnych VisiCalc, sprzedaż wzrosła wykładniczo na rynek biznesowy i profesjonalny. VisiCalc jest uznawany za najważniejszą aplikację w branży mikrokomputerów.

W ciągu pierwszych pięciu lat działalności przychody podwajały się co cztery miesiące. Między wrześniem 1977 a wrześniem 1980 roczna sprzedaż wzrosła z 775 000 dolarów do 118 milionów dolarów. W tym okresie jedynymi produktami firmy były Apple II i jego urządzenia peryferyjne, akcesoria i oprogramowanie.

Emulator Apple II dostępny jest TUTAJ