Gefeliciteerd met de 45ste verjaardag van de IBM PC en Model F/XT

Vandaag, 45 jaar geleden op 12 augustus 1981, veranderde het computerlandschap voorgoed. IBM lanceerde de Personal Computer (type 5150), wat een reeks gebeurtenissen in gang zette die definieerden wat de meeste mensen vandaag de dag onder een PC verstaan, ook al was dit niet de eerste computer die "personal" werd genoemd. Het was het voertuig dat de populariteit van x86 in zowel kantoren als woningen startte.

De langetermijnlevensvatbaarheid van de PC was geen prestatie die IBM alleen behaalde; de markt voor IBM-compatibele "clone"-pc's hielp de prominentie van het ecosysteem te behouden. Persoonlijk geloof ik dat een groot deel van het aanvankelijke succes van de PC te danken was aan het toetsenbord. Hoewel velen het erover eens zullen zijn dat de indeling niet perfect was, was het zeker een competent en degelijk gebouwd toetsenbord: de Model F/XT. Om dit op de meest passende manier voor Admiral Shark's Keyboards te vieren, kijken we naar dit toetsenbord, waar het vandaan kwam en wat het is geworden, inclusief de context van wat leidde tot de IBM PC en wie daarachter zat.

De aanloop

Voordat de PC verscheen, bracht IBM producten uit die dicht bij een persoonlijke computer lagen, en experimenteerde het bedrijf gedurende de jaren 70 met het idee van een personal computer. Het typenummer van de PC, 5150, plaatst het in de lijn van de 5100 Portable Computer en de 5110 en 5120 Computing Systems. De 5100 was op zijn beurt een evolutie van een prototype-computer bekend als SCAMP (Special Computer APL Machine Portable), ontwikkeld bij het IBM Palo Alto Scientific Center in 1973. William C. Lowe, destijds een executive in de IBM General Systems Division (GSD), wordt beschouwd als instrumenteel in het stimuleren van dit prototype. De 5100 werd door sommigen in de media bestempeld als een "personal computer", maar hij was erg duur en onbereikbaar voor velen. Wel was hij merkwaardig omdat hij draagbaar was (voor 1975), wat werd benadrukt als IBM's kleinste computersysteem tot dan toe.

Tommy R. Hardy, inmiddels een veteraan-ontwerper bij IBM, bedacht enkele tussentijdse ideeën voor een persoonlijke computer, waaronder de "Yellow Bird" in 1976 en de "Aquarius" in 1977. Beiden waren vaag wigvormig, met een vormfactor die niet ongelijk was aan de latere Commodore VIC-20 en 64, zij het groter. De Aquarius bereikte zelfs het stadium van een pre-productieprototype, maar werd uiteindelijk afgewezen vanwege een gebrek aan vertrouwen in het gebruik van bubble memory-modules. Toen Atari's 8-bit computers in 1979 werden gelanceerd, overwoog IBM ook om Atari over te nemen en de Atari 800 als basis voor de PC te gebruiken. Hardy ontwierp hiervoor een parelwitte, met het IBM-logo voorzien 800, maar dit idee ging niet verder. Het volgende belangrijke project was de Datamaster.

Datamaster

Het is onmogelijk om een discussie over de PC en het toetsenbord te voeren zonder de IBM System/23 Datamaster te noemen; een invloedrijke ervaring voor IBM die hen hielp bij de ontwikkeling van zowel de PC als het toetsenbord. De 5322, de originele "desktop" (all-in-one) Datamaster, werd uitgebracht in juli 1981. Deze werd gevolgd door de 5324 "floortop" (tower) Datamaster, aangekondigd op 18 mei 1982. Dit waren Intel 8085-gebaseerde microcomputers bedoeld voor het draaien van zakelijke applicaties geschreven in BASIC.

De ontwikkeling van de Datamaster begon in februari 1978 en de hardware was klaar in juli 1980. Echter, zoals herinnerd door IBM-ingenieur David J. Bradley, die aan de Datamaster werkte, werd de lancering met een jaar uitgesteld tot slechts een maand vóór de PC. Dit kwam doordat IBM besloot de BASIC van de Datamaster meer in lijn te brengen met de implementatie van de IBM System/34 midrange computer. De styling van de 5322 wordt toegeschreven aan Hardy via het Amerikaanse designpatent (275,285), ingediend op 4 februari 1980. Het ontwerp was destijds grotendeels gelijk aan het eindproduct, hoewel de toetsenbordindeling iets verschilde, met extra toetsen en een niet-getrapte Enter-toets.

Het Datamaster-toetsenbord vormt de basis voor elk ander toetsenbord dat vandaag wordt besproken. Het is momenteel de vroegste bevestigde Model F-toetsenbordimplementatie die op de markt kwam, wat spoedig zou uitbreiden tot een hele familie van IBM-vlaggeschiptoetsenborden die prominent waren in de eerste helft van de jaren 80. Ze maken allemaal gebruik van capacitive buckling springs (capacitieve buckling-veren), een schakelontwerp van Richard Hunter Haris (U.S. utility patent 4,118,611). Hierbij drukt het indrukken van een toets een metalen spiraalveer naar beneden, die uiteindelijk "catastrofaal" knikt (buckles), waardoor een klein plaatje van capacitief materiaal op een capaciteits-sensitieve PCB (de "pad card") wordt bewogen. De behuizing waarin dit geheel zit is grotendeels metallisch, met een stalen frame dat de schakelhulzen aan de bovenkant vasthoudt en een meestal gechromatiseerde stalen basisplaat aan de onderkant.

Het 5322-toetsenbord is een complete sub-assemblage (CSA) die in de host-Datamaster zit. De toetsen zijn gerangschikt in een indeling afgeleid van het Model B-gebaseerde IBM 5251/5252 Display Station Typewriter Keyboard, wat IBM's meest directe en algemene grote toetsenbordontwerp vóór de Datamaster was. De genoemde pad card bevat een 12x8 toetsmatrix en een Intel 8048 als controller. Het toetsenbord gebruikt een parallelle interface waarbij een geïnverteerde 7-bit scancode gelijktijdig over verschillende scanbit-lijnen wordt verzonden. Net als de indeling zijn ook de scancodes afgeleid van de 5250-familie. Aan de ontvangende kant heeft de Datamaster, volgens RetroAND (bitspassats.com), een 8255 Programmable Peripheral Interface geconfigureerd voor mode 1-input. Omdat het toetsenbord volledig intern is, verbindt het zich direct met het moederbord van de 5322 via een 8x2 header.

Omdat de 5324 een gedistribueerd systeem is, is de versie van het toetsenbord discreet en verbindt deze met de host via een kabel met een DB-25-connector. Chronologisch gezien werd dit na de PC uitgebracht, waardoor de styling is afgeleid van het PC-toetsenbord, maar met een aanzienlijk grotere afdekset en iets langere steunpootjes. Het wordt soms verward met het IBM 5291/5292-toetsenbord, maar het 5324-toetsenbord heeft een grotere rand (bezel), waardoor het soms de bijnaam "bezelmaster" Model F-toetsenbord krijgt. Het 5324-toetsenbord hergebruikt de CSA's van de 5322, maar voegt een "keyboard adapter card" toe vóór de externe kabel. Zoals uitgelegd door RetroAND, bevat deze positieve buffers en dubbele negaties voor de controlesignalen, waarschijnlijk om ruis te verminderen. In feite bereidt dit een ontwerp dat oorspronkelijk geïntegreerd was, voor op een gedistribueerd ontwerp waarbij een langere kabel nodig is.

Personal Computer

In juli 1980 pitchte Lowe het idee van een kleine, goedkope zakelijke en consumentencomputer aan IBM CEO Frank Cary, die hem vervolgens een maand gaf om een prototype te ontwikkelen en het eindproduct binnen een jaar te lanceren. Dit project kreeg de naam "Project Chess". Kort daarna werd Lowe gepromoveerd, waardoor Chess toeviel aan Philip Donald (Don) Estridge. Beiden zijn aangeduid als de "Vader van de IBM PC". Het team bestond uit ongeveer twaalf ingenieurs die erin slaagden de PC buiten de typische processen van IBM te ontwikkelen, wat hen in staat stelde om de deadline van één jaar te halen, in plaats van de gebruikelijke 2 tot 5 jaar voor andere IBM-systemen uit die tijd.

De vroegste schetsen van wat de PC zou worden, uit 10 augustus 1980, zijn relatief recent gepubliceerd. Ze laten zien dat veel aspecten van de PC vroegtijdig waren vastgelegd, waaronder het gebruik van de Intel 8088, vijf uitbreidingsslots, twee diskettestations, het gebruik van ASCII in plaats van EBCDIC en een losgekoppeld toetsenbord op basis van Model F. Er zijn enkele opvallende verschillen, waaronder de displaycontroller, de locatie van de voeding binnen de PC, en dat er oorspronkelijk 8" diskettestations waren gespecificeerd in plaats van 5¼".

Om hun doel te bereiken, werd het team ondersteund door eerdere ervaringen met de ontwikkeling van de Datamaster en het gebruik van direct beschikbare componenten. Het gebruik van een Intel CPU, diverse Intel-ondersteunende controllers en timers, en de 8-bit ISA-bus in de PC waren afgeleid van vergelijkbare technologieën in de Datamaster. De keuze voor een 8088 met een 20-bit/1MB adresruimte werd grotendeels beïnvloed door problemen met de 8085 van de Datamaster en diens 16-bit/64KB adresruimte. De keuze voor de 8088 boven de 8086 was gebaseerd op besparingen die mogelijk waren doordat er slechts een 8-bit databus ondersteund hoefde te worden in plaats van 16.

De IBM 5150 Personal Computer werd 45 jaar geleden vandaag gelanceerd. Het belang hiervan kan niet worden overschat. De open architectuur en het gebruik van de Intel 8088 (een sibling van de 8086) vestigden een van de populairste en langstlevende computer-ecosystemen. Voor beter of slechter is de combinatie daarvan met een besturingssysteem van Microsoft vandaag de dag nog steeds relevant. De PC werd op 8 maart 1983 gevolgd door de IBM 5160 Personal Computer XT (PC/XT). Ten opzichte van de originele PC voegt de PC/XT een ingebouwde harde schijf en drie extra uitbreidingsslots toe, maar is het verder een zeer vergelijkbaar ontwerp. Hoewel er veel factoren zijn waarom de PC succesvol was, werd dit zeker geholpen door de toevoeging van een competent toetsenbord.

Het toetsenbord van de IBM Personal Computer

Het IBM Personal Computer Keyboard wordt vaak colloquialer aangeduid als het "XT-toetsenbord" of "Model F/XT", waarbij de associatie met de PC/XT wordt gebruikt om het te onderscheiden van het latere IBM Personal Computer AT Keyboard ("Model F/AT"). Componenten van de F/XT kunnen ook als "XT" worden aangeduid. In de kern heeft de F/XT een toetsenbordassemblage die sterk lijkt op die van de Datamaster, maar hij nam een nieuw serieel-gebaseerd protocol over dat retroactive werd aangeduid als IBM PC Mode 1 (ook bekend als de "XT keyboard interface"). Het verzendt 9-bit datapakketten die IBM scancode set 1 faciliteren. De benaming van de toetskappen werd gewijzigd naar ASCII-stijl in plaats van EBCDIC. In de genoemde schetsen waren de interface en nomenclatuur vanaf het begin beslist, maar er werd ook geopperd dat men kosten kon besparen door de meest linkse bank met functietoetsen weg te laten, wat uiteindelijk niet is gebeurd.

Het designpatent voor het toetsenbord (U.S. design patent 278,063) is bekend. Tommy Hardy wordt hiervoor geciteerd, samen met Edward Chamberlain, Nicholas M. Leon, Peter J. Mendel (die later aan veel andere keyboard-gerelateerde IBM-producten zou werken) en Michael H. Sharp. Er zijn twee grote varianten van de originele F/XT bekend, beide met hun eigen nuances: Type 1 en Type 2.

Type 1 vs. Type 2 F/XT

Het originele ontwerp, Type 1, is tegenwoordig zeer zeldzaam. De meeste voorbeelden hebben "81" datumcodes op de chips of zijn ergens binnenin de behuizing gestempeld, wat suggereert dat het snel werd uitgefaseerd ten gunste van Type 2. Interessant is dat IBM een andere aanpak koos dan bij de Datamaster voor de elektronica: het heeft een 24x4 toetsmatrix en de controller is gesplitst in een capaciteits-sensitieve driver en demultiplexer op de pad card, en een aparte dochterkaart met een Intel 8048 als controller. De reden voor dit ontwerp kan mogelijk worden verklaard door het bestaan van de IBM 5291/5292. Een uiterlijk kenmerk is dat de originele kabel (een 180° 5-pins DIN-stekker) geen zwarte plastic mantel heeft, in tegenstelling tot Type 2. Het toetsenbord heeft ook een reset-lijn, die volgens de IBM PC Technical Reference waarschijnlijk niet werd gebruikt en die bij Type 2 volledig is komen te vervallen.

Het Type 2 ontwerp is wat de meeste F/XT's daadwerkelijk zijn, en zeker tegen de tijd van de PC/XT was dit de enige beschikbare versie. Zoals vermeld hebben hun DIN-stekkers een plastic mantel en missen ze de reset-lijn. Intern is er veel veranderd; het keert terug naar een 12x8 matrix zoals bij de Datamaster, hoewel anders geconfigureerd. De controller is opnieuw samengevoegd met de pad card, maar implementeert uiteraard nog steeds de IBM PC Mode 1-interface.

De 5291 & 5292

De IBM 5291 Model 1 Display Station en 5292 Color Display Station waren beide terminals uit de 5250-familie, aangekondigd op 6 september 1982. Ze zijn plug-compatibel met de IBM 5251 Display Station (model 11) uit de jaren '70, waarbij de 5291 bedoeld was als goedkope vervanging en de 5292 als een kleurrijk aanvullend systeem. De 5291 Model 2 volgde op 2 oktober 1984; deze was functioneel identiek aan de 5291-1 maar kleiner, ergonomischer en voorzien van een verplaatsbaar scherm.

Het 529X-toetsenbord is een bijzonder exemplaar. Het lijkt op de F/XT, maar dan "opgedraaid naar elf". Het heeft aanzienlijke randen (bezels), net als de 5324, maar met een iets kleiner "voorhoofd". Daarnaast beschikt het over absurde steunpootjes met drie standen, de langste die ik ooit op een IBM-toetsenbord heb gezien. Deze eigenschappen hebben geleid tot de bijnaam "bigfoot" Model F. De benaming van de toetsen is terug naar de 5250-stijl. De CSA van het 529X-toetsenbord is hetzelfde als die van de Type 1 F/XT, maar zonder de controller-dochterkaart. In plaats daarvan fungeerde de terminal zelf als controller, waardoor het 529X-toetsenbord in feite "breinloos" was. Dit verklaart waarom IBM de Type 1 F/XT anders ontwierp dan de Datamaster: om meer component-gemeenschappelijkheid te creëren tussen producten met een hoger volume.

De 5291-2 en 5292 deelden hetzelfde volledig afneembare toetsenbord met een DA-15 stekker, aangeduid als het Type 2 529X-toetsenbord. De Type 1 van de 5291-1 was daarentegen altijd vast verbonden via een 14-pins IDC-stijl header binnenin de terminal.

Van alle besproken toetsenborden werd de 529X het langst geproduceerd. Lexmark, opgericht na de afsplitsing van IBM Information Products Corporation op 27 maart 1991, produceerde 529X-toetsenborden tot ten minste midden 1994. Dit maakt het een van de laatste Model F's in productie. Lexmark refurbishte bestaande 529X-toetsenborden zelfs tot 1996. Deze kunnen vaak worden herkend aan het feit dat ze op de achterzijde onterecht als "Model M" zijn gelabeld in plaats van "F".

System 9000

De IBM Instruments Computer System 9000 (CS/9000, ook bekend als System 9000) was een laboratoriumcomputer aangedreven door de Motorola 68000, geïntroduceerd in mei 1982. Hij was opmerkelijk vanwege zijn verticale stack met een geïntegreerde printer/plotter en een membraan-touchpanel van 57 toetsen. Op 21 februari 1984 introduceerde IBM de System 9002 Desk-Top Computer en hernoemde de CS/9000 naar de System 9001 Bench-Top Computer. In het tweede kwartaal van 1985 kwam de System 9003 Industrial-Floor Computer erbij.

De 9002 was ontworpen als een ruimtebesparend alternatief voor de 9001; de printer/plotter werd geschrapt en het membraan-touchpanel werd geïntegreerd in het toetsenbord zelf. De 9003 was bedoeld voor gebruik in fabricage en procescontrole, waarbij hij standalone kon werken of verbonden kon worden met een IBM-hostprocessor via Systems Network Architecture (SNA). De gehele 9000-familie werd per 2 december 1986 uitgefaseerd omdat ze commercieel niet succesvol waren.

De CS/9000 en 9001 gebruikten het IBM System 9000 Standard Keyboard, ontworpen om op een uitsteeksel van de computer te rusten. Dit toetsenbord heeft een rechthoekige "IBM System 9000" branding, geen uitklapbare steunpootjes, een kabel die links uitsteekt en een choke vlak voor de DIN-stekker. Verder is het elektrisch compatibel met de standaard F/XT.

Het toetsenbord van de 9002 — de IBM System 9002 Hybrid Keyboard — is interessanter. Zoals vermeld integreert dit bord het touchpanel van 57 toetsen. Waarschijnlijk verwijst "Hybrid" naar de combinatie van een buckling-spring toetsenbord en het touchpanel. Het ontwerp doet denken aan het IBM 104-toets Model F Converged Keyboard, waarbij het panel de plek inneemt van de bank met 24 functietoetsen, maar wel de opvallende randen en tweestaps steunpootjes behoudt. Ondanks dit blijft de basis een F/XT-stijl assemblage.

Hoewel er onlangs een 9002 computer is opgedoken, is het toetsenbord dat niet gedaan, en zijn er geen foto's van buiten de jaren 80 bekend. De elektronica blijft daarom een mysterie. Naar mijn professionele mening is de 9002 Hybrid Keyboard het zeldzaamste bekende Model F-toetsenbord. Over de 9003 of diens toetsenbord is nog niets bekend; rapportages van Computerworld suggereren dat het toetsenbord en touchpanel apart waren, net als bij de 9001.

Portable Personal Computer (Draagbare PC)

Op 16 februari 1984 kondigde IBM de 5155 Portable Personal Computer aan. In feite is dit een PC/XT in een draagbaar formaat met een amberkleurig 9" CRT-scherm en één of twee halfhoogte 5¼" diskettestations. Het was IBM's antwoord op de Compaq Portable, die een jaar eerder was gelanceerd in een vergelijkbare vormfactor.

Vergeleken met de originele F/XT is de versie van de 5155 gehuisvest in een tweekleurige plastic behuizing met een compartiment voor de kabel. De basisplaat is gemaakt van glimmend zilverkleurig aluminium in plaats van gechromatiseerd staal, en hij gebruikt een 6-pins modulaire stekker in plaats van DIN. Hierdoor is het toetsenbord aanzienlijk lichter en klinkt het iets hoger dan het origineel. De behuizing kan zonder gereedschap worden geopend door de donkere plastic rand rond de toetsen op te tillen. Elektrisch gezien blijft het toetsenbord ongewijzigd en kan het via een passieve adapter worden aangesloten op 5-pins DIN.

Wanneer hij niet in gebruik is, wordt het toetsenbord rechtop tegen de voorkant van de 5155 gemonteerd. Twee clips aan de bovenkant maken het mogelijk om het toetsenbord naar beneden te klappen of, door de steunpootjes uit te klappen, volledig los te koppelen van de PC.

TPC en EMR

De IBM Tempest PC (TPC) familie bestaat uit producten die zijn ontworpen of aangepast om te voldoen aan het TEMPEST-programma. TEMPEST is een door NAVO erkende specificatie van de Amerikaanse National Security Agency voor bescherming tegen spionage via elektronische apparatuur. Systemen die hieraan voldoen, zijn zo ontworpen dat ze geen elektromagnetische emissies uitstralen om Van Eck phreaking tegen te gaan. IBM noemde deze systemen 'TEMPESTed', waarbij vaak speciale kappen en filters werden toegevoegd. De TPC-familie omvatte onder andere de IBM 4450 TPC1, 4455 TPC2 (PC/XT), 4456 TPC3 (3270 PC), 4459 TPC4 (PC/AT) en 4460 TPC5 (3270 PC/AT).

De TPC1 en TPC2 zijn uitgerust met respectievelijk de TPC Keyboard I en TPC Keyboard II. Ondanks de namen en artikelnummers verschillen deze niet van elkaar. Daarnaast zijn er een IBM EMR Keyboard en EMR Keyboard II bekend, hoewel het onduidelijk is of dit ook TPC-producten zijn of bedoeld waren voor andere TEMPESTed IBM-systemen.

Alle vier de toetsenborden hebben klei over de controller, stevigere niet-gespiralde kabels en unieke stekkers vergeleken met hun "civiele" tegenhangers. EMR I gebruikte uniek een 180° 5-pins DIN-stekker, vergelijkbaar met die van de Type 1 F/XT, terwijl de andere drie (en TPC's 3 tot 5) een DE-9 connector gebruikten. Dit betekent dat EMR I fysiek niet compatibel is met de bekende TPC's. EMR II lijkt echter identiek aan TPC1 en TPC2.

Wat betreft de pc's zelf: analyse van de TPC4 suggereert dat ze intern grotendeels gelijk zijn aan de standaardmodellen. Het moederbord, de voeding en de ISA-kaarten waren typisch; de verschillen zaten in de versterkte buitenbehuizing, de locatie en functie van de aan/uit-schakelaar en extra bufferruimte tussen de I/O en de achterkant van de TPC.

Hoe zit het met de 5531?

Het is de moeite waard om kort de IBM 5531 Industrial Computer en diens toetsenbord te noemen. De 5531 was een geïndustrialiseerde versie van de PC/XT, geïntroduceerd op 1 mei 1984, ontworpen voor gebruik in fabrieken en bestand tegen zwaardere fysieke omstandigheden. Omdat hij gebaseerd was op de PC/XT, kreeg hij een XT-stijl toetsenbord.

Hoewel het oppervlakkig lijkt op een industrieel grijze versie van de F/XT, is het toetsenbord van een ongerelateerd ontwerp en wordt het niet beschouwd als een Model F. Het werd voor IBM gemaakt door Oak Switch Systems, gebruikmakend van hun Full-Travel Membrane (FTM) schakelaars. Om dit bord te onderscheiden van de F/XT, let op het vlakkere uiterlijk en het ontbreken van de kromming in de scheiding tussen de F-toetsen en de rest van de toetsen. Dit betekent niet dat het toetsenbord geen kwaliteiten heeft; let er alleen op dat het inderdaad geen Model F is en je dit niet moet verwachten.

***

Erkenningen

Speciale dank aan RetroAND (bitspassats.com) voor de gesprekken over de Datamaster in het afgelopen jaar, en hun hulp bij het waarborgen van de feiten rondom de Datamaster in dit artikel.

Aanbevolen bronnen & resources

• Intern: ASK Keyboard Timeline, IBM Model F keyboards, Major IBM typewriter & keyboard models.
• Extern:
• David J. Bradley - The Creation of the IBM PC
• IT Pro - The true story behind the IBM Personal Computer
• Laptop Retrospective - Think Design Stories: IBM and Design, The Road to the Personal Computer (ft. Tom Hardy)
• Modern Classic - The IBM PC 5150 - the world's most influential computer
• OS/2 Museum - The IBM PC, 41 Years Ago
• The Digital Antiquarian - The IBM PC, Part 1