{"id":14512,"date":"2020-01-04T00:38:49","date_gmt":"2020-01-03T23:38:49","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=14512"},"modified":"2020-01-03T10:42:01","modified_gmt":"2020-01-03T09:42:01","slug":"grafik-und-sound-beim-ibm-pc","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2020\/01\/04\/grafik-und-sound-beim-ibm-pc\/","title":{"rendered":"Grafik und Sound beim IBM PC"},"content":{"rendered":"<p>Als IBM den IBM PC schuf, dachte man nicht an Grafik und erst recht nicht an Sound. Der Computer war als Arbeitsger&auml;t konzipiert und da schien dies &uuml;berfl&uuml;ssig. So war es ein langer Weg vom IBM PC zum Spielerechner. Zeit diese Story einmal zu erz&auml;hlen.<\/p>\n<p>Als der IBM PC konzipiert wurde, orientierte man sich bei IBM wohl an den schon verbreiteten CP\/M Rechnern wie von Cromenco, Altos, Northstar. Aber wohl auch an den Terminals, die man vorher f&uuml;r den Anschluss an Gro&szlig;rechner baute. Zwei vorherige Einstiegssysteme von IBM, das System 23 und der 2200 Datamaster waren leicht anders aufgebaut. Sie hatten die Laufwerke und den Monitor in einem Geh&auml;use und daran fest angebracht die Tastatur. Demgegen&uuml;ber war es schon damals Standard, das Tastatur und Bildschirm getrennt wurden, auch weil dies f&uuml;r den Hersteller es dahin gehend vereinfachte, dass er diese Ger&auml;te nicht selbst produzieren musste, sondern nur genormte Schnittstellen einsetzen musste.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg06.met.vgwort.de\/na\/4bec12c0f2d74708bb6a7fdd7352e4d4\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><!--more--><\/p>\n<p>Typische CP\/M Rechner hatten eine reine Textdarstellung, &uuml;blicherweise mit 80 x 25 Zeichen. Das kostete auch wenig Arbeitsspeicher, denn so ben&ouml;tigte man maximal 2000 Bytes Bildschirmspeicher f&uuml;r die 80 x 25 Zeichen. Das Bitmuster konnte man einem ROM entnehmen. So verblieb bei 64 KByte Arbeitsspeicher m&ouml;glichst viel Platz f&uuml;r die Anwendungsprogramme.<\/p>\n<p>&Uuml;ber Spund verf&uuml;gten diese Rechner auch nicht. CP\/M kannte lediglich einen Bieps, den es bei Fehlaktionen gab.<\/p>\n<p>Entsprechend war das Ger&auml;t, der IBM PC ausger&uuml;stet. Etwas seltsam, auch f&uuml;r diese Zeit war, das man sich nicht entschlossen hatte die Text\/Grafikf&auml;higkeiten auf dem Mainboard unterzubringen. Es war zwar damals normal, dass man nicht alle Teile des Computers auf dem Mainboard integrieren konnte \u2013 das sollte auch noch bis in die Neunziger so bei IBM Kompatiblen bleiben, aber die Textdarstellung ist so elementar, das dies eigentlich bei allen Ger&auml;ten dieser Zeit auf dem Mainboard untergebracht war.<\/p>\n<p>Stattdessen offerierte IBM zwei Karten daf&uuml;r:<\/p>\n<p>Den Monochrome Display Adapter (MDA): Er konnte nur Text darstellen. Zwar in f&uuml;r die damalige Zeit beindruckender Sch&auml;rfe mit 9 x 14 Pixeln pro Zeichen (entspricht bei 80 x 25 Zeichen 720 x 348 Pixel). Dazu gab es noch Attribute wie fett, unterstrichen, blinkend, invers die auch kombiniert werden konnten und so zumindest der Druckdarstellung nahe kamen. Aber wie bei den Textmodi der schon etablierten Rechner lag die Pixelmatrix jedes Zeichens in einem ROM und so war keine Grafik m&ouml;glich. Benutzte man die 128 Zeichen jenseits des standardisierten Bereichs von Code 128 bis 255, so konnte man Blockgrafik mit 160 x 50 Pixeln erstellen oder R&auml;nder ziehen. Einen Vorteil hatte die Karte aber: Sie hatte auch den Druckerport integriert, der ebenfalls auf dem Mainboard fehlte.<\/p>\n<p>Den Color Graphics Adapter (CGA): Dies war eine Karte mit drei reinen Grafikmodi:<\/p>\n<ul>\n<li>320 x 200 Pixel in vier Farben, davon eine Schwarz<\/li>\n<li>640 x 200 Pixel in zwei Farben, davon eine Schwarz<\/li>\n<\/ul>\n<p>Die Aufl&ouml;sung war nicht besser als bei vielen Heimcomputern dieser Zeit. Zur selben Zeit bot z.B. der ebenfalls auf dem <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/8086.shtml\">8088<\/a> aufgebaute <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/peddle.shtml\">Sirius<\/a> 1 800 x 400 Pixel in monochrom. Besonders verh&auml;ngnisvoll war, das die CGA elementare Nachteile hatte:<\/p>\n<ul>\n<li>Es fehlte bei ihr der Druckerport, der auf der MDA-Karte drauf war, ihn musste man also noch separat beschaffen, was weitere Kosten bedeutete und einen der Steckpl&auml;tze belegte \u2013 bei nur f&uuml;nf Steckpl&auml;tzen, davon in der Regel schon drei mit Speichererweiterung (das Basisger&auml;t war auf maximal 32 KByte aufr&uuml;stbar), Diskkontroller und CGA Karte belegt, ein Manko.<\/li>\n<li>Im Textmodus war die Pixelmatrix mit 8 x 8 Pixeln viel gr&ouml;ber als beim MDA-Adapter.<\/li>\n<li>Man konnte die CGA-Karte nicht an den Monochrommonitor anschlie&szlig;en, man ben&ouml;tigte einen zweiten Farbmonitor, der mit den Composite-Signalen umgehen konnte. Das hei&szlig;t man hatte zwei Monitore auf dem Tisch und Farbe kostete mindestens 800 Dollar Aufpreis \u2013 das war der Preis, den man damals f&uuml;r einen Atari 800 also einen vollwertigen Computer zahlte. Selbst der Apple II in der Basisversion war mit 1.095 Dollar nur unwesentlich teurer.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Als 1983 die Hercules Karte (von einem Drittanbeiter) erschien, die die MDA-Aufl&ouml;sung mit einem Grafikmodus (720 x 348 Pixel, aber nur monochrom) kombinierte, war sie daher vom Start an ein Verkaufsschlager und viele kompatible Rechner setzten die Hercules Karte als Standard ein. F&uuml;r Businiessanwendungen musste es nicht unbedingt farbig sein, denn was es an Grafiken gab waren Kurven oder Diagramme, die in der Regel auch ausgedruckt wurden und Drucker waren dort meist auch nur monochrom. Damit endete das erste Kapitel der Grafikstandards beim IBM PC<\/p>\n<p>1984 erschien das Nachfolgemodell IBM AT \u2013 AT steht f&uuml;r Advanced Technology. Nun mit dem 286-er Prozessor. IBM hatte hinzugelernt und die neu eingef&uuml;hrte EGA-Karte, die man auch in einem &#8222;normalen&#8220; PC verbauen konnte, hatte nun eine h&ouml;here Aufl&ouml;sung von 640 x 350 Pixeln. Damit hatte sie fast die gleiche Aufl&ouml;sung wie die MDA Karte und zeigte Text fast genauso scharf an. (allerdings in einer 8 x 14 anstatt 9 x 14 Matrix). Diesmal waren auch im h&ouml;chsten Farbmodus 16 Farben m&ouml;glich, die Modi der CGA Karte gab es zus&auml;tzlich, auch hier immer mit 16 Farben. Die EGA Karte ersetzte so MDA und CGA Karte, Trotzdem hatte man auch hier das Konzept nicht richtig durchdacht. So hatte die Karte zuerst nur 64 KByte Speicher, f&uuml;r den h&ouml;chsten Modus brauchte sie aber 112 KByte. So musste man entweder mit 640 x 350 Pixeln in zwei Farben leben (hatte also nur eine Hercules-Graphikkarte) oder man setzte eine Piggyback Platine mit weiteren 64 KByte Speicher auf.<\/p>\n<p>Ein weiterer Nachteil aller Grafikmodi bisher war das sie nicht dem Seitenverh&auml;ltnis des Monitors entsprachen \u2013 Kreise sahen also aus wie Ellipsen. Andere Grafiken wie Diagramme waren gestreckt oder gestaucht. Bei dem Seitenverh&auml;ltnis von 4:3 h&auml;tte man 480 Pixel in der H&ouml;he ben&ouml;tigt.<\/p>\n<p>Fremdhersteller, die es nun schon gab, wie Genoa umschifften diese H&uuml;rden und brachten gleich Karten mit 128 KByte Speicher heraus (lies auch einen besseren 640 x 400 Pixel Grafikmodus zu) oder f&uuml;hrten bei mehr Speicher, wie Karten von ATI oder Paradise, neue Modi wie 720 x 540 oder 640 x 480 ein die das 4:3 Verh&auml;ltnis hatten.<\/p>\n<p>1987 machte IBM einen gro&szlig;en Schritt \u2013 allerdings in die falsche Richtung. Inzwischen hatte sich der Markt von IBM gel&ouml;st. Firmen warteten nicht darauf, dass IBM eine neue technische L&ouml;sung auf den Markt brachte und kopierten diese, sie schufen selbst Hardware die IBM kompatibel war. Das begann 1986 als Compaq nicht warten wollte bis IBM einen <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/compaq.shtml\">Rechner<\/a> auf Basis des <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/80386.shtml\">386 Prozessors<\/a> schuf. Bei Grafikkarten gab es schon damals eine breite Landschaft an Karten mit Modi, die &uuml;ber die von IBM herausgingen und es gab auch Multisyncmonitor die sich auf die unterschiedlichen Frequenzen einstellten (jede &Auml;nderung der Aufl&ouml;sung hat eine &Auml;nderung der Zeilenfrequenz und Bandbreite als Folge).<\/p>\n<p>1987 f&uuml;hrte IBM die PS\/2 Serie ein. Damit auch die VGA Grafikkarte (Video Graphics Adapter). Sie zog nun eigentlich nur noch mit den schon etablierten Standards bei Drittanbietern gleich, das hei&szlig;t, sie f&uuml;hrte einen zus&auml;tzlichen Gtafikmodus im korrekten 4:3 Verh&auml;ltnis mit 640 x 480 Punkten in 16 Farben. Von Bedeutung bis heute sind die Textmodi, die maximal 80 x 25 Zeichen mit 9 x 16 Pixeln (Ingesamt 720 x 400 Pixel) darstellten in 16 frei w&auml;hlbaren Farben. Sie sind bis heute Grundlage f&uuml;r Konsolenanwendungen unter Windows und Linux. Neu war auch ein 320 x 200 Pixel Modus mit 256 Farben, der sich wegen der niedrigen Aufl&ouml;sung aber nur f&uuml;r Spiele eignete.<\/p>\n<p>IBM wollte mit der PS\/2 Serie auch neue Bussysteme einf&uuml;hren und das klappte nicht. Als Folge verlor die Firma noch mehr an Marktanteilen und so blieb VGA der letzte Grafikstandard der sich allgemein durchsetzte und bis heute in Teilen, z.B. bei Videograbbern eingesetzt wird.<\/p>\n<p>Die folgenden Jahre blieben nicht ohne neue Grafikstandards, diese kamen nun aber durch Dritthersteller, die einfach die Aufl&ouml;sung st&uuml;ckweise h&ouml;her setzten: 800 x 600 und 1024 x 768 erschienen \u2013 wie gehabt in 16 Farben. Sp&auml;ter wurden die Modi daf&uuml;r auch durch die VESA standardisiert. Es begann die &Auml;ra der VESA-Kompatiblen Super-VGA Karten. Das grundlegende Manko war, das diese F&auml;higkeiten nicht standardisiert waren, das bedeutete, das ein Hersteller zu einer Karte eine Diskette mit Treibern f&uuml;r wichtige Anwendungsprogramme wie Autocad, Programmierumgebungen wie Turbo Pascal oder grafischen Betriebssystemen wie Windows auslieferte. Spiele verlie&szlig;en sich meist nicht darauf und nutzten nur den kleinsten gemeinsamen Standard, das war VGA.<\/p>\n<p>Windows war lange Zeit kein Thema f&uuml;r PCs und damit auch Grafik. Die erste Version von Windows 1.0 erscheint 1985, versp&auml;tet und so Ressourcen verbrauchend, dass sie sich kaum verkaufte. Windows 2.0 wurde nur noch aufgelegt, weil man schon die Programme Excel und Winword vertrieb und die weitere Funktionen ben&ouml;tigten. Dann sollte Windows eingestellt werden, das war 1987 und Microsoft konzentrierte sich auf die Arbeit zusammen mit IBM an OS\/2.<\/p>\n<p>Der Umschwung kam durch Tools, die es erm&ouml;glichten im Proctected Mode Windows zu debuggen, was vorher nicht m&ouml;glich war. Windows war bisher ein Aufsatz f&uuml;r DOS, das ausschlie&szlig;lich im Real Mode, also der Betriebsart des 8086 arbeitete. Damit stahl es wertvollen Speicher im DOS-Bereich (die ersten 640 KByte) und ein abst&uuml;rzendes Programm lies auch Windows abst&uuml;rzen oder ein unkooperativen Programm blockierte das ganze System. Der Protected Mode des 286 ers war zwar nicht der neueste Modus \u2013 der 386 hatte einen weiteren eingef&uuml;hrt, der 4 GB adressierte und volle 32 Bit Instruktionen bot, aber er erlaubte es immerhin einzelne Programme im Real Mode zu isolieren und 16 MB Speicher zu adressieren. Grundvoraussetzung f&uuml;r ein stabiles Betriebssystem. Leider war es eine Einbahnstra&szlig;e \u2013 man konnte vom Real in den Protected Mode wechseln, aber nicht umgekehrt und alle Programmentwicklungssysteme von Microsoft arbeiteten eben im Real Mode, womit man Windows bisher nicht in den Protected Mode portieren konnte. Mit diesen neuen Werkzeugen ging Microsoft die Version 3.0 an, die zwar immer noch deutlich instabiler als das heutige Windows war, aber immerhin deutlich besser als die vorherigen Versionen. F&uuml;r die zahlreichen DOS Programme, die immer noch liefen, konnte Windows auch jeweils eine Umgebung mit viel Speicher bereitstellen und Windows 3.0 nutzte erstmals den Speicher &uuml;ber 1 MByte der nun eigentlich bei jedem neuen Rechner verbaut war aber vorher nur &uuml;ber Treiber oder als RAM Disk nutzbar war.<\/p>\n<p>Mit Windows &auml;nderte sich f&uuml;r Grafikkarten dahin gehend die Situation, als das man nun nicht mehr Dutzende von Tribern, sondern nur noch einen f&uuml;r Windows bereitstellen musste. Mit der grafischen Oberfl&auml;che kam nun auch der Wunsch nach mehr Farben auf um sie aufzuh&uuml;bschen und so gab es bald Grafikkarten mit 256, 65536 und 16 Millionen Farben entsprechend ein, zwei oder drei Bytes pro Pixel.<\/p>\n<p>Eine neue &Auml;ra l&auml;uteten die ersten Grafikkarten ein, die Windows Funktionen beschleunigten. Die Windows API besteht aus einfachen Routinen f&uuml;r das Zeichnen von Linien, Fl&auml;chen, Ausgeben von Text als Bitmap. Anstatt das dies ein Treiber macht, begannen Grafikkartenhersteller diese Funktionen als Hardware zu verankern, was die Darstellung deutlich beschleunigte. Das war Anfang der Neunziger. Es erschienen erste Grafikbenchmarks und die ersten Skandale als Hersteller erkannten das in einem besonders h&auml;ufig verwendenden Benchmark von Zeitschriften des Verlags Ziff Davies immer dieselben Operationen durchgef&uuml;hrt wurden und dann schummelten.<\/p>\n<p>Die &Auml;ra der heutigen Grafikkarten begann 1995 mit Windows 95 und der Einf&uuml;hrung von DirectX. Bisher spielte Windows f&uuml;r Spiele keine Rolle. Die liefen immer noch unter DOS, weil der Zugriff auf die direkten Pixel &uuml;ber Windows viel zu lange dauerte und es keinen Fulls-Screen Modus gab. Microsoft wollte dies &auml;ndern und f&uuml;hrte mit DirectX eine Schnittstelle ein, die n&auml;her an der Hardware war, aber auch Funktionen f&uuml;r wichtige Dinge bot die Spiele ben&ouml;tigen wie das Zeichen von Texturen. Nun begann die &Auml;ra der Windows Graphics Beschleuniger (WGA), ein prominenter Vertreter, der erste Stunde war, der Voodoo Chipsatz. Er bot erstmals in der Hardware die Berechnung von 3D Welten. Damit setzte sich nicht nur DirextX als Spielplattform durch, sondern auch die Architektur der 3D-Beschleuniger. Auch wenn die Hardware heute komplexer ist \u2013 im wesentlichen ist das bis heute die Hauptaufgabe von Grafikkarten. Anstatt das es auf hohe Aufl&ouml;sung ankommt, stehen die Frameraten bei Spielen im Vordergrund.<\/p>\n<p>Etwa seit Anfang der Zweitausender Jahre zogen die Grafikfunktionen in den Chipsatz, f&uuml;r den normalen B&uuml;roeinsatz, selbst die hardwareseitige Dekodierung von komprimierten Videos ben&ouml;tigt man heute keine Grafikkarte, entsprechend werden auch noch 75 % der PC nur mit der Onboardl&ouml;sung verkauft. In den letzten Jahren br&ouml;ckelt das wieder. Die Ryzen Familie von AMD hat in der Regel keine Grafikkarte an Bord, die Spitzenmodelle von Intel auch nicht (die Serverfamilie Xeon hatte noch nie Grafik im Chipsatz).<\/p>\n<p>K&uuml;rzer kann man es beim Sound machen: die F&auml;higkeiten beim Sound des Ur-PC waren noch schlechter als die Grafikf&auml;higkeiten. Es gab nur einen kleinen eingebauten Lautsprecher und der konnte nur reine T&ouml;ne spielen \u2013 Selbst billige Heimcomputer konnten dies drei Frequenzen simultan abspielen, und ohne Eingriff von Au&szlig;en auch die Tonh&ouml;he und Lautst&auml;rke &uuml;ber H&uuml;llkurven ver&auml;ndern. So verwundert es nicht das es zusammen mit der Investition in eine CGA-Karte samt Farbmonitor hohe H&uuml;rden f&uuml;r ein Spiel gab und es anfangs wenige gab.<\/p>\n<p>Das blieb lange auch so. Ende der Achtziger Jahre kam die Adlib Carte auf den Markt. Sie war eine reine Synthesizer Karte mit einem Tongenerator der, dem einem Heimcomputers entsprach. Damit konnte man Musik ausgeben, was Spiele als Hintergrundmusik nutzen. Die vom Benutzer aber erwarteten Ger&auml;usche wie Explosionen, Zapps oder &Auml;hnliches konnte diese Karte nicht ausgeben.<\/p>\n<p>Die erste richtige L&ouml;sung und der de Fakto Standard f&uuml;r 10 Jahre war der Soundblaster. Er konnte nun Ger&auml;usche ausgeben die als Wave-Dateien gespeichert waren. Das waren aufgenommene und damit echte, nicht synthetisierte Ger&auml;usche. F&uuml;r die Musikuntermalung hatte er noch einen Synthesizer an Bord der Adlib kompatibel war. Mit dem Onboard Lautsprecher klang das nicht besonders gut, daher verf&uuml;gten beide Karten &uuml;ber handels&uuml;bliche 3,5 mm Klinkenbuchsen in dem man handels&uuml;bliche Audiohardware wie Stereoanlagen oder Kopfh&ouml;rer anschlie&szlig;en konnte, am beliebtesten waren jedoch Soundsysteme aus zwei bis f&uuml;nf Lautsprechern, die man neben und unter dem Monitor platzierte.<\/p>\n<p>Diese Zusatzkarten verloren Anfang der Zweitausender Jahre an Bedeutung, weil zum einen die DOS Spieleplattform uninteressanter wurde, Windows aber eine API analog DirectX f&uuml;r Sound (DirectSound, sp&auml;ter Multimedia Api) implementierte &uuml;ber die Windows die Erzeugung von Spielkl&auml;ngen &uuml;bernahm. Gleichzeitig zogen elementare Soundf&auml;higkeiten in den Chipsatz ein. Heute gibt es neben den obligaten Anschl&uuml;ssen f&uuml;r Kopfh&ouml;rer und Mikro etliche mehr f&uuml;r Surround Sound. Dezidierte Soundkarten werden nur noch selten f&uuml;r Spiele eingesetzt, vielmehr wenn Musik digitalisiert wird, z.B. ein externes Keyboard angeschlossen ist. Als Hardwarel&ouml;sung sind dabei die Latenzen besonders gering. Das ist wichtig, wenn eine neue aufgenommene Spur zeitlich exakt zu den Spuren passen soll, die gerade abgespielt werden.<\/p>\n<p>So siehts aus \u2013 jetzt kommst Du!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Als IBM den IBM PC schuf, dachte man nicht an Grafik und erst recht nicht an Sound. Der Computer war als Arbeitsger&auml;t konzipiert und da schien dies &uuml;berfl&uuml;ssig. So war es ein langer Weg vom IBM PC zum Spielerechner. Zeit diese Story einmal zu erz&auml;hlen. 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