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In Memoriam Ti 99 / 4a

... oder wie man ein gutes Produkt klein bekommt.

Es gab viele Heimcomputer Anfang der Achtziger Jahre, als noch nicht der IBM Uniformismus den Markt beherrschte. Der Heimcomputer TI 99/4a um den es hier geht, ist jedoch ein besonderes System: Anders als alle anderen Rechner, basierte er nicht auf allgemein erhältlichen Chips, sondern einer Eigenentwicklung von Texas Instruments, dem 16 Bit Prozessor TMS 9900.

Es ist aber auch ein Beispiel, wie man einen Computer vermurksen kann - aus Überlegungen heraus, niemand an diesem mitverdienen zu lassen.

Der Mikroprozessor TMS 9900

Ti 99 4A Komplettsystem1968 erfand man bei Texas Instruments (Ti) den Mikroprozessor, verkannte aber das Potential dieser Entwicklung. Trotzdem konnte Ti Anfang der siebziger Jahre den Taschenrechnermarkt erobern mit dem 4 Bit Mikrocontroller TMS 1000. Da Ti nicht nur Hersteller der Taschenrechner sondern auch des Prozessors war, konnte es diese sehr billig herstellen. Zwei der Firmen die damals fast bankrott gingen sollten noch Computergeschichte schreiben: Commodore und MITS. Der 16 Bit Prozessor TMS 9900, der im Juli 1976 erschien, zeigte wiederum den Vorsprung den Texas Instruments hatte. Er war der erste auf dem Markt verfügbare 16 Bit Prozessor, 2 Jahre vor dem Intel 8086 und 3 Jahre vor dem Motorola 68000. Sein Design war inspiriert von der Ti 990 Mini Computerserie, von der er eine "Ein-Chip" Version war. Folgerichtig setzte Texas Instruments diesen Prozessor auch zuerst in größeren Systemen in der Preisklasse von 20.000-50.000 DM ein. Diese Systeme waren Workstations oder Minicomputer mit Festplatten, Bandlaufwerken und 1.2 MB Floppies. Lange Zeit gehörte der Chip zu denen, die nach den CoCom Bestimmungen nicht in den Ostblock exportiert werden dürften.

Anders als bei den 8 Bit Konkurrenten MOS 6502 oder Zilog Z80 war der TMS 9900 ein vollwertiger 16 Bit Prozessor, der erheblich mehr konnte als nur einen Heimcomputer anzutreiben. Er war bei gleichem Takt etwa so schnell wie der 8086, also um einiges besser als die 8 Bit Prozessoren. Der TMS hatte einen sehr guten Instruktionssatz und Interruptmöglichkeiten. Das bestechende war aber die Architektur: Intern hatte der Prozessor nur zwei Register, also sehr wenig. Doch eines davon konnte ins RAM zeigen und dort konnte man auf 16 weitere Register zugreifen. Wenn man für eine Routine mehr brauchte musste man nur dieses Register nun woanders hin zeigen lassen und hatte wieder 16 neue Register - ohne PUSH und POP über den Stack.

Heute erscheint dieses Konzept verrückt, aber als der TMS 9900 gebaut wurde war das RAM schneller als die Prozessoren. Dies änderte sich mit der Zeit und heute ist RAM erheblich langsamer als der Prozessor. Die einzige Einschränkung des TMS 9900 war sein kleiner Adressbereich von 32 KWorten (16 Bit) oder 64 KByte RAM. Weiterhin war der Bus nur 8 Bit breit, wodurch der Prozessor zum Anlegen einer Adresse zwei Takte brauchte. Der TMS 9900 war im Ti 99/4a mit 3 MHz getaktet, obgleich dies relativ langsam war (in anderen Systemen lief er mit bis zu 10 MHz) war er damit doch schneller, als die damals dominierenden 6502 Systeme mit 0.8-1.5 MHz oder den mit 2.5 MHz getakteten Z80 Systemen.

Die Entstehung einer Maschine

1979 erschien für einen Preis von 3000 DM das Vorgängermodell Ti 99/4. Schon er setzte den TMS-9900 Prozessor ein. Später gaben einige Angestellte von Texas Instruments an, sie wollten den Z80 Prozessor einsetzen, bekamen aber ein Handbuch aller lieferbaren Chips vom zuständigen Chef in die Hand gedrückt mit dem Kommentar "Sagen sie mir wo ich den da drin finde". Geplant war dann als Hauptprozessor ein 8-Bit Chip, abgeleitet vom TMS-9900 um die Produktionskosten zu senken, doch die Entwicklung wurde abgebrochen und stattdessen der TMS-9900 eingesetzt, dabei aber der nur 8-Bit breite Datenbus beibehalten und so schon die Geschwindigkeit um 40-50% reduziert.

Wesentlicher Unterschied zum "4a" war das er nur monochrome Grafik konnte. Doch war er der erste Computer der den Heimmarkt anpeilte - Ein Jahr vor dem VC-20 oder ZX-80. Mit der Erscheinung des Ti 99/4a 1981 wurde dieser farbfähig (16 Farben), der neue Videochip TMS 9928A konnte nun auch PAL als Fernsehnorm und der Rechner wurde drastisch billiger und kostete nur noch 2000 DM, ein Preis der laufend sank, bis die letzten Exemplare Weihnachten 1984 für 275 DM verkauft wurden (Seitdem hält man eher den Preis konstant und packt mehr in die "Kisten" hinein.)

Eine Besonderheit des Ti 99/4a war das er nur Chips von Texas Instruments besaß: Zentraleinheit TMS 9900, Videochip TMS 9928A, Soundchip TMS 9919, Joystick / Tastaturcontroller TMS 9901, 8 Speicherbausteine TMS 4116, Taktgenerator TMS 9904 und nicht zuletzt Ti's GROM's. GROM's waren spezielle ROM's mit zusätzlicher Logik. Diese fertigte nur TI und mit normalen ROM's konnte der Ti 99/4a nichts anfangen, so dass Fremdfirmen bei Erweiterungen außen vor waren. Ti betrieb damit ein Vabanque Spiel: Würde der Ti 99/4a ein Erfolg, so wäre der Gewinn immens, da man Computer und Chips selbst herstellte. Bekäme man dagegen nicht genug Stückzahlen los, so wären eigene Chips immer teurer als andere, da Zilog oder MOS Prozessoren für viele Hersteller fertigten und dadurch diese zu günstigen Preisen anbieten konnten.

Texas Instruments war Ende der siebziger Jahre der weltgrößte Halbleiterhersteller. Damals waren Intel und AMD noch kleine Fische im Vergleich zu Ti. Sie hätten mit einem guten Computer den Markt und die Zukunft bestimmen können, doch sie haben diese Chance IBM und Microsoft überlassen.

Der Ti 99/4a - äußerlich ein normaler Heimcomputer

Betrachtet man die nackten technischen Daten so ähnelte der Ti 99/4 vielen anderen Rechnern dieser Zeit: Ein Rechner (die Konsole) mit 16 K RAM (davon zirka 14 K frei), einem 26 K ROM und einem Modulsteckplatz, Erweiterungsbus, Joystickanschlüssen und einen Anschluss für einen Kassettenrekorder. Anders als viele andere Rechner hatte er eine brauchbare Tastatur (wenn auch eine zu kleine), und die Fähigkeit Sprites zu definieren: Figuren die selbstständig vom Videoprozessor verschoben werden, ideal für Spiele.

Nur wer genauer hinsah bemerkte außergewöhnliches. Zum einen war das ROM sehr groß: Es war 26 K groß anstatt wie damals üblich 8-16 K. Auffällig war, das es eine Erweiterungsbox gab mit Steckplätzen und einer eigenen Stromversorgung wie für en IBM PC. Diese Erweiterungsbox gab dem Ti 99/4a Fähigkeiten die über denen eines Heimcomputers lagen. Es konnten 3 Floppylaufwerke, allerdings nur mit je 89 K Kapazität angeschlossen werden, das RAM war auf 48 KByte und das ROM auf 110 KByte ausbaubar. Das USCD Pascal System war installierbar. Ein Sprachsynthesizer konnte 380 Worte ausgeben. Ti sah den Ti 99 als einen universellen Rechner an. Um Programmiersprachen zu lernen, aber auch ihn geschäftlich nutzen zu können. Dazu gab es neben dem damals üblichem Modus von 256 × 192 Punkten oder 32 × 24 Zeichen noch einen Textmodus mit 40 × 24 Zeichen, aber mit den zu kleinen Disklaufwerken war der Ti 99 kein echter Computer für die Arbeit obgleich es alle Programme dazu gab.

Wie man einen schnellen Rechner ausbremst

Werbung für den Ti 99 (1982) Die interne Architektur des Ti 99 ist eine der verrücktesten und Kompliziertesten die ich kenne. Zuerst aber einmal ein Rückblick in diese Zeit. Warum kaufte man sich einen Heimcomputer? Nun wer sich damals einen Computer kaufte, der hatte meist eines vor: Dieses damals noch neue Gerät zu begreifen und Programmieren zu lernen. Natürlich konnte man mit den Rechnern auch schön spielen, doch wer

nur

das im Sinn hatte wich lieber auf eine Spielkonsole wie den Atari 2600 aus, diese waren günstiger.

So war für den normalen Anwender die Geschwindigkeit des BASIC wichtig - diese Programmiersprache war fest eingebaut und begrüßte einen mit einem READY, nicht wie heute das Betriebssystem. Die Diskussion der Geschwindigkeit war damals eine endlose Diskussion, weil die Implementierungen unterschiedlich waren und man schwer einen 6502 mit 0.985 MHz mit einem Z80 mit 3.25 MHz vergleichen konnte. Doch schon damals fiel der Ti 99 dadurch auf, das sein BASIC langsam war. Etwa 2-3 mal langsamer als das des Hauptkonkurrenten Commodore VC-20.

Wie ist das zu erklären? Ein 16 Bit Prozessor mit 3 MHz tickte doch im Ti 99, während der VC-20 einen 6502 mit 1 MHz hatte. Nun das erste was das BASIC ausbremste war, das der BASIC Interpreter nicht direkt Maschinencode erzeugte, sondern wieder einen Code für eine Programmiersprache: GPL. Diese steuerte den Videoprozessor TMS 9928. Von den 26 KByte ROM waren nur 14 für das BASIC, der Rest für das GPL. Wer jemals wie der Autor mit einem interpretierten BASIC gearbeitet hat und den Unterschied zu einem Compiler in der Ausführungsgeschwindigkeit kennt, der schlägt die Hände über dem Kopf zusammen. Schon interpretiertes BASIC ist langsam, aber BASIC das Interpretercode für eine weitere Interpretersprache erzeugt ist Schneckentempo. Noch seltsamer ist die RAM Organisation gewesen. Der TMS 9900 hatten nur 256 Bytes RAM das er direkt ansprechen konnte. Die 16 Kilobyte waren das Videoprozessor RAM. Um also an eine BASIC Programme zu kommen musste der Prozessor Daten vom Videoprozessor anfordern! Die beiden letzten Punkte warum das BASIC so langsam war lag an den 14 Stellen Genauigkeit - Damals rechneten die meisten Heimcomputer nur mit 7 Stellen und waren dadurch schneller, und die GROM's. Diese waren Adressseriell organisiert, d.h. wenn man den Inhalt der Speicherzellen 1000 haben wollte, musste man zuerst die Daten von allen Speicherzellen bis 1000 abrufen.

Warum diese komplizierte Systemarchitektur? Der nahe liegende Grund ist das Texas Instruments keine Konkurrenz zu den größeren Systemen aufkommen lassen wollte. Man musste sich von diesen abheben, die doch denselben Prozessor einsetzten. Doch bald erkannte Ti das man den Rechner zu sehr ausgebremst hatte (er wäre sonst etwa 8 mal schneller gewesen). Es gab ein Erweiterungsmodul namens X-BASIC welches nicht nur den Befehlssatz erweiterte, sondern auch ohne GPL auskam und so doppelt so schnell war. Seine volle Geschwindigkeit erreichte der Ti 99 nur bei Videospielen die als Modul verfügbar warfen. In Wirklichkeit war das Problem dass, das man die Architektur für den 8-Bit Prozessor ausgelegt hatte und der TMS-9900 von schnellem RAM lebte, er hatte nur 3 interne Register und konnte den Registersatz im RAM ablegen. War dieses langsam so war es der ganze Prozessor. Bastler welche die dynamischen RAM's durch statische ersetzten und zusätzlich nach dem Start des Rechners die GROM's ins RAM kopierten, berichteten von Geschwindigkeitssteigerungen um den Faktor 2-2,5. Der Nachfolger des TMS 9900, der TMS 9995 war nicht nur schneller (er führte die Befehle in weniger Taktzyklen aus), sondern er beass um unabhängiger vom RAM zu sein auch 256 Bytes internes RAM in welchem man den Registersatz verschieben konnte.

Ti machte noch einen zweiten Fehler: sie hüteten den internen Ausbau des Rechners wie ein Geheimnis. Er akzeptierte nur GROM's, keine normalen EPROMs, somit waren Anbieter von Fremdmodulen schon außen vor. Es gab aber auch kein dokumentiertes ROM Listing oder Angaben des Erweiterungsbusses. Man konnte nur Peripherie von Ti kaufen und die war teuer. Als von Mitte 1982 der Preis des Ti 99 immer schneller sank - von 999 DM im Juli 1982 auf 275 DM im Dezember 1983 versuchte TI die Verluste über die Peripherie wieder hereinzuholen. Alleine der Prozessor kostete 1983 im freien Markt 100 DM, dagegen ein Z80 oder 6502 10-20 DM. Doch wer zahlt für einen Rechner den er für 500 DM gekauft hat, für 32 K RAM noch mal einen Tausender drauf?

Schuld an diesem Computerkrieg, der auch der Tod anderer Konkurrenten wie Atari oder Tandy wurde war das erscheinen des Commodore C64 im Herbst 1983. Sein Preis von 1395 DM sank innerhalb eines Jahres auf 700 DM, Ti musste mit ihrem 16 K Computer darunter bleiben. Man versuchte noch eine abgespeckte Version den Ti 99/2 einen Rechner mit Gummi Tastatur und dem Nachfolgeprozessor TMS 9995 herauszubringen und auch eine große Version den Ti 99/8 mit 10 MHz Takt und 64 KB - 16 MB RAM war gedacht - diese Maschine hätte sogar einen IBM PC locker abgehängt. Doch im November beschloss man bei Texas Instruments die Notbremse zu ziehen und stellte die Produktion ein. Man kümmerte sich rührend um die Kunden und bot noch lange nach der Gewährleistung Reparaturen und Service an (und das für einen 300 Mark Computer, na ja heute zahlt man 10 mal mehr für Null Service). Fremdhersteller kamen relativ spät auf den Plan und boten zahlreiche Erweiterungen bis zu 128 K RAM oder Grafiktabletts an und machten auch noch zunächst ein gutes Geschäft, schließlich hatte sich der Ti 99 über 2,5 Millionen mal verkauft.

Noch heute sind aber wesentliche Details des Rechners geheim. Da die GROM nicht freigegeben wurden gibt es z.B. kaum PC Emulatoren, außer Sie können sich ein ROM Image besorgen. Der Videochip TMS 9928A wurde noch eingesetzt in den Geräten nach dem MSX Standard - Dem ersten Versuch einen Standard im Heimcomputermarkt zu schaffen.

Die Lehren für die Zukunft

Texas Instruments hat zwei Fehler gemacht, die im Computergeschäft tödlich sind:

  1. Das beste Produkt nützt nichts, wenn es in dem Punkt der dem Kunden am wichtigsten ist (BASIC Geschwindigkeit) der Konkurrenz unterlegen ist.
  2. Wer ein abgeschlossenes System hat, und meint damit mehr zu verdienen, wird meistens weniger verkaufen, weil eine Vielzahl von Peripherie auch preiswertere als die des Herstellers einen Computer attraktiv machen kann.

Die jüngere Vergangenheit zeigt das beide Lehren noch nicht so gut angekommen ist. Beispiel für Lehre 1: Linux: Was nützt es wenn man ein stabiles und überlegenes System hat, wenn es in Benutzerfreundlichkeit mit Windows nicht mithalten kann? Aber hier ist Besserung in Sicht (Von Windows Seite, nicht Linux)

Beispiele für Lehre 2 gibt es mehrere: Sowohl Apple mit dem abgeschotteten Macintosh wie auch IBM mit der Microchannel PS/2 Serie haben ihre Marktführerschaft dadurch verloren, das sie meinten mit einem System mit patentrechtlich geschützten Teilen mehr verdienen könnten. Doch die Konkurrenz bot weiterhin offene Systeme an die mehr gekauft wurden.



© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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 Lebensäufen 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.

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