IBM XT 5160 Tuning

Es geht darum, einen IBM XT von 1983 – der bei seiner Markteinführung mit 10MB Festplatte über 12.000 DM gekostet hat – für das Jahr 1990 fit zu machen. Immerhin hätte man sich 1983 für das Geld z.B. auch einen neuen Opel Corsa (ca. 12.700 DM) kaufen können. So eine Investition trägt man nach 5 oder 6 Jahren nicht einfach zum Wertstoffhof, zumindest damals nicht.

1990 erschienen bereits die ersten High-End PC’s mit dem neuesten Intel 80486 Prozessor, der mit mindestens 16MHz – oft aber schneller mit 25MHz oder gar 33MHz – getaktet war. Die aktuellen Modelle mit dem Intel 80386 (ab 1986) besaßen einen 32-Bit breitem Datenbus, während sich der IBM XT mit seinem auf 8-Bit kastrierten Datenbus und der mit nur 4,77MHz getakteten 8088 CPU begnügen musste. DOS-Programme wurden von Version zu Version mit immer mehr Features vollgestopft (Microsoft Word, Ashton-Tate dBase und Framework, Lotus 1-2-3 …) und benötigten in der Folge mehr Speicher, leistungsfähigere CPU’s und Grafikkarten sowie größere und schnellere Festplatten. Nicht zu vergessen die Spieleindustrie mit ihren grafisch immer aufwändigeren Spielen (z.B. Wing Commander), die ebenfalls hohe Ansprüche an die CPU und die Grafikkarte stellten. 1990 kam zudem die multitasking-fähige und grafische Benutzeroberfläche Windows 3.0 auf den Markt. Das lief zwar auch noch auf einem XT, aber nur im eingeschränkten Real-Mode und langsam – zu langsam um damit produktiv arbeiten zu können. Fast zeitgleich erschienen auch sehr viele leistungsfähige, grafische Büroprogramme für Windows 3.0 (z.B. Microsoft Word und Excel, Lotus Ami Pro). Die neuen Möglichkeiten unter Windows 3.0 waren für Anwender so verlockend, das viele den Umstieg von DOS auf Windows in Erwägung zogen.

Lange Rede, kurzer Sinn: der IBM PC/XT und seine 808x-Kollegen konnten diese gestiegenen Ansprüche nicht mehr erfüllen und gehörten zum absolut alten Eisen. Wäre es möglich gewesen, einen XT mit dem im Jahr 1990 verfügbaren Zubehör so aufzurüsten, das er mithalten könnte – zumindest mit einem 80386 PC ? Diesen Versuch wollen wir machen – natürlich ohne einen originalen IBM dafür zu schlachten. Wir wollen einen XT mit damals verfügbarer, zeitgenössischer Technik aus dem Zubehörhandel vollstopfen. Dabei soll das Mainboard und das Gehäuse nicht irreversibel verändert werden, also kein Lötkolben und kein Dremel zum Einsatz kommen. Äußerlich soll der Umbau nicht erkennbar sein. Der 8-Bit ISA-Bus ist die unumgängliche Beschränkung für alle Erweiterungskarten, die verbaut werden können.

Wunschausstattung:

• 80386 CPU
• Mehr verwendbarer Hauptspeicher
• Leistungsfähige Grafikkarte
• Schnellere und größere Festplatte
• Leistungsfähige Soundkarte
• HD Diskettenlaufwerke 5,25″ und 3,5″
• Laufwerk zur Datensicherung
• Erweiterte IBM Tastatur mit 102 Tasten (Modell M) plus Maus

Was stellt der Markt von 1990 für diesen Umbau an Hardware zur Verfügung:

• Intel Inboard 386/PC
• 8-Bit ISA Speichererweiterungen
• 8-Bit ISA Grafikkarten (VGA)
• 8-Bit ISA SCSI-Controller und -Festplatten
• 8-Bit ISA Soundkarten
• 8-Bit ISA Diskettencontroller mit Unterstützung von HD-Laufwerken
• Iomega SCSI Laufwerke mit 100MB Kapazität (nicht ganz zeitgenössisch, kam erst 1994 auf den Markt)
• IBM Model M Tastatur

Natürlich ist die benötigte zeitgenössische Hardware für den angestrebten Umbau nicht mehr leicht aufzutreiben, vor allem durch die vorgegebene Beschränkung auf 8-Bit ISA. Speziell ein Intel Inboard 386/PC ist eine ziemliche Rarität und in unserem Fall aber die Basis aller weiteren Maßnahmen. Nur mit dieser Hardware-Erweiterung ist Software auf dem XT lauffähig, die den Protected Mode des 80386 CPU voraussetzen. Dazu zählt nicht nur Windows 3.x (im entsprechenden Modus), sondern auch DOS-Programme, die EMS- oder XMS-Speicher nutzen können. Das Inboard besitzt zudem bereits 1 MiB RAM, auf das 32-Bit breit zugegriffen werden kann. In unserem Fall sind es 3 MiB, weil auch eine Speichererweiterung für das Inboard mit zusätzlichen 2 MiB zur Verfügung steht. Noch eine Info zur Ergänzung: es hat auch eine Aufrüstboard für die IBM AT Klasse gegeben, das Intel Inboard 386/AT.

Leistungsfähige 8-Bit VGA Grafikkarten mit mehr als 256 KiB Video-RAM sind selten, brauchbare 8-Bit Soundkarten hat es überhaupt nur wenige gegeben. Den benötigten Rest in Form von Massenspeichern sollte eine ordentliche und gepflegte PC-Zubehörsammlung wie die unsere “auf Lager” haben.

Für das Projekt haben wir unseren Lagerbestand durchforstet. Das Ergebnis: ein ansehnliches PC/XT Gehäuse von IBM, ein originales Netzteil sowie ein ebenso originales IBM PC/XT Mainboard 64/256, verschiedene HD-Diskettenlaufwerke mit passender schwarzer Blende, einen noch neuen Floppycontroller der Firma Longshine-LCS-6814F für HD-Diskettenlaufwerke, eine Paradise VGA Plus Card sowie eine No-Name I/O-Card mit batteriegepufferter RTC. Alles 8-Bit ISA.

Bei Festplatte und Controller fiel die Wahl auf SCSI. Hier wurde es schon enger: 8-Bit SCSI Controller sind rar. Einer der leistungsfähigsten dieser Zeit kam von Future Domain.

Das Netz stellt einige Informationen über den Future Domain TMC-840 bereit, obwohl der Hersteller 1990 von Adaptec übernommen wurde. Auf der Adaptec-Website selbst ist erwartungsgemäß nicht mehr viel von diesen Produkte zu finden, aber in anderen Quellen. Das zu lösende Problem ist, daß ausgerechnet der TMC-840 kein eigenes Bios besitzt (der ansonsten baugleiche TMC-850 hätte eins). Ohne ein Bios auf dem Controller ist eine daran angeschlossene Festplatte (oder jedes andere Gerät) mittels Treiberinstallation grundsätzlich voll funktionsfähig, es kann aber nicht davon gebootet werden. Dafür gibt es aber eine Lösung: das Super PC/Turbo XT BIOS. Es ersetzt das Bios in allen XT kompatiblen Rechnern, behebt einige Fehler des originalen Bios, bietet schnellere RAM Prüfung, erkennt CPU’s automatisch, unterstützt neuere Tastaturen u.s.w. In der etwas älteren Version 2.6 dieses Bios besteht u.a. die Möglichkeit, ein makefile so zu ändern, daß beim Compilieren das TMC-850 Bios (Version 8.5) eingebunden wird. Am Ende des Compilation werden zwei binäre Dateien erzeugt, die dann in zwei Eproms gebrannt und in U18 und U19 des IBM Mainboards das originale Bios ersetzen.

Eine gute Quelle für DOS- und Windows 3.x Treiber ist übrigens die Seite Vogons Vintage Driver Library.

Das originale Netzteil, das wir in unserem Lager gefunden haben hat bei einem Testlauf eine Rauchwolke von sich gegeben. Überlegungen, es zu reparieren haben wir schnell aufgegeben, weil es sich nicht um ein XT Netzteil mit 130W, sondern um eines aus einem 5150 mit 63W handelte. Das wäre zu leistungsschwach. Also werden wir ein noch wenig benutztes 150W AT Netzteil schlachten. Da dieses aber auch schon mehr als 25 Jahre auf dem Buckel hat tauschen wir vor dem Einbau auch gleich alle Elkos. Das Ganze soll in das originale IBM PC Netzteilgehäuse implantiert werden, um die Optik zu wahren, und tatsächlich passt es recht gut rein. Der Ein-Aus-Schalter sowie der Kabelstrang werden aus dem alten IBM Netzteil übernommen. Von aussen ist der Umbau nicht erkennbar.

Nach gründlicher Reingung des XT-Gehäuses folgt ein erster Funktionstest. Dazu werden Mainboard, Netzteil und die VGA-Karte eingebaut, noch mit dem originalen Bios. Wichtig dabei ist, den Dip-Schalter auf dem Mainboard entsprechend dieser Konfiguration zu stellen: Color, 256KB RAM, ohne Laufwerke.

Nachdem feststeht, das diese Minimalkonfiguration einwandfrei funktioniert, kann mit dem Einbau des Floppy-Controllers (Longshine-LCS-6814F) und den beiden Diskettenlaufwerken (3,5″ HD als DS0, 5,25″ HD als DS1) fortgefahren werden. Leider sieht IBM beim XT Gehäuse Laufwerke mit voller Bauhöhe vor. Für den Einbau von zwei halbhohen Laufwerken pro Laufwerksschacht müssen für die oberen Laufwerke zusätzliche Halterungen gebastelt werden.

Alles wurde verkabelt und verschraubt und die Dip-Schalter des Mainboards auf zwei Diskettenlaufwerke umgestellt. Wir starten wir einen Versuch mit einer DOS 6.2 Boot-Diskette im 3,5″  HD-Format. Nach dem Einschalten erkennt  das Bios des Floppy-Controllers die beiden HD-Laufwerke korrekt. Dann wird DOS 6.2 von Laufwerk a: gebootet. Die DOS-Konfigurationsdateien unserer Boot-Diskette haben ganz offensichtlich einen moderneren Rechner erwartet.

Bis hierher wäre alles OK. Als nächstes ist die SCSI Einheit bestehend aus dem Future Domain Controller und einer 2 GB SCSI Festplatte dran. Davor muss aber jetzt das originale XT Bios unserem modifiziertem Super PC/Turbo XT BIOS weichen, damit – wie oben erwähnt – das SCSI-Bios des Future-Domain TMC-840 Controllers eingebunden wird.

Alternativ gibt es natürlich auch die Möglichkeit, zwei PC’s über die serielle oder über die paralelle Schnittstelle per Kabel miteinander zu verbinden und auf diese Art Daten zu transferieren. Folgende Programme bieten hier u.a. Unterstützung an: Norton Commander, PC-Tools, Laplink, Kirschbaum Netz, Interlnk/Intersvr).

Nachdem das SCSI-Zip-Laufwerk (SCSI ID 3) und die Festplatte (SCSI ID 4) entsprechend ge-jumpert sind, der Controller eingebaut und alles per 50 pin Kabel verbunden ist, kann der große Moment stattfinden. Wird das Bios eingebunden, werden die Laufwerke erkannt ?

Es hat funktioniert. Nach dem Einschalten wird nach dem Bios des Floppy-Controllers auch das im Super PC/XT Bios eingebundene Future Domain – Bios aktiviert. Die beiden SCSI-Geräte Iomega Zip und die IBM Festplatte werden erkannt. Nach dem Einrichten der Festplatte sollte daher auch problemlos von der Festplatte gebootet werden können. Zuvor ist es jedoch notwendig, mittels der SCSI-Utilities von Future Domain die Festplatte auf Hardware-Ebene (Low-Level) zu formatieren. Diese Art der Formatierung darf nicht verwechselt werden mit der Formatierung auf Dateiebene, die das jeweilige Betriebssystem durchführt. Bei der Low-Level-Formatierung schreibt der Controller, in unserem Fall der Future Domain TMC-840, Spuren und Sektoren auf die Festplatte. Dabei wird noch kein Dateisystem erzeugt, aber diese Maßnahme ist notwendig, damit Controller und Festplatte sozusagen “richtig gute Freunde” werden. Ein Low-Level-Fomat ist gewöhnlich nur einmal für eine Controller-Festplatten Kombination notwendig. Benutzbar wird die Festplatte durch ein Betriebssystem erst, wenn das uns allen geläufige Partitionieren und Formatieren durchgeführt wurde. Im Falle von PC/MS-DOS wären das “fdisk” zum Partitionieren der Festplatte und “format” zum Formatieren einer Partition.

Ein SCSI Iomega-Zip Laufwerk haben wir auch im Fundus, das kommt auch noch rein für Backups und zum Datenaustausch mit modernen PC’s. Damit wären zusammen mit der SCSI-Festplatte und den beiden Diskettenlaufwerken die vier möglichen Laufwerksschächte des XT-Gehäuses belegt. Zur Info: 100MB Iomega Zip-Laufwerke sind kompatibel miteinander – unabhängig ob Atapi, SCSI oder extern am paralellen Port bzw. per USB angeschlossen. Man kann zu installierende Software also mit einem extern an einem modernen PC angeschlossenen USB-Zip Laufwerk auf einer Zip-Diskette speichern und dann auf dem XT installieren.

Alternativ hätten wir auch ein CD-ROM Laufwerk einbauen können. 1990 war allerdings noch nicht allzu viel Software auf diesem Medium verfügbar, das begann erst nach der Einführung von Windows 3.1 so richtig.

Nach dem Einrichten der Festplatte mit DOS 6.22, dem Einfügen der SCSI Treiber in der “config.sys” bootet der XT einwandfrei von Festplatte. Bevor jedoch hier weiter verfahren wird, machen wir aus dem 8088 erstmal einen 80386. Dies hat wesentliche Auswirkungen auf die weitere softwaremäßige Einrichtung des IBM XT.

Das Intel Inboard 386/PC ist nun eingebaut. Auf den Fotos unten kann man auch das blaue Flachbandkabel erkennen, das von der Steckkarte direkt auf den CPU-Sockel des Mainboards führt. Die 8088 CPU muss natürlich vorher entfernt werden. Wie bereits oben erwähnt besitzt unser Inboard 386/PC neben den standardmäßigen 1MB RAM zudem eine RAM-Erweiterung um weitere 2MB in Form einer Piggyback-Platine. Letztere soll es auch mit 4MB RAM gegeben haben. Auf diesen eigenen Speicher greift das Inboard über einen 32Bit-Datenbus zu. Das RAM des Mainboards wird nur noch für den Bootvorgang benötigt, nach der Aktivierung des Inboard 386/PC wird es nicht mehr benutzt. Ebenso sollten alle RAM-Erweiterungen in Form von Steckkarten entfernt werden. Weiterer Speicher (bis zu 8MB) ist über das Intel Above Board Plus 8 installierbar. Diese 16-Bit ISA karte kann mittels eines zusätzlichen IC’s 8-Bit kompatibel gemacht werden. Der Speicher des Above Boards Plus 8 wird vom Inboard 386/PC automatisch erkannt.

Nachdem der Intel-Treiber installiert ist, wird die Funktion des Inboards überprüft.

Auf dem Intel Inboards 386/PC ist nur die SX-Variante der 80386 CPU (16-Bit Datenbus statt 32-Bit wie beim DX) verbaut. Die mathematische Co-CPU fehlt beim SX. Ein spezieller Steckplatz dafür ist auf dem Inboard vorhanden, man kann also nachrüsten. In unserem Sammelsurium findet sich erfreulicherweise auch ein Intel 80387-16, also ziehen wir auch diese Option. Leider machen nur wenige Programme von dessen Fähigkeiten Gebrauch (z.B. AutoCAD).

Bevor wir jetzt die DOS-Konfiguration optimieren, bauen wir noch die Soundkarte (Sound Blaster CT1350B), eine Netzwerkkarte (3Com 3C509) sowie eine No Name I/O Karte mit gepufferter RTC ein. Damit sind alle 8 ISA-Steckplätze des Rechners belegt.

Slot 1: SoundBlaster CT1350B
Slot 2: MF Karte mit RTC und seriellem Port
Slot 3: MF Karte mit Druckerport und seriellem Port
Slot 4: 3Com Etherlink III (Netzwerk)
Slot 5: Intel Inboard 386/PC
Slot 6: Future Domain TMC-840 (SCSI)
Slot 7: Longshine-LCS-6814F (Floppy-Controller)
Slot 8: V7 VEGA VGA

Eine Eigenheit des IBM XT (5155, 5160) muß erwähnt werden. Der Slot 8 (der Erste links vom NT) ist ein besonderer Steckplatz, den IBM für eine spezielle Verwendung modifiziert hat, und zwar für den Betrieb der IBM Expansion Unit (5161). Eine Steckkarte, die in diesem Steckplatz verbaut wird, muß dementsprechend Slot-8 kompatibel sein, sonst funktioniert sie i.d.R. nicht. Standardmäßig steckt in diesem Slot der IBM Floppy-Controller, der aber keine HD-Laufwerke unterstützt. Da keine der im Zuge dieses Umbaus verwendeten Karten im Slot-8 verwendet werden konnte, mußten wir eine geeignete Karte finden, um alle Steckplätze nutzen zu können. Am Ende blieb nur die Lösung, die Paradise VGA Karte durch eine V7 VEGA VGA (ebenfalls nur 256 KiB VRAM) zu ersetzen, da diese im Slot 8 betrieben werden kann.

Nachdem alle Hardware-Komponenten verbaut sind, müssen die entsprechenden Treiber installiert werden. Die Netzwerkkarte klammern wir vorläufig aus, weil wir vorhaben, ein Netzwerk nur unter Windows zu installieren. Die Sound Blaster CT1350B besitzt ein Installationsprogramm und wird automatisch eingerichtet. Die I/O Karte liefert kleine Utilities für das Setzen und Auslesen der RTC mit.

Nach mehreren Versuchen mit anderen Speicher-Manager’n hat der Qualitas 386Max die besten Ergebnisse gebracht. Er schaufelt am meisten RAM im für DOS wichtigen konventionellen Speicher bis 640KiB frei, in dem er Treiber und speicherresistente Programme in die freien UMB’s (Upper Memory Blocks) hochlädt. Wichtig ist dabei natürlich, das der Speicher-Manager erst dann in der “config.sys” eingebunden werden darf, nachdem das Inboard 386/PC initialisiert wurde. Erst dann stehen die 386er CPU und die 3MB des Inboards dem Speicher-Manager zur Verfügung.

Zuerst wird die Konfiguration auf DOS optimiert. Es gibt einige DOS-Programme, die erweiterten Speicher nutzen, entweder als EMS (Expanded Memory Specification) oder als XMS (Extended Memory Specification). Dazu zählen z.B. Microsoft Word, Multiplan, Ashton-Tate Framework, Lotus 1-2-3 und natürlich viele anspruchvollere Spiele.

Zur Beschleunigung der Festplattenzugriffe wird ein Cache-Programm installiert, welches aber möglichst wenig wertvollen konventionellen DOS-Speicher, sondern 512KiB Speicher im XMS-Bereich nutzen soll. Hier verwenden wir LBACache aus FreeDOS.

Nach Einrichtung aller Komponenten und der Installation der spezifischen Treiber stehen immerhin 617 KiB Speicher für DOS Programme zur Verfügung. Wir testen anspuchsvolle DOS-Programme wie Microsoft Word 6.0, Star Office 1.0, Norton Desktop für DOS und den Desktop Navigator (RitLabs), welche auf einem einfachen XT gar nicht oder nur sehr träge gelaufen wären.

Die im Jahr 1990 aktuellen Programme laufen in ordentlicher Geschwindigkeit. Laut Norton Systeminfo ist der XT jetzt mehr als doppelt so schnell wie ein AT, kommt aber erwartungsgemäß nicht mal annähernd an ein High-End System wie dem Compaq Deskpro 386/33 heran.

Zu guter Letzt installieren wir Windows 3.0. Das liegt in einer speziellen Version vor, die für das Intel Inboard 386/PC angepasst wurde (u.a. der Tastaturtreiber). Das Windows läuft, aber leider nur mit der Standard-VGA Auflösung. Unsere Grafikkarte besitzt nur 256KiB RAM, daher geht nicht mehr als 640×480 mit 256 Farben. Mit 16 Farben wäre eine höhere Auflösung möglich (800 x 600), aber so “unbunt” möchten wir Windows nicht betreiben. Mehr Speicher gab es nur bei 16-Bit Grafikkarten, wobei die eine oder andere per Jumper zum Arbeiten in einem 8-Bit Steckplatz überredet werden konnte. Wir werden irgendwann noch ein paar Versuche mit 16-Bit Grafikkarten durchführen, die mehr Videoram mitbringen und eine höhere Auflösung ermöglichen.

Fazit:

Was haben wir verbessert: schnellere 386er CPU (jetzt mehr als 9x schneller als ein IBM XT), 3MiB RAM, üppige 2GiB SCSI Festplatte, schnelle VGA Farbgrafik, zwei HD-Diskettenlaufwerke, ein Iomega Zip mit 100MiB, moderne Tastatur und Maus, ordentlicher Sound für Spiele und eine batterie-gepufferte Uhr.

Für die Arbeit ausschließlich mit XMS/EMS-speicherhungrigen DOS-Programmen der 1990iger Jahre kann unser XT aus dem Jahr 1983 durchaus noch benutzt werden. Aufgrund des nun möglichen großen Platten-Cache von 512KiB starten Programme wie Norton Commander 5.51 oder Word 5.5 sauschnell. Auch die sonstige Verarbeitungsgeschwindigkeit unter DOS ist ordentlich. Aber eigentlich war der Betrieb von Windows unser Ziel, und das wurde nur eingeschränkt erreicht. Windows 3.0 läuft akzeptabel, aber natürlich genauso instabil wie auf anderen Rechnern auch und leider nur in der Standard-Auflösung. Microsoft Office 3.2 wurde installiert. Aber mehrere Programme gleichzeitig gestartet führten wiederholt zu Abstürzen. Für die stabileren Nachfolger Windows 3.1 (1992) oder Windows for Workgroups 3.11 (1993) wäre weiterer Speicher notwendig. Hierfür käme nur das Intel Above Board Plus 8 in Frage. Zudem müssen diese Windows-Versionen manuell “gepatched” werden, denn spezielle Versionen für das Inboard gab es davon nicht mehr. Grundsätzlich hinterfragt werden muß natürlich der finanzielle Aufwand einer solchen Aufrüstung. 386er Clones waren 1990 schon für 3000DM (ca. 1500€) erhältlich (z.B. bei Vobis). Bei den damaligen Neupreisen für die Komponenten haben wir für diesen Umbau sicher wesentlich mehr ausgegeben.

Ergänzung November 2022:

Das interne SCSI-Zip-Laufwerk hat sich verabschiedet (Click of Death). Wer uns eines spenden will, her damit.