IBM, memória de linha de atraso e histórico de exibição de 80 × 24 caracteres

O terminal DEC VT100, vendido em excesso de um milhão de unidades, tinha uma tela de 80 × 24 caracteres

Como explicar a popularidade dos terminais 80 × 24 e 80 × 25 caracteres? Um post recente em outro blog me inspirou a fazer uma pequena pesquisa. Cartas perfuradas são obviamente a fonte de sequências de 80 caracteres e escrevem sobre isso com bastante frequência. No entanto, o que dizer de 24 ou 25 linhas na tela? Existem muitas teorias, mas encontrei uma resposta simples: a IBM e, em particular, seu domínio no mercado de terminais. Em 1971, a IBM introduziu um terminal com uma tela de 80 × 24 caracteres (modelo 3270) e logo se tornou o terminal mais vendido, forçando o restante a igualar o tamanho de 80 × 24. A tela do PC IBM adicionou outra linha e tornou o tamanho 80 × 25 padrão no mundo dos PCs. A influência desses sistemas permanece válida mesmo décadas depois: linhas de 80 caracteres são os padrões até hoje, assim como as janelas dos terminais 80 × 24 e 80 × 25.

Neste artigo, discutirei essa história em detalhes, incluindo alguns outros sistemas que tiveram um papel fundamental nela. O mercado de terminais CRT começou, de fato, com o lançamento do IBM 2260 Display Station em 1965, criado com base em tecnologias divertidas, como linhas de atraso de som. Isso levou ao surgimento do popular monitor IBM 3270, além de terminais comuns e baratos, como o DEC VT100. Em 1981, a IBM lançou o microcomputador DataMaster. Agora está quase esquecido, mas influenciou bastante o PC IBM, incluindo sua tela. O artigo também explora o mercado de terminais das décadas de 1970 e 1980; a partir deles fica claro que a popularidade dos tamanhos de tela foi determinada pelo mercado e não pelas forças tecnológicas.

Algumas teorias sobre os tamanhos 80 × 24 e 80 × 25

Argumentos sobre a origem dos tamanhos dos terminais foram apresentados por várias décadas, mas uma teoria detalhada e interessante foi apresentada no artigo já mencionado. Em resumo, ele diz que o monitor 80 × 25 foi usado porque era compatível com cartões perfurados de 80 colunas da IBM, cabia bem em uma tela de TV com uma proporção de 4: 3 e cabia em uma RAM de 2K. Isso levou ao surgimento de terminais 80 × 25, como o DEC VT100, em 1978. Sua imensa popularidade o tornou o padrão e gerou uma abundância de terminais 80 × 25. Essa, pelo menos, é a teoria.



Os displays de 80 colunas realmente vieram dos cartões perfurados, e o VT100 realmente se tornou o padrão, mas essa teoria se desfaz. O maior problema é que os monitores VT100 eram 80 × 24, não 80 × 25. Além disso, as instruções descrevem que o VT100 possuía memória de 3K, dos quais 2,3 K usavam a tela, e o microprocessador 8080, o restante. Cada linha foi armazenada na memória com três bytes adicionais no final, usados ​​como ponteiros para rolagem. Portanto, a memória de vídeo do terminal não coube em 2K. Finalmente, até a década de 1980, a maioria das telas era de 80 × 24, não de 80 × 25.

Outras teorias foram sugeridas nos sites StackExchange e Retrocomputing StackExchange da Engenharia de Software, alegando que os terminais 80 × 24 apareceram por motivos técnicos, como taxas de atualização da tela da TV, tamanhos de memória, tipografia, histórico da máquina de escrever e assim por diante. No entanto, teorias, segundo as quais a tela 80 × 24 é uma conseqüência inevitável da tecnologia, têm um problema fundamental: em meados da década de 1970, os terminais tinham dezenas de opções de tamanho diferentes, por exemplo, 31 × 11, 42 × 24, 50 × 20, 52 × 48 , 81 × 38, 100 × 50 e 133 × 64. É claro que nenhuma limitação tecnológica obrigou os terminais a assumir um tamanho específico. Pelo contrário, com o aprimoramento da tecnologia, todos esses terminais desapareceram e, no início dos anos 80, restavam principalmente terminais 80 × 24. Isso sugere que a padronização, não a tecnologia, se tornou um fator-chave.

Resumirei brevemente por que os fatores técnicos não afetaram muito o tamanho do terminal. As televisões nos EUA usavam 525 linhas de varredura e uma taxa de atualização de 60 Hz, e 40% dos terminais usavam valores diferentes (na década de 1980, os computadores domésticos tinham que trabalhar com TVs NTSC com suas próprias limitações, por isso usavam seqüências de caracteres de 40 ou 64 caracteres) . A frequência e a largura de banda não foram forçadas a exibir displays de um determinado tamanho, porque os terminais exibiam caracteres com tamanhos diferentes de matrizes.

O terminal raster extrai cada caractere de uma matriz de pontos. Em 1975, matrizes 5x7 e 7x9 foram usadas com mais frequência. Muitas vezes, a matriz tinha campos - o Apple II usava uma matriz 5x7 com campos, que no final era de 7x8 pixels. Alguns sistemas (por exemplo, IBM CGA) usavam uma matriz sem borda 8x8 para suportar caracteres gráficos cujas imagens estavam em contato umas com as outras. Outros sistemas usavam matrizes maiores. O IBM Datamaster usou uma matriz de 7 × 9 pontos por campo de 10 × 14 pontos, enquanto o Quotron 800 tinha uma matriz 16 × 20. Como resultado, um terminal medindo 80 × 24 caracteres pode exigir um número completamente diferente de pixels em geral, dependendo do tamanho da matriz. Essa é a desvantagem da declaração de que o tamanho dos terminais foi determinado pelo número de linhas de varredura e taxa de transferência.

Embora o custo da memória tenha sido significativo, o tamanho dos chips DRAM aumentou quatro vezes a cada três anos, tornando a memória apenas uma limitação temporária. A proporção da tela não foi um fator determinante, pois muitas vezes as proporções dos caracteres não coincidiam com as proporções da tela. Mesmo em CRTs com proporções de 4: 3, os terminais podem usar texto de outras proporções, deixando parte da tela em branco. Os tamanhos especiais dos terminais não eram incomuns - por exemplo, a tela do Datapoint 2200 era extraordinariamente alongada para repetir o tamanho do cartão perfurado. O Modelo Teletipo 40 tinha uma proporção incomum de 2: 1. A tecnologia, é claro, influenciou o processo, mas não impediu os primeiros fabricantes de criar terminais diferentes, de 32 × 8 a 133 × 64.


Modelo de Teletipo 40

A crescente popularidade dos terminais CRT

Agora, uma pequena parte da história dos terminais CRT pode nos ajudar. Muitos leitores estão familiarizados com terminais ASCII - como terminais DEC VT100 individuais, terminais seriais que se conectam a um PC ou portas seriais em placas do tipo Arduino. Os terminais deste tipo são provenientes de tele -impressoras - teclados / impressoras eletromecânicas, que surgiram no início do século XX. O teletipo, que era popular entre os cientistas de jornais e computadores nos anos 70 (o dispositivo Linux / dev / tty recebeu o nome dele), é conhecido principalmente. Os teletipos geralmente exibiam linhas de 72 caracteres em um rolo de papel.


O teletipo ASR33 transmitiu caracteres ASCII e imprimiu 72 caracteres por linha. De 1963 a 1981, centenas de milhares de cópias deste modelo foram produzidas. À esquerda, há um leitor de fita e um furador.

Na década de 1970, o mercado de substituição de terminais CRT era grande e lucrativo. A AT&T introduziu o Teletype Model 40 em 1973, e este terminal CRT exibia 80 x 24 caracteres. Muitas outras empresas introduziram terminais CRT concorrentes, e os dispositivos compatíveis com Teletype tornaram-se um segmento de mercado inteiro. Em 1981, esses terminais foram usados ​​em diferentes funções, e não apenas como um substituto para as impressoras, e seu nome mudou para "terminais ASCII". Em 1985, os terminais da CRT alcançaram um sucesso sem precedentes e cerca de 10 milhões de unidades estavam operando nos Estados Unidos.


O terminal é da linha IBM 3270, especificamente o modelo 3278.

No entanto, existe um mundo paralelo de terminais de mainframe que pode não ser familiar para muitos leitores. Em 1965, a IBM introduziu o IBM 2260 Display Terminal e, assim, "aprovou" os terminais CRT, que antes eram considerados uma "novidade da moda". Esse terminal dominou o mercado até a IBM substituí-lo pelo IBM 3270 mais barato e mais avançado em 1971. Ao contrário dos terminais assíncronos ASCII que transmitem pressionamentos de tecla individuais, esses terminais foram configurados para operação em bloco, trocando essencialmente grandes blocos de caracteres com o mainframe. O terminal 3270 era bastante inteligente: o usuário poderia preencher os campos marcados na tela e transferir todos os dados de uma vez pressionando a tecla Enter (é por isso que os teclados modernos têm uma tecla Enter). O envio de um bloco de dados foi um método mais eficiente do que o envio de cliques individuais e permitiu que os mainframes suportassem centenas de terminais de uma só vez.

O gráfico abaixo mostra o estado do mercado de terminais em 1974. Era controlado pelo IBM 3270, que havia suplantado o 2260th naquele momento. Com 50% do mercado, a IBM definiu essencialmente as características de um terminal CRT. A substituição de tele-impressoras era um mercado grande e influente; O Teletype Model 40 era um modelo modesto, mas com crescente importância. Embora o DEC em breve se torne um participante importante, ele estava no setor de Sistemas Independentes naquele ano.

Terminal de exibição de vídeo IBM 2260

O IBM 2260 foi lançado em 1965 e foi um dos primeiros terminais de exibição de vídeo. As exibições de vídeo com gráficos vetoriais apareceram muitos anos antes, no início dos anos 50. Estes eram terminais vetoriais que receberam uma imagem usando linhas arbitrárias, não pixels. E, embora pudessem exibir letras usando linhas, eram extremamente caras e eram usadas para plotagem.

O IBM 2260 executou três funções: entrada remota de dados em vez de cartões perfurados, consultas (exibindo registros no banco de dados) e o console do sistema. Esse terminal compacto pesava 20 kg e seu tamanho permitia que ele se encaixasse no lugar de uma máquina de escrever padrão. Veja como seu teclado é espesso: ele usou o mecanismo complexo de um antigo golpe da IBM, com alavancas, discos e eletroímãs.


Estação de exibição IBM 2260

Você pode se surpreender que a IBM tenha conseguido criar um terminal tão compacto usando a tecnologia de 1965. O truque é que era apenas uma tela CRT com um teclado; toda a lógica de controle, geração de caracteres, armazenamento e interfaces estavam contidos em um gabinete de 450 kg (foto abaixo). O terminal do teclado foi chamado IBM 2260 Display Station, o gabinete lógico foi chamado IBM 2848 Display Control e as pessoas chamaram todo o sistema por todo o 2260th. O gabinete continha circuitos para controlar vários terminais simultaneamente, até 24 peças. Ele gerou pixels para eles e enviou sinais de vídeo aos monitores, que poderiam estar localizados a uma distância de até 600 m dele.


O IBM 2848 Display Control suportava até 24 terminais. O gabinete tinha um metro e meio de largura e pesava 450 kg.

Uma das características mais interessantes do 2260th são as linhas de atraso de áudio usadas para armazenar pixels. Os bits foram armazenados na forma de pulsos sonoros enviados a um fio de níquel com cerca de 15 m de comprimento, que passaram pelo fio e saíram de sua outra extremidade exatamente após 5.5545 ms. Enviando um pulso (ou não enviando para indicar 0) a cada 500 ns, o fio pode armazenar 11.008 bits em si. Um par de fios criou um buffer que armazenava pixels para 480 caracteres.

A linha de atraso produzia 1 bit a cada 500 ns. As duas linhas de atraso foram conectadas ao buffer, fornecendo bits duas vezes mais rápido: a cada 250 ns. Os dados foram divididos em 256 "slots", um por linha de varredura vertical (os slots eram um conceito limpo, porque a linha de atraso apenas alimentava um fluxo de bits). 240 slots continham dados e 16 estavam vazios para o retorno do feixe horizontal . Cada slot continha 86 bits: 7 bits para 12 linhas de caracteres e dois bits de paridade (cada linha de varredura era dividida em dois displays, de modo que o slot representava 6 caracteres em um display par e 6 em um ímpar). Seis slots compunham uma coluna vertical de caracteres: um slot armazenava um valor decimal binário e cinco pixels. Assim, em cada buffer, os dados foram armazenados para 480 caracteres para suportar telas de 40x6. Dois buffers suportavam um par de telas 40 × 12 e quatro suportavam um par de telas 80 × 12.


O módulo de atraso de som do monitor IBM 2260. Continha cerca de 15 m de fio de níquel em bobinas.

As linhas de atraso do som tiveram vários problemas. Primeiro, era necessário atualizar constantemente os dados: quando os bits vinham de uma extremidade do fio, era necessário enviá-los de volta para a outra extremidade. Em segundo lugar, a linha de atraso não tinha acesso aleatório: para atualizar um personagem, era necessário esperar alguns milissegundos até que todos os bits seguissem seu caminho. Terceiro, a linha de atraso era sensível à vibração; A Wikipedia diz que mesmo passos pesados ​​podem atrapalhar a tela. Quarto, a velocidade da linha de atraso dependia das mudanças de temperatura; antes do uso, ela precisava se aquecer por até duas horas seguidas em um gabinete com temperatura controlada. Dadas todas essas deficiências, você pode se perguntar por que essas linhas de atraso ainda eram usadas. A principal razão é que eles eram muito mais baratos que a memória nos núcleos costurados. A natureza consistente da linha de atraso também funcionou bem com a natureza consistente da exibição de varredura.


O fio de níquel na bobina tinha conversores nas duas extremidades (no centro e no canto inferior esquerdo, onde os fios trançados estão conectados a eles). Para ajustar o atraso, a haste com o fio (canto inferior esquerdo) mudou a posição do conversor no fio. Caixas de metal nas extremidades dos fios são amortecedores que impedem a reflexão.

A foto abaixo mostra a tela do 2260 Modelo 2, com 12 linhas de 40 caracteres cada (o Modelo 1 tinha 6 linhas de 40 caracteres cada e o Modelo 3 tinha 12 linhas de 80 caracteres cada). Observe o espaçamento duplo entre linhas; de fato, o módulo de controle gerou 24 linhas de texto, mas as linhas através de uma foram enviadas para dois terminais diferentes. Uma abordagem muito estranha, no entanto, compartilhou o alto custo do controle de ferro entre os dois terminais. Outra característica estranha da 2260th eram as linhas verticais de varredura, em contraste com as linhas horizontais de varredura da maioria dos monitores e televisões.


Indicar IBM 2260

Cada caractere foi identificado por um código EBCDIC de 6 bits, que produziu um conjunto de 64 caracteres (sem letras minúsculas). Outra característica estranha do 2260th é a conversão de caracteres de 6 bits em um bloco de 5x7 pixels. Para fazer isso, usamos uma matriz especial em núcleos magnéticos, na qual havia núcleos apenas para bits únicos, mas para zero bits não, portanto funcionou como uma memória somente leitura. Como resultado, você pode ver os símbolos na matriz principal. A matriz armazena nove palavras de 7 bits para cada um dos 64 caracteres: as primeiras cinco palavras armazenam um bloco de pixels e as quatro restantes são uma tabela para converter o código de caractere EBCDIC em ASCII ou vice-versa, ou códigos para controlar a impressora.



As linhas de atraso armazenavam os pixels que precisavam ser impressos e também os códigos EBCDIC para cada caractere. O truque era usar uma coluna vazia de pixels entre os caracteres, fornecendo uma distância horizontal entre os caracteres. O sistema o usou para armazenar o valor decimal binário de um caractere, mas desligou a exibição quando esta coluna foi exibida, para que esse valor não fosse exibido na tela na forma de pixels. Isso tornou possível armazenar o valor de 6 bits do símbolo quase de graça então.

A questão que nos interessa é por que o 2260 tinha uma tela com 12 linhas de 80 caracteres? Um comprimento de linha de 80 caracteres permitiu que os terminais substituíssem os cartões perfurados de 80 colunas (para modelos com 40 caracteres em uma linha, o cartão foi dividido em 2 linhas). Quanto às 12 linhas, essa é, aparentemente, a quantidade que as linhas de atraso poderiam fornecer sem tremer.

250 ns por pixel e uma taxa de atualização de 30 Hz fornecem um máximo de 133.333 pixels que podem ser exibidos. Com caracteres de 6x7 pixels e linhas de 80 caracteres por linha, podem ser exibidas 39,7 linhas. Uma atualização vertical consome um terço do tempo devido à interação com as linhas de atraso, o que nos dá 26,5 linhas. Como o 2260 separa os pixels entre os dois vídeos, isso fornece 13,25 linhas por vídeo, exceto a atualização horizontal. Consequentemente, o ferro pode suportar cerca de 12 linhas de texto (embora, talvez, a IBM tenha decidido primeiro suportar 12 linhas e, em seguida, aprimorado esse ferro).


Foto do manual do operador 2260

O IBM 2260 foi um enorme sucesso, o que levou a um aumento na popularidade dos terminais CRT. O impacto do IBM 2260 é mostrado no relatório do terminal de 1974; lista cerca de 50 terminais compatíveis com o IBM 2260. O IBM 2260 não tinha uma tela 80 × 24 (embora a máquina gerasse uma matriz 80 × 24 dentro), mas havia telas 40 × 12 e 80 × 12, que faziam a tela 80 × 24 o próximo passo lógico.

Monitor de vídeo IBM 3270

Em 1971, a IBM lançou o monitor de vídeo IBM 3270, que continuou a dominar o mercado de CRT. Ele suportava uma tela de 40 × 12 para permitir uma transição suave do 2260th, mas também suportava uma tela maior de 80 × 24. O 3270th tinha mais recursos do que os campos de entrada protegidos pelo 2260th, modelos de transferência de dados mais eficientes e texto de intensidade ajustável. Ele também era muito mais barato que o 2260, o que garantiu sua popularidade.

Um relatório da Datapro de 1974 descobriu que um monitor IBM 2260 custava de US $ 1270 a US $ 2140 e um controlador de US $ 15.715 a US $ 86.365. Em comparação, um monitor IBM 3270 custava de US $ 4.000 a US $ 7.435 e um controlador de US $ 6.500 a US $ 15 725. Parte dos eletricistas mudou-se do módulo de controle para o próprio monitor, o que afetou seu custo.


Terminal IBM 3270. Uma caneta de luz foi usada para selecionar campos de dados em vez de um mouse. Este é um modelo posterior na linha de terminal, 3278; 43 linhas de 80 caracteres são visíveis na foto

As tecnologias usadas no 3270 eram da próxima geração em comparação com o 2260. Os tubos e transistores de elétrons foram substituídos por circuitos microeletrônicos como o SLT , semelhantes aos circuitos integrados. Em vez de linhas de atraso de som, foram utilizados registros de deslocamento MOS de 480 bits. O modelo 40 × 12 usou um banco de registros de turno para armazenar 480 caracteres. No modelo maior, quatro bancos de registros de turno (1920 caracteres) foram usados ​​para suportar a tela 80 × 24. , 3270- 480 2260-, 80×24. 480 – , ; , RAM, , , :


Intel 1405. IBM 3270, , , Datapoint 2200.

A IBM forneceu suporte abrangente ao software de terminal 3270. Isso teve um grande impacto no mercado de terminais, pois forçou outros fabricantes que queriam correr para produzir terminais compatíveis. Em particular, por causa disso, a compatibilidade com a exibição de 3270 e 80 × 24 caracteres se tornou o padrão de fato. Em 1977, a IBM lançou o 3278, uma versão aprimorada do terminal 3270, suportando 12, 24, 32 e 43 linhas de dados. Além disso, foi adicionada uma barra de status, "área de informações para o operador". Os novos tamanhos de 32 e 43 linhas não criaram raízes, mas a barra de status tornou-se um recurso comum entre os terminais concorrentes.

1970- 1990-. 1970- (, , ) 80×25, 80×24 . , 1974 , , 80×24. 1979 DEC VT100, 80×24, . 132×24 , 132 , 15" , 80×24. 1991 80×25 .

IBM PC 80×25

Dada a popularidade histórica dos terminais 80 × 24, por que tantos sistemas modernos usam janelas 80 × 25? E isso também aconteceu graças à IBM: a tela 80 × 25 tornou-se popular com o advento do IBM PC em 1981. Uma placa de vídeo padrão (MDA) produziu texto monocromático 80 × 25 e uma placa CGA produziu 40 × 25 e 80 × 25 em cores. Esse tamanho se tornou o tamanho padrão para o console do Windows e um tamanho típico para janelas de terminal em um PC.


IBM PC com um monitor de 80 × 25 que exibe uma placa MDA (Monochrome Display Adapter)

24 , , Osborne 1 Apple II, , IBM PC 25. , , , IBM PC. , IBM PC IBM DataMaster, IBM PC DataMaster. IBM PC DataMaster, . BASIC, BASIC Microsoft , - . Intel, 8- 8085 DataMaster, 16- 8088 IBM PC. , DMA, . 62- DataMaster.


O IBM DataMaster System / 23 é um microcomputador que foi anunciado em 1981, apenas um mês antes do IBM PC.

Abaixo está um diagrama de um plano de projeto do IBM PC. Ele teve que usar um monitor de 80 × 24 do DataMaster (com o nome de código LOMA), bem como tamanhos de 40 × 16 e 60 × 16, mais adequados para TVs. Também mencionado no diagrama é um sistema gráfico colorido com 280 × 192 pixels, a mesma resolução que o Apple II tinha. Mas, no final, o PC IBM não era como esse plano.


18 kHz é a frequência de varredura horizontal usada pelo cartão MDA (18.432 kHz) e oferece uma resolução maior que 15.750 para NTSC)

Os desenvolvedores de PC IBM conseguiram colocar um pouco mais de pixels na tela e obter um tamanho de 320 × 200. Ao usar uma matriz de 8x8 caracteres, o modo gráfico atualizado suporta texto de 40 × 25 caracteres e o modo gráfico com resolução duplicada de 640 × 200 pixels suporta texto de 80 × 25. A placa gráfica monocromática (MDA) também deu um tamanho de 80 × 25. Em outras palavras, o PC IBM finalmente começou a usar uma tela de texto de 80 × 25 porque havia pixels suficientes na tela e também a distinguia de outros sistemas, mas esses motivos não eram a principal motivação. Em particular, os desenvolvedores de PC não se limitaram à necessidade de garantir a compatibilidade com outros sistemas da IBM.

Conclusão

Muitas teorias propuseram várias razões técnicas pelas quais um tamanho de tela de 80 × 24 (ou 80 × 25) é natural. Penso que a grande variedade de tamanhos de tela na década de 1970 prova que você não deve procurar motivação tecnológica para essa escolha. Os tamanhos dos monitores simplesmente convergiam para o que a IBM produzia - primeiro eram cartões perfurados, depois o terminal IBM 2260, depois o IBM 3270 e depois o PC IBM. A princípio, o Teletype de 72 colunas influenciou o tamanho dos terminais, mas esse tamanho também desapareceu no desejo de compatibilidade com a IBM. Como resultado, a situação atual surgiu com a divisão nos tamanhos 80 × 24 e 80 × 25.