IBM Clone Selbstbau: Monotech NuXT Turbo PC

Es gibt bei den PC-Bastlern so eine Kategorie, in die sie schnell hineingeraten können, wenn sie nicht aufpassen, bei der so ein Computersystem schnell oversized wird und mit Komponenten bestückt ist, die in der Anschaffung sehr viel Geld kosten, im Betrieb mehr Strom und damit Betriebskosten erzeugen, sowie in der Einrichtung und Handhabung deutlich mehr Einarbeitung und Einrichtungsaufwand benötigen. Bisweilen können diese Komponenten sein, die eigentlich für den Industrie- und Enterprisebereich vorgesehen sind, nur um die Hardware in ihrer Leistungsfähigkeit bis auf das letzte ausreizen zu können. Auf der anderen Seite gibt es aber Menschen, die ihre Computersysteme sehr weit über den Produktzyklus hinaus benutzen. So zum Beispiel Retro-PC-Spieler, die ihre alten Computerspiele aus ihrer Jugend lieber auf der original-authentischen Hardware der jeweiligen Epoche immer und immer wieder erleben wollen, oder Menschen, die nur sehr genügsame Ansprüche und Anwendungen an ihren Computer haben, ihn aber auch als Möbelstück sehr pfleglich behandeln und so gerne 10 bis 13 Jahre ohne Murren und knurren verwenden können. Dabei resultiert der Effekt, dass man bereits veraltete und nicht mehr so leistungsfähige Hardware verwendet, die in ihren Betriebskosten mit der Zeit immer teurer wird, während inzwischen deutlich leistungsfähigere und damit vor allem effizienterer Computer verfügbar sind, die auch deutlich weniger Energie benötigen. – Ich hingegen habe nun in eine ganz neue Kategorie Fuß gefasst.

Wie bereits in meinem Blogbeitrag „Ein neues Diskettenlaufwerk für meine alten 5,25″ Disketten von vor anderthalb Jahren kurz angesprochen, bin ich während der nun drei Jahre andauernden Corona-Pandemie in ein YouTube-Loch über Retro-Computing gefallen. Dabei bin ich beim Durchschauen im Herbst 2020 der alten YouTube-Veröffentlichungen von Clint Basingers Kanal LGR (Lazy Games Review) auf das Video „Building a MicroATX IBM Clone: The NuXT Turbo PC“ vom August 2019 gestoßen. In diesem stellt Clint den sogenannten „NuXT“ des neuseeländischen Retro-Computer Web-Shops ‚Monotech Vintage PCs‘ vor. Der NuXT ist ein Redesign von einem IBM-kompatiblen Turbo-XT Mainboard mit einem originalen 8088 Prozessor von AMD oder dem V20 Prozessor von NEC. Bei dem neu designierten Mainboard hat sich Monotech VintagePC aber nicht an dem üblichen AT-Formfaktor zu Beginn der 1980er Jahre orientiert, sondern an die aktuelle Spezifikation des MicroATX Formats. Das Mainboard enthält folgende Eigenschaften:

  • MicroATX Platine (244 x 173 mm)
  • DIP-40 Sockel mit wahlweise AMD 8088 oder NEC V20 CPU (9,55 MHz, spontan umschaltbar auf 4,77 MHz oder 7,16 MHz)
  • Sockel für 8087 FPU
  • 832 KiB RAM
  • 640 KiB konventioneller RAM
  • bis zu 192 KB UMB RAM (maximal 160 KB bei Verwendung von VGA)
  • UMB-konfiguriertes DOS 6.22 verbraucht nur 10K konventionell
  • Trident T9000i SVGA Grafikkarte mit 256 oder 512 KiB diskreten Grafikspeicher (seit Platinenversion NuXT v2.0 als optionale PC/104 SVGA-Karte, mit VGA-Anschluss im hinteren I/O-Bereich)
  • Echtzeituhr bei Verwendung einer CR2032 Knopfzellenbatterie
  • Disketten-Controller für 2 Diskettenlaufwerke mit Boot-Unterstützung von 360K, 720K, 1,2M, 1,44M, 2,88M Disketten
  • Bootfähige XT-IDE Schnittstelle (40-Pin Pfostenstecker seit NuXT v2.0)
  • Integrierter CompactFlash-Kartensteckplatz am rückwärtigen I/O-Shield
  • serieller 16550 Anschluss mit RS-232 Schnittstelle
  • PS/2-Tastaturanschluss (kann für XT-Tastaturen gebrückt werden)
  • PS/2-Mausanschluss (seit NuXT v2.0)
  • Bidirektionaler Parallelport
  • ATX-Stromeingang (Erzeugt eine eigene -5-V-Schiene für die ungewöhnlichen ISA-Karten, die dies benötigen.)
  • 4 x 8-Bit-ISA-Steckplätze
  • Frontplattenanschluss für moderne Gehäusetasten und LEDs
  • Anständiger integrierter PC-Lautsprecher, mit der Option, stattdessen einen größeren anzuschließen.

Man kann also erkennen, dass es sich dabei im Grunde um eine autentische PC-XT Hardware-Plattform mit einer CPU-Architektur von Ende der 1970er Jahre handelt. Es findet dabei keinerlei Emulation oder einer Nachbildung mit FPGAs statt. Viele Bauteile sind nie verwendete Neuware (New Old Stock).

Im Herbst vor zwei Jahren, kurz bevor ich das LGR-Video auf YouTube gesehen habe, hatte die c’t Redaktion von Heise-Verlag in ihrem Sonderheft c’t Retro 2020 bereits dem NuXT einen vierseitigen Artikel gewidmet, dem ich aber nie Beachtung geschenkt hatte. Als ich das Video von Clint aber das erste Mal sah, hatte ich aber sofort den Impuls gehabt, mir das NuXT-Mainboard sofort zu bestellen. Die Idee, eine 35 Jahre alte Computerplattform mit einer Prozessor-Architektur von 1978 nach der aktuell gültigen MicroATX-Spezifikation neu zu entwerfen und produzieren zu lassen, fand ich so originell und genial, dass ich ein Exemplar von dem NuXT unbedingt haben musste. Als ich aber im Web-Shop von Monotech Vintage PCs recherchierte, musste ich aber zum Glück(!) feststellen, dass das NuXT Mainboard ausverkauft wahr. Zum Glück deshalb, weil es einfach unökonomisch ist, für einen Preis zwischen 275,- und 350,- US-Dollar neue Hardware anzuschaffen, welche die Leistungsfähigkeit von Hardware von vor 35 bis 40 Jahren besitzt. Alle Anwendungen und Spiele, welche für die PC-XT Plattform programmiert sind, lassen sich auch viel angenehmer und effizienter in einem Emulator ausführen, mal davon abgesehen ich überhaupt keinen sinnvollen Anwendungsfall für einen Computer in dieser sehr geringen Leistungsklasse habe. Von daher ist das Geld, das ich für so eine eher sinnfreie Investition ausgegeben hätte, an anderer Stelle besser investiert. Somit hatte ich mich dann auch nicht weiter darum gekümmert.
Im Herbst 2021 – also vor gut einem Jahr – kam mir dann plötzlich wieder in den Sinn, ob Monotech Vintage PCs nochmals eine Charge an NuXT Mainboards erneut produzieren lassen hat. Und siehe da, es waren wieder Neue produziert. Da habe ich dann doch zugreifen müssen, und habe mir ein NuXT Mainboard bestellt. Dabei habe ich es gleich in der Konfiguration mit dem etwas leistungsfähigeren V20 von NEC, mit Intel 8087 FPU, 512 KiB Grafikspeicher und einer 128 Megabyte CompactFlash-Karte geordert.
Sowohl bei den Fotos im Web-Shop, als auch ich dann das NuXT v2.0 Mainboard in meinen Händen hielt, fiel auf, welche Unterschiede nun die Version 2 von der Ersten, die Clint Basinger in seinem YouTube-Video besitzt, aufweist.:

  • überarbeitetes Platinenlayout
  • Wegfall bedrahteter, diskreter Widerstände und Tantal-Kondensatoren
  • 40-Pin Pfostenstecker für originale XT-IDE Festplattenlaufwerke
  • Grafikkarte nicht mehr „onboard“ sondern als Steckkarte für die PC/104-Industrie-/Embedded-Plattform ISA
  • PS/2-Maus-Port
  • Bidirektionaler Parallelort
  • I/O-Shield als Lückenschluss
  • größerer PC-Lautsprecher anstatt Piezo-Lautsprecher
  • optische Überarbeitung des Platinenlayouts, glänzenden Klarlack, sowie Beschriftungen/Logo-Aufdruck
  • Fassung für eine CR2032 Knopfzellenbatterie

Hinsichtlich dieser Verbesserungen des aktuellen NuXT v2.0 Designs gegenüber der ersten Version bin ich doch froh, dass ich noch das Jahr warten musste. Neben den technischen Merkmalen, die im Web-Shop bei der Produktbeschreibung des Mainboards aufgelistet sind, wird einem aber in dem Moment, wo man es auch in den eigenen Händen hält, bewusst, wie viel mehr Raffinesse und Liebe zum Detail im NuXT stecken.

  1. Wie eingangs erwähnt, ist das NuXT-Mainboard nach der aktuellen (Micro-) ATX-Spezifikation designt. Das heißt auch, dass es mit jedem neuen, aktuellen ATX-Netzteil betrieben werden kann, doch diese besitzen seit der Version 2.0 der ATX-Spezifikation im Gegensatz zu den vorherigen und den alten AT-Netzteilen keinen -5 Volt-Zweig mehr. Alte ISA-Soundkarten oder serielle Schnittstellen benötigten hingegen -5 Volt. Da der NuXT hingegen diese alten Schnittstellen zur Verfügung stellt, wurde beim Design des Mainboards berücksichtigt, dass auf diesem zusätzlich auch eine Umwandlung stattfindet, damit entsprechende ältere Komponenten, die -5 Volt verlangen, auch eingesetzt werden können.
  2. Auf dem Mainboard befinden sich sowohl für den Betrieb des Systems kleine SMD-LEDs, die aufleuchten, wenn es eingeschaltet ist und wenn Zugriffe auf das XT-IDE Medium stattfinden, als auch die zwei Taster zum Ein- beziehungsweise Ausschalten des Systems und für einen Reset als SMD-Bauweise. Dies ist sehr nützlich, wenn man das Mainboard außerhalb eines PC-Gehäuses verwenden möchte. Bei den normalen, handelsüblichen Mainboards ist in so einem Fall sonst immer ein sogenanntes Mainboard Test-Set nötig. Daneben besitzt es dennoch die nötigen Pins für eine Gehäusefront.
  3. ATX-Norm sieht vor, dass ein PC-Gehäuse über die Front-Applikationen keinen richtigen Schalter mehr besitzen, der den Computer bei dem Ausschalten auch richtig vom Netzstrom trennt, wie es bei dem AT-Format üblich war. Es handelt sich dabei vielmehr um einen Soft Switch, der bei aktuellen Computern neben dem Hochfahren einen Sleep Modus auslöst und auch diesen wieder beendet. Es ist möglich, durch langanhaltendes Drücken auf den Power-Taster, das System aus dem Betrieb abzubrechen. Der Computer befindet sich dann aber immer noch in seinem Standby-Zustand. Hier haben die Entwickler des NuXTs weiter gedacht und dafür gesorgt, dass der Computer bereits durch ein einfaches, kurzes Betätigen des Power-Tasters in den Aus-Zustand versetzt wird. Ruhemodusse, die von heutigen, modernen Betriebssystemen unterstützt werden, kannten schließlich die früheren Betriebssysteme, welche auf dieser Hardware-Plattform lauffähig sind, noch nicht. Solange aber das Netzteil am NuXT nicht abgeschaltet oder das Kaltgerätekabel nicht vom Netzstrom getrennt wurde, wird auf dem NuXT noch die Spannung für das Standby anliegen.
  4. Monotech hatte aber auch etwas innovatives in Sachen Mainboard-Optik gemacht: Es ist ja schon sehr lange üblich, dass bei dem Layout von Leiterplatinen die Leiterbahnen die Abbiegungen immer in Eckform verlaufen. Allenfalls verlaufen einige Leiterbahnen in Schlangenlinien, um beispielsweise bei parallelen Signalübertragungen mehrerer Bahnen gleichzeitig die Signallaufzeit anzugleichen beziehungsweise gleich zu halten. Monotech hat hier bei dem Platinenlayout des NuXT v2.0 absichtlich ein Novum geschaffen, in dem sie den Leiterbahnen statt Eckformen Rundungen, Schwünge und Bögen gegeben haben, wenn diese Abbiegungen machen müssen. Wurde bei späteren Chargen der ersten Version das grüne PCB mit den kantigen Leiterbahnverläufen noch matt-schwarz lackiert, wie es im Consumer-Bereich bei den Gaming-Mainboards inzwischen seit längerem Mode ist, sind sie bei der aktuellen Version wieder davon abgekommen und lackieren das braune PCB mit einem Klarlack. So kommen die Leiterbahnen mit ihren Kurven und Rundungen optisch sehr schön zur Geltung. Allein nur das reine Betrachten des NuXT v2.0 Mainboards macht schon sehr viel Freude und hat es hat bereits etwas sehr Ästhetisches.
  5. Als sogenanntes Sahnehäubchen hat sich Monotech noch etwas für das Einschalten des NuXT’s einfallen lassen.: Computer – egal ob PCs oder Laptops, geben immer nach dem bestandenen Power-On-Self-Test einen kurzen Piep-Ton über ihren Lautsprecher aus, um damit zu signalisieren, dass sie bereit zum Starten eines Betriebssystems sind. – Sollte bei dem Hardware-Test mal etwas nicht funktionieren wie es soll, wird dann eben ein bestimmter Fehler-Code akustisch ausgegeben. Der NuXT startet nach dem Einschalten direkt mit einer gepiepsten Version des Jingles des Chipherstellers Intel, der diese Prozessorplattform schließlich entwickelt hatte. Der Jingle ertönt auch dann, wenn über den Reset-Taster oder über die Tastatur-Kombination ‚Steuerung‘ – ‚Alt‘ – ‚Entfernen‘ der Computer neu gestartet wird. – Dies ist wirklich Liebe zum Detail!

So sehr schön der NuXT als reine Mainboard-Form auch ist, so ist es auf Dauer nicht gut, bei jedem Benutzen die Platine erneut aufzubauen und alle weiteren nötigen Komponenten an- sowie abzutrennen. Also war es sinnvoll, den NuXT am besten mit einem Diskettenlaufwerk in ein Gehäuse zu bauen. Aber hier ergibt sich für mich schon eine signifikante Schwierigkeit.: Ein vernünftig aussehendes Gehäuse ohne LED-Lüfter-Schnickschnack, mit wenigstens je einem externen 3,5″- und 5,25″-Laufwerksschacht für im MicroATX-Format als Neuware zu finden. Ideal wäre es, wenn es auch bereits Seitenfenster aus Kunststoff besäße, denn ein so ausgefallenes und hübsches Mainboard möchte ich nicht in einem schwarzen oder grauen Kasten verstecken. Es sind eigentlich auch schon kaum noch möglich, neue PC-Gehäuse im Consumer-Bereich zu finden, die noch externe Laufwerksschächte besitzen, da Software-Distribution und Datenaustausch inzwischen nur noch über Internet, Netzwerk oder über die USB-Schnittstelle stattfinden. Nach langem Suchen bin ich dann als einzigen Kandidaten auf das CI-01B-OP von Chieftec gestoßen. Es ist ein schwarzes PC-Gehäuse für ITX- und MicroATX-Mainboards mit je einem 3,5″- und 5,25″-Laufwerksschacht ohne unnötigen bunten LED-Spielereien. Allerdings hat es aber auch keine Ventilatoren und keine Fenster. Irgendwann später ist mir beim erneuten Betrachten von Clint’s Video aufgefallen, dass wir das gleiche Gehäuse habe wie er, nur dass seines grau ist, vormontierte blaue Fenster sowie bereits einen mit LEDs beleuchteten Frontventilator besitzt und nicht von Chieftec, sondern von der Handelsmarke Apevia in den USA vertrieben wurde.
Bei dem Netzteil ist mir zum ersten Mal ein Fehlkauf passiert. Ich habe nämlich bei der Auswahl darauf geachtet, dass es eines mit der geringsten Watt-Zahl ist. Als ich das Produktfoto sah, habe ich mich allerdings darauf verlassen, dass wenn es die Proportionen eines ATX-Netzteils hat, eines auch ist. Als ich es nach Lieferung in das mitbestellte Gehäuse einbauen wollte, musste ich feststellen, dass es ein Netzteil im SFX-Format ist und somit für den vorgestanzten Bereich zu klein ist. Auch reichte der 24-polige ATX-Stecker für das Mainboard in der Länge nicht. Nach etwas Überlegung habe ich mich dennoch dagegen entschieden, das kleine SFX-Netzteil zurückzuschicken und stattdessen ein neues ATX-Netzteil zu bestellen. Grund dafür ist, dass es im Online-Handel nämlich passende Adapter-Schablonen aus Blech für den Einbau von SFX-Netzteilen in ATX-Gehäusen gibt. Ebenso habe ich mit stattdessen ein etwa 20 Zentimeter langes, 24-poliges Verlängerungskabel für das Mainboard mit nachbestellt. Trotz dieser beiden Nachbestellungen überwiegen die Vorteile deutlich gegenüber einem ATX-Netzteil.: Ein effizienteres Netzteil mit einer Abgabeleistung von maximal 250 Watt, obwohl 130 bis 150 Watt völlig ausreichen würden. Absolut passgenaue Längen aller verwendeter Kabel zu ihren Verbrauchern. Und noch viel schwerwiegender: Neben den Abgängen für moderne CPUs und Mainboard besitzt das kleine Netzteil nur noch zwei Stromschienen. Einmal 15 Volt SATA für eventuelle Gehäuselüfter oder LED Innenbeleuchtung und eine 12-Volt Schiene mit zwei 12-Volt Molex-Steckern und einem 5-Volt Molex-Stecker. Und die Stromschiene mit de Molex-Steckern waren für mich das K.O.-Kriterium für das Behalten des SFX-Netzteils. Andernfalls hätte ich bei einem moderneren ATX-Netzteil wieder SATA zu Molex Adapter für meine Diskettenlaufwerke benötigt. Einziger Nachteil, den das Netzteil nun hat, ist ein fehlender Schalter an der Rückseite zum Trennen von dem Netzstrom, aber da dieser Rechner wahrscheinlich nicht regelmäßig benutzt wird, wird er auch nicht permanent an einer Steckdose klemmen, sodass dies hinnehmbar ist.
Da die gesteckte Fließkomma-Einheit 8087 von Intel bereits bei 4,77 MHz extrem warm wird, habe ich zur Sicherheit noch einen Kühlkörper für sein DIP-40 Gehäuse und einen 140 Millimeter Gehäuselüfter mit eingebaut. Und ganz ehrlich: wäre der 140 Millimeter Lüfter nicht, dann ist der NuXT durch seine so geringe Abwärme und den geringen Stromverbrauch wirklich lautlos.
Für Spiele, die bereits den Adlib-Standard unterstützen, habe ich noch eine Sound Blaster 2.0 (Version CT1350B) von Creative Labs eingebaut.
Bei der CompactFlash-Karte mit 128 Megabyte Speicherplatz, die ich mir mit dem NuXT-Board gleich mitbestellt habe, war sogar MS-DOS in der Version 6.22 als Betriebssystem fertig zum Booten, drei Spiele, sowie einige Systemwerkzeuge und sogar Windows in Version 3.0 vorinstalliert. Letzteres läuft zwar nur sehr, sehr langsam, – aber hey!

Hier nochmal alle technischen Merkmale aufgelistet.:

MainboardMonotech NuXT v2.0
CPUNEC V20 + Intel 8087
Taktfrequenz4,77 / 7,16 / 9,55 MHz
RAM832 KiB D-RAM
GrafikkarteTrident TVGA9000i SVGA
Grafikspeicher512 KiB DRAM
HDDXT-IDE; 128 MB CompactFlash
SoundkarteCreative SoundBlaster 2.0 CT1350 Revision 3
Diskettenlaufwerke3,5″ 1,44 MB Alps, schwarz; 5,25″ 1,2 MB Panasonic JU-475-5, schwarz
NetzteilChieftec SFX-250VS 250W, PC-Netzteil
GehäuseChieftec CI-01B-OP, Tower-Gehäuse, schwarz
KühlungArktic Gehäuselüfter 140 mm; DIP-40 Chip Kühlkörper

Zum finalen Zusammenbau meines NuXT v2.0 Systems kam ich, obwohl ich bereits vor einem gut dreiviertel Jahr alle Komponenten zusammen hatte, erst vor etwa vier Wochen. Das lag zum einen daran, dass ich warten wollte, bis ich mir in die beiden Gehäuseseitenwände mir selber Fenster hineingeschnitten und diese mit Acryl-Glasscheiben versehen hatte, und zum anderen, da das System als Prüfplattform für eine andere Unternehmung diente.

Der NuXT besitzt zwar 832 KiB RAM, aber ich benutze unter DOS erstmal nur die 640 KiB konventionellen Speicher. Die restlichen 192 KiB können nur mit einem speziellen Treiber als Upper Memory Block angesprochen werden. Zeitlich kam ich nur noch nicht dazu, mich damit zu beschäftigen.

Link zur eigenen Foto-Galerie des Monotech NuXT’s

Weitere Links:

GOTEK USB Floppy-Emulator

Im vergangenen November hatte ich mir für meine be quiet! Bastel- und Retro-Workstation einen 3,5″ USB Floppy Emulator über das Internet bestellt gehabt. Hintergrund ist, dass wenn ich an der Workstation andere Versionen von Betriebssystemen (zum Beispiel DOS, Windows et cetera), welche ursprünglich mal mit Disketten ausgeliefert wurden, ausprobieren und installieren möchte, ich die aus dem Internet bezogenen Disketten-Images nicht erst auf leere Disketten übertragen muss. Diese Prozedur vor der Installation durchzuführen, ist sonst immer sehr zeitaufwendig.
Der Aufbau und das Funktionsprinzip eines USB Floppy-Emulators ist recht einfach. Der Floppy-Emulator, der die Größe eines handelsüblichen 3,5″-Diskettenlaufwerk für Disketten bis 2,88 MB besitzt, ist über das 34-polige Flachbandkabel mit dem Floppy-Controller, sowie mit einem 4-Pin Molex-Kabel mit dem PC-Netzteil für die Stromversorgung verbunden. Die GOTEK USB Floppy-Emulatoren besitzen an der Frontseite einen USB-A Port, in welchen ein USB-Stick mit den Disketten-Images eingesteckt wird, zwei kleine Taster, mit welchen das gewünschte Image ausgewählt wird, eine numerische LED-Anzeige aus drei 7-Segment LEDs, welche die Nummer des gewählten Disketten-Image anzeigen, sowie eine kleine LED für den Lese-/Schreibzugriff auf das gewählte Disketten-Image.
Es gibt auch Floppy-Emulatoren, die statt den 34-Pin- und Molex-Anschlüssen eine Micro-USB-Buchse besitzen. Damit kann der Emulator an einen freien USB-A Port des Computers angeschlossen werden und dieser wird als USB-Diskettenlaufwerk vom Computer erkannt.

In erster Linie wurden die Floppy-Emulatoren für ältere Computer, elektrische Klaviere (elektr. Orgeln, (MIDI-) Keyboards) und Maschinen der industriellen Automatisierung (z.B.: Strick-, CNC- oder Fräsmaschinen) entwickelt. Diese älteren Geräte können aufgrund der Kosten, der Anforderung nach kontinuierlicher Verfügbarkeit oder nicht verfügbarer Upgrades schwer zu ersetzen oder aufzurüsten sein. Ein ordnungsgemäßer Betrieb kann erfordern, dass Betriebssystem, Software und Daten von und auf Disketten gelesen und geschrieben werden, was Benutzer dazu zwingt, Diskettenlaufwerke auf unterstützenden Systemen zu unterhalten. Allerdings werden inzwischen so gut wie keine Disketten mehr produziert, oder die in den Geräten verbauten Diskettenlaufwerke gehen mit der langen Nutzungsdauer kaputt. Im Computerzeitalter, in dem im Desktop- und Office-Bereich Disketten schon längst von USB-Sticks verdrängt und Mikrocontroller immer leistungsfähiger, sowie billiger wurden, war die Entwicklung von einem „Diskettenlaufwerk“, welches dieses nur emuliert und auf einen einzelnen Datenspeicher mit deutlich mehr als nur 2,88 Megabyte zum Speichern von Dutzenden Disketten zurückgreift, eine sehr pfiffige Idee.

GOTEK Floppy-Emulator mit 5,25″ Einbaurahmen und 5 Volt SATA zu Molex Adapter

Zu dem GOTEK USB Floppy-Emulator musste ich mir noch einen 5,25″ Einbaurahmen für ein 3,5″ Laufwerk mitbestellen, da das be quiet! Gehäuse nur drei Einbauschächte für 5,25″ Laufwerke besitzt. Beim Einbau des Floppy-Emulators in den Einbaurahmen hat sich aber herausgestellt, dass bei der Frontblende des Floppy-Emulators nicht sonderlich auf korrekte Maße geachtet wurde. Hier musste ich nachträglich mit einer Feile den überstehenden Kunststoff zu Leibe rücken. Ich habe mir für ein weiteres Retro-PC-Projekt (ein Blog-Artikel wird noch folgen) einen weiteren GOTEK USB Floppy-Emulator bestellt. Beim Versuch, diesen statt des ersten gekauften Emulators in den 5,25″ Einbaurahmen einzusetzen, stieß ich an den selben Seiten des Emulators wieder an überstehenden Kunststoff. Letztendlich stammen alle GOTEK USB Floppy-Emulatoren aus derselben chinesischen Produktionsstraße, wobei bei der Erstellung der Gussform für die Frontblenden der Emulatoren bereits bei den Maßen unsauber gearbeitet wurde. Auch hier musste ich mit einer Feile nachhelfen.

Je nach Handelsname des GOTEK USB Floppy-Emulators bekommt man noch eine Mini-CD mit einem Durchmesser von 8 Zentimeter mitgeliefert, auf der sich Software und Dokumentationsmaterial befindet, die aber eher unbrauchbar ist. – Allein schon deswegen, weil das meiste Material in Mandarin-chinesischer Sprache vorliegt.

Eingebauter GOTEK Floppy-Emulator

Was dem GOTEK USB Floppy-Emulator grundsätzlich fehlt, ist eine vernünftige Managementsoftware für die Disketten-Images. Je nach Speicherkapazität des USB-Sticks kann der Floppy-Emulator bis zu 1000 virtuelle Disketten verwalten. Leider ist es aber nicht damit getan, dass man einfach die Image-Dateien mit dem Dateimanager auf einen USB-Stick kopiert. Der USB-Stick muss mit einem speziellen Diskettenmanager formatiert und verwaltet werden. Steckt man den USB-Stick dann normal an einen Computer ohne Verwendung eines Diskettenmanagers, so hat man nur Zugriff auf die erste virtuelle Diskette (Diskette 0). Für den Zugriff auf alle weiteren virtuellen Disketten ist wieder die Verwendung des Diskettenmanagers nötig.
Eine sehr praktische Diskettenmanagement-Software ist das kostenlose Batch Manage Tool USB Floppy Emulator V1.40i vom deutschen Entwickler ipcas. Das Programm läuft auf Windows-PCs und ist bis zu Windows 10 kompatibel. Der einzige Nachteil von dem Programm ist aber, dass maximal nur 100 Disketten je USB-Stick verwaltet werden können.

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Ultimate Boot CD

Ich möchte dieses Mal die ‚Ultimate Boot CD‘ empfehlen. Die Ultimate Boot CD (UBCD) ist eine zu einem ISO-Image für beschreibbare CD- beziehungsweise DVD-ROMs zusammengefasste Software-Sammlung, die allerlei Programme und Tools zur Analyse, Konfiguration und Benchmarking für die PC-Hardware-Komponenten enthält. Jedes dieser Programme ist zwar auch für sich als Freeware oder Open-Source-Programm aus dem Internet zu beziehen, wird aber durch die UBCD als eine umfassende Sammlung für einen einzigen Datenträger zusammen gestellt. Je nachdem, ob eines dieser Werkzeuge für eine Linux- oder DOS-Umgebung entwickelt wurde, wird bei Bedarf von dem Live-Medium ein kleines Linux oder FreeDOS gestartet.
Die Ultimate Boot CD beinhaltet neben Programmen für einen Stresstest des Prozessors, Diagnose-Programmen für das vollständige PC-System oder einzelner Komponenten wie Peripherie oder Arbeitsspeicher, auch jede Menge Werkzeuge, um bei Festplatten (oder anderen Speichermedien) den Bootmanager zu bearbeiten, Daten wieder herzustellen, Partitionen zu verwalten oder die Datenträger schlichtweg sicher zu löschen.

Allerdings ist die Zusammenstellung inzwischen so weit gewachsen, dass das ISO-Image mit 850 Megabyte fast schon nicht mehr auf einen CD-Rohling passt und man schon auf einen DVD-Rohling ausweichen muss. Dies muss aber dennoch nicht sein, da die Ultimate Boot CD so aufgebaut ist, dass es möglich, Programme oder Werkzeuge zu entfernen oder andere hinzuzufügen. Kurz: es ist möglich, sich den Umfang der Programme und Werkzeuge selbst individuell zusammen zustellen. Da aber immer mehr Standard-PCs inzwischen ohne optische Laufwerke ausgeliefert werden, bietet die Ultimate Boot CD auch die Möglichkeit, das ISO-Image auf einen USB-Stick zu übertragen.

Screenshot Ultimate Boot CD Version 5.3.9

Hintergrund, dass ich mich mit der Ultimate Boot CD beschäftigt habe, ist der, dass ich auf einem meiner Computer bei einer bestimmten Operation immer wieder einen ‚Segmentation Fault‘ Fehler (zu Deutsch Schutzverletzung) zurückerhalte. Die Gründe, warum auf einem Computer diese Schutzverletzungen entstehen, können aber sehr vielfältig sein. Ein Grund könnte sein, dass der Arbeitsspeicher fehlerhaft arbeitet, was wiederum auf einen Defekt des RAMs hinweisen könnte. Um nun zu prüfen, ob der RAM fehlerfrei arbeitet, wurde mir das Programm Memtest86 empfohlen. Sowohl Memtest86, als auch die als Open Source weiterentwickelte Variante Memtest86+, lassen sich von einem bootfähigen Wechseldatenträger wie USB-Stick oder CD-ROM an einem PC ausführen, bei dem der Arbeitsspeicher dann einem Stresstest unterzogen wird.
Da aber mein Computer mit der Schutzverletzung nicht über ein optisches Laufwerk verfügt, musste ich die ISO-Images von Memtest86(+) auf einen USB-Stick übertragen. Nur leider habe ich es nicht hinbekommen gehabt, die Images so auf den USB-Stick zu übertragen, sodass der Computer danach von diesem auch tatsächlich bootete. Und so ruhte dann das Vorhaben, diesen Computer einem RAM-Stresstest zu unterziehen, um herauszufinden, ob der Arbeitsspeicher nicht vielleicht die Ursache ist.
Nach einigen Wochen bin ich aber nun zufällig auf einen YouTube-Kanal gestoßen, in dessen Videos der Protagonist sich regelmäßig mit („älterer“) PC-Hardware auseinandersetzt. Dabei verwendet er durchwegs die Ultimate Boot CD, die er auf seiner Hardware für Fehlerüberprüfungen der Komponenten einsetzt. – Und eben auch das Programm Memtest86+ um den Arbeitsspeicher zu überprüfen. Also unternahm ich einen erneuten Versuch, meinen Computer mit der Schutzverletzung einem Stresstest für den Arbeitsspeicher unterziehen zu wollen.

Im Prinzip gibt es zwei Varianten, wie man die Ultimate Boot CD auf einen USB-Stick überträgt. Die eine ist ein Batch-Script, mit welchem ein USB-Stick formatiert und die Programmdaten von dem Ultimate Boot CD-Image übertragen werden. Trotz der gegebenen Voraussetzung, dass dieses auf einem Computer mit Windows 7 von mir ausgeführt wird, hat dies trotz mehrmaliger Versuche leider nicht funktioniert.
Die zweite Variante ist das Formatieren und Übertragen der Image-Dateien unter Hilfenahme des Programms ‚Bootable USB drive preparation tool‘ (kurz RMPrepUSB). Mit diesem kleinen Programm konnte ich dann die Ultimate Boot CD auf einen USB-Stick übertragen, meinen Computer mit der Schutzverletzung von diesem booten lassen und endlich den Arbeitsspeicher dem Stresstest von Memtest86+ unterziehen.

Links:

be quit! Bastel- und Retro-Workstation

In meinem Blog-Artikel zu dem 5,25″ Diskettenlaufwerk habe ich es ja bereits angesprochen, dass ich im vergangenen Winter wegen der Corona-Pandemiemaßnahmen durch YouTube auch ein bisschen in das Retro-PC-Loch gefallen bin. Hauptmotivation war, dass ich wieder einen PC mit einem entsprechenden Laufwerk für meinen alten 5,25″ Disketten habe. Und wie ich auch bereits geschrieben habe, waren die Anschaffungskosten für ein funktionierendes Diskettenlaufwerk durch das Lehrgeld sehr hoch.
Ich bin bei meiner weiteren Recherche unter den YouTubern auf ein Video gestoßen, wo jemand mit einem Gigabyte Mainboard für die Intel Core 2 Duo Plattform erfolgreich unter Windows 10 ein Diskettenlaufwerk mit 1,2 MB High Density Disketten in Betrieb nehmen, die Medien auslesen und wieder beschreiben konnte. Das Mainboard, welches da konkret zum Einsatz gekommen war, ist das Gigabyte GA-965P-DS3 mit dem Intel P965 Chipsatz aus dem Jahr 2006.

Prinzipiell muss man sagen, dass die Mainboard-Chipsätze für die Prozessoren ab der Intel-Core- und ab etwa der AMD K9 Architektur nur noch ein 1 Laufwerk unterstützten statt wie bei den vorigen 2. Der gute Aspekt an der Sache ist aber, dass alle Chipsätze noch die 5,25″ Laufwerke für 360 Kilobyte Disketten mit Double Density ansprechen können. Das Betreiben von zwei 5,25″-, zwei 3,5″- oder je ein 5,25″ und ein 3,5″-Laufwerk geht nicht mehr. Außerdem haben die Mainboard-Herstelle ab den späten 1990er Jahre nur noch Floppy-Kabel beigelegt, mit denen nur eines der kleinen 3,5″ Laufwerke an den Mainboard-Controller angeschlossen werden konnten, obwohl dieser immer noch für zwei Laufwerke abwärtskompatibel war. Entsprechende Floppy-Kabel für den Anschluss der großen 5,25″ Laufwerke müssen also seitdem über den Gebrauchtmarkt oder Fachhandel bezogen werden. Bezüglich der Arbeit mit den 3,5″ Disketten (sowohl DD- als och HD-Medien) stellt dies kein Problem dar, da viele BIOSe und UEFIs nach wie vor externe Laufwerke über die USB-Schnittstelle unterstützen und auch von diesen aus booten können. So ist es in der Konsequenz unter bestimmten Einschränkungen immer noch möglich, ein MS-DOS, Digital Research DOS oder IBM PC-DOS von Diskette zu starten und auf ein internes Festspeichermedium zu installieren.

Die letzten Mainboards für Intel-Prozessoren, die noch einen Disketten-Controller besaßen, waren welche für die erste Intel Core i Generation (Nehalem-Architektur) mit den Prozessor-Sockeln LGA1156 und LGA1366. Die letzten Mainboards mit Chpsätzen, die noch IDE- und Disketten-Controller für AMD-Prozessoren besaßen, waren einige mit dem AM3+ Sockel bis in das Jahr 2014. Die Mainboards mit den genannten Sockeln würden für mich die Schnittmenge mit der maximal möglichen Leistung für den PC in Kombination eines noch verfügbaren Disketten- und IDE Festplatten-Controller bieten. Das Problem dabei ist aber, dass der Markt gebrauchte Komponenten, diese Mainboards zu vernünftigen Preisen erst einmal auch hergeben muss. – Wenn überhaupt! Und dann hat man im Zweifel erst einmal nur das Mainboard. Es muss dann noch in eine passende CPU mit Kühlkörper und Lüfter, sowie Arbeitsspeicher investiert werden. Am Ende kann dann die Summe der Komponenten für das PC-System wieder recht schnell in die Höhe gehen.

Nach meiner noch anfänglichen YouTube-Recherche hatte ich aber schon direkt Glück gehabt und bin bei eBay auf ein Gebot des Gigabyte GA-965P-DS3 Mainboards für 12 Euro zuzüglich Versand gestoßen. Das Mainboard selber war noch mit ATX I/O-Blende vollständig, inklusive 4 mal 1 GiB DDR2-RAM, Intel Core 2 Duo E6600 Prozessor mit Original Lüfter und einer ATI Radeon HD4530 Grafikkarte. Leider hat aber die ATI-Grafikkarte entweder die Lagerung beim Vorbesitzer oder den Transport nicht überstanden. Dennoch sind die 15 Euro für das Mainboard/CPU/RAM-Bundle ein schnelles und gutes Schnäppchen gewesen.

Prinzipiell ist es auch gut, dass das Mainboard neben dem Disketten-Controller auch noch einen IDE-Controller mit einem 39 Pin Anschluss für 2 IDE-Laufwerke hat. Der Grund ist, dass ich tatsächlich noch die eine oder andere IDE-Festplatte habe, sowie noch einen IDE zu CompactFlash-Karten-Konverter. Mit diesem Konverter ist es mir möglich, ein System auf eine CompactFlash-Karte anstatt auf einer Festplatte oder SSD zu installieren. Sei es für die Retro Workstation selber oder für ein anderes Embedded-System. In Bezug auf Speicherkapazität, Handling und Performance sind CompactFlash-Karten ideal für native Anwendungen unter einem originalen (MS-) DOS System.

Ein Arbeitskollege hatte für mich noch einen USB 3.0 Controller für PCI-Express überlassen. Leider unterstützt dieser Controller nur die USB 3.1 Gen. 1 Spezifikation, bei der noch kein USB Attached SCSI Protokoll (kurz UASP) integriert wurde. Sowohl die verbaute 500 GB Festplatte und der DVD-RAM Brenner sind auch gebrauchte Komponenten.

Als Neuware habe ich mir das be quiet! SILENT BASE 600 Window Orange Tower-Gehäuse, das be quiet! Pure Power 11 400W CM PC-Netzteil und 2 SATA Kabel zum Anschluss für Laufwerke gekauft. Das be quiet! SILENT BASE 600 Window Gehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass es wie der Name es schon verrät, an der linken Seite ein großes Fenster besitzt, durch den ein Blick ins Innere des PCs möglich ist. Die zwei weiteren Highlights sind zum einen, dass es breit genug ist, um von der Vorderfront aus gesehen an der rechten Seite Platz für das Kabelmanagement bietet, sodass diese nicht die Luftströme zum Kühlen der Hardware im Gehäuseinneren stören. Zum zweiten besitzt es an der Vorderseite eine Art Tür, hinter der man die 5,25″ Laufwerksschächte verbergen kann und sie so auch noch ein wenig vor Staub geschützt werden. Sehr bemerkenswertes Detail: Diese Tür lässt sich vom Gehäuse lösen und man hat die Möglichkeit, die Scharniere so zu montieren, dass die Tür sich je nach Bedarf nach links oder nach rechts öffnen lässt. So viel Flexibilität hatte ich selbst bei meinem hochwertigen ThermalTake Xaser III V1000 Gehäuse nicht gehabt. Auch sind die Filtersiebe zum Schutz vor Staub viel größer und in der Handbarkeit besser designt als beim früheren Thermaltake Xaser III Gehäuse. Als Netzteil habe ich mich für ein bis zu 400 Watt starkes der Pure Power 11 Reihe entschieden, da es modular ist und so für ein noch besseres Kabelmanagement geeignet ist. Kabel die nicht benötigt werden, müssen auch erst gar nicht eingebaut werden. Dies verhindert im Gegensatz zu den Standard-Netzteilen, dass die ungenutzten Stromschienen nicht zusammengebunden im PC-Gehäuse verstaut werden müssen, den Kühlluftstrom nicht behindern können und das Gehäuse sehr aufgeräumt bleibt.

Um die Ergonomie bei Umbauten an der Workstation selber und bei der Reinigung des Wohnzimmers zu erhöhen, habe ich mir als Rollenuntersatz ein einfaches Rollbrett mit gummierten Rädern gekauft, wie es für Wohnungsumzüge oder dem ständigen Transport von Kisten gedacht ist. Es ergeben sich mit diesem Rollbrett 3 positive Nebeneffekte: die Workstation muss nicht angehoben werden, sondern braucht zum gewünschten Platz im Raum nur gerollt zu werden. Dies schont den Rücken. Das Rollenbrett erhöht die Workstation etwas vom Fußboden, sodass man sich bei Umbauarbeiten an ihr nicht so tief bücken muss. Und zum Dritten erhöht sich der Abstand zwischen dem Fußboden und dem Lufteinsaugfilter an der Unterseite der Workstation und des Netzteils, sodass der Filter nicht so schnell sich mit Staub und Wollmäusen zusetzt.

Als Hauptbetriebssysteme kommen auf einer 500 GB SATA Festplatte ein Debian-Linux und Windows XP zum Einsatz. Windows XP deswegen, weil einige Windows-Spiele, sowie das von mir vor etwa 17 Jahren gekaufte Ahead Nero 6 Burning ROM nicht mehr auf Windows 7 lauffähig sind. Nero 6 Burning ROM ist aber meine flexibelste Anwendung in Bezug auf Erstellung und Verarbeitung von CD/DVD-Images.

Hier nochmal alle technischen Merkmale aufgelistet.:

MainboardGigabyte GA-965P-DS3
CPUIntel Core 2 Duo E6600
Taktfrequenz2,4 GHz
Level 2 Cache4 MiB
RAM4 GiB PC2-6400 DD2 DIMM
GrafikkartenVideo Quadro K620
Grafikspeicher2 GiB DDR3
HDDWestern Digital WD5001AALS Caviar Black 500GB SATA
DVD-LaufwerkPLDS DVD-RW/DVD-RAM Recorder DH16ACSH
SoundkarteRealtek ALC 888 8 Channel Audio Codec (onboard)
NetzwerkkarteMarvel 8056 Gigabit LAN Controller (onboard)
Diskettenlaufwerk5,25″ 1,2 MB HP Epson SD-680
USB 3 ControllerUSB 3 Controller ASMedia ASM1042, PCIe 1x, 2 x USB A
Netzteilbe quiet! Pure Power 11 400W CM PC-Netzteil
Gehäusebe quiet! SILENT BASE 600 Window Orange Tower-Gehäuse
Merkmale der Workstation

Neben den Haupteinsatzzwecken der Workstation als Windows XP Retro-PC und Emulationsplattform unter Linux, hat sich die Flexibilität der Hardware-Möglichkeiten schon für einen anderen Zweck bewährt. Spätesten seit der Version 6.7 von OpenBSD ist es nicht mehr möglich, dass mein Alix 1C Embedded-Computer von dem Installations-Image auf einem USB-Stick bootet. Hier kann ich jetzt zum Glück mit dem USB-Stick als Installationsquelle und dem Zielmedium – also CompactFlash-Karte oder 2,5 “ IDE-Festplatte – auf die Workstation ausweichen. Es genügt lediglich, dass ich mit ihr vom Installationsmedium aus booten kann, das System auf das Zielmedium übertragen wird und noch vor dem ersten Boot-Vorgang der Zieldatenträger wieder aus der Workstation in die Alix zurückgebaut wird.

Link zur eigenen Foto-Galerie der be quit! Bastel- und Retro-Workstation

Weitere Links:

Einrichten eines virtualisierten MS-DOS Systems

Erst einmal eine Sache vorweg: Auch wenn ich bei der Lösungserstellung VMWare Fusion für Mac als Desktop-Virtualisierung verwendet habe, wird diese aber auch mit VMWare Desktop für Linux oder Windows, den Virtualisierungslösungen Parallels Desktop oder Oracle VirtualBox, und sogar mit diversen x86-Emulatoren funktionieren.

Der Hintergrund warum ich diesen Artikel erstellt habe ist, dass ich mich vor einigen Tagen in ein Gespräch mit zwei mir mehr und weniger bekannten Personen dazu gesellt habe, wo es um eine Software zur Erstellung von Partituren im MIDI-Format ging. Ich berichtete, dass ich im Alter von 15 bis 17 Jahre selber eine Windows-Software besaß, mit der es möglich war in Form einer Partitur MIDI-Songs zu erstellen, um die musikalischen Partner für das Üben zu ersetzen. Die Software die ich damals einsetzte – und auch heute auf Diskette noch habe, heißt „MIDI Recording Session“. Auch wenn es sich bei dieser um ein 16-bittige Windows 3.x Anwendung handelt, so konnte ich sie dennoch ohne Probleme in einer bestehenden virtuellen Maschine mit Windows XP starten und benutzen. Allerdings kam mir bereits bei dem ersten Gedanken das Programm nach so langer Zeit mal wieder zu Starten auch die Idee, nach recht langer Zeit ein MS-DOS mit Windows 3.11 mal wieder zu virtualisieren.
So habe ich meine Disketten-Images aus dem Schrank geholt und das Microsoft DOS 6.2 in eine virtuelle Maschine installiert. Um das Windows for Workgroups in der Version 3.11, sowie das Microsoft Works für Windows Version 2 von CD-ROM in die DOS-VM installieren zu können, bedarf es allerdings auch noch einen Treiber um überhaupt auf das optische Laufwerk zugreifen zu können.

Bei meiner Recherche nach einem adäquaten DOS-Treiber für das virtualisierte MS-DOS bin ich auf das Technology Blog von Werner Ziegelwanger gestoßen. Dieser hatte es sich zu seinem Hobby gemacht einen DOS-PC zusammen zu bauen und ist bereits auf das selbe Problem gestoßen wie ich, nur mit der zusätzlichen Schwierigkeit im Gegensatz zu mir, dass er eben kein virtualisiertes System verwendet, wo sich die (Pseudo-) Hardware immer gleich verhält, sondern dass er mit den Herstellereigenen Besonderheiten der Laufwerke zu kämpfen hatte, die immer für Fummelarbeiten bei den Treibern unter einem nativ ausgeführten DOS sorgten.
Ziegelwanger hat die Arbeitsschritte sehr schön dokumentiert, so dass es mir ohne Probleme möglich war das optische Laufwerk aus der virtualisierten DOS-Umgebung ansprechen zu können. Ich habe sie als Anleitung nochmals in mein Wiki übernommen.

Links:
Anleitung im eigenen Dokuwiki
Technology Blog – DOS CD Rom Treiber installieren

Darüber hinaus stand ich vor dem Problem, Dateien, wie zum Beispiel eben die Treiber für den Zugriff auf das CD-Laufwerk, von meinem Host-System (macOS) in die virtuelle Maschine zu übertragen. Der Trick ist für das erste aber recht einfach.:

  1. Über das Terminal unter macOS (Linux, BSD) ein leeres Disketten-Image mit dem Konsolenprogramm dd erstellen.
    dd if=/dev/zero bs=512 count=2880 of=msdos-floppy.img
  2. Das erstellte Disketten-Image mit dem Virtualisierungsprogramm als Diskettenlaufwerk verbinden und mit dem Befehl format a: mit dem Dateisystem FAT12 unter DOS formatieren.
  3. Image von der VM wieder lösen und im Dateimanager (macOS Finder oder dem jedes anderen Host-Systems) wieder mounten und dann die Dateien hineinkopieren.
  4. Zuletzt das Image wieder aus dem Dateimanager auswerfen und mit der virtuellen Maschine verbinden. Die Dateien können gelesen beziehungsweise wenn nötig verändert werden.

Auf Dauer ist dies aber natürlich keine Lösung und ziemlich umständlich sowie nervend.