{"id":14595,"date":"2020-02-09T00:17:48","date_gmt":"2020-02-08T23:17:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=14595"},"modified":"2020-02-09T19:34:18","modified_gmt":"2020-02-09T18:34:18","slug":"der-kassettenrekorder-und-die-heimcomputer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2020\/02\/09\/der-kassettenrekorder-und-die-heimcomputer\/","title":{"rendered":"Der Kassettenrekorder und die Heimcomputer"},"content":{"rendered":"

Was den typischen \u201eHeimcomputer\u201c der Achtziger Jahre auszeichnet, war das er ohne viel Peripherie auskam. Sicher, man konnte die meisten um einen Drucker, Monitor und ein Diskettenlaufwerk erweitern, aber anders als ein echter PC kam er auch ohne aus. Er wurde an einen Fernseher angeschlossen, weshalb die Auflösung der meisten Modelle klein war, typisch 256 \u00d7 192 bis 320 \u00d7 200 Pixel \u2013 mit etlichen Formaten dazwischen. Als Massenspeicher fungierte der Kassettenrekorder. Die Datenraten waren klein. Hier mal einige Datenraten, die ich bei der Recherche zu meinen Artikeln fand:\"\"<\/p>\n\n\n\n\n\n<\/colgroup>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Gerät<\/th>\nStandarddatenrate (Baud)<\/th>\nHohe Datenrate (Baud)<\/th>\nMit Tricks<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Sinclair ZX81<\/td>\n300<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Sinclair ZX Spectrum<\/td>\n300<\/td>\n1500<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
C64<\/td>\n384<\/td>\n1157<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Acorn<\/td>\n300<\/td>\n1200<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Alphatronic PC<\/td>\n300<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Atari 400\/800<\/td>\n600<\/td>\n1200<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
MSX<\/td>\n1200<\/td>\n2400<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Amstrad CPC 464<\/td>\n1000<\/td>\n2000<\/td>\n3900<\/td>\n<\/tr>\n
Apple I<\/td>\n1200<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Falls ihr noch weitere Datenraten kennt, insbesondere die mit Tricks, bitten in den Kommentaren posten, ich ergänze dann die Tabelle.<\/p>\n

Bei durchschnittlich 11 Bits pro Byte (mit Start\/Stop und Prüfbit) liegt die Datenrate in Byte bei weniger als einem Zehntel der Baudrate (1 Baud = 1 Bit\/s). Als ich mich mit den Microdrives des Spectrum und QL beschäftigte, die ja auf einem Magnetband viel höhere Datenraten erreichten habe ich mich gefragt, ob man nicht mit dem Kassettenrekorder deutlich höhere Datenraten erreichen konnte.<\/p>\n

Speicherformat<\/h3>\n

Um zu wissen wie die Daten auf einer Kassette gespeichert wurden sollte man das Format kennen. Die meisten Rechner nutzen das Kanas City <\/a>Standardformat, das schon 1975 verabschiedet wurde. Es sah zwei Frequenzen vor, nämlich 1.200 und 2.400 Hz. Eine \u201e0\u201c wurde durch einen Ton mit einer 1200 Hz Frequenz gespeichert, eine \u201e1\u201c durch einen Ton mit 2400 Hz. Zuerst waren es vier bzw. acht Wellen pro Bit (300 Baud) dann eine bzw. zwei (1200 Baud). Logischerweise konnte man mit der Vorgehensweise nicht mehr als 1200 Baud erreichen, den weniger als eine vollständige Welle pro Bit geht nicht.<\/p>\n

Höhere Datenraten setzten daher andere Verfahren ein. Gemeinsam war aber das man von dem gesamten Frequenzumfang und Lautstärkeumfang den eine Kassette wiedergeben kann nur einen Teil der Frequenzen und meist auch nur eine Lautstärke nutzte.<\/p>\n

Datenrate bei Musik<\/h3>\n

Nun speichern Kompaktkassetten aber normalerweise Musik. Selbst billige konnten Töne bis 12 KHz Frequenz abspeichern und das in variabler Lautstärke. Rein technisch kann man alle Töne als Frequenzen mit unterschiedlicher Lautstärke ansehen, die wenn man sie aufsummiert eine gemeinsame Frequenz bilden. Unser Gehör reicht bis 20 KHz, nimmt aber im Alter ab, sodass selbst teure Kopfhörer meist nicht mehr als 16 KHz wiedergeben, weil kein Erwachsener die ganz hohen Frequenzen noch hören kann.<\/p>\n

Gemäß dem Shannonschen Theorem<\/a> muss man für eine Frequenz von n Hz pro Sekunde 2 n Abtastpunkte anfertigen, um diese digital ohne Verlust zu konvertieren. Jeder Abtastpunkt hat dann eine Lautstärke für die man dann auch m Bits für die Digitalisierung benötigt. Für CD-Qualität wird mit einer maximalen Frequenz von 22 Khz und 16 Bits für die Lautstärke digitalisiert. Es sind es so 2 x 22.000 x 16 = 704 KBit\/s, bei zwei Kanälen (Stereo) sind es dann sogar 1408 KBit\/s. Diese Datenrate liegt also um den Faktor 1000 über dem, was die Hauptcomputer nutzten.<\/p>\n

Nun ist es utopisch diese Datenrate auch einsetzen zu können, denn zum einen gibt es ja auch Störungen wie Rauschen, zum anderen waren die verwendeten Kassetten nicht unbedingt die mit den besten Klangeigenschaften.<\/p>\n

Telefon als Vergleich<\/h3>\n

Ein besseres Analogon finde ich ist die Datenübertragung über das Telefon. Auch hier überträgt man digitale Inhalte, indem man sie analog als Töne überträgt. Beim Telefon gibt es kein Stereo und der Frequenzbereich der übertragen wird, liegt beim analogen Telefon zwischen 300 und 3400 Hz, also bei 3100 Hz. Ohne Kompression, die es damals auch noch nicht gab, kann man mit einem Modem maximal 33.600 Baud übertragen werden. (Die 56 kbaud, die analoge Modems zuletzt erreichten, der V90 Standard, kamen mit einem auf 4 KHz erweiterten Band zustande und waren theoretisch \u2013 ich habe meist um die 39 bis 42 Kbit\/s gehabt). Nach dem Shannonschen Theorem entsprechen 40 Kbit\/s bei 4 KHz Bandbreite rund 5 Bit für die Lautstärke, also 32 Abstufungen \u2013 es ist utopisch zu glauben, dass man über dem Grundrauschen die 65536 Abstufungen die die Abtastung für die CDs vorsieht auch noch heraushören kann. Das Weglassen leiser Töne, die man sowieso nicht hören kann, ist denn auch Grundlage des MP3 Standards<\/a>.<\/p>\n

Digital wurden bei ISDN auf dem gleichen Medium 64 Kbit, bei Kanalbündelung 128 kbit erreicht \u2013 bei Kanalbündelung erfolgt die Übertragung nur in eine Richtung, die Gegenstelle ist also \u201estumm\u201c, das ist aber beim Einlesen oder Schreiben von Computern immer der Fall.<\/p>\n

Gehe ich davon aus, das ein Magnetband eine bessere Qualität, als das Telefon aufweist, so sollte ich also bei der analogen Speicherung mindestens 31 Kbaud erreichen, bei digitaler Speicherung 64 Kbaud, berücksichtigt man das die Kassetten Stereosignale speichern, also zwei Spuren so wären es bei der Übertragung dieses Analogons auf die Kompaktkassette sogar 62 \/ 128 Kbaud.<\/p>\n

Speicherkapazität von Magnetbändern<\/h3>\n

Das obige Beispiel macht klar, das man, wenn man nur die Möglichkeiten der Ausnutzung des ganzen Frequenzspektrums und der Lautstärke ansieht, man viel höhere Datenraten erreichen kann, als die Aufzeichnung von Kassette damals hatte. Allerdings ist eine Kassette ein anderes Medium als die Telefonleitung. Nun werden aber Magnetbänder schon lange in der Informationstechnik eingesetzt und ich habe mir mal die Mühe gemacht zwei Standards der damaligen Zeit, in denen die Information digital und nicht analog gespeichert wurde umzurechnen. Ich habe zuerst die Bitdichte pro Quadratmillimeter berechnet und dann daraus abgeleitet die Datenrate bei der Kompaktkassette mit ihrer Breite von 3,81 mm und der Standardgeschwindigkeit von 47,6 mm\/s.<\/p>\n\n\n\n\n<\/colgroup>\n\n\n\n\n\n
Gerät<\/th>\nDatendichte<\/th>\nDatenrate<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Microdrive<\/td>\n11 Byte\/mm\u00b2<\/td>\n15.000 Byte\/s<\/td>\n<\/tr>\n
QIC-11<\/td>\n23 Byte\/mm\u00b2<\/td>\n4.000 Byte\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Der Quarter Inch Standard<\/a> ist für mich am vergleichbarsten. Ich habe selber einen Streamer mit diesen Bändern gehabt und die Bänder sehen auch aus wie robuste Kompaktkassetten. Sie haben, da sie sehr schnell gespult werden, eine Basisplatte aus Aluminium, auch das Band ist dicker, Aber ich denke die Technologie ist am vergleichbarsten. Das Microdrive ist dagegen ein Endlosband, das relativ kurz ist. Der QIC-11 Standard mit 20 MB auf einem 450 Fuss langen Band erschien 1983, also gerade zur richtigen Zeit. Hier wurde nicht so schnell gespult wie beim Mikrodrive, sodass die Datenrate kleiner war.<\/p>\n

Ein QIC-11 Band hatte vier Spuren, war 137,2 m lang bei 6,35 mm Breite, eine Kompaktkassette dagegen 3,81 mm breit und bei 30 Minuten Spieldauer 42,84 m lang. Da bei der Kompaktkassette die Bandstärke mit steigender Kapazität abnimmt und wohl kaum ein Benutzer lange auf seine Programme warten will, gehe ich im Folgenden von 30 Minuten = 2 x 15 Minuten aus.<\/p>\n

Eine Kompaktkassette hat zwei Seiten, die entsprechen, da das Band genau halb so breit ist wie ein QIC-Band dann auch genau zwei Spuren. Man würde also wie bei der Tonaufzeichnung pro Seite nur eine Spur haben und nicht am Bandende umspulen, um die nächste Spur zu lesen. Nimmt man die geringere Datendichte der Microdrives, die anders als die ersten QIC Tape Streamer bezahlbar waren, so entsprechen die 4,76 cm Geschwindigkeit pro Sekunde beim normalen Lauf rund 1000 Byte\/s, mit Prüfinformationen also 11 kBaud. Nach dem Kansas City Standard wäre dies gleichbedeutend mit einer Frequenz von 11 \/ 22 Khz.<\/p>\n

Voraussetzung wäre nur, dass der Kopf die Daten gleich digital speichert und die umständliche Wandlung, die beim Kassettenrekorder, aber auch den Datasetten die nicht schneller als normale Rekorder, nur teurer waren, wegfällt. Bei dem im CPC 464 verbauten Rekorder konnte man ohne Problem ja schon 3900 Baud erreichen. Die Frage ist dann eher, wie schnell der Computer die Daten verarbeiten kann. Wenn es keine eigene Schaltung dafür gibt, dann hat man in jedem Falle folgende drei Schritte:<\/p>\n