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Der Xerox Alto

Der Xerox Alto gilt als der erste Computer mit grafischer Benutzeroberfläche, seine Schöpfer beschrieben ihn sogar als „Personal Computer“, doch mit den PC die erst einige Jahre später erscheinen sollten hatte er wenig gemein. Er war ein „persönlicher Computer“ weil er als Arbeitsplatzrechner für eine Person ausgelegt war, es gab also nicht die Möglichkeit an ihn mehrere Terminals anzuschließen. Sowohl vom Preis wie auch der Technik her war er jedoch ein Minicomputer.

Das historische Verdienst des Xerox Parc, einem Forschungspark, den sich Xerox leistete, weil die Firma befürchtete das Computer, der Kerngeschäft mit Kopierern gefährden könnte, war die Schaffung der grafischen Oberfläche, der ersten rein objektorientierten Programmiersprache und des Ethernets. Alle drei Erfindungen aus dem Xerox Alto Parc wurden in ein Produkt umgesetzt.

Die grafische Oberfläche kam nicht von einem Tag auf den anderen. Doug Engelbart hatte das Konzept schon 1968 in „der Mutter aller Demos“ umrissen, er benutzte auch schon eine Maus als Zeigegerät. Im Xerox Parc war Alan Kay vor allem mit der Entwicklung von Smalltalk beschäftigt, aber er interessierte sich auch für Lernen mit dem Computer und trug wesentlich zum Design der Oberfläche bei, so stammen die überlappenden Fenster von ihm. Doug Engelbart setzte seine Vision im NLS um und entwickelte dort die Maus, die 1971 von Xerox lizenziert wurde, damals wechselten auch einige Forscher des NLS zum Xerox Parc, darunter Alan Kay. Der Alto wurde ab 1972 entwickelt, schon 1973 prägten die Forscher im Parc den Begriff „Personal Computer“ - und das war der Alto weitaus mehr als der IBM PC wo IBM diese Bezeichnung alks „PC“ abkürzte. Der erste Alto lief 1973. Zuerst waren es nur einige Dutzend für den internen Bedarf, dann wollten immer mehr Besucher einen haben und Xerox verkaufte etwa 1000 Exemplare. Es gibt mindestens drei Unterversionen, auch erkennbar am RAM Ausbau und dessen Aufbau.

Aufbau

Der Xerox Alto bestand zum einen aus der Zentraleinheit. Diese hatte nichts mit einem PC zu tun, sondern war ein Kontainer von der Höhe eines Schreibtischs und dessen halben Breite. In ihm befand sich auch die Wechselplatte von 2,5 MByte Kapazität. Dazu kam der Monitor, der anders als alle anderen folgenden Monitore hochkant montiert war, die Tastatur mit Maus. Man konnte mehrere Alto mit der Ethernet Schnittstelle vernetzen oder sie konnten sich einen Laserdrucker teilen.

Die Hardware wurde auf den Zweck als Einzelplatzrechner ausgelegt und so gab es den Schwerpunkt auf der Benutzerinteraktion, was zahlreiche Ein-/Ausgabeeinheiten nötig machte,

Bei einem konventionellen System konnte nur die CPU oder eine I/O Gruppe wie der Diskcontroller auf das RAM zu greifen. Die CPU wurde dann angehalten. Das war beim Alto nicht möglich, schon alleine, weil das Auslesen des Bildschirmspeichers sehr viel von der verfügbaren Zeit schluckte. So war das RAM gemultiplext, es konnten I/O Gruppen und CPU auf es zugreifen. Das erklärt vielleicht auch die langsame Zykluszeit von 850 ns. Ein 4 Kbit oder 16 Kbit DRAM hatte eine Zykluszeit von 375 ns, statische RAM wie sie in der ersten Version genutzt wurden waren noch schneller.

In einem Standard Alto waren folgende Tasks aktiv:

• Diskcontroller: 2 Tasks

• Displaycontroller: 4 Tasks

• Ethernetcontroller: 1 Task

• Emulatortask

• Timed Task (alle 38 Mikrosekunden, erzeugt den Refresh für das DRAM und aktualisiert die Echtzeituhr)

• Fault Task (wird aktiv, wenn es Speicherfehler gibt, protokolliert diese).

Der Prozessor befand sich auf fünf Platinen mit rund 70 MSI Bausteine. (MSI: Medium Scale Integration, Bezeichnung für die Komplexität eines Chips. MSI war von Mitte der Sechziger bis Mitte der Siebziger Jahre die vorherrschende Technologie der Chipfertigung und ermöglichte 50 bis 500 Transistoren auf einem Chip. (LSI folgte, in LSI wurden die ersten Mikroprozessoren gefertigt). Jeder der drei I/O Controller belegte eine weitere Platine mit ebenfalls rund 70 Chips, der Diskettenkontroller 55 Chips.

Neben dem Laserdrucker den Xerox 1969 erfunden hatte konnte man mit speziellen Kabeln einen Hytype Drucker von Diabolo anschließen. Dies war ein Typenraddrucker. Eine zweite Alternative waren Drucker und Plotter von Versatec. Es gab einen alternativen Diskcontroller für schnellere Wechselplatten mit höherer Kapazität von Trident. Ebenso gab es eine Controllerkarte für Bandlaufwerke mit einer Datendichte von 1600 bpi.

Die Zentraleinheit

Der Xerox Alto verwendete wie andere Minicomputer der damaligen Zeit vor allem mittelintegrierte Bausteine der 74XX Serie. Diese Serie besteht aus Standardbausteinen die im einfachsten Fall nur einfache Gatter sind, bei denen es aber auch komplexe Logik geben kann, wie die noch bei der ALU verwendete 74S181. Dadurch benötigte man sehr viele Chips, entsprechend war auch der Platzbedarf hoch. Für die Forschergemeinde, die aus niemals mehr als 50 Personen bestand, die noch dazu in verschiedene Projekte eingebunden waren, war dies aber die einzige Möglichkeit der Konstruktion. Zum damaligen Zeitpunkt wurden aber auch wesentlich größere Computer wie die VAX 11/780 oder die Cray 1 aus Tausenden dieser Bausteine aufgebaut. Custom-IC die Funktionen bündelten, kamen erst Ende der Siebziger Jahre auf. Der Aufbau aus einzelnen Bausteinen hatte aber den Vorteil, dass man die Hardware direkt auf die Aufgaben auslegen konnte, so waren die Tasks, eine der wichtigsten Elemente der Architektur direkt in der Hardware verankert. Bei einem Mikroprozessor, der sich für vieles eignen muss, ist das nicht möglich, dort ist das Betriebssystem für Tasks zuständig, was einen Overhead und damit Geschwindigkeitsverlust bedeutet.

CPU

Die Zentraleinheit (CPU) arbeitete mit 16 Bits Breite. Sie emulierte eine Data General Nova 1220. Die CPU setzte die 16 Bit Alu aus 74SN181 ALU zusammen. Diese mittelintegrierte Baustein wurde in den Siebzigern in vielen Minicomputern verwendet. Er entspricht einer 4 Bit Alu /Arithmetrisch-Logische Unit) aus 75 Gattern, die 16 Operationen durchführen kann. Vier 74SN181 zusammen mit einer zwei weiteren für die Übertragung und Berücksichtigung von Carry Bits ergeben eine 16 Bit Alu, die eine 16 Bit Addition in 29 ns durchführen kann. Von den 64 theoretischen Funktionen (16 pro Baustein) bleiben 14 nutzbare Funktionen übrig, die Addition, Subtraktion, mit und ohne Carry, Inkrement und Dekrement und die logischen Operationen and, or, xor und not abdecken. Shift Operationen leistet dieser Baustein nicht, dafür gab es einen eigenen Baustein, der um 1, 8 oder 17 Bits (Nova-Kompabilität) verschieben konnte.

Der Prozessor, der sich so auf zahlreiche Chips verteilt wurde durch Microcode programmiert, das heißt die Funktion der CPU war nicht fest verdrahtet. Dabei stand jedes Befehlswort für eine ganze Sequenz von Microcode Instruktionen die noch einfacher waren. Ursprünglich war der Microcode fest und belegte 1 KWorte in einem PROM, er wurde dann erweitert und hatte in der finalen Version 1 KWorte Festwert und 3 KWorte RAM Speicher. Der Alto Bootete mit dem im PROM verankerten Microcode, danach konnte weiterer Microcode in den RAM-Bereich geladen werden.

Die Maschine führte dauernd 16 Tasks aus, die jeweils unterschiedliche Prioritäten hatten. Die niedrigste war der Emulator-Task: er nahm die Eingaben des Benutzers entgegen. Er lief dauernd, wurde aber von den höher priorisierten Tasks unterbrochen, die jeweils Ein-/Ausgabegeräten zugeordnet waren. Um die Zeitverluste durch einen Taskswitch klein zu halten wurde im Prozessor ein spezielles High-Speed-RAM implementiert, in das bei einem Taskswitch die Register gesichert wurden und beim Verlassen des Tasks restauriert werden konnten. Ein Taskswitch dauerte so nur wenige Mikrosekunden.

Anstatt das der Alto in Assembler programmiert wurde, führte er als zentralen Task einen Emulator in einer Hochsprache aus. Lud man ein Programm in dieser Sprache, so wurde die Mikrocode Tabelle für jedes Befehlswort ins 3 KWort große Mikrocode RAM geladen. Eine Ausnahme war BCPL, eine Vorläufersprache von C. In ihr wurde die Systemsoftware entwickelt und ihr Mikrocode war so permanent in dem 1 KWort großen PROM ablegt. Zur Verfügung standen Emulatoren für LISP, Smalltalk, Mesa (Pascal ähnlich) und Sweet. Im Xerox Parc sprach man daher auch von einer „Micromaschine“. Xerox wechselte später von BCPL als primärer Sprache auf Mesa.

Die „Emulation“ hatte den Vorteil, das man so das System sehr leicht verändern konnte und Features in den Microcode anstatt die Hardware umzusetzen, was die Ausführung beschleunigte. So implementierte der BCPL-Emulator ein Interruptsystem mit 16 Tasks. Nur gab es keine Hardwareunterstützung für Interrupts. Stattdessen nullte ein Task, der einen Interrupt auslösen wollte, Bits in einem Statusregister und dieses wurde bei jeder Ausführung einer Mikroinstruktion geprüft. Der Standard-Emulator, also der Microcode der beim Start aktiv war emulierte eine Data General Nova, einen 16 Bit Rechner aus dem Jahre 1965.

Die Register umfassten zum einen ein „Register-File“ R, 32 Register mit je 16 Bits und acht Register Files S mit ebenfalls jeweils 32 Registern zu je 16 Bit. Auch deren Zahl änderte sich im Laufe des technischen Fortschritts. So gab es anfangs nur einen S-Satz. Das T-Register war immer ein Eingang für die ALU, deren Ergebnis landete immer im L-Register, das auch der Eingang für den Shifter war. Der Speicher wurde über das Memory Adress-Register MAR angesprochen, das Instruction Register IR enthält die Adresse der nächsten Mikroinstruktion. Angeschlossen ist ein Konstantenspeicher mit bis zu 256 Konstanten zu je 16 Bits, die häufig benötigt wurden. Davon waren rund 200 belegt.

Jede Microcode Instruktion hatte folgenden Aufbau:

• 5 Bit RS-Sel – selektiert R oder S Register

• 4 Bit ALF: Alufunction – selektiert eine von 14 Rechenoperationen der ALU

• 3 Bit BA: Bus Source selektiert Busquelle oder ob Operation in/aus in ein R oder S Register geht

• je 4 Bit F1 und F2 Funktionen – definieren andere Funktionen die taskspezifisch sind aber auch Shift-Operationen, welche die Alu nicht durchführt.

• Je 1 Bit LL oder LT – ob die Register L oder T geladen werden sollen

• 10 Bit NEXT – Adresse der nächsten Mikroinstruction

Die Mikroinstruktionen lagen nicht direkt hintereinander im Speicher, sondern wurden über das Next Feld adressiert. Dadurch konnte dieses Feld bei Mikroinstruktionen überschrieben werden, wenn Mikroinstruktionen z.B. in einer Schleife ausgeführt wurden oder es eine Verzweigung gab, war dies notwendig. 10 Bit reichten aus, 1.024 Mikroinstruktionen oder 4 KByte zu adressieren, bei einem damals typischen Befehlssatz von 64 bis 128 Befehlen also 8 bis 16 Mikroinstruktionen pro Instruktion. Ursprünglich war es ein 1 K x 32 Bit PROM Speicher. Die CPU belegte fünf Slots. Jeder der I/O Controller passte dagegen auf eine einzige Platine.

Speicher

Das Standard-RAM betrug anfänglich 64 KWorte mit je 16 Bits, also 128 KByte, es war auf 256 KWorte ausbaubar. Der RAM-Speicher bestand anfangs aus 1 KBit SRAM Bausteinen, mit einer einfachen Partity-Prüfung, 1975 wurde er durch die nun verfügbaren 4 KBit DRAM Bausteinen ersetzt und eine Fehlerkorrektur hinzugenommen. 1977 wurde mit Verfügbarkeit der 16 KBit DRAM (4116) Bausteinen dann die Größe des Arbeitsspeichers von 64 auf 256 KWorte erhöht. Der Speicher benötigte so 312 Chips. Ein Speicherzyklus dauerte 850 ns, in denen ein Wort oder ein Doppelwort transferiert werden konnte. Das entspricht genau 5 Takten.

Da allerdings der Adressbereich eines 16 Bitters nur 2¹⁶ Adressen umfasst – 64K oder 65.536 in Dezimalschreibweise musste eine zusätzliche Logik für die Verwaltung des Erweiterungsspeichers entwickelt werden. Dies wurde in der Retrospektive als Nachteil gesehen, aber auch beim Nachfolger beibehalten. Der Speicherzugriff des Alto erfolgte anders als der von Mikroprozessoren immer wortweise oder doppelwortweise. Auch die Adressen bezogen sich auf Worte, 64 KWorte entsprechen 128 KByte. Nicht alle Altos wurden daher auch nach Verfügung von 16 KBit Bausteinen auf 256 KWorte aufgerüstet. Der zusätzliche Speicher war nur zugänglich durch Bank-Register. Der Hauptprozessor und die I/O Controller konnten diesen zusätzlichen Speicher nur begrenzt nutzen. Das man sich trotzdem dafür entschloss, lag an dem langen Leben des Alto, das so nie geplant war.

Ein Teil der Adressen des Speichers am Ende der 64 KWorte war für die Ein/Ausgabe reserviert. Dieses "Memory Mapped I/O" gab es auch bei vielen Mikroprozessoren z-B. dem 6502.

Ein-/Ausgabe

Für die Ein-/Ausgabe gab es mehrere Wege. Die drei Standardkontroller für Ethernet, Wechselplatte und Bildschirm benötigten alle hohe Datenraten. Sie wurden direkt an den Prozessorbus angeschlossen. Sie kommunizierten mit dem Prozessor über feste Adressen, in denen sie Daten schrieben oder lasen. Als weiterer Controller, der im Standardgerät fehlte, gehört der für den Laserdrucker in diese Gruppe. Diese Controller benötigen lokalen Speicher, der Daten aufnimmt, die anfallen, wenn es einen Taskswitch gibt:

Kontroller mit geringerer Datenrate benötigten keinen Buffer, so die Hardware für die Maus, die alle 38 µs die momentanen X / Y Koordinaten lieferte.

Langsamere Devices konnten direkt in den Speicher schreiben. Dafür gab es zwei 256 Worte große Bereiche, die dafür reserviert waren. Diese Schreibzugriffe dauerten mit 5 Zyklen aber erheblich länger, als der direkte Zugriff über DMA, den die obigen Controller hatten und bei dem ein Schreibzugriff nur einen Zyklus benötigte. Die Zykluszeit der CPU betrug 170 ns, das entspricht rund 5,89 MHz.

Die dritte Lösung war ein Anschluss an das Gehäuse. Dort gab es einen standardisierten Stecker, der mit einem 16 Bit Register verbunden war. Schreibzugriffe auf dieses Register setzten dann die 16 davon wegführenden Leitungen unter Strom und Lesezugriffe lasen ihren Status aus. Damit konnte man beliebige Peripherie an dem Alto anschließen, wenn es eine Wandlung für diesen Standard gab.

Bildschirmausgabe

Einen Großteil der verfügbaren Prozessorzeit belegte die Bildschirmausgabe. Der Monitor war hochkant montiert, hatte Abmessungen von 10,5 x 8,5 Zoll, das entspricht einer Diagonale von 13,5 Zoll. Der Bildschirm bestand aus 875 Zeilen mit jeweils 608 Spalten. Davon wurden 808 Zeilen dargestellt. Die Auflösung und Abmessung wurde so gewählt das man eine US-Letter Seite (8 x 11 Zoll) in realer Größe darstellen könnte und es eine Auflösung von 72 dpi gab, damit konnte man die Schriftgröße von Druckern, die in Punkten angegeben wurde und auch mit 72 dpi berechnet wurde, direkt auf den Computern übertragen.

Die Videodaten erforderten eine Bandbreite von 20 Mbit/s, also zwei Drittel der gesamten Datenrate von 31,3 Mbit/s. Da allerdings nur sichtbare Daten übertragen wurden, griff die Hardware bei den unsichtbaren Rändern links, rechts, oben und unten nicht auf den Speicher zu, sodass die durchschnittliche Datenrate nur 15 Mbit/s betrug. Für die Videoübertragung gab es einen eigenen Takt von 50 ns. Bei jedem dieser Takte schob das FIFO Register, wo die Daten zuerst landeten, ein Bit an den Monitorausgang.

Die Bildschirmausgabe erfolgte durch drei Tasks:

• Der Field Task mit einer Frequenz von 60 Hz initialisierte jeweils ein Halbbild – die Frequenz betrug nur 30 Hz, ein länger leuchtender Phosphor reduzierte das dann unvermeidliche Flickern. Er schickte den Elektronenstrahl durch die Vertikale Synchronisation, in die Ecke zurück, setzte Zähler und Zeiger auf die Ursprungswerte und initialisierte den Line Task. Er sorgte auch für den Interrupt von 60 Hertz Frequenz.

• Der Line Taks wurde alle 38 Mikrosekunden aufgerufen und war verantwortlich für das Initialisieren einer Linie. Er setzte die notwendigen Startdaten für den Data Task und las den nächsten Controlblock der folgenden Linie ein. Dies war genau ein 224-faches des Speichertaktes von 170 ns.

• Der Data Task wurde alle 1,6 Mikrosekunden aufgerufen. Er las ein Doppelwort (32 Bit) aus dem Speicher und schrieb es in ein FIFO Register. Aus dem FIFO-Speicher (First In – First Out, im Prinzip ein Schieberegister, das bei jedem Takt ein Bit an den Ausgang anlegt und den Inhalt um eine Position Richtung Ausgang rückt). wurde dann getaktet jeweils ein Bit an den Monitorausgang angelegt. Der Takt betrug dafür 20 MHz. War er am Ende der zu übertragenden Bitmap angekommen, legte der Data Taks sich schlafen, bis er den sichtbaren Bereich erreicht hatte, übertrug der nun leere FIFO Speicher Nullen. Da ein Doppelwort Speicherzugriff 1,05 Mikrosekunden dauerte, beschäftigte der Data Task während der aktiven der Zeit zu zwei Drittel den Prozessor. Etwas entspannt wurde dies dadurch, das die sichtbare und damit zu übertragende Bildfläche nur 73 % der Zeit entsprach, in der der Elektronenstrahl die Röhre abtastete. So benötigte in der Summe die Bildschirmausgabe „nur“ die Hälfte der Rechenleistung. Um Verzögerungen des Data-Tasks abzufangen, gab es einen Puffer mit schnellem Zugriff von 16 Worten, 256 Bits, die etwa ein Drittel einer Linie entsprachen.

Der Alto hatte in der ersten Version nur 64 KWorte Speicher, die Bitmaps einer Seite belegten in voller Auflösung 25 KWorte, also fast den halben Speicher. Um Speicher zu sparen, war die Bildschirmverwaltung relativ komplex. Die anderen Computer, die der Autor kennt, haben einen festen, immer gleich großen Bildschirmspeicher, in dem die Bitmaps so angeordnet sind, wie sie bei der Übertragung auf den Elektronenstrahl ausgelesen werden müssen. Die Elektronik muss dann nur linear den Speicher auslesen und bei Übertragung eines neuen Bildes von Vorne anfangen. Beim Alto war dies komplexer. Es konnten mehrere Bitmaps aktiv sein. Jedes Bitmap hatte einen Kontrolblock, der erste an einer festen Adresse. Er informierte über Abmessungen und Position des Bitmaps und die Adresse des nächsten Kontrolblocks. Innerhalb des Bitmaps waren alle Werte in Worten angeordnet, damit war die Größe auch immer ein Vielfaches von 16. Gelesen wurde immer ein Doppelwort, wobei die zweiten 16 Bits (Bit 16-31) immer in der Zeile unterhalb der ersten 16 Bits lagen. Der Vorteil dieser komplexen Technik ist, dass so Speicher gespart werden konnte. Wurde beispielsweise eine Textseite angezeigt, so wurde nur der Teil gespeichert, der auch Text enthielt, nicht die Ränder links, rechts, oben und unten. Bei 1 Zoll Rand verkleinerte das die Abmessungen von 8,5 x 10,5 Zoll auf 6,5 x 8,5 Zoll, also um 38 Prozent. Dies ging noch weiter. Zeilen konnten so eingefügt oder gelöscht werden und das ganze Bild gescrollt werden, indem man einfach Zeiger auf den nächsten Kontrolblock umbog, ohne im Speicher Daten zu bewegen. Das sparte sehr viel Zeit bei Bearbeitungsoperationen.

Der Preis war das beim Bildaufbau die Kontrollblöcke nacheinander abgearbeitet werden mussten und da der Bildschirmaufbau zeilenweise erfolgte, es jeweils einen Pufferspeicher geben musste der angab, wo die Ausgabe gerade ist. Zudem war diese Technik nicht möglich, wenn es im Text mehrere vertikale Elemente gab. Meere Fenster waren so auch nicht möglich. Die Technologie wurde vor allem für den Editor benötigt, der sonst nicht in den Speicher beim ersten Alto gepasst hätte. Arbeitete man mit anderen Programmen oder mehreren Fenstern, so gab es nur einen Kontrolblock, dann für das ganze Bitmap von 808 x 608 Pixeln.

Um die Geschwindigkeit beim Zeichnen zu erhöhen, gab es eine Routine, die auch heute noch bei Grafik so heißt. BitBln Sie konnte rechteckige Inhalte kopieren und dabei auch logisch mit dem bisherigen Hintergrund verknüpfen. Sie war direkt in der Hardware implementiert, nicht in Maschinensprache programmiert. Zweckentfremdet konnte BitBln so auch Linien schnell zeichnen. Nur für das Zeichnen von Buchstaben wurden andere, noch schnellere Routinen verwendet.

Dies verdeutlicht, wie weit entwickelt der Alto in Sachen Grafik war. Die Grafik belegte schließlich auch fast die Hälfte des verfügbaren Speichers. Alle Nachfolger wie Lisa, Macintosh Atari ST oder Amiga hatten eine geringere Auflösung. Erst mit Einführung des Super-VGA Standards – 1988, also 15 Jahre später, wurde diese Auflösung erneut erreicht.

Die Oberfläche

Man gab sich beim Xerox Parc sehr viel Mühe mit dem Design der Oberfläche, zwei Jahre lang wurde sie ausgearbeitet, bevor sie programmiert wurde. Als ich für diesen Artikel recherchierte, stellte ich fest, dass der Alto Featues hatte, die in Windows erst Jahrzehnte später Einzug hielten. Das Grundprinzip war es den Benutzer in seiner Alltagswelt abzuholen und wenn möglich Analogien zur Verfügung zu stellen und Abläufe so zu gestalten wie er es gewohnt ist. Die Idee Dokumente als Icons auf dem Desktop darzustellen entstand so. Im Prinzip sollte der Alto einen Schreibtisch „Desktop“ und gängige Dinge die es in einem „normalen“ Büro gibt elektronisch nachbilden. Der Desktop-Methapher zog sich vollständig durch die Bedienung, während frühe andere visuelle Systeme den Tool-Ansatz hatten. Das heißt, beim Alto öffnet man wie auf dem Schreibtisch ein Dokument, bei anderen Systemen startete man das Textverarbeitungsprogramm und öffnete dann das Dokument. Dieser Ansatz unterscheidet sich von dem, das man ein Dokument über die Erweiterung mit einem Programm verknüpft wie in Windows. Denn das ist nicht eindeutig. Ändert man die Erweiterung, so funktioniert sie nicht mehr. Der Alto merkte sich dagegen in Metainformationen zu jeder Datei mit welchem Programm sie erstellt wurde. Überhaupt war eine wichtige Philosophie, das das Dokument das Herz des Systems ist und nicht die Anwendung.

Ebenso sollte die Komplexität der Bedienung durch generische Kommandos erleichtert werden. Dafür gab es die Philosophie „Verb → Hauptwort“ (übrigens die gleiche wie bei der Bedienung des Apollo Guidance Computers). Dafür gab es die acht Tasten mit Kommandos, die dann im jeweiligen Kontext andere Bedeutung hatten. Die Taste „Delete“ konnte eine Datei löschen, wenn der Desktop aktiv war, aber auch Text in einem Editor. Diese acht Tasten waren einfacher zu merken als zig Shortcuts, die es in anderen Systemen gibt und sie sind schneller, als sich durch Menüs zu hangeln, die zweite Alternative für Aktionen. Das reduzierte auch die Zahl der Modi – darunter versteht man das eine Benutzeraktion sich in verschiedenen Situationen unterscheidet oder überhaupt verfügbar ist.

Ein weiteres Prinzip war das der direkten Manipulation und grafischen Kontrolle, heute Standard bei allen Benutzeroberflächen, doch dafür benötigte z. B. Windows drei Versionen. Es wurden die Objekte selbst angezeigt, und sie konnten mit der Maus einfach manipuliert werden. Öffnete man ein Verzeichnis, so bekam man keine Dateiliste sondern alle Dateien als Icons.

Bei Beobachtungen merkte man, das Sekretärinnen nicht mit dem Benennen von Dateien zurechtkamen. Der Dateiname war als Folge egal, er hatte nichts mit dem Dateityp zu tun. Dokumente jeder Art wurden räumlich gegliedert, indem man sie zusammenfasste, daher auch das Symbol einer Schublade um gleichartige Dokumente abzulegen. Diese Gliederung hatte nichts mit Verzeichnisstrukturen zu tun. Jeder Dokumententyp hatte einen anderen Icontyp, Jedes Icon war 1 x 1 Zoll groß, auf den Bildschirm passten so rund 80 Icons, jedes stand für eine Datei oder ein Objekt (Gerät oder Aktion)

Eine Folge des objektorientierten Ansatzes ist auch, das das jedes Objekt Eigenschaften hat. Eine Datei hat als Eigenschaften z.B. den Dateinamen, Zeichen dem Font, Absätze die Ausrichtung. Diese konnten grafisch angesehen und verändert werden, wofür wiederum die „Properties“ Taste genutzt wurde. Über die Property Taste konnte man die Eigenschaften verändern, bei markiertem Text z.B. die Eigenschaften von Schriftzeichen (zu denen auch eine zweite Ebene von Hoch/Tiefstellung gehörte, Tabulatoren und Absätzen.

Ein Feature das erst 30 Jahre später in Office-Programme und noch später in Windows einzog, ist das der „Progressiven Offenlegung“. Normal ist das ein Programm einem alle Möglichkeiten präsentiert, die man mit ihm durchführen kann. Das führt bei komplexen Programmen zu vollen Menüs in denen neue Anwender sich zuerst einmal zurechtfinden müssen. Der Alto hatte einen anderen Ansatz. Er präsentierte zuerst das, was meistens benötigt wurde und verbarg den Rest, bis der Anwender danach fragte. Das geschah z. B. In den Eigenschaftsdialogen durch die Schaltfläche „other“.

Dazu trug auch bei, dass die Software aus einer Hand stammte, dadurch konnte Xerox einen durchgängigen Stil in der Bedienung und dem Aussehen einhalten. Die Firma heuerte Designer an, um aussagekräftige und leicht verständliche Icons und Dialoge zu schaffen. Die Oberfläche durchlief auch mehrere Iterationen in denen die Symbole und andere Elemente basierend auf den Erfahrungen angepasst wurden. Ebenso dort „erfunden“ und sehr schnell von allen anderen Oberflächen übernommen, ist das Markieren von Nicht-Druckbaren Bereichen, wie Grafiken an deren Ecken es dann kleine Quadrate gab, um sie zu verschieben, vergrößern oder zu strecken.

Der Alto beherrschte schon Mail, zwanzig Jahre bevor dies Windows konnte. Er sollte im Verbund arbeiten, so wie in einem größeren Büro mehrere Sekretär/innen beschäftigt sind. So sollten diese auch Mail und Dokumente austauschen können. Für Menschen ist es dasselbe, ob ich eine Nachricht oder eine Akte austausche, für Computer gab es aber getrennte Programme für Mail und Dateitransfer. Also schuf man ein gemeinsames Programm. Bei Windows ist bis heute Filetransfer (FTP) und Nachrichtentransfer (Email) getrennt. Doch damit kam der Benutzer nicht in Berührung, er musste kein Programm starten. Vielmehr gab es zwei Icons, nachempfunden Ablagekörben, beschriftet mit „in“ und „out“. Eine Datei oder Nachricht verschickte man, indem man sie in den Out Korb ablegte und einkommende Nachrichten änderten das Icon von des Eingangskorbs. Von wem es stammte, wurde auch angegeben. Zog man ein Dokument auf den Drucker so „absorbierte“ er es und druckte es aus.Wo die Analogie nicht gegeben war, wie beim Suchen von Dokumenten erarbeitete man benutzerfreundliche Lösungen, wie beim Suchen wo man in das Suchfeld Text eingab den man im Dokument vermutete „Query by Example“ hieß das ein Jahrzehnt später. Es gab auch schon das kontextsensitive Menü. Es wurde mit der Taste Control+Q aufgerufen und je nach gerade selektiertem Objekt hatte es eine andere Funktion.

Bei anderen Objekten gab es natürlich andere Eigenschaftsdialoge. Auch diese waren kontextsensitiv, so gab es einen kombinierten Such-/Ersetzdialog. Nur wenn man auf die Schaltfläche „Change it“ klickte, erschienen die Zeilen für den Ersetztext und die Optionen für das Ersetzen.

Ein weiterer zentraler Ansatz war WYSIWYG (What you See is what you get). Der Monitor wurde in Größe und Form so gewählt das er eine volle Seite im US-Letter Format anzeigen konnte. Die Auflösung von 72 dpi so, dass sie kompatibel zu dem System von Schriftartengrößen in Punkt war und man nicht umrechnen musste – bei Schriftarten sind 72 Punkte ein Zoll, wählte man eine Schriftart mit 12 Punkt Größe, das entspricht bei den meisten Textverarbeitungen heute der Standardgröße, so entsprach sie genau 12 Pixeln in der Höhe. Die Abbildung war natürlich grob, aber die Auflösung bei der keine Pixel mehr wahrnehmbar waren, war nicht im Speicher unterzubringen. Bei einem Standard-Alto mit 64 Kworten Speicher belegte alleine das Bild die Hälfte des Speichers. Heute haben Monitore in etwa die gleiche bis eine leicht höhere Auflösung (bei 1920 x 1080 Pixel auf einem 24 Zoll Monitor sind es 92 dpi).

Es gab auch Tasten für Operationen die immer die gleichen waren, diese waren mit MOVE, COPY, DELETE,

SHOW PROPERTIES, COPY PROPERTIES, AGAIN, UNDO, und HELP beschriftet. Diese Tasten waren auch nötig, weil es einen Unterschied in der Bedienung zu heute gibt. Das Ziehen mit der Maus gab es noch nicht. Wollte man ein Dokument drucken, so klickte man es an, drückte auf „Move“ und klickte dann den Drucker an. Der Hintergedanke dieser Konsistenz Objekt -Taste - Aktion war auch das es so einfacher war. Hatte man das Prinzip einmal mit einem Vorgang gelernt, konnte man es auch auf andere Dinge übertragen. Das führte erst zur Schaffung dieser generellen Kommandos. Zudem ist es weniger fehleranfällig als das heute übliche Ziehen von Objekten.

Die Darstellung hatte vier Arten von Icons für Objekte, die bearbeitet werden konnten – Dateien, Ordner und Datensätze und eine Reihe von Systemicons für Geräte und Aktionen: file drawers (Aktenschublade), in- and out-baskets, (Ablagen für Ein-/Ausgänge), printers, floppy-disk drives, calculators, terminal emulators, etc.

Einige Jahrzehnte voraus war auch, das der Alto einen 16 Bit Zeichensatz beherrschte, damit man Zeichen in vielen Sprachen abbilden und ausdrucken konnte wie auch Sonderzeichen wie griechische Buchstaben oder mathematische Symbole. Beim Start des Xerox Star war die Sprachunterstützung für Französisch, Deutsch, Italienisch, Spanisch und Russisch eingebaut. Es folgten dann japanisch, chinesisch, arabisch, hebräisch und die restlichen europäischen Sprachen.

Maus

Die Maus war nicht neu, sie wurde schon beim NLS in Stanford eingesetzt. Beim Alto ging es um die Frage, wie viele Tasten sie haben sollte. Rein technisch reicht eine Taste aus, doch Tests ergaben, das Benutzer dann Probleme mit Selektionen hatten. Daher führte man den zweiten Button dafür ein. Ein dritter Button brachte keine nennenswerte Vorteile. Die Maus hatte beim Alto aber trotzdem drei Tasten. Apple meinte, das man mit einem Button auskommt und musste so für die Unterscheidung von „Selektion“ und „Aktion“ den Doppelklick einführen, den Windows, da Bill Gates das Mac Os kopiert hatte, übernahm, obwohl die Microsoft Maus zwei Tasten hatte.

Die Maus war eine mechanische Maus, bei der die Bewegung einer Kugel durch ein Potentiometer erfasst wurde. Sie löste mit ¹/₂₀₀ Zoll auf. Heute beginnt die Auflösung der Maus bei 400 dpi, da auch die Auflösung der Monitore größer ist (bei 200 dpi muss man um quer über einen Full-HD Monitor mit 1920 Pixeln) die Maus zu bewegen sie um 25 cm verschieben). Für die Maus gab es einen eigenen Task, der sie zeichnete. Der Mauscursor war immer 16 x 16 Pixel groß, zeigte aber je nach Situation ein anderes Bild. Der Maustasks las die augenblickliche Position der Maus als X/Y Koordinate aus und zeichnete den Cursor selbstständig, indem er ihn mit dem dazu gehörigen Bildschirmhintergrund ver-OR-te, ohne den Bildschirmhintergrund selbst zu verändern. So musste nicht der Bildschirmspeicher für Mausbewegungen aufwendig verändert werden. Die komplette Steuerung erfolgte so nur per Software.

Die ursprüngliche Maus des Alto hatte drei Tasten. Das System erkannte auch Aktionen die aus Kombinationen der Mausbetätigung und dem Drücken einer Kontrolltaste auf der Tastatur erfolgten und unterschied Aktionen nach Dauer des Niederdrückens eines Mausbuttons.

Massenspeicher

Der Xerox Alto setzte Wechselplatten ein, eine heute ausgestorbene Hardwaregattung. Wechselplatten waren ein Zwitter zwischen Festplatten und Diskettenlaufwerken. Wie Disketten waren sie auswechselbar, wie Festplatten waren es aber Plattenstapel mit starren festen Oberflächen. Eine Festplatte war dagegen hermetisch abgeschlossen, was einen kleineren Abstand der Schreib-/Leseköpfe zum Medium ermöglichte und sie konnten so schneller rotieren. Daraus resultierte eine höhere Datentransfergeschwindigkeit und Kapazität. Allerdings wurde die moderne Festplatte erst 1974 nach dem Alto erfunden die „Winchester“ von IBM. Ebenso gab es die 8 Zoll Diskettenlaufwerke als erster Standard erst nach Entwicklungsbeginn. Vorher waren Festplatten recht groß und Disketten nur einmal beschreibbar (sie dienten nur zum Aufspielen neuer Systemsoftware in IBM 370 Rechnern). Der Alto hatte ein 30 cm großes Wechselplattenlaufwerk das Diabolo 31 oder 44 Platten aufnahm. Die Diabolo Platten hatten eine Kapazität von 4 bzw. 6 MByte, davon waren 2,5 bzw. 5 MByte nutzbar. Die Höhe des Laufwerks lies es zu das zwei Diabolo 31 Platten, aber nur eine Diabolo 44 Platte eingeschoben werden konnte.

Der Diskcontroller hatte 55 Chips, was für die Aufgabe, die auch Fehlererkennung und Korrektur nach dem Manchester Code umfasste, relativ wenig war, das lag daran, dass er auch Teil des Microcodes der CPU war, etwa 150 Mikroinstruktionen entfielen auf die Aufgaben des Diskcontrollers. Er speicherte ausgelesene Daten in 4 eigenen R-Registern. Zusätzlich zu dem Standard-Diskcontroller gab es einen zweiten um einen schnelleren Plattentyp (Calcomp Trident) mit 25 bis 80 MByte Kapazität anzuschließen, da dieser eine höhere Datenrate von 9 Mbit/s gegenüber 1,7 Mbit/s bei den Diabolos hatte.

Zwei Tasks waren für die Datenübertragung aktiv. Der Sektor Task wurde immer ausgelöst, wenn die Festplatte signalisierte das ein neuer Sektor folgte, dafür gab es 12 Löcher über einen Kreis, eine Leuchtdiode schien beim Passieren des Lochs auf einen lichtempfindlichen Empfänger (wie bei einer Lichtschranke) und löste ein Signal aus. Der Sektor Task wurde innerhalb 3 ms aktiviert und prüfte, ob ein Sektor gelesen werden musste und initialisierte den Data Task und legte sich dann schlafen.

Der Data Task wurde alle 10 Mikrosekunden aktiv und lass dann ein Wort ein, das entspricht einer Datenrate von 1,6 Mbit/s, das belegte 20 % der Rechenzeit bei einem Transfer. Er war auch verantwortlich die gesamten Prüfungen, also ob der richtige Sektor anliegt und die Prüfsummen zu berechnen bzw. Gaps und Verwaltungsinformationen auf die Platte zu speichern.

Ein Feature der Speicherung war, das zu Beginn jedes Blocks ein Header gespeichert wurde, in diesem standen Details zu der Datei unter anderem zu welchem File sie gehörte und welcher Block sie in dem File darstellten. So konnte, selbst wenn das gesamte Verzeichnis gelöscht wird, ein Programm alle Dateien aus diesen Headern rekonstruieren – das ist unter Windows bis heute nicht möglich.

Kommunikation

In der Vernetzung war der Xerox Alto seiner Zeit weit voraus. Er war schon angeschlossen an den Vorläufer des Internets, das ARPANET. Als Netzwerktopologie setzte er das ebenfalls im Xerox Parc entwickelte Ethernet ein. Beim Ethernet begegnete man dem Problem, das viele Computer zur gleichen Zeit ein Medium nutzen mit dem Aloha Protokoll – ein Computer lauschte auf der Leitung, und gab es gerade keinen Datenverkehr, so dürfte er senden. Das konnten nun natürlich auch andere Rechner tun, die ebenfalls am Netzwerk hingen und Daten senden wollen. Die Folge war das die Signale sich überlagerten und unleserlich waren. Nun warteten alle Computer eine zufällig lange Zeit, bis sie erneut lauschten und der Computer mit der kürzesten Wartezeit konnte dann seine Daten absetzen. Das Ethernet setzte schon damals auf paketorientierte Übertragung per TCP. Ein Datenpaket war 554 Bytes lang, lauschende Rechner laßen nur die Verwaltungsinformationen aus, um festzustellen, ob ein Paket für sie ist und übersprangen den Rest, was die Prozessbelastung deutlich verringerte. Das Ethernet arbeitete mit 3 Mbit/s. Verbunden wurden die Rechner über Coaxialkabel wie man sie von Antennensteckern beim Fernseher kennt. Die Kabellänge dürfte bis zu 1 km betragen. Bis zu 256 Computer konnten sich in einem Netzwerk befinden. Über Gateways konnten diese Subnetze dann an das ARPANET angeschlossen werden. 1979 waren mehrere Hundert Altos so in 25 Subnetzen über 20 Gateways vernetzt.

Der Ethernet Controller bestand aus 75 MSI-TTL Bausteinen. Er hatte folgende Untergruppen: Phasendekoder, Empfänger Shiftregister, FIFO-Buffer und Synchronisationsregister, Phasenencoder und Interface zur Mikomaschine. Die Verbindung war halb-duplex, sprich, es konnte entweder empfangen oder gesendet werden, aber nicht gleichzeitig. Aufgrund der Limitationen in den Registern konnte der Microcode nicht geshart werden, das hießt der Ethernet Controller konnte nicht parallel zur CPU laufen. Der Task hatte mittlere Priorität, belegte zwei R-Register und umfasste etwa 100 Mikrocode Instruktionen. War er aktiv so beanspruchte er 16 % der CPU-Zeit da er alle 5,44 Mikrosekunden ein 16 Bit Wort las. Um ein Paket zu verwerfen brauchte er 13 Zyklen (2,21 Mikrosekunden), was 20 % der CPU Last entsprach. Die Adressfiltrierung erfolgte im Mikrocode.

Das Ethernet ermöglichte nicht nur den Austausch von Nachrichten und Dokumenten, sondern auch das Starten von Programmen, die auf Wechselplatten anderer Altos sich befanden, die so als File Server dienten. Sinnvollerweise wurden diese dann mit den größeren und schnelleren Platten ausgerüstet. Die kombinierte Datenrate von Ethernet und Diskettenkontroller erlaubte einen Transfer von 80 KByte/s, rund 640 Kbit/s.

Laserdruckeranbindung

Nicht im Standard enthalten war die Verbindung zu einem Laserdrucker. Der Laserdrucker hatte eine Auflösung von 350 dpi, was bei einem 11 x 8,5 Zoll Letter Format rund 4.000 x 3.000 Pixel entspricht. Natürlich hatte der Alto nicht den Speicher um eine ganze Seite abzupuffern, dafür hätte er alleine 1,5 MByte RAM benötigt. So verfiel man auf einen neuen Algorithmus. Man erzeugte die Seitendaten „on the Fly“, das heißt, während die Trommel belichtet wurde, wurden die Daten parallel zum Fortschritt der Belichtung übertragen. Dafür wurde die Seite in Bänder von jeweils 16 Zeilen unterteilt, die mit Inhalt gefüllt wurden. Damit dies schneller ging, gab es Fonttabellen, bei denen man auf schon gerenderte Zeichen zugreifen konnte. So belegte eine Seite nur rund 500 KBit, also 31 KByte an Speicher, das Rendern erforderte aber eine hohe Bandbreite von 12,3 Mbit/s zum Drucker, da nun nichts zwischengespeichert wurde. Entsprechend war diese Zusatzkarte eine der komplexesten und beinhaltete rund 300 IC, auch wenn die Entwickler meinten, gemäß an der Aufgabe wäre das eine geringe Zahl. Typischerweise wurde um Störungen zu vermeiden ein eigener Alto nur als Printserver abgestellt. Da der Laserdrucker zu diesem Zeitpunkt erheblich teurer als ein Alto war, machte das Sinn, zumal das Interface dann bei allen anderen Rechnern im Subnetzwerk eingespart werden konnte.

Software

Der Xerox Star kam auch mit Software. Dies umfasste folgende Programme:

Zuerst wurden Compiler für die Systemsprace BCPL und später MESA entwickelt. Diese waren noch klassische Kommandozeilen Tools und ein Übersetzen umfasste die Einzelprogramme Compiler, Linker, Assembler und Debugger. Ebenso wurde Interlisp adaptiert, für die es auch einen „Emulator“ gab. Bedingt durch den kleinen Standard-Speicher von 64 KWorten war der Sprachstandard von LISP aber begrenzt.

Die Oberfläche des Alto nützte die neue im, Xerox Parc von Alkan Kay entwickelte Sprache „Smalltalk“, mit dem man einen Alto in ein „Dynabook“ verwandeln. Darunter verstand man ein System aus intuitiver Benutzbarkeit und Programmierung mit einer hochwertigen grafischen Ausgabe. Die Programmierung mit Smalltalk ähnelte schon visuellen Entwicklungsumgebungen, wie sie erst Mitte der neunziger Jahre aufkamen. Es gab mehrere Fenster für Programmcode, Ausgabe und grafische Elemente die man ins Programm ziehen konnte.

Weitere Systemprogramme waren der Text-Editor, eine einfache Textverarbeitung ähnlich Windows Write oder MacWrite, ein Grafikprogramm, Programme zum Finden von Dokumenten und Browsen der Verzeichnisse, Email Empfang und Senden.

Alle Programme liefen parallel in eigenen Fenstern. Sie standen miteinander in Kontakt, das heißt, editierte man eine eingefügte Tabelle in einem Textdokument so öffnete sich in einem Fenster die Tabelle und die Änderungen landeten dann im Textdokument. Bei Microsoft sollte es bis Windows 3.0 dauern, bis diese Technologie, dort „OLE“ für „Objekt Linking and Embedding“ eingeführt wurde.

Der Xerox Star

Der Alto war nie dafür gedacht, dass er kommerziell produziert werden würde. Er war dafür auch einfach zu teuer. Wäre er verkauft worden, so hätte man nach üblichen Maßstäben etwa 32,000 Dollar für die Maschine verlangen müssen – wohlgemerkt im Wert von 1973, was nach heutiger Kaufkraft über 100.000 Dollar entspricht. Xerox lieferte den Alto an Universitäten aus. So bekam Stanford 50 Altos. Insgesamt sollen je nach Quelle 1.000 bis 2.000 Altos hergestellt worden sein.

Xerox nahm den Alto und schaute, wie er in ein kommerzielles Produkt umgesetzt werden konnte. Das war auch dank deutlich sinkender Preise für die Hardware Ende der Siebziger Jahre möglich. Seit 1977 wurde an der Kommerzialisierung des Alto gearbeitet. Heraus kam der Xerox Star, komplette Bezeichnung Xerox 8010 Information System. Es wurde im April 1981 angekündigt und am 27.8.1981, 15 Tage nach der Ankündigung des IBM PC ausgeliefert.

Wie beim Xerox Alto bestand der Prozessor aus vielen Bausteinen. Diesmal nicht TTL-Bausteine der 74xx Serie, sondern aus dem AMD 2900 Bitslice Prozessor. Die AM 2900 Serie war eine Reihe von Bausteinen, mit jeweils 4 Bit Breite, aus denen man einen Prozessor zusammensetzen konnte. Aus vier AM2901 ALU konnte man eine 16 Bit Alu basteln, andere Bausteine enthielten Register, erlaubten DMA Zugriff oder hatten einen Zähler. Die Zykluszeit betrug 139 ns, entsprechend einem Takt von 7,2 MHz. Für die RAM-Adressierung gab es 22 Bits, was maximal 4 MWorte (8 Mbyte) RAM ermöglichte. Dies war aber der virtuelle Speicher, der direkt addressierbar waren aber mir nur 18 Bits 256 Kworte.

Die CPU des Xerox Stars war dreimal schneller als ein Alto. Wie beim Alto emulierte die CPU eine Data General Nova 1220. Der „Emulator“ basierte nun aber auf der Programmiersprache Mesa, die ALGOL ähnelte. In ihr wurde auch die Software für den Xerox Star entwickelt.

Inzwischen gab es Floppy Disk Laufwerke und Festplatten, so wurde die Wechselplatte gegen eine Festplatte mit höherer Kapazität – 10, 29 oder 40 MByte anstatt 3 MByte ausgetauscht sie war schneller und hatte eine höhere Datenrate. Alternativ konnte ein 8-Zoll-Floppylaufwerk angeschlossen werden. Das Ethernet hatte auf 10 MBit/s zugelegt – das war 1981 und sollte auch noch 2001 die normale Geschwindigkeit bei Ethernet sein.

Die augenscheinlichste Änderung betraf den Monitor. Er war nun im normalen Format – der des Altos stand noch hochkant. Anders als heute, bedeutet ein Hochkantmonitor eine eigene Fertigung, denn während man bei einem Flachbildschirm jedes Pixel individuell adressieren kann und so auch das dargestellte um 90 Grad drehen kann, muss bei einer Kathodenstrahlröhre jedes Pixel dann übertragen werden, wenn der Elektronenstrahl die Stelle abtastet und bei einem auf hochkant gedrehten Monitor würde das Bild dann nicht zeilenweise, sondern spaltenweise aufgebaut werden. Das bedeutet, der Alto benötigte eine Röhre, die andere Dimensionen als eine normale Röhre hatte. Der Star hatte einen 17-Zoll-Monitor mit einer aktiven Fläche von 11 x 14 Zoll. Wie beim Alto betrug die Pixeldichte 72 dpi, sodass dies 1024 Breite x 808 Pixel Höhe waren. Damit hatte er dieselbe Höhe wie ein Monitor des Alto aber über 400 Pixel in der Breite mehr, man konnte also nach wie vor eine Seite so darstellen, wie sie gedruckt aussehen würde, und zwar in Originalgröße. Verzichtete man auf die nicht gedruckten Ränder links und rechts, so passten nun sogar zwei Seiten auf den Bildschirm, wie man es für DTP benötigt. Entsprechend benötigte er mehr Speicher für ein Bild, doch da der Speicherausbau bei 384 KByte RAM begann – die meisten Altos hatten nur 128 KByte, war dies unkritisch. Der Speicher konnte bis auf 1,5 MByte ausgebaut werden. Ebenso war die Bildwiederholfrequenz von 39 Hertz höher, das reduzierte das Flickern. Wie beim Altos sorgte eine eigene Logik für den Bildschirmaufbau und belegte damit 50 der 90 Mbit/s RAM-Bandbreite. Dies war möglich durch Dual Ported RAMs, das sind RAM die einen normalen Port für den Zugriff durch den Prozessor haben und einen zweiten für den seriellen Zugriff durch die Bildschirmausgabe, oft verbunden mit einem schnellen Zwischenspeicher, da der Speicher sequenziell ausgelesen wird. Es gab auch eine Schnittstelle für einen Matrixdrucker, wenn man den teuren Laserdrucker nicht wünschte.

Der Xerox Star war so nicht nur halb so teuer wie ein Xerox Alto, sondern in allen Parametern besser, teilweise um den Faktor 4. Doch noch immer war er der Zeit voraus. Man konnte einen Xerox Star alleine kaufen, doch er machte als Einzelexemplar wenig Sinn. Der Vorteil lag immer noch darin, dass mehrere Xerox Star einen Verbund bildeten, verbunden über Ethernet. Dokumente konnten so einfach ausgetauscht werden, ein Xerox Star ohne Benutzer konnte mit größeren Platten ausgestattet werden und als Fileserver dienen und ein weiterer einen Laserdrucker ansteuern, der war immer noch teurer war als der Xerox Star selber (das sollte auch noch lange so bleiben, als Apple den ersten Laserdrucker vorstellte, war auch dieser teurer als jeder Macintosh und wurde beworben, als der leistungsfähigste Computer den Apple jemals herstellte). Zwei bis drei Xeros Star für die Benutzer, ein Star als File Server und einem weiteren Star für den Print Server sowie einem Xerox 9700 Laserdrucker (300 dpi, duplexfähig, 2 Seiten/Minute) hoben die Kosten für eine Ausstattung für ein Büro auf 50.000 bis 100.000 Dollar an, rund 25.000 Dollar pro Arbeitsplatz. Eine Sekretärin verdiente damals rund 12.000 Dollar im Jahr, ein IBM PC kostete mit Drucker rund 4.500 Dollar, allerdings ohne Festplatte, die war erst ein Jahr später verfügbar.

Xerox entwickelte das System weiter und benannte es um. 1985 erschien als Nachfolgeversion des Star die Xerox 6085 Viewpoint auch Xerox Daybreak. Es hatte einen wesentlich schnelleren Prozessor. Es war aber immer noch ein Custom-IC von Xerox, programmiert in Mesa, nun mit 32 Bit Architektur und mit 8 MHz getaktet. 22 Bits standen für den RAM-Adressraum, zur Verfügung das waren maximal 4 MWorte. Der Preis blieb hoch – ein System mit 3,7 MB RAM und einer 80-MB-Festplatte und einem 19-Zoll-Monitor kostete 15.000 Dollar. Die Einstiegskonfiguration mit 1,1 MB RAM, 10 MB große Festplatte und 15 Zoll Monitor kostete 4.995 Dollar. Alternative Plattengrößen waren 40 und 110 MB. Der Bildschirm war immer noch ein monochromer, zeigte nun aber Graustufen an. Eine Option war wegen der Dominanz von PCs eine Emulatorkarte mit einem 80186 Prozessor. Sie kostete 900 Dollar Aufpreis, der Xerox 4045 Laserdrucker (10 Seiten/Minute, aber nur 128 KByte Speicher) weitere 4.995 Dollar. Ein 5,25 Zoll Diskettenlaufwerk konnte extern angeschlossen werden, eines mit einer Kapazität von 560 KByte war eingebaut. Es gab als Anschlüsse zwei RS-232 (serielle) Schnittstellen, einen eigenen Laserdruckanschluss und Ethernet. Durch die Rekonfiguration des Microcodes wurde dasselbe System auch als Xerox 1186 mit nativer Unterstützung für die Programmiersprache LISP verkauft. Nimmt man den veröffentlichen Dhrystonewert von 850 und vergleicht man diesen mit Resultaten andere Minicomputern dieser Zeit, dann war sie in etwa so schnell wie eine Motorola MC 68000 mit 10 MHz, also schneller als die Lisa oder der Macintosh. Ein Nachfolger 6085-II hatte einen nochmals doppelt so schnellen Prozessor und wurde mit Scanner als Bildbearbeitungs-PC verkauft.

Danach ging Xerox den gleichen Schritt wie einige Jahre Steve Jobs Firma NeXT – sie bauten keine neue Hardware mehr, sondern konzentrierten sich auf die Software. Die Oberfläche wurde nun „Viewpoint“ genannt und auf die Architektur von Sun Workstations portiert. Xerox lieferte dann Sun-Workstations mit Viewpoint unter eigenem Namen aus.

Der Macintosh und die Lisa

Im November 1979 besichtigte Steve Jobs den Xerox Parc, er erkennt sofort die Möglichkeiten der grafischen Benutzeroberfläche. Einen Monat später erhielt er gegen den Verkauf von 100.000 Apple Aktien an die Xerox Entwicklungsgesellschaft für 1 Million Dollar eine erneute Besuchsgelegenheit, diesmal mit Apple CEO Mike Scott, Chefentwickler Bill Atkinson, Jef Raskin und drei weiteren Entwicklern – gegen den Widerstand einiger Xerox Parc Forscher, die zu Recht fürchteten, dass Apple die Technologie übernehmen könnte. Die Apple Mitarbeiter, so wird berichtet, erkannten sofort das Potenzial und stellten tiefe Verständnisfragen, sodass nun jedem klar war, das Apple diese Technologie übernehmen würde. Einige Xerox Parc Forscher wechselten dann auch zu Apple, wo sie eher die Möglichkeit sahen, dass ihre Visionen zu einem Produkt für jedermann werden könnten. Trotzdem sollte sich der Besuch für Xerox lohnen. Apple ging im Dezember 1980 an die Börse, ein Jahr nach dem Besuch. Am Ende des ersten Börsentags notierte die Apple Aktie bei 30 Dollar, die 100.000 Aktien die Xerox für 1 Million Dollar gekauft hatte, waren nun 3 Millionen Dollar wert. Wenige Monate später verkaufte Xerox die Aktien an der Börse.

Apple entwickelte zuerst die Lisa, so bezeichnet nach Steve Jobs Tochter, auch wenn es offiziell ein Akronym war. Die Entwicklung der Lisa dauerte lange, zum einen, weil Apples Mitarbeiter die Aufgabe als zu einfach einschätzten, zum anderen das Team immer mehr Features auf die „Must have“ Liste setzten. Die Lisa wurde daher wie der Xerox Alto und Star sehr teuer, als sie im Januar 1983 erschien, kostete sie 9.995 Dollar, nach heutiger Währung (2021) rund 28.000 Dollar, in Deutschland wurde sie für 30.000 DM verkauft. Wie der Xerox Star wurde sie bei diesem Preis nicht der erhoffte Verkaufsschlager.

Währenddessen hatte bei Apple Jef Raskin eine zweite Entwicklungslinie gestartet, ein leicht bedienbarer Rechner, der 1.000 Dollar kosten sollte. Er übernahm vom Alto nur das Fensterkonzept, es ist offen, ob dieser Rechner in der ersten Version überhaupt eine grafische Oberfläche hatte (Fenster kann man auch in einer Textumgebung nutzen), hatte, denn er basierte auf dem 8-Bit-Prozessor Motorola 6809E und nur 64 KByte RAM. Er nannte ihn Macintosh nach der beliebten Apfelsorte McIntosh, denn er sollte der nächste Apple II werden, also ein Computer für die kleinen Leute. Steve Jobs flog im Januar 1981 aus dem Lisa-Team und drängte Jeff Raskin aus dem Macintosh Team. Er bestand auf Änderungen und der Macintosh wurde zu einer Billigversion der Lisa, mit kleinem Monitor, weniger Speicher und keinen Ausbaumöglichkeiten. Das Preisziel von 1.000 Dollar war nicht zu halten. Er erschien am 24.1.984, ein Jahr nach LISA für 2.499 Dollar.

Die Apple Lisa war im Prinzip genauso teuer wie der Xerox Star. Sie war zwar nominell 6.500 Dollar billiger, dafür hatte sie aber auch keine Festplatte, sondern Floppydisklaufwerke mit weniger Kapazität und langsamerem Zugriff, keinen Ethernetanschluss und einen kleineren Monitor mit weniger als einem Drittel der Bildpunkte.

Der Macintosh wurde drastisch billiger, aber auf Kosten der Leistung. Mit nur 128 KByte RAM ging bei der mitgelieferten einfachen Textverarbeitung MacWrite schon nach 8 Seiten der Speicher aus, mehrere Programme gleichzeitig zu starten war unmöglich, auch weil MacOS kein Multitasking konnte, mit nur einem Diskettenlaufwerk war praktisch kein Arbeiten möglich, die Auflösung war noch geringer und man konnte ihn anders als die Lisa mangels Erweiterungssteckplätzen auch nicht erweitern. Nach einem fulminanten Start brachen ab Mai 1984 die Verkäufe ein und Apple geriet in Schwierigkeiten. Erst nach dem Weggang Jobs brachte Apple Macintosh Nachfolger heraus, welche die Probleme beseitigten, vorher verweigerte Jobs Änderungen. Mit den neuen Macintoshs, die erweiterbar waren, einen separaten Monitor hatten, kam auch der wirtschaftliche Erfolg zurück. Der erste Macintosh, auch Macintosh 128 wurde bis Ende 1985 also nur zwei Jahre lang gefertigt, mit 500.000 verkauften Exemplaren (geplant waren im ersten Jahr 700.000) war er nicht der erhoffte Erfolg. Zum Vergleich: im Jahr 2012 und 2013 verkaufte Apple 18,15 und 16,5 Millionen Macintoshs.

Nachwehen

Sowohl Apple wie auch Microsoft, bedienten sich an den Entwicklungen von Xerox. Beim Schreiben des Artikels war ich selbst erstaunt, dass der Xerox Alto hinsichtlich Bedienbarkeit und Funktionen der Oberfläche erheblich weiter war, nicht nur als die ersten Versionen von Windows und MacOs, sondern auch deren Fortentwicklung. Wie immer, wenn eine Entwicklung übernommen wird, gibt es juristische Auseinandersetzungen. Als Windows 2.0 noch mehr Elemente von MacOS übernommen hatte, prozessierte Apple gegen Microsoft und so tat es auch Xerox. Sie verklagten am 14.12.1989 Apple wegen Verletzung des Urheberrechts und wollten 100 Millionen Dollar Strafe, Xerox verlor, wie übrigens auch später Apple gegen Microsoft. Die Gerichte befanden, dass die grafischen Elemente so allgemein sind, dass sie nicht geschützt werden können. Es geht auch anders. Digital Research entwickelte auch eine Oberfläche namens GEM (Graphic Enviromental Manager), auch hier gab es Überschneidungen zum MacOS, aber in wesentlich kleinerem Maße. Apple beschwerte sich und Digital Research besserte nach und ersetzte die beanstandeten Elemente durch neue.

Links / Quellen

Die beste Hardwarebeschreibung, auf der ein Großteil des Artikels basiert, des Alto gibt es leider nur auf Papier: Daniel P. Sewiorek, C. Gordon Bell, Sllen Nmewell „Computer Structures Principles and Examples“ S.549 – 580 „Alto a personal Computer“

https://guidebookgallery.org/articles/thestaruserinterfaceanoverview

https://www.digibarn.com/friends/alanfreier/wildflower/Dandelion.htm

http://bitsavers.informatik.uni-stuttgart.de/pdf/xerox/8010_dandelion/610E12460_Xerox_8010_Information_System_Hardware_Reference_Jun88.pdf

https://books.google.de/books?id=2i4EAAAAMBAJ&pg=PA19&dq=infoworld+xerox+6085&hl=de&sa=X&ved=2ahUKEwj68siZrob0AhU7SvEDHRCWBSQQ6AF6BAgFEAI#v=onepage

https://www.old-computers.com/museum/computer.asp?st=1&c=1052

http://www.bitsavers.org/pdf/xerox/alto/

Artikel verfasst am 8.11.2021

Zum Thema Computer ist auch von mir ein Buch erschienen. "Computergeschichte(n)" beinhaltet, das was der Titel aussagt: einzelne Episoden aus der Frühzeit des PC. Es sind Episoden aus den Lebensläufen von Ed Roberts, Bill Gates, Steve Jobs, Stephen Wozniak, Gary Kildall, Adam Osborne, Jack Tramiel und Chuck Peddle und wie sie den PC schufen.

Das Buch wird abgerundet durch eine kurze Erklärung der Computertechnik vor dem PC, sowie einer Zusammenfassung was danach geschah, als die Claims abgesteckt waren. Ich habe versucht ein Buch zu schreiben, dass sie dahingehend von anderen Büchern abhebt, dass es nicht nur Geschichte erzählt sondern auch erklärt warum bestimmte Produkte erfolgreich waren, also auf die Technik eingeht.

Die 2014 erschienene zweite Auflage wurde aktualisiert und leicht erweitert. Die umfangreichste Änderung ist ein 60 Seiten starkes Kapitel über Seymour Cray und die von ihm entworfenen Supercomputer. Bedingt durch Preissenkungen bei Neuauflagen ist es mit 19,90 Euro trotz gestiegenem Umfang um 5 Euro billiger als die erste Auflage. Es ist auch als e-Book für 10,99 Euro erschienen.

Mehr über das Buch auf dieser eigenen Seite.

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