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Texas Instruments TI-99/4A

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TI-99/4A

Der TI-99/4A ist ein früher Heimcomputer des US-amerikanischen Technologiekonzerns Texas Instruments, der im Juni 1981 auf den nordamerikanischen Markt kam und seinen zwei Jahre älteren, aber weitaus weniger erfolgreichen Vorgänger, den TI-99/4, ablöste.

In seiner Grundkonfiguration verfügt der TI-99/4A über eine professionelle mechanische Schreibmaschinentastatur und ein aus schwarzem Kunststoff bestehendes rechteckiges Gehäuse, das mit gebürstetem Aluminium verkleidet ist. Spätere Versionen des Rechners weisen ein beiges Plastikgehäuse ohne die aufwändige Metallverkleidung auf. Über mehrere Schnittstellen lässt sich der TI-99/4A mit Peripheriegeräten verbinden und erweitern.

Die Grundversion des TI-99/4A ist mit einem für die frühen 1980er-Jahre sehr fortschrittlichen TMS9900-Mikroprozessor als CPU ausgestattet und gilt bei einem Einführungspreis von 525 US-Dollar weltweit als erster erschwinglicher 16-Bit-Heimcomputer. Unterstützt wird der hauseigene, bis zu 3,3 MHz schnelle Hauptprozessor von einer Reihe von ebenfalls aus dem Hause Texas Instruments stammenden Koprozessoren, u.a. für die Bildschirm- und Tonausgabe. Außerdem verfügt der Rechner über etwas mehr als 16 Kilobyte RAM sowie 32 Kilobyte ROM, u.a. für das direkt nach dem Einschalten verfügbare Betriebssystem TI-BASIC.

Der TI-99/4A erreichte eine recht weite Verbreitung, konnte aber mit ca. 2,5[1] bis 2,8 Millionen[2] verkauften Exemplaren nicht an die großen Verkaufserfolge des Marktführers Commodore 64 heranreichen. Das Hauptabsatzgebiet des TI-99/4A war Nordamerika, aber auch in Europa, Australien und Fernost wurden substanzielle Verkaufserfolge erzielt. Am 28. Oktober 1983 verkündete Texas Instruments seinen Ausstieg aus dem mittlerweile verlustreichen Heimcomputer-Geschäft.[3] Wann genau Texas Instruments die Produktion des TI-99/4A einstellte, ist umstritten. Die Quellenangaben schwanken zwischen Ende 1983[4] und März 1984.[5]

Hardware

CPU TI TMS9900.
Co-Prozessor TMS9918A

Mikroprozessoren

Im TI-99/4A kommt eine ganze Reihe von Mikroprozessoren zum Einsatz, wobei der Hauptprozessor von gleich mehreren Koprozessoren etwa bei Aufgaben wie der internen Datenverarbeitung, der Bildschirmausgabe sowie der Erzeugung von Tönen bzw. Geräuschen unterstützt wird, um auf diesem Wege die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. Bemerkenswert ist dabei, dass alle im TI-99/4A verbauten Mikroprozessoren aus hauseigener Produktion von Texas Instruments stammen.

Hauptprozessor

Als CPU dient im TI-99/4A ein TMS9900 aus dem Hause Texas Instruments mit 64 Anschlusspinnen. Dieser 1976 erstmals zur Serienreife gebrachte, nicht nur für damalige Heimanwender-Verhältnisse sehr fortschrittliche 16-Bit-Hauptprozessor, der mit Hilfe der N-Channel Silicon-Gate MOS-Technologie hergestellt wurde, kann Taktfrequenzen von bis zu 3,3 MHz verkraften. Im TI-99/4A läuft der TMS9900 aber aus Gründen der notwendigen Synchronisation mit den Koprozessoren nur auf 3 MHz. Der TMS9900 stellt einen sog. 'Minirechner' dar und verfügt über einen vollständigen Befehlssatz inklusive Multiplikations- und Divisionsfunktion. Er besitzt separate Busstrukturen jeweils für Speicherung, Ein- und Ausgabefunktionen sowie Interrupts, von denen bis zu 16 möglich sind. Insgesamt 65 Kilobyte Speicher können von der CPU über Memory Mapping und eine fortgeschrittene, damals einzigartige Memory-to-Memory-Architektur verwaltet werden.

Koprozessoren

Kommunikations-Chip

Der TMS9901 ist ein multifunktionaler 16-Bit-Mikroprozessor mit 22 Anschlusspins, der als sog. Programmable Systems Interface die CPU des TI-99/4A bei der Regelung von internen Datenflüssen unterstützt. Insbesondere die über Eingabegeräte wie Tastatur, Programmrekorder oder Joysticks anfallenden Informationen werden vom TMS9901 verarbeitet. Mit dem Hauptprozessor ist der TMS9001 über eine Communications Register Unit (CRU) verbunden. Intern verfügt er über einen Prioritizer/Encoder, eine Echtzeituhr, eine Logik-Einheit für die Kommunikation mit der CRU und drei Puffer für die Zwischenspeicherung von Daten.[6]

Taktbaustein

Mit dem TIM9904 (auch: SN74LS362) verfügt der TI-99/4A über einen mit 12 MHz getakteten Taktbaustein mit vier phasenverschobenen Takten, der eigens für den Betrieb mit dem TMS9900 konzipiert wurde.[7] Die vier vom TIM9904 generierten Taktsignale gestatten der CPU eine Arbeitsgeschwindigkeit von 3 MIPS. Der Takttreiber des TI-99/4A verfügt über 20 Anschluspins und ist mit einem externen Schwingquarz verbunden.

Video-Chip

Die Prozessoren der TMS9918A/9928A/9929A-Baureihe sind aus dem im TI-99/4 verwendeten TMS9918 hervorgegangen und zeichnen in den unterschiedlichen Versionen des TI-99/4A für die Bildschirmausgabe verantwortlich. Dieser mit 40 Anschlusspins ausgestattete Video Display Processor (VDP) bzw. 16-Bit-Video-Chip des TI-99/4A erzeugt nicht nur das Video-Signal des Rechners, sondern verwaltet auch den für Speicherung, Abruf und Aktualisierung von Bildschirmdaten notwendigen dynamischen Bildwiederholspeicher von bis zu 16 Kilobyte VRAM. Die Video-Chips der TMS9918A/9928A/9929A-Baureihe erreichen eine Maximalauflösung von 256x192 Pixeln bei einer Farbpalette von 15 Farben.[8] Sie können bis zu 32 Sprites gleichzeitig darstellen.[9] Während die Versionen TMS9918A bzw. TMS9928A auf das 525-Zeilen-Format des nordamerikanischen NTSC-Standards ausgerichtet sind, ist der TMS9929A auf das 625-Zeilen-Format der in Europa üblichen PAL-Norm zugeschnitten.[10] Zum Betrieb mit PAL-TV-Geräten ist jedoch die Verwendung eines zusätzlichen externen RF-Modulators vonnöten.

Sound-Chip

Der TMS9919 (auch: SN94624 bzw. SN76489) stellt den 8-Bit-Sound-Chip des TI-99/4A dar und ist für die Tonausgabe des Rechners verantwortlich. Er verfügt über drei Tongeneratoren und einen Rauschgenerator, die jeweils individuell programmierbar sind und gleichzeitig Töne bzw. Geräusche auf 16 unterschiedlichen Lautstärkeniveaus hervorbringen können. Die drei Tongeneratoren des TMS9919 arbeiten mit Rechteckschwingungen, während der Rauschgenerator weißes Rauschen produziert. Der Sound-Chip des TI-99/4A kann Frequenzen zwischen 28 Hz und 111 KHz generieren und verfügt über 16 Anschlusspins.[11]

Speicherbausteine

ROM-Chips

In seiner Basisversion kann der TI-99/4A auf drei 8-Bit-Graphical Read-Only Memory- bzw. GROM-Chips der Baureihe CD2155/CD2156/CD2157[12] zurückgreifen, die jeweils acht Kilobyte an Speicherplatz besitzen und 16 Anschlusspins aufweisen. Zusätzlich verfügt der Rechner noch über zwei weitere 8-Bit-ROM-Chips der Typen 1501392-26 bzw. 1501392-27[13] mit einem Speichervermögen von jeweils vier Kilobyte und 24 Anschlusspins. Insgesamt ergibt das ein Festwertspeicher-Volumen von 32 Kilobyte ROM für das Betriebssystem des TI-99/4A.

RAM-Chips

Der TI-99/4A verfügt in seiner Grundausbaustufe über acht dynamische 1-Bit-RAM-Chips des Typs TMS4116[14], die jeweils eine Speicherkapazität von zwei Kilobyte aufweisen. Jeder TMS4116 besitzt 16 Anschlusspins. Darüber hinaus verwendet der Rechner noch zwei 8-Bit-scratch-pad-RAM-Chips der Baureihe MCM6810P[15] von Motorola mit jeweils 128 Byte Speichervolumen und 24 Anschlusspins. Die scratch-pad-RAM-Chips des TI-99/4A arbeiten parallel, sodass sie von der CPU mit vollen 16-Bit adressiert werden können.[16] Damit beläuft sich das frei beschreibbare Speichervolumen des TI-99/4A auf insgesamt 16,25 Kilobyte RAM.

Systemarchitektur

Die Systemarchitektur des TI-99/4A war komplizierter als bei anderen Home-Computern seiner Zeit, was zumindest in der Grundausbaustufe des Systems nachteilig war. Zum einen war RAM Anfang der 1980er Jahre verhältnismäßig teuer, zum anderen benötigte der Co-Prozessor TMS-9918 unbedingt Zugriff auf einen eigenen Speicherbereich von 4, 8 oder 16 kB Größe. So stattete man den TI-99/4A mit nur 16 kB RAM aus, welches komplett dem Videoprozessor TMS-9918 als Videospeicher zugeordnet wurde. Dagegen hatte der schnelle Hauptprozessor lediglich Zugriff auf ein RAM von 256 Bytes, dem sogenannten Scratch-Pad-RAM. Dieses reichte gerade einmal aus, um darin interne Betriebssystemparameter zu verwalten. BASIC-Programme und sonstige Daten (wie Symbol- und Sprungtabellen) dagegen wurden in einem ungenutzten Bereich des Videospeichers abgelegt, auf den der Hauptprozessor nur indirekt zugreifen konnte, indem er den Inhalt jeder Speicherzelle vom TMS-9918 einzeln anforderte und zurückgeben ließ. Die Grundausbaustufe des TI-99/4A bot keine Möglichkeit, schnelle Maschinensprache-Programme in einem Speicherbereich des RAMs abzulegen, den der Hauptprozessor hätte direkt adressieren können. So lag das Angebot an schnellen Spielen und leistungsfähigen Programmen oder Programmiersprachen für diesen Computer nahezu ausschließlich auf teuren Steckmodulen vor.

Peripheriegeräte

Als Ausgabegerät lässt sich ein handelsüblicher Fernseher und zum Speichern oder Laden von Programmen ein gewöhnlicher Kassettenrekorder anschließen. Rechts neben der Tastatur ist ein Modulschacht in das Gehäuse eingelassen. Ferner befindet sich an der rechten Gehäuseseite eine Schnittstelle zum Anschluss externer Hardware. Geeignete Geräte besitzen an ihrer linken Seite einen Stecker, der in diese Schnittstelle passt, während auf der rechten Gehäuseseite die Schnittstelle wieder herausgeführt wird. So lassen sich mehrere Geräte zur rechten Seite des TI-99/4A aufreihen, u.a. ein Thermo-Nadeldrucker und ein Sprachsynthesizer.

Betriebssystem

Das Betriebssystem des TI-99/4A war zusammen mit einem Interpreter für eine TI-eigene Anweisungssprache namens Graphical Programming Language (GPL), die etwas komfortabler als Assembler war, in einem 8 kB großen ROM-Baustein eingebrannt. Darüber hinaus ließ sich der TI-99/4A durch Steckmodule erweitern, die in einen Modulschacht eingesetzt werden konnten. Diese konnten RAM enthalten, verfügten meist aber über ROM und obligatorisch über GROM. Bei GROM handelte es sich um ausschließlich von Texas Instruments gefertigte 6 kB statt der üblichen 8 kB große ROM-Bausteine, die zur Aufnahme von GPL-Code dienten. Dieser Code konnte nicht direkt durch den TMS-9900 ausgeführt werden, sondern nur mittels des GPL-Interpreters, weil die GROMs nur indirekt adressierbar waren. Ihr Anschluss erfolgte nur über den Datenbus und über Steuersignale. Sie verfügten im Gegensatz zu sonst üblichen Speicherbausteinen jedoch über keinen von außerhalb des Chips erreichbaren Adressbus. Der TI-99/4A wiederum akzeptierte nur Module, die mit einem derartigen GROM-Baustein bestückt waren. Sinn der Maßnahme war es, Drittanbietern die Herstellung von nicht lizenzierten Modulen zu verwehren.

TI Extended BASIC Modul

BASIC-Interpreter

Der 24 kB große BASIC-Interpreter des TI-99/4A war nicht – wie bei anderen Home-Computern seiner Zeit üblich – in Maschinensprache geschrieben, sondern in GPL. Dies bedeutete, dass BASIC-Programme durch den BASIC-Interpreter ausgeführt wurden, welcher seinerseits (nicht direkt durch den Hauptprozessor sondern) durch den GPL-Interpreter ausgeführt wurde. Zusammen mit dem bereits erwähnten Nachteil, dass vom TMS-9900 auf den Speicher für BASIC-Programme nur indirekt zugegriffen werden konnte, lässt sich hiermit erklären, warum in TI BASIC geschriebene Programme relativ langsam waren, obwohl im TI-99/4A ein fortschrittlicher, 16-bittiger Hauptprozessor seine Arbeit verrichtete. Der Hersteller Texas Instruments versuchte, diesbezüglich ein wenig nachzubessern, indem er Extended BASIC als Modul anbot. Dieses erweiterte zum einen den Umfang der BASIC-Programmiersprache, so dass jetzt auch Sprites und verbesserte Grafikfähigkeiten unterstützt wurden, zum anderen waren einige Teile des Modul-Codes nicht in GPL, sondern in Maschinensprache geschrieben, wodurch sich die Ausführung von BASIC-Programmen etwas beschleunigte.

Datenspeicherung in der Grundausstattung

10 Sekunden Audio-Beispiel eines kleinen Demo-Programms in TI-BASIC

In der Grundausstattung arbeitete der TI-99/4A mit handelsüblichen Kassettenrekordern als externem Datenspeicher. Das Aufzeichnungsformat war langsam, dafür aber recht robust gegenüber Störungen. Der typische "TI-Sound" war jedem Benutzer wohlvertraut. Er begann mit dem Vorton, bestehend aus 768 Bytes 0x00, gefolgt von einem Byte 0xFF. Danach folgte zweimal das Byte mit der Längenangabe. Das Byte benennt die Anzahl an nachfolgenden 64-Byte Blöcken. Mindestens 0x01 für 1 Block, also 64 Bytes. Maximal 0xFF für 255 Blöcke, also 16320 Bytes. 0x00 als Längenangabe ist nicht zulässig. Der nun folgende pulsierende Sound entstand daraus, dass die zu speichernden Daten in Blöcke zu je exakt 64 Bytes aufgeteilt wurden. Jedem Block wurden zur Synchronisation 8 Bytes 0x00 gefolgt von 1 Byte 0xFF vorangestellt. Zur Datensicherheit erhielt jeder Block am Ende noch ein Checksummenbyte. Diese somit insgesamt 74 Byte lange Struktur wurde außerdem immer doppelt geschrieben. Zum Wiedereinlesen wurde vom Timer im I/O-Chip TMS9901 die Länge der Halbwellen des Tonsignals vermessen. Eine lange Halbwelle bedeutete eine Null. Zwei kurze Halbwellen standen für eine Eins.

TI-PROGRAM-RECORDER. Die weißen Markierungen auf den beiden seitlichen Reglern für Lautstärke und Klang waren bereits ab Werk aufgebracht. Wurden sie wie auf dem Bild gezeigt auf Mittenposition gestellt, war der Rekorder für die Datenverarbeitung optimal eingestellt.

Obwohl Texas Instruments Wert auf die Verwendbarkeit handelsüblicher Kassettenrekorder legte, brachten sie einen "TI PROGRAM RECORDER" auf den Markt. Im Gegensatz zu einer reinen Datasette handelte es sich dabei um ein Gerät, das zwar für den Gebrauch als Datenspeicher optimiert war, jedoch zusätzlich auch als Haushalts-Kassettenrekorder zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Musik und Sprache dienen konnte. Er verfügte daher auch über einen eingebauten Lautsprecher und ein Mikrophon.

Erweiterungsmöglichkeiten

TI Expansion System

Die Ausführung schneller, nicht als Modul vorliegender Maschinenprogramme war nur möglich, indem man die Hardware des TI-99/4A erweiterte. Die günstigste Lösung war, dies über ein Modul ("4-kB-Mini-Memory") zu tun, welches neben ROM/GROM direkt durch den TMS-9900 adressierbares RAM enthielt. Der wesentlich teurere Weg war der Kauf einer "Expansion-Box", die über Netzteil, Diskettenschacht für 5¼-Zoll-Diskettenlaufwerke (Originallaufwerk: volle Bauhöhe, SS-SD = einseitig, einfache Dichte = 90 kB Kapazität) und acht Kartensteckplätze verfügte. Originalkarten von TI und einige Karten von Drittanbietern waren in einer Hülle gekapselt. Die Karten funktionierten ähnlich wie heutige Plug-and-Play-Karten: Eine Treiberinstallation war nicht nötig. Als Karten waren erhältlich:

Aber selbst nach einer Hardware-Erweiterung ließ sich nicht uneingeschränkt die volle Geschwindigkeit der 16-Bit-CPU nutzen, denn der größte Teil des Computer-Speichers und des Speichers peripherer Geräte war zwar über einen 16-Bit-Adressbus, aber lediglich über einen 8-Bit-Datenbus mit der CPU verbunden, so dass unter Verwendung eines Multiplexer-Schaltkreises zunächst auf das höherwertige Byte zugegriffen und die CPU in einen Wartezustand gestellt wurde, bis auch das niederwertige Byte übermittelt worden war.

P-Code-Interpreter

Der P-Code-Interpreter war auf einer Steckkarte implementiert und benötigte im Gegensatz zu anderen Programmiersprachen kein Modul. Der Interpreter führte UCSD-Pascal-Programme aus. Des Weiteren gehörte zum Pascal-Paket ein Editor, der 40 Zeichen pro Zeile monochrom darstellen konnte, und ein modernes Dateisystem mit langen Dateinamen. Außerhalb des Pascal-Systems erschien das Dateisystem als einzelne die gesamte Diskette füllende Datei unter dem normalen Dateisystem des TI-99. Das Dateisystem erlaubte die Verwendung von Punkten zur Gliederung der Dateinamen und Zeitstempel. Dateien mussten in einem einzigen fortlaufenden Speicherbereich abgelegt werden, was von Zeit zu Zeit manuelle Defragmentierungen erforderte.

Erweiterungen ohne Expansion-Box

Erweiterungen. Die kleine Box links ist ein Sprachsynthesizer.

Neben Karten für die Expansion-Box waren auch externe Erweiterungen sowohl von TI, als auch von Drittanbietern erhältlich, die z. B. eine RS-232-Schnittstelle bereitstellten. TI selbst bot einen englischen Sprachsynthesizer an.

Software auf Modulen

Für den TI99 waren zahlreiche Spiel-, Lern- und Anwendungssoftware auf Modulen von TI und Drittanbietern erhältlich. Daneben gab es auch verschiedene Programmiersprachen: Neben dem oben erwähnten Extended Basic und dem Mini-Memory (einfacher Assembler, Batterie-gepuffertes RAM) gab es TI-Logo und den Editor/Assembler, der neben dem Modul die 32K-Erweiterung und das Diskettenlaufwerk benötigte.

Konkurrenz

Der 1982 auf den Markt gekommene und ab 1983 auch in Deutschland verkaufte C64 des Herstellers Commodore entwickelte sich schnell zu einer ernsthaften Konkurrenz für den TI-99/4A. Mit 64 kB RAM, guten Grafikfähigkeiten und professionellem Soundchip setzte der C64 auf dem Markt der Home-Computer neue Maßstäbe. Obwohl dessen 8-Bit-Prozessor mit 0,985248 MHz verhältnismäßig niedrig getaktet war, wurden BASIC-Programme auf ihm deutlich schneller als auf dem TI-99/4A ausgeführt. Der Speicher war auch nicht geteilt wie im TI-99/4A, sondern konnte von Prozessor und Videochip gemeinsam genutzt werden. Zudem verfügte sein BASIC-Interpreter über Befehle wie PEEK, POKE und SYS, um Byte-Werte direkt in Speicherzellen hineinschreiben und dann als schnelle Maschinenspracheprogramme ausführen zu können. Vieles, was beim TI-99/4A Anlass zu Kritik gab oder eine kostspielige Erweiterung erforderte, war beim C64 besser gelöst oder gleich in der Grundausstattung verfügbar. Kaufhemmend wirkte sich auch die Tatsache aus, dass der TI99/4A nur mit proprietären Joysticks genutzt werden konnte. Der Anschluss von Atari-kompatiblen Joysticks konnte mit Hilfe eines zusätzlichen Adapters realisiert werden.

Ab Sommer 1983 ließ sich der TI-99/4A nur noch zu einem Preis verkaufen, der unter seinen Herstellungskosten lag. Im November 1983 gab Texas Instruments schließlich bekannt, sich aus der Produktion von Heimcomputern zurückziehen zu wollen. Die Entwicklung und Einführung des Nachfolgemodells TI-99/8 wurde daraufhin umgehend eingestellt, der TI-99/4A jedoch (zwecks Erfüllung bestehender Verträge) noch bis Ende März 1984 weiterproduziert und vertrieben.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ http://computermuseum.50megs.com/brands/ti994a.htm
  2. ↑ http://oldcomputers.net/ti994a.html
  3. ↑ http://www.mainbyte.com/ti99/ti_test/answers.html
  4. ↑ http://computermuseum.50megs.com/brands/ti994a.htm
  5. ↑ http://oldcomputers.net/ti994a.html
  6. ↑ TMS9901 Programmable Systems Interface Data Manual. Hrsg. v. d. Texas Instruments Inc. Semiconductor Group, 1977, S. 1f.
  7. ↑ Osborne 16-Bit Microprocessor Handbook. Hrsg. v. Adam Osborne u. Gerry Kane. Berkeley, 1981, S. 3-1
  8. ↑ TMS9918A/9928A/9929A Video Display Processors. Hrsg. v. Texas Instruments Inc. Semiconductor Group. 1982, S. 1-1.
  9. ↑ TMS9918A/9928A/9929A Video Display Processors. Hrsg. v. Texas Instruments Inc. Semiconductor Group. 1982, S. 2-25.
  10. ↑ TMS9918A/9928A/9929A Video Display Processors. Hrsg. v. Texas Instruments Inc. Semiconductor Group. 1982, S. 1-1.
  11. ↑ http://www.mainbyte.com/ti99/hardware/ti_specs_2.html
  12. ↑ http://www.facele.eu/TI99.htm
  13. ↑ http://www.mainbyte.com/ti99/hardware/chips/rom.html
  14. ↑ http://www.mainbyte.com/ti99/hardware/chips/4116.html
  15. ↑ http://www.facele.eu/TI99.htm
  16. ↑ http://www.mainbyte.com/ti99/hardware/chips/ram.html
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