6400: Microcomputer Master Lab

Inhalt:

1. Kurzübersicht
2. Bauteile
3. Systemeinordnung
4. Zusätzlich erforderlich
5. Änderungen
6. Bilder
7. Experimente

Das 6400 Microcomputer Master Lab wurde zusammen mit der Elektronikserie 6000 ABC im Jahr 1983 vorgestellt. Es zierte die Titelseite des letzten Philips und ersten Schuco Experimentierkatalogs und belegte auch die erste Doppelseite in den Broschüren. Im Vergleich mit seinen Mitbewerbern von Busch und Kosmos war das Master Lab in der Grundausstattung überraschend umfangreich und komplett. Ein Kassetten-Interface ist bereits on-board. Der Arbeitsspeicher ist mit 1 KB für das eintippen von Maschinencode recht üppig bemessen. Das Netzteil gehört genauso zum Lieferumfang wie das Überspielkabel zum Anschluss des Kassettenrecorders. Sogar ein vollständiges Elektronik-Experimentierset mit separater Experimentierbox war enthalten. Ebenso eine Kassette, die schon mit 5 Programmen bespielt ist.

Nur der Kassettenrecorder selbst war nicht dabei. Aber der gehörte in der damaligen Zeit zur Grundausstattung in jedem Kinderzimmer. Leider in vielen Fällen auch ein Fernsehgerät und ein Heimcomputer. Die Commodore Brotkästen VC-20 und C64, sowie die Atari Modelle 600XL und 800XL eroberten die Herzen der Jugend im Sturm und waren auch nicht teurer als das Master Lab.

Für die Erwachsenen hatte Apple im Jahr 1983 mit dem Modell Lisa schon mal vorgemacht, wie rund ein Jahrzehnt später die Benutzeroberfläche eines Computers generell aussehen sollte. Nur Informatik-Professoren und ihre Studenten hielten noch ein paar Jahre länger wacker an den Befehlszeileninterpretern ihrer UNIX-Maschinen fest. Mit dem fünfstelligen Preis fand Apples Lisa aber nur Einzug in einige Chefbüros. Gerüchten zufolge wurden die nicht verkauften Lisas nach Einführung des Nachfolgers Macintosh (kurz: Mac) auf einem eigens dafür angeschafften Grundstück vergraben. Computerbegeisterte Normalbürger begnügten sich in der Regel mit Z80 Maschinen und dem Betriebssystem CP/M, kurz darauf auch mit MSX. In der Geschäftswelt hatte IBM mit den Modellen PC und XT bereits das Betriebssystem DOS etabliert und stand mit dem AT in den Startlöchern.

Denkbar schlechte Voraussetzungen für Lernsysteme, wie das Master Lab. Man musste zu jener Zeit kein Prophet sein, um vorherzusehen, dass sich die PC-Schiene (mit der Power von IBM) auf breiter Linie durchsetzen wird. So ist es kein Wunder, dass damals jeder Computerfreak sein Geld für einen PC angespart hat. Erschwerend für das Master Lab kam hinzu, dass sich Philips und Schuco sehr bedeckt hielten, welche CPU eingebaut ist und inwieweit ein Ausbau des Systems geplant war. Denn der Schock saß tief, dass im bereits bekannten Busch 2090 Lernsystem ein selbst für damalige Verhältnisse völlig veralteter 4 Bit Mikrocontroller zum Einsatz kam.

Vom gleichzeitig mit dem Master Lab erschienen Kosmos CP1 war bekannt, dass darin der bis heute gut bekannte 8 Bit Mikrocontroller 8049 von Intel verbaut ist. Allerdings abgeschirmt durch eine virtuelle Maschine. Da wurde also nicht der 8049 programmiert, sondern ein Pseudo-Prozessor mit einem sehr speziellen Befehlssatz (nur rund 20 Befehle) und einer äußerst eigentümlichen Speicherstruktur. Von den insgesamt vorhandenen 4 KB RAM blieben gerade mal 128 Speicherzellen zu 14 Bit (6 Bit für den Befehl und 8 Bit für Daten) für den Anwender übrig. Der große Rest wurde von der Simulationssoftware verbraten.

Im Nachhinein ist Philips zu bescheinigen, dass mit dem Master Lab der einzig richtige Weg eingeschlagen wurde. Ein System mit einem echten 8 Bit Mikroprozessor, dem INS 8070. Ohne Tricks und doppeltem Boden! Das setzt natürlich voraus, dass man bereit sein muss, sich ausgiebig mit dem dualen und hexadezimalen Zahlensystem zu beschäftigen. Mit der didaktisch geschickten Anleitung gelingt das ohne Schwierigkeiten. Trotzdem war die in Frage kommende Zielgruppe für dieses System ziemlich klein. Das Master Lab hat sicherlich den Weg zu einigen Vollblutelektronikern gefunden. Und sei es nur wegen dem Gehäuse, das sich hervorragend neben den Experimentierboxen der Serie 6000 ABC einreiht.  Das wird auch der einzige Grund sein, warum das Master Lab bei Sammlern heute so begehrt ist. Aus Sicht der Hersteller waren die Mikrocomputer-Lehrsysteme ein Flop. Lediglich das zwei Jahre zuvor vorgestellte Microtronic Computersystem 2090 von Busch dürfte eine etwas größere Verbreitung gefunden haben.

Ein Kastendiagramm zur Serie 6400 erübrigt sich eigentlich. Das Master Lab ist als in sich abgeschlossen zu betrachten. Erweiterungen wurden nicht offiziell angeboten. Aus der Anleitung geht nur hervor, dass eine Speichererweiterung im Adressbereich FF00h...FFFFh geplant war. Also der Bereich, der über die direkte Adressierung anzusprechen ist.

Am LI-Hamburg hatte Herr Erhard Meyer (der Autor der Anleitung) schon vor der Markteinführung des Master Lab an einer Erweiterung gearbeitet. Die Labormuster sind mit dem INS 8154 bestückt. Mir vorliegende Unterlagen machen den Eindruck, als ob das System im gymnasialen Physik/Informatik/Technik-Unterricht im Einsatz war. Zu dieser Erweiterung gehörte offenbar eine separate Ampelplatine. Andere Beispiele setzen anscheinend einen Fischertechnik Baukasten voraus. Diese Informationen und einen kompletten MC 6400 (mit Erweiterung) erhielt ich von Herrn Reinhard Brandt. Auf diesem Wege nochmals ganz herzlichen Dank! Er hatte das Vergnügen, zu seiner Pensionierung den Restbestand der Master Labs am Landesinstitut für Lehrerfortbildung "entsorgen" zu dürfen. Ausführliche Infos werde ich demnächst zu einem Extra aufbereiteten.

Nach Durchsicht diverser Unterlagen von Herrn Meyer und von National Semiconductor komme ich zu dem Schluss, dass wohl ein Endausbau zu einem BASIC System geplant war. Ursprünglich durch Austausch der CPU gegen einen INS8073, in der finalen Version aber durch EPROM-Austausch. Das dazu erforderliche, separate ASCII Terminal hätte man wahrscheinlich an der DIN Buchse für den Kassettenrekorder anschließen können.

Ein Master Lab gab es übrigens auch von Quelle. Dort ist es aber nur eine andere Bezeichnung für die Elektronik-Grundstufe 6103 C. Das Mikrocomputer-System wurde von Quelle nicht angeboten. Hier sollten Sammler also genau aufpassen, was zum Verkauf steht.

• Kassettenrecorder zum Speichern und Laden von Daten und Programmen.

Zur Stromversorgung hat dem Mikrocomputer Master Lab bereits ein Steckernetzteil beigelegen. In den Experimenten der Anleitung erfolgt die Spannungsversorgung der Experimentierbox B aus dem Spannungsregler des Mikrocomputers. Dazu ist also keine weitere Stromversorgung erforderlich.

Für umfangreichere Aufbauten auf der Experimentierbox B wird jedoch die Anschaffung eines zusätzlichen Netzgerätes empfohlen. Beispielsweise der Netzadapter 6155 aus der Elektronik-Serie.

Ebenso ist ein Batteriebetrieb denkbar. Dann müsste aber zunächst ein Batteriekasten für 6 Babyzellen zum einlegen in die Experimentierbox angeschafft werden. Der korrekte Anschluss des Batteriekastens ist beispielsweise in der Anleitung zum Elektronik Basis Lab nachzulesen.

Nichts bekannt!

• Den meisten mir bekannten Baukästen hat, im Gegensatz zu den Angaben in der Anleitung, ein Steckernetzteil mit 8 V / 400 mA beigelegen. Das Steckernetzteil 9 V / 350 mA gab es offenbar nur in einer kleinen Serie des MC 6400.
• Möglicherweise hat einem Teil dieser Baukästen ein etwas anderer Rahmeneinsatz und ein Lautsprecher mit rundem Magneten beigelegen. In diesem Fall wären dann auch die beiden Flachsteckhülsen, die Unterlegscheiben und 4 Schrauben entbehrlich.

Die Anleitung zum Microcomputer Master-Lab 6400 beschreibt in 19 Kapiteln die Funktionsweise und Programmierung eines Mikroprozessors. Im 20. Kapitel sind die Lösungen zu den Übungsaufgaben und im Anhang befinden sich Übersichten mit wichtigen Zusammenfassungen. Trotz der sehr ausführlichen Anleitung, die selbst vor der Behandlung von Interrupts nicht zurückschreckt, wird nur ein kleiner Teil der Möglichkeiten des eingebauten Mikroprozessors erklärt. Insbesondere fehlt die Behandlung der verschiedenen Zeiger-Register und die damit verbundenen Adressierungsarten. Dies war als Erweiterung geplant. Ebenso die Beschreibung der Schnittstellenleiste auf der linken Seite des Computers. Es sind jedoch keine Erweiterungen erschienen. Um Anwendern dieses Computers hier ein wenig aus der Patsche zu helfen, habe ich eine Extraseite mit zusätzlichen Informationen aufbereitet.

Inhalt

Der Microcomputer 6400

Inhaltsverzeichnis

Bauteile des Microcomputers

Vorwort

Experimentierbox

Bauteile der Experimentierbox

Vorbereiten der Experimentierbox

Befestigen der Bauteile auf der Grundplatte

Bauteile der Grundplatte

1. Die zwölf Spiele
   1. Wir nehmen den Computer in Betrieb
   2. Wir beginnen mit den Spielen
   3. Beschreibung der Spiele
      1. Spiel 1: Ampel
      2. Spiel 2: gelbes Blinklicht
      3. Spiel 3: Lauflicht
      4. Spiel 4: Zähler
      5. Spiel 5: Sekunden-Uhr
      6. Spiel 6: Sirene
      7. Spiel 7: elektronischer Würfel
      8. Spiel 8: Zahlenlotto „6 aus 49“
      9. Spiel 9: Zweier-Potenzen
      10. Spiel 10: Taschenrechner
      11. Spiel 11: Reaktionstest
      12. Spiel 12: Laufschrift

2. Eingabe und Start eines Programms
   1. Vorbereitungen für die Programmeingabe
   2. Programmeingabe
   3. Kontrolle eines eingegebenen Programms
   4. Programmstart
   5. Abänderungen des Programms

3. Der Computer und seine Peripherie
   1. Die Verbindungen mit der Peripherie
   2. Die Glühlampe kann auch blinken
   3. Ein Morseapparat
   4. Eine Lichtschranke
      1. Aufbau und Überprüfung
      2. Diebstahlsicherung
      3. Lichtschranke und Zähler
   5. Programmstart nur bei Adresse 1000?
   6. Ein kleiner Ausblick
   7. Etwas Elektronik
      1. Die Schaltung für die Ausgänge
      2. Die Schaltung für die Eingänge

4. Dualzahlen und Hexadezimalzahlen
   1. Zahlenraten
   2. Dualzahlen
   3. Hexadezimalzahlen
      1. Einstelliger Hexadezimalzähler
      2. Zusammenhang mit Dualzahlen
      3. Ein Rückwärtszähler
      4. Mehrstelliger Hexadezimalzähler
      5. Und noch ein Rückwärtszähler

5. Umwandlungen zwischen Zahlensystemen
   1. Vorbemerkungen
   2. Umwandlungen zwischen dem Dual- und dem Hexadezimalsystem
   3. Umwandlungen zwischen Dual- und Dezimalsystem
   4. Umwandlungen zwischen dem Hexadezimal- und dem Dezimalsystem
   5. Aufgaben zu Kapitel 5
   6. Drei Umwandlungsprogramme
      1. Von dezimal nach dual
      2. Von dezimal nach hexadezimal
      3. Von hexadezimal nach dezimal

6. Vom Halbaddierer zum Addierwerk
   1. Der Halbaddierer
   2. Der Volladdierer
   3. Ein vierstelliges Addierwerk
   4. Aufgabe zu Kapitel 6
   5. Die Addition von einstelligen Hexadezimalzahlen

7. Die ersten Befehle: Addition
   1. „Addiere dazu 3F!“
   2. 16 Bit = 2 Byte
   3. Wir erweitern das Programm
   4. Das Carry/Link-Flag: CY/L
   5. Eine zweite Adressierungsart
   6. Noch mehr Komfort
   7. Schriftliche Addition von Hexadezimalzahlen
   8. Aufgaben zu Kapitel 7
   9. Zusammenstellung der bisher besprochenen Befehle
      1. Der mnemonische Code
      2. Befehle mit unmittelbarer Adressierung
      3. Befehle mit direkter Adressierung
      4. Die Calls

8. Und nun noch einmal alles vierstellig
   1. Das Extension-Register E
   2. Aus Zwei mach Eins
   3. Vierstellig, direkt adressiert
   4. Der Computer kennt keine Dezimalzahlen
   5. Addition im Dezimalsystem
   6. Aufgaben zu Kapitel 8

9. Subtraktion
   1. Zunächst die neuen Befehle
   2. Schriftliche Subtraktion von Hexadezimalzahlen
   3. Das CY/L-Flag und die Subtraktion
   4. Das Rechnen mit Komplementen
      1. Neuner- und Zehnerkomplementen im Dezimalsystem
      2. Fünfzehner- und Sechzehnerkomplemente im Hexadezimalsystem
      3. Einer- und Zweierkomplemente im Dualsystem
   5. Und so subtrahiert der Mikroprozessor wirklich
   6. Negative Zahlen
   7. Aufgabe zu Kapitel 9

10. Sprungbefehle
    1. Der Programmzähler PC
    2. Der Jump-Befehl
    3. Ein Branch-Befehl
    4. Bedingte Sprünge
    5. Wir lassen die Displacements berechnen
    6. Der Programmablaufplan
    7. Aufgaben zu Kapitel 10

11. lnkrementieren und Dekrementieren
    1. Zwei nützliche Befehle
    2. Wir entwickeln ein Programm
       1. Die Aufgabenstellung
       2. Planung des Programmablaufs
       3. Der Programmablaufplan
       4. Das Programm
       5. Erprobung des Programms und Fehlersuche
    3. Aufgaben zu Kapitel 11

12. Unterprogramme
    1. Bemerkungen zum Status-Register S
    2. Wir programmieren eine Pause
    3. Wir schreiben unser erstes Unterprogramm
    4. Der Stack oder der Stapelspeicher
    5. Verschachtelung von Unterprogrammen
    6. Der Stackpointer
    7. Aufgaben zu Kapitel 12

13. Die sechzehn Calls
    1. Die Adressierung der Calls
    2. Beispiel: CALL VERZ (Verzögerung)
    3. Ein Ampel-Programm
    4. Die verwendeten Speicher-Adressen
    5. Die Codierung der sechzehn Hexadezimalziffern
    6. Zum Anzeige-Vorgang
    7. Drei weitere Calls
    8. Codierung beliebiger Symbole
    9. Die restlichen Calls
       1. Der CALL ANZ EIN
       2. Der CALL UEB 4L
       3. Der CALL HALT
    10. Aufgaben zu Kapitel 13

14. Logische Operationen
    1. Logische Verknüpfungen von zwei Eingangssignalen
       1. Die UND-Schaltung
       2. Die ODER-Schaltung
       3. Die NAND-Schaltung
       4. Die NOR-Schaltung
       5. Die Äquivalenzschaltung
       6. Die Antivalenzschaltung
       7. Zusammenstellung der logischen Verknüpfungen
    2. Logische Verknüpfungen von zweistelligen Hexadezimalzahlen
    3. Die logischen Befehle
    4. Negation mit Hilfe des XOR-Befehls
    5. Zusätzliche Sprungbedingungen
    6. Maskieren
    7. Ein Bit löschen - ein Bit setzen
    8. Die ALU - die arithmetische, logische Einheit
    9. Aufgaben zu Kapitel 14

15. Schiebe- und Rotationsbetrieb
    1. Lauflicht rechts
    2. Die sieben Befehle
    3. Spiel 9: Zweier-Potenzen
    4. (FL3): = (CY/L)
    5. Der Zufallszahlengenerator
    6. Aufgaben zu Kapitel 15

16. Multiplikation und Division
    1. Ein erstes Multiplikationsprogramm
    2. Schriftliches Multiplizieren
    3. Verdoppeln - Halbieren
    4. Das zweite Multiplikationsprogramm
    5. Das T-Register und der Multiplikationsbefehl
    6. Dezimale Multiplikation
    7. Dezimale Division
    8. Die Calls CALL DEZ-HEX und CALL HEX-DEZ
       1. Der CALL DEZ-HEX
       2. Der CALL HEX-DEZ
       3. Bemerkungen zu diesen Calls
    9. Aufgaben zu Kapitel 16

17. Ergänzungen zum Status-Register
    1. Das Overflow-Flag
    2. Endlos-Schleife mit Ausgang
    3. Weitere Untersuchung des lnterrupt-Verfahrens
    4. Entprellen mit Software
    5. Ein lnterrupt von der Peripherie
    6. Ein gefälschter Würfel
    7. Aufgaben zu Kapitel 17

18. Programme - Programme - Programme
    1. Die Programme aus dem 2. und 3. Kapitel
       1. Das Programm aus dem 2. Kapitel
       2. Das Programm „Die Glühlampe kann auch blinken“
       3. Das Programm „Ein Morseapparat“
       4. Das Testprogramm für die Lichtschranke
       5. Das Programm „Diebstahlsicherung“
       6. Das Programm „Lichtschranke und Zähler‘
    2. Ergänzungen zu besprochenen Programmen
       1. Die Summe kann fünfstellig sein
       2. Die Differenz kann negativ sein
       3. Das Produkt kann achtstellig sein
       4. Verbesserte achtstellige Anzeige
    3. Weitere Programme
       1. „RL EA“ - ein neuer Befehl?
       2. Der BCD - Code
       3. Ein JK - Flip-Flop
       4. Eine Ampel mit Handbedienung
       5. Das kleine Einmaleins
       6. Ein Würfelspiel
       7. Messung der Reaktionszeit

19. Programme auf Cassette
    1. Cassettenrecorder-Interface
       1. Interface-Schaltung, 1. Teil
       2. Interface-Schaltung, 2. Teil
    2. Speichern und Laden von Programmen
       1. „Save“
       2. „Load“
    3. Verschieben von Programmen
       1. Ein Würfelspiel
       2. Das Spiel „Zahlen erkennen“
       3. Das Spiel „NIMM“
       4. Eine Digitaluhr
       5. Der Computer macht Musik

20. Lösungen zu den Aufgaben

    Lösungen zu Kapitel 5

    Lösungen zu Kapitel 6

    Lösungen zu Kapitel 7

    Lösungen zu Kapitel 8

    Lösungen zu Kapitel 9

    Lösungen zu Kapitel 10

    Lösungen zu Kapitel 11

    Lösungen zu Kapitel 12

    Lösungen zu Kapitel 13

    Lösungen zu Kapitel 14

    Lösungen zu Kapitel 15

    Lösungen zu Kapitel 16

    Lösungen zu Kapitel 17

1. Anhang
   1. Befehlslisten
      1. Zusammenstellung der behandelten Befehle
      2. Befehlsliste, Adressierungsarten
      3. Befehlsliste, mnemonischer Code
      4. Befehlsliste, Operationscode
      5. Änderung der Register- und Speicherinhalte bei den sechzehn Calls
   2. Umwandlungstabellen
      1. Dezimal - dual - hexadezimal
      2. dezimal - hexadezimal
      3. hexadezimal - dezimal
   3. Stichwortverzeichnis
   4. Verdrahtungspläne
   5. Blaue Funktionstasten bei Spiel 10: Rechner