Die Geschichte des Commodore 64 – Floppy Beschleuniger

Man kann die 1541-Floppybeschleuniger generell in drei Bauarten kategorisieren:

1. Reine Softwarelösungen, die beim Einschalten des C64 von Diskette geladen werden müssen.

Hier wären FastLoad, HypraLoad und UltraLoad anzuführen. Alles Programme, die in Fachzeitschriften (64er, HappyComputer) veröffentlicht wurden und nichts kosteten. Dies sind die Ladeoptimierer der ersten Stunde, quasi die Grundlagenforschung. Einige dieser Routinen entstammen übrigens aus Kopierroutinen, die in den Anfangszeiten für schnelle Disketten- oder Dateikopierer entwickelt wurden. Ein Pionier auf diesem Gebiet ist Thomas Tempelmann, der zuerst das schnelle Kopierprogramm FCopy entwickelte und daraus dann 1984 das oben genannte FastLoad (nicht zu verwechseln mit dem gleichnamigen Cartridge von Epyx). So manche dieser eigentlich kostenlosen Software-Routinen wurden von kommerziellen Herstellern lizensiert und kamen als Cartridge-Varianten auf den Markt (z.B. HypraLoad als HypraDisk von REX-Datentechnik).

Der Geschwindigkeitsvorteil der Softwarelader wird größtenteils nur durch Optimierung der seriellen Übertragung und der GCR-Dekodierung erreicht. Da diese Routinen normalerweise aus der Anfangszeit dieser Entwicklungen stammen, war der Optimierungsgrad des Codes noch nicht so raffiniert wie bei späteren Cartridge-Lösungen. Immerhin wurden Beschleunigungen um den Faktor 4-6 beim Laden von Programmen erreicht. In diesen Anfangsjahren (also bis ca. 1984) mußten die optimierten Laderoutinen zudem meist mühsam aus Zeitschriften abgetippt, gespeichert und bei jedem Neustart von Diskette wieder in den Speicher des C64 geladen werden. Eine Variante dieser Softwarelader sind solche, die beim Start eines Programms von Diskette automatisch in den Speicher geladen werden und so das Laden der eigentlichen Anwendung beschleunigen. Diese automatischen Schnelllader stehen allerdings immer nur den betreffenden Anwendung bzw. auf der entsprechend präparierten Diskette zur Verfügung und beschränken sich i.d.R. ausschließlich auf Ladevorgänge.

Einige Erklärungen zu den nachfolgend aufgeführten Features:

• Reset-Taster
  Eine Taster ist vorhanden, um einen Hardware-Reset des C64 auszulösen.
• Centronics
  Eine Centronics-Schnittstelle mit entsprechendem Handshake ist implementiert. Der Anschluß eines Druckers erfolgt i.d.R. über den Userport. Natürlich wird dazu noch ein spezielles Kabel für C64/C128 benötigt, das einerseits an den 24-poligen Userport und andererseits an den Drucker mit seinem standartisierten 36-poligen Centronics-Stecker paßt.
• Hardcopy
  Der aktuelle Bildschirminhalt wird direkt an den Drucker gesendet, auch während eines laufenden Programms
• Maschinensprache Monitor
  Monitore zeigen die Speicherstellen eines Computers im RAM in Form von Hexadezimal-Zahlen an. Mit einem in einem ROM integrierten Monitor ist es auch möglich, ein laufendes Programm zu unterbrechen und zu manipulieren. Monitore für C64/C128 gibt es auch zum Betrachten des Inhalts einer Diskette (Diskmonitore)
• Fast Format
  Fast alle Floppy-Beschleuniger beeinhalten eine Routine zur schnellen Formatierung einer Diskette. Das Formatieren einer Diskette über CBM DOS dauert ca. 70 Sekunden. Die schnellsten Fast Format-Routinen schaffen diesen Vorgang in unter 10 Sekunden. Ob die Disketten dann allerdings wirklich sauber formatiert sind, bleibt dahingestellt. Dieses Feature wird nicht mehr eigens aufgeführt.
• DOS-Wedge, Kurzbefehle
  Erweiterter Umfang und vereinfachte Dateibefehle. Z.B: statt OPEN 1,8,15,”N:DISKETTENNAME,01″:CLOSE 1 muß meist nur @N:DISKETTENNAME,01 eingegeben werden. Der aktuelle Status der Floppy wird nur die einfache Eingabe von @ angezeigt.
• Funktionstasten
  Standardmäßig überlässt Commodore es den Programmen, die Funktionstasten mit Befehlen oder Progranmfunktionen zu belegen. Fast alle nachfolgend aufgeführten Floppybeschleuinger belegen sie mit Floppy-Befehlen. Speeddos hat z.B. die Folgende:
  F1  LIST: Listet das aktuelle Basic-Programm
  F2  MONITOR: Ruft den internen Maschinensprachemonitor auf.
  F3  RUN: Started ein geladenes Programm
  F4  OFF: Schaltet die Funktionstastenbelegung ab
  F5  LOAD: Lädt ein Programm von Diskette
  F6  SAVE: Speichert ein im Speicher befindliches Programm auf Diskette speichert.
  F7  DIRECTORY: Das Verzeichnis (Disketteninhalt) einer Diskette wird ausgegebe
  F8  SWITCH: Umschaltung zwischen Geräteadresse 8 und 9 für das Diskettenlaufwerk.

2. Expansion Port-Cartridges, wodurch die Lader bereits nach dem Einschalten zur Verfügung stehen.

Dies ist mit Sicherheit die eleganteste Art, den C64 bzw. die 1541 zu tunen. Man muss nicht zuerst von Diskette einladen, braucht weder Rechner noch Floppy aufzuschrauben und keinen Lötkolben oder sonstige elektronische Kenntnisse mitzubringen. Einfach Cartridge einstecken, C64 an und los gehts.

Im ersten Jahr nach dem Kauf eines neuen C64 war dies sicher die zu bevorzugende Methode, da man den Rechner nicht öffnen mußte und so das Garantiesiegel erhalten blieb. Ein weiterer Vorteil der Cartridges ist, das man Speicherplatz für zusätzliche Software einbauen kann und daher mehr zusätzliche Funktionalität unterbringt. Die Schnellladerroutinen sind hier oft nur eine Dreingabe. Dennoch müssen sich die Modifikation zur Steigerungen von Lade- und Speichervorgängen notgedrungen auf das Modifizieren des C64-Betriebssystems beschränken. Da die Floppy selbst nicht modifiziert wird, ist die erreichbare Geschwindigkeitssteigerung von daher limitiert. Trotzdem, die erreichten Leistungen im Vergleich zum Standard-C64 sind enorm, und die zusätzlich gebotenen Features wie Funktionstastenbelegung, zusätzliche Befehle für das Disketten-Handling oder integrierte Programme wie Monitore, Freezer und Hardcopy erfreuten Hacker, Cracker und Gamer. Unterstützung paralleler Drucker in Form von Centronics-Schnittstellen sind oftmals  implementiert. Das verbreitete Final Cartridge besitzt sogar eine mausgesteuerte grafische Benutzeroberfläche. Im Modul Magic Formel ist eine ganze Palette von leistungsfähigen Standardprogrammen enthalten. Wenn die zusätzliche Software was taugte, wertete es die jeweilige Cartridge-Lösungen natürlich enorm auf, war sogar oft das eigentliche Kaufargument. Ein weiterer Vorteil der Cartridges war, das Sie auch an späteren Modellen wie dem C64 C sowie am C128 (natürlich nur im C64 Modus) eingesetzt werden konnten. Aufgrund des geänderten Platinendesigns der späteren C64- und 1541-Modelle war dies bei den hardwareunterstützten bzw. den Varianten, bei denen C64/1541-seitig die Kernals ersetzt werden, nicht so problemlos möglich.

Hier eine kleine Übersicht über die bekanntesten Cartridges, vom einfachen Lademodul bis zur kompletten Office-Lösung.

3. Lösungen durch Umbau bzw. Erweiterung der Hardware

Hier werden zumindest die Betriebssysteme (Kernel) des C64 und der Floppy und somit quasi die gesamte Übertragungslogik des C64 und der 1541 ersetzt. Ein Eingriff in den Rechner und in das Diskettenlaufwerk ist für die meisten der notwendigen Umbauten unumgänglich. Manchmal muss gelötet werden, vor allem wenn der Kernel-Baustein im C64 und/oder der 1541 ersetzt werden muß, diese aber nicht bereits ab Werk gesockelt sind.

Obwohl die meisten Hersteller fertige Bausätze geliefert haben, soll hier kurz auf das Ersetzen des C64-Kernel’s (nicht C64 C) eingegangen werden. Die meistverwendeten Eproms für diesen Zweck waren 27xx Typen. Der C64 Kernel ist in einem ROM gespeichert, das eine Größe von 8 KiB hat. Der passende Eprom-Typ mit dieser Speicherkapazität wäre der Typ 2764. Leider hat das ROM des C64 24 Pins, ein Eprom 2764 (und auch andere Typen wie 27128, 27256 etc.) aber 28 Pins. Man braucht also einen Adapter. Eine schöne Beschreibung zum Aufbau dieses Adapters fínden Sie hier. Um zwei verschiedene Kernel, z.B. den von Speeddos und den originalen des C64 in einem Eprom unterzubringen, benötigt man die doppelte Größe, also den Typ 27128 (16 KiB). Beide Kernel-Images können so in einem Eprom untergebracht werden und die ROM-Bank durch Anlegen eines HIGH oder LOW Signals an der Adreßleitung des 27xx auf die unteren oder die oberen 8KiB umgeschaltet werden.

Zudem muß bei parallelen Speedern (siehe weiter unten) die zusätzlich notwendige parallele Kabelverbindung zwischen C64 und 1541 installiert werden. Das Öffnen der Floppy 1541 war dabei unumgänglich. Einige Hersteller haben zumindest C64-seitig eine elegante Lösung über separate Steckplatinen am User Port des C64 gewählt (z.B. Turbo Access, Prologic DOS). Trotzdem war auch da manchmal ein Öffnen (und den damit verbundenen Problemen mit der Garantie) des C64 notwendig, da irgendwelche zusätzlichen Steuerleitungen benötigt wurden. Garantieverlust ist heutzutage natürlich keine echte Einschränkung mehr 😉

Um Benutzern das Lesen der Schaltung und das Löten zu ersparen, gab es natürlich auch hier Firmen, die Bausätze für die Erweiterung mit parallelen Kabeln anboten. Für solche, die des Weller mächtig sind, findet sich auf der Seite von www.pitch.de eine Anleitung zum Bau eines Parallel-Kabel (und viele andere Bastelideen).

Bei dieser Art von Floppybeschleunigern muß bemerkt werden, das eine 100%ige Kompatibilität nicht mehr gewährleistet werden kann. Alle Hersteller achteten darauf, um durch eine möglichst weitgehende Abschaltungsmöglichkeit ihrer Modifikationen sensible, hardwarenah entwickelte Programme lauffähig zu halten. Sehr oft wird eine Abschaltung des Beschleunigers durch den massiven Kopierschutz einer Diskette notwendig. Die Eproms, die das originale 8K große Kernal ersetzten, können die doppelte (oder noch mehr) Speicherkapazität besitzen und in den zusätzlichen Speicherbereichen auch das Original-Kernal des C64 enthalten, das im Bedarfsfall durch Umschaltung der Eprom-Speicherbank wieder aktiviert werden kann.

Nun zu den grundlegenden Unterschieden, vor allem bezüglich der Datenübertragung:

Parallele Übertragung:
hier wird die bisherige serielle Leitung nur noch zur Befehlsübermittlung benutzt, die eigentlichen Nutzdaten jedoch über ein zusätzliches paralleles Kabel transportiert. Der prinzipielle Geschwindigkeitsvorteil dieses parallelen Kabels liegt auf der Hand: es muss nicht ein Bit nach dem anderen transportiert werden wie bei der seriellen Übertragung, sondern 8 Bits (oder mehr) können gleichzeitig gesendet werden. Die Implementierung des dafür notwendigen Kabels war anfangs nicht einheitlich, erst später setzte sich das Speeddos-Kabel als Standard durch. Zum Einbau wurde dem I/O Chip der Floppy 1541 ein spezieller Sockel “untergeschoben”, wo an festgelegten Pins das Parallelkabel quasi “genormt” angelötet werden muss. Natürlich muß das Betriebssystem der 1541 und des C64 für diese Veränderung modifiziert werden. Viele Kopierprogramme (Copy ++, RapidCopy, SuperNibbler, CFB Copy, Burstnibbler u.v.m.) erreichten nur durch Verwendung dieses Kabel und durch eigene Algorithmen – also auch ohne die speziellen Kernel-Routinen eines Floppybeschleunigers – enorme Kopierleistungen.

Verbesserte Laderoutinen bringen die paralellen Floppybeschleuniger entweder über eigenes Betriebssystem ein, das als Eprom jeweils das Standard C64/1541-Kernal ersetzt (Speeddos, RapidDos, DolphinDos, ProfessionalDOS u.a.) oder sie gehen den Weg über den Expansion- oder den User-Port, wodurch – wie bei den Cartridge-Lösungen – ein Öffnen des C64-Gehäuses (und der damit verbundene Garantieverlust) meist vermieden werden konnte (Turbo Access, Prologic DOS). Bei Turbo Access erfolgt der Anschluß des parallelen Kabels C64-seitig am Expansion-Port, das originale Kernel des C64 muß nicht ausgebaut werden. Die Prologic DOS-Platine wird – abhängig von der Version – am Expansion- bzw. User-Port angeschlossen. Auf der Platine sind parallele Anschlußmöglichkeiten untergebracht, normalerweise für bis zu zwei Floppy’s. Bei beiden ist der Expansion-/User Port durchgeschleift und kann weiterhin z.B. für Erweiterungen oder Drucker genutzt werden. Das Kernal der 1541 wird bei allen Lösungen ersetzt, außerdem muß die parallele Kabelverbindung verbaut werden. Einige der aufwändigeren Speeder wie DolphinDOS oder Professional DOS bringen zudem eigenes RAM auf einer eigenen floppyseitigen Platine mit, um zusätzliche Geschwindigkeitssteigerungen durch Datenpufferung zu erreichen. Durch den zusätzlichen Speicher ist es möglich, eine ganze Spur einer Diskette (in diesem Fall sind 8KiB RAM nötig) in einem Lesevorgang zu laden (zu puffern). Eine originale 1541 besitzt nur 2KiB RAM und kann daher nur einen Sektor einer Spur auf einmal lesen. Da die Sektoren einer Spur nicht hintereinander angeordnet sein müssen (abhängig vom Interleave-Faktor), geht viel Zeit verloren, denn die Floppy muß warten, bis sich die Diskette neuerlich gedreht hat und der gerade benötigte Sektor wieder anliegt. Dieses Verfahren gipfelt in einer massiven Weiterentwicklung von TurboAccess, genannt TurboTrans: auf dessen floppyseitiger Zusatzplatine sind 256KiB RAM (bis zu 512Kib RAM) verbaut. Dadurch können – je nach RAM Ausbau auf der Platine – bis zu drei komplett gefüllte Disketten eingelesen und zwischengespeichert werden. Die so gepufferten Daten werden im Bedarfsfall rasend schnell aus diesem Speicher über ein paralleles Kabel in das RAM des C64 übertragen, ohne das die 1541 ihren Schreib-/Lesekopf auch nur einmal bewegen muss.

Ein weitere relevante Beschleunigung wurde erreicht, in dem die Taktfrequenz der CPU in der 1541 erhöht wurde. Ein Beispiel dafür ist Professional DOS, welches neben einem zusätzlichen Floppy-RAM auch den CPU-Takt der 1541 optional von 1MHz auf 2MHz anhebt. Dadurch kann vor allem die Dekodierung des GCR Formats beschleunigt werden. Was das GCR Format ist? Kompliziert, aber es reicht, wenn man weiss, das alle Daten, die zwecks Speicherung zur Floppy gesendet werden, in dieses Format umgewandelt werden, um Schreib-/Lesefehler aufgrund von Laufwerksschwankungen möglichst auszuschalten. Umgekehrt müssen die Daten nach dem Lesen jedoch wieder zurückkodiert werden. Das kostet Rechenzeit. Aber hier konnten die 1541-Hacker – auch ohne höheren CPU-Takt der Floppy – bereits die Geschwindigkeit nur durch Optimierung des originalen C= Codes erhöhen.

Bemerkung zur Beschreibung von Dolphindos 2.0: unser Arbeits-C64 ist mit einem Dolphindos 2.0 ausgestattet. Wir besitzen zwar mehrere funktionsfähige Originalplatinen von Dolphindos 2.0, betreiben diesen C64 mit seinen zwei 1541 jedoch mit einem Umbau, der auf dem 6502 RAM/ROM Expansion von Nicolas Welte basiert. Das vorletzte Bild zeigt ein originales Dolphindos, das letzte Foto zeigt eine der 1541 mit eingebauter 6502 RAM/ROM Platine (Dolphindos-Patch $6000 in 1541).

Bemerkung zur Beschreibung von Dolphindos 3.0: wir waren zu faul, nur wegen eines Fotos der Dolphindos 3.0 Platine den C128D aufzuschrauben. Stattdessen haben wir eine 1571 geöffnet und dessen Platine abgelichtet. Das war dann aber auch ganz schön aufwändig, da auch hier zuerst das Netzteil und das Laufwerk der 1571 ausgebaut werden müssen.

Dann haben wir da noch eine Kuriosität anzubieten, die bestimmt nicht oft existiert: Dolphindos 1.3. Uns ist nicht bekannt, ab welcher Version Dolphindos in den Verkauf ging. Bekannt ist nur, das die Version 1.0 nur an Betatester herausgegeben wurde. Im Vergleich zur Version 2.0 ist ziemlich viel handverdrahtet. Möglich ist auch, das es sich um eine der ersten Nachbauten von Dolphindos handelt. Zudem ist der Datumsaufdruck auf einem IC’s irritierend, er weist auf 10.89 hin. Jedenfalls lag der 1541 eine zu diesem Gerät gehörende Conrad-Reparaturechnung vom April 1987 über den Austausch des 6522 bei.

Serielle Übertragung:
die Geschwindigkeitssteigerungen werden hier über Modifikationen der Kernal-Routinen des C64 und der 1541 erreicht. Die maximale theoretische Leistung der seriellen Übertragung zwischen C64 und 1541 wurde von Commodore bei Weitem nicht ausgeschöpft und bietet viel Verbesserungspotential. Die Kompatibilität zu bestehender Software ist dadurch naturgemäß sehr viel höher, da diese Übertragungstechnik grundsätzlich näher an der Serie liegt. Trotzdem, der einzige wirklich leistungsfähige Speeder, der mit serieller Übertragung größere Verbreitung finden konnte ist JiffyDOS der Firma CMD. Lange hielt man die Geschwindigkeiten, die von JiffyDOS so erzielt werden als unerreichbar. Auch der Umfang der Befehlserweiterungen (DOS-Wedge) für den Dateizugriff, die JiffyDOS mitbringt, sind für den C64 das Maß der Dinge. Sie bilden – bis heute – die Grundlage zur Unterstüzung neuentwickelter Hardware (siehe unten). Aber auch Gutes kann verbessert werden: S-JiffyDOS ist ein Patch für JiffyDOS und wurde von Jochen Adler entwickelt. Vor allem beim Speichern einer Datei ist es deutlich schneller als JiffyDOS. Ein weiterer Vertreter wäre noch zu nennen: das 64’er DOS aus der gleichnamigen Zeitschrift des Markt&Technik-Verlages. Das 64’er DOS erschien stückchenweise jeweils in einer Heftausgabe. Es konnte entweder abgetippt werden oder war als binäre Datei auf einer kostenpflichtigen Heftdiskette gespeichert. Auch hier werden die Kernal’s in C64 und 1541 ersetzt.

Bemerkung zu S-JiffyDos: Der Umbau in der 1541 auf dem zweiten Bild auf drei umschaltbare DOS-Versionen (Original, JiffyDos, S-JiffyDos) in der 1541 wurde mit Multiroms (Vintage Computers) durchgeführt. Diese ersetzen 2332/2364 ROM’s ohne Sockel. Im dritten Bild der gleiche Umbau, hier aber bei einer 1541 II und konventionell mit Eprom.

Eine Vergleichstabelle der einzelnen Floppy-Speeder finden sie hier.

Abschließend kann man festhalten, das die Art der Schnellader teilweise unübersichtlich ist. Oftmals wurde das gleiche Produkt unter anderem Namen veröffentlicht, manche davon auch als illegale Kopie. Einige serielle Schnelllader kamen als Cartridge-Lösung auf den Markt, dann gab es aber auch eine Version als Kernal-Ersatz. Auch die Rechteinhaber wechselten durch Verkauf oder Übernahme und bewirkten eine Namensänderung. Viele Schnelllader wurden nur im Herstellungsland vertrieben und sind nur dort bekannt. Eine langwierige Recherche in Fachzeitschriften wäre notwendig, um festzustellen, welche Variante welchen Schnelllladers legal auf den Markt kam.

Weitere Informationen zu Schnellladern:

Commodore.Software

Mingos Commodore Page

Zum Abschluß noch ein Vergleichtest von Schnellladern aus dem Sonderheft 9 der 64er (Markt&Technik Verlag) aus dem Jahr 1986.

Über diese traditionellen Floppyspeeder hinaus gab es viele neue Erweiterungen, die den C64 für die gestiegenen Erfordernisse der 90iger Jahre fitmachen sollten. Allen voran die Firma CMD, die Festplatten, RAM-Links und ein schnelles 3,5″ Diskettenlaufwerk für den C64 entwickelte. Keine Basteleien, sondern ausgesprochen professionelles (und teures) Zubehör für den eigentlich technisch veralteten C64. Sogar eine mit 20 MHz getaktete CPU brachte CMD auf den Markt. Die Kompatibilität der “Super-CPU” hielt sich jedoch in engen Grenzen. Viele Spiele liefen nicht – oder einfach nur zu schnell (!).

Interessant und rational nicht nachvollziehbar ist, das die Entwicklungen für diesen Computer – der dem technischen Stand des Jahres 1982 entspricht – offenbar noch nicht beendet sind. Dies gilt im Besonderen für den Bereich der Datenspeicherung. Die C64-Fan-Gemeinde ruht nicht und bastelt unentwegt weiter, teilweise auf hohem Niveau. Reich werden kann man mit Neuentwicklungen für den C64 bestimmt nicht mehr, aber für die Finanzierung dieses Hobby’s reicht es allemal. Das alles jedoch ist kein klassisches Tuning mehr, denn die Hardware des C64 und/oder der 1541 werden ja teilweise oder auch vollständig durch Emulations-Hardware und neue Speichermedien ersetzt. Das ist vergleichbar mit einem Auto-Oldtimer von 1970, den man entweder mit zeitgenössischem Doppelvergaser und scharfer Nockenwelle aufbohrt oder man gleich aktuelle Fahrzeugtechnik verwendet, auf die man die Karosserie des Oldtimers draufsetzt.

SD2IEC: eine günstige Lösung auf Basis eines ATmega644, die eine 1541 vollständig emuliert. Angeschlossen am seriellen Port speichert sie auf SD/MMC Karten. Um die Ladezeiten zu verkürzen, können die ROM’s von Schnellladern (z.B. JiffyDOS, siehe oben) eingesetzt werden.

1541-III: eine ähnliche Lösung wie das SD2IEC, ebenfalls mit Speicherung auf SD/MMC-Speicherkarten.

1541 Ultimate: ein 1541-Emulator, der sich zu einem Standard für Commodore 64- und 128-Computer entwickelt hat. Das neueste Produkt ist das Ultimate-64, in dessen FPGA das 1541 Ultimate enthalten ist und das den C64 vollständig emuliert. Neben den Standard-C64-Anschlüssen besitzt es zusätzlich welche für HDMI-, Ethernet- und USB.

Pi1541: ein Commodore 1541-Festplattenemulator in Echtzeit, der auf einem Raspberry Pi ausgeführt werden kann. D64-, D81-, G64-, NIB- und NBZ-Commodore-Images sind verwendbar und werden auf einer SD-Karte gespeichert.