أتاري سيو

يعود الفضل في وجود نظام SIO في نهاية المطاف إلى قواعد لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) بشأن الحد المسموح به من تداخل الترددات اللاسلكية الذي يمكن أن يتسرب من أي جهاز يُولّد إشارات تلفزيونية تناظرية مباشرة . وقد اشترطت هذه القواعد مستويات منخفضة للغاية من التسرب، وكان لا بد من اجتيازها سلسلة اختبارات شاملة. وكانت هذه القواعد تخضع للمراجعة خلال الفترة التي كان فيها فريق غراس فالي التابع لشركة أتاري يُصمّم جهاز كولين الذي أصبح فيما بعد أتاري 800. ^{[ 5 ]}

تجنّب جهاز Apple II ، وهو أحد الأجهزة القليلة الجاهزة التي كانت تتصل بالتلفزيون في ذلك الوقت، هذه المشكلة بعدم تضمين مُعدِّل الترددات اللاسلكية في الحاسوب. وبدلاً من ذلك، أبرمت Apple صفقة مع شركة إلكترونيات محلية، M&R Enterprises، لبيع مُعدِّلات قابلة للتوصيل تحت اسم Sup'R'Mod . هذا يعني أن جهاز Apple لم يكن، من الناحية الفنية، يُولِّد إشارات تلفزيونية، وبالتالي لم يكن مُلزماً بالخضوع لاختبارات لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). رأت Sears ، إحدى كبرى شركات توريد Atari ، أن هذا الحل غير مناسب لمبيعاتها الجاهزة، لذا، ولتلبية متطلبات منع التداخل، قامت بتغليف النظام بأكمله بكتلة من الألومنيوم المصبوب  بسماكة 2 مم. ^{[ 5 ]}

كان من المُخطط أصلاً أن تكون كولين جهاز ألعاب ، خليفةً لجهاز أتاري 2600. أدى نجاح جهاز أبل 2 إلى إعادة تسويق النظام كحاسوب منزلي ، وقد تطلّب هذا السوق أجهزة طرفية. في أجهزة مثل أبل 2، كان يتم دعم الأجهزة الطرفية عن طريق وضع بطاقة محوّل في إحدى فتحات البطاقات الداخلية للجهاز، وتمرير كابل عبر فتحة في الهيكل، وتوصيل الجهاز بهذا الكابل. كانت الفتحة كبيرة بما يكفي لمثل هذا الكابل، مما يعني فشل كولين في اختبارات الترددات اللاسلكية، وهو ما شكّل مشكلة خطيرة. بالإضافة إلى ذلك، كان تبريد البطاقات بالحمل الحراري صعباً للغاية. ^{[ 5 ]}

خلال زيارة في أوائل عام 1978، عرض مندوب مبيعات من شركة تكساس إنسترومنتس (TI) نظامًا يتألف من كابل ألياف بصرية مزود بأجهزة إرسال واستقبال مدمجة في طرفيه. اقترح ديكوير إمكانية استخدام هذا النظام لإرسال إشارة الفيديو إلى مُعدِّل ترددات لاسلكية خارجي، والذي سيكون استخدامه بسيطًا تمامًا مثل الكابل المحوري اللازم لتوصيل الإشارة إلى التلفزيون. وبذلك، سيصبح بإمكان الحاسوب استخدام منافذ عادية؛ ومثل جهاز أبل 2، سيكون جزء الترددات اللاسلكية خارجيًا بالكامل، ويمكن اختباره بشكل منفصل عن الحاسوب. ^{[ 5 ]}

عندما شرح ديكوير فكرته، كادت عينا البائع تبرزان من مكانهما. ^{[ 5 ]} لم يكن فريق غراس فالي يعلم أن شركة تكساس إنسترومنتس كانت آنذاك منهمكة في تطوير جهاز TI-99/4، وكانت تواجه المشكلة نفسها المتعلقة بمخرج الترددات اللاسلكية. عندما شرح ديكوير الفكرة لاحقًا لرئيسه، ويد توما، أجاب توما قائلًا: "لا، لن تسمح لنا لجنة الاتصالات الفيدرالية أبدًا بتنفيذ هذه الحيلة." ^{[ 5 ]} وقد ثبتت صحة هذا الكلام؛ فقد استخدمت شركة تكساس إنسترومنتس فكرة ديكوير، وعندما عرضتها على لجنة الاتصالات الفيدرالية عام 1979، رفضتها اللجنة رفضًا قاطعًا. اضطرت شركة تكساس إنسترومنتس إلى إعادة تصميم نظامها، وكان التأخير الناتج يعني أن أجهزة أتاري وصلت إلى السوق أولًا. ^{[ 5 ]}

بعد أن تعثر هذا المسار للسماح بفتحات البطاقات، عاد ديكوير إلى مشكلة توفير التوسع من خلال نظام خارجي من نوع ما. ^{[ 5 ]}

بحلول ذلك الوقت، أُنجز عملٌ كبيرٌ على استخدام شريحة POKEY من أتاري لتشغيل جهاز تسجيل الكاسيت عن طريق إخراج الأصوات مباشرةً لتسجيلها على الشريط. وقد تبيّن أنه بإجراء تعديلات مناسبة، يمكن لشريحة POKEY تجاوز دائرة تحويل الإشارات الرقمية إلى تناظرية، وتشغيل خرج TTL مباشرةً. ولإنتاج ناقل بيانات رقمي TTL، استخدم نظام SIO قناتين من قنوات الصوت الأربع في شريحة POKEY لإنتاج نغمات ثابتة تمثل إشارات الساعة بتردد معين. استُخدم مُخزن مؤقت أحادي البايت لإرسال واستقبال البيانات؛ ففي كل مرة تتغير فيها إشارة الساعة ، تُقرأ أو تُكتب بتة واحدة من المُخزن المؤقت. وعند قراءة أو كتابة جميع البتات الثمانية، يُولّد النظام مقاطعةً تُشغّل نظام التشغيل لقراءة أو كتابة المزيد من البيانات. ^{[ 6 ]}

على عكس واجهة الكاسيت، حيث يُستخدم عادةً جهاز واحد فقط، يحتاج منفذ التوسعة الخارجي إلى دعم أكثر من جهاز. ولتحقيق ذلك، طُوّر بروتوكول بسيط وأُضيفت عدة دبابيس جديدة إلى منفذ الكاسيت الأصلي. وكان أهمها دبوس COMMAND، الذي يُفعّل الأجهزة للاستماع إلى رسالة من 5 بايتات تُنشّط أحد الأجهزة على الناقل وتطلب منه بيانات (أو تُرسل إليه أوامر). ^{[ 7 ]} كما أُضيفت دبابيس PROCEED وINTERRUPT التي يُمكن للأجهزة استخدامها لضبط بتات في سجلات التحكم في المضيف، ولكن لم تُستخدم هذه الدبابيس في النظام المُطبّق. وبالمثل، أُرسلت إشارات التوقيت المُولّدة بواسطة POKEY على دبابيس CLOCKOUT وCLOCKIN، على الرغم من أن البروتوكول غير المتزامن لم يستخدمها. ^{[ 8 ]}

لم تحصل شركة أتاري على براءة اختراع لتقنية SIO. وذكر ديكوير أنه عندما رفع أحد المتصيدين لبراءات الاختراع دعوى قضائية ضد منتدى مطوري USB ، استشهدت مايكروسوفت وشركات أخرى بتقنية SIO كتقنية سابقة . ^{[ 4 ]}

تم تنفيذ ناقل SIO باستخدام موصل D مخصص ذي 13 سنًا (وإن لم يكن من نوع D-subminiature )، حيث وُضعت الموصلات الذكرية على الأجهزة والموصلات الأنثوية على طرفي الكابلات. ^{[ 9 ]} تميزت الموصلات بمتانتها المادية لتسمح بالاستخدام المتكرر، مع دبابيس قوية جدًا في مقبس الجهاز وموصلات زنبركية في الكابلات، على عكس التثبيت الاحتكاكي كما في موصل D التقليدي. احتوت معظم الأجهزة على منافذ إدخال وإخراج لتوصيل الأجهزة الطرفية على التوالي، مع العلم أن مسجل برامج أتاري 410 كان يجب وضعه في نهاية السلسلة، وبالتالي لم يكن مزودًا بمنفذ إخراج.

كان نظام SIO يُتحكم به بواسطة شريحة POKEY الخاصة بجهاز أتاري ، والتي تضمنت عددًا من المؤقتات العامة. أربعة من هذه المؤقتات سمحت بالتحكم الدقيق في معدلات التوقيت، وكان من المفترض استخدامها لإخراج الصوت عن طريق توصيلها بمحول رقمي تناظري (D-to-A) ثم مزجها مع إشارة التلفزيون قبل إدخالها إلى مُعدِّل الترددات اللاسلكية. أُعيد استخدام هذه المؤقتات كأساس لنظام SIO، حيث استُخدمت كساعات في بعض الأوضاع، أو لإنتاج إشارات الخرج مباشرةً في أوضاع أخرى.

تضمن النظام مسجل إزاحة واحدًا استُخدم لأتمتة معظم عمليات نقل البيانات بشكل جزئي. يتكون هذا المسجل من قيمة واحدة مكونة من 8 بتات، تبدأ بالبت الأقل أهمية (LSB) ^{[ 10 ]} ، وتُستخدم لتخزين عمليات القراءة والكتابة مؤقتًا. يصل المستخدم إلى هذه البيانات من خلال موقعين في الذاكرة يُعرفان باسم SEROUT للكتابة وSERIN للقراءة. كانت هذه "مسجلات ظل"، وهي مواقع في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) تُطابق المسجلات الموجودة في رقائق الدعم المختلفة مثل POKEY. تم تأطير بتات البيانات ببت بداية صفري واحد وبت توقف واحد واحد، ولم تُستخدم بتة التكافؤ. ^{[ 10 ]}

لكتابة البيانات في الوضع المتزامن، تم ضبط قنوات المؤقت الرئيسية لوحدة POKEY على معدل ساعة مناسب ، ولنقل 9600  بت/ثانية. ثم تُرسل أي بيانات تُكتب إلى سجل SEROUT بتًا واحدًا في كل مرة ترتفع فيها الإشارة. وقد تم ضبط التوقيت بحيث تعود الإشارة إلى حالة منخفضة في منتصف البت. عند إرسال جميع البتات العشرة (بما في ذلك بتتي البدء والإيقاف)، تُرسل وحدة POKEY مقاطعة قابلة للإخفاء إلى وحدة المعالجة المركزية للإشارة إلى استعدادها لاستقبال بايت آخر. عند القراءة، إذا تم استلام بايت آخر من البيانات قبل قراءة سجل SERIN، يتم ضبط البت الثالث من سجل SKSTAT على القيمة "صحيح" للإشارة إلى تجاوز السعة. كما تُرسل البتات الفردية التي تتم قراءتها إلى البت الرابع من سجل SKSTAT فور وصولها، مما يسمح بالقراءة المباشرة للبيانات دون انتظار اكتمال عملية التأطير.

على الرغم من احتواء النظام على منافذ CLOCKOUT وCLOCKIN التي يُمكن نظريًا استخدامها للاتصالات المتزامنة، إلا أنه عمليًا لم يُستخدم سوى النظام غير المتزامن. في هذه الحالة، تم ضبط سرعة أساسية كما ذُكر سابقًا في POKEY، والتي ستتبع تغييرات تصل إلى 5% من هذه السرعة الأساسية. سهّل هذا الأمر كثيرًا التعامل مع الأجهزة الحقيقية التي قد تُسبب فيها المشكلات الميكانيكية أو الكهربائية اختلافًا طفيفًا في السرعات مع مرور الوقت. من الأمثلة على ذلك جهاز تشغيل أشرطة الكاسيت، حيث يُمكن أن يُؤثر تمدد الشريط على السرعة، وجهاز المودم، حيث قد لا يكون النظام البعيد مُتزامنًا تمامًا مع سرعة مُحددة.

كان النظام يدعم رسميًا سرعات تصل إلى 19200 بت/ثانية، ولكن تم اختيار هذه السرعة فقط لأن محلل البروتوكولات  الخاص بمهندس أتاري لم يتجاوزها. في الواقع، كان النظام قادرًا على أداء أعلى بكثير. وقد استخدم عدد من الأجهزة الخارجية، وخاصة محركات الأقراص المرنة ، مكونات وبرامج تشغيل مخصصة لزيادة سرعات النقل بشكل كبير لتصل إلى 72000 بت/ثانية. 

سمح نظام SIO بتوصيل الأجهزة على التوالي، وبالتالي تطلب الأمر طريقة ما لتحديد أن المعلومات الموجودة على دبابيس البيانات المختلفة مخصصة لجهاز معين في السلسلة. وقد تم تحقيق ذلك باستخدام دبوس COMMAND. ^{[ 10 ]}

كان دبوس COMMAND يُبقي عادةً في حالة عالية، ^{[ 9 ]} وعندما ينخفض ​​مستواه، كان على الأجهزة المتصلة بالناقل الاستماع إلى "إطار الأوامر". يتكون هذا الإطار من حزمة بيانات من 5 بايتات؛ البايت الأول هو مُعرّف الجهاز، والثاني هو رقم أمر خاص بالجهاز، ثم بايتان إضافيان من البيانات يمكن لبرنامج التشغيل استخدامهما لأي غرض. تلي هذه البايتات الأربعة بايت التحقق من المجموع. ^{[ 7 ]} يعود دبوس COMMAND إلى حالة عالية عند اكتمال الإطار. ^{[ 11 ]}

عند استلام الحزمة، كان من المتوقع أن يرد الجهاز المحدد في البايت الأول. يتكون هذا الرد من بايت واحد يحتوي على حرف ASCII، "A" للدلالة على التأكيد إذا تم فك تشفير الحزمة بشكل صحيح وتطابق المجموع الاختباري، و"N" في غير ذلك. بالنسبة للأوامر التي تتبادل البيانات، يتبع إطار الأمر "إطار بيانات" من أو إلى الجهاز المحدد. ثم يؤكد المُستقبِل هذا الإطار بحرف "C" للدلالة على الإكمال أو "E" للدلالة على وجود خطأ. ^{[ 12 ]} نظرًا لأن كل حزمة بيانات مكونة من 128 بايت تتطلب إطار أمر آخر قبل إرسال الحزمة التالية، فقد تأثرت الإنتاجية بمشاكل زمن الاستجابة؛ كان محرك الأقراص Atari 810 يستخدم عادةً  سرعة 19200 بت/ثانية، ولكنه كان محدودًا إلى حوالي 6000  بت/ثانية نتيجةً للحمل الزائد. ^{[ 13 ]}

كانت الأجهزة تُرقّم ميكانيكيًا، عادةً باستخدام مفاتيح DIP صغيرة . ^{[ 14 ]} وكان لكل فئة من الأجهزة مجموعة مختلفة من 16 رقمًا محتملاً بناءً على الأرقام الست عشرية، على سبيل المثال، النطاق $30 لمحركات الأقراص و$40 للطابعات. ومع ذلك، كان بإمكان كل برنامج تشغيل دعم أي عدد من الأجهزة؛ فبرنامج تشغيل طابعة أتاري 820 كان يدعم طابعة واحدة فقط مرقمة $40، ^{[ 15 ]} بينما كانت برامج تشغيل محركات الأقراص تدعم أربعة محركات مرقمة من $31 إلى $34. ^{[ 16 ]}

بدأ تصميم ما أصبح لاحقًا جهاز SIO كنظام للربط مع مسجلات الكاسيت باستخدام إمكانيات الصوت في شريحة POKEY لتوليد النغمات المناسبة. وقد احتُفظ بهذه الإمكانية في الإصدارات الإنتاجية، مما سمح لجهاز أتاري 410 وخلفائه بأن يكونوا أجهزة بسيطة نسبيًا.

عند ضبط جهاز التسجيل على وضع تشغيل الكاسيت، تُرسل مخرجات القناتين 1 و2 من وحدة POKEY إلى منفذ DATAOUT بدلاً من منافذ الساعة. تم ضبط القناتين لإنتاج نغمات آمنة للتسجيل على الشريط، حيث  يُمثل تردد 3995 هرتز الصفر في القناة 2، بينما  يُمثل تردد 5326 هرتز الواحد في القناة 1. في هذا الوضع، عند قراءة وحدة POKEY للبتات من وحدة SERIN، يؤدي وجود أي قيمة 1 إلى تشغيل القناة 1 في منفذ البيانات، بينما يؤدي وجود أي قيمة 0 إلى تشغيل القناة 2. وبهذه الطريقة، يتم تحويل بايت من البيانات إلى نغمات على الشريط. أما القراءة، فتستخدم نظامًا مختلفًا، لعدم وجود محول تناظري رقمي في الحاسوب. بدلاً من ذلك، تحتوي أجهزة تشغيل الكاسيت على مرشحين ضيقي النطاق مضبوطين على الترددين المذكورين. أثناء القراءة، يتم تفعيل مخرج أحد هذين المرشحين عند قراءة البتات من الشريط، ثم تُرسل هذه البتات كبيانات رقمية إلى الحاسوب المضيف. ^{[ 17 ]}

نظرًا لأن الشريط كان عرضة للتمدد ومشاكل ميكانيكية أخرى قد تُسرّع أو تُبطئ عملية النقل عبر رؤوس القراءة والكتابة، استخدم النظام عمليات قراءة وكتابة غير متزامنة. كُتبت البيانات في كتلٍ طول كل منها 132 بايت، وكان أول بايتين عبارة عن نمط بتات "01010101 01010101". سمحت فجوة بين الكتل، خالية من النغمات، لنظام التشغيل بمعرفة بداية كل سجل جديد من خلال البحث عن الصفر البادئ . ثم قرأ النظام المنفذ بسرعة وقاس توقيت انتقال بتات التوقيت من 0 إلى 1 وبالعكس لتحديد معدل نقل البيانات بدقة. كان البايت التالي بايت تحكم يُحدد ما إذا كان هذا سجلًا عاديًا بطول 128 بايت من البيانات، أو كتلة قصيرة، أو نهاية ملف. تلا ذلك ما يصل إلى 128 بايت من البيانات، متبوعةً بدورها ببايت مجموع التحقق، الذي يشمل كل ما قبل مجموع التحقق. ^{[ 17 ]}

كانت العملية تُتحكم بها أيضًا بواسطة دبوس MOTOR في منفذ SIO، المُخصص لهذا الغرض. عندما يكون مستوى هذا الدبوس منخفضًا، يتم إيقاف تشغيل المحرك في جهاز التسجيل. وهذا يسمح للمستخدم بالضغط على زر التشغيل أو التشغيل والتسجيل دون أن يبدأ الشريط بالدوران. عند إدخال الأمر المناسب على الكمبيوتر، يتم تفعيل دبوس MOTOR ويبدأ الشريط بالدوران. ^{[ 17 ]}

كان هناك منفذ مخصص آخر هو منفذ إدخال الصوت (AUDIOIN)، الذي كان موصولًا مباشرةً بدوائر إخراج الصوت بين محولات D-to-A الخاصة بجهاز POKEY والمخرج النهائي، بحيث يختلط أي إشارة على هذا المنفذ مع صوت جهاز POKEY (إن وُجد) ثم تُرسل إلى مكبر صوت التلفزيون. كان هذا المنفذ موصولًا بقناة الصوت اليسرى في شريط الكاسيت، بينما كانت القناة اليمنى موصولة بمنافذ البيانات. سمح هذا للمستخدمين بتسجيل الأصوات العادية على القناة اليسرى ثم تشغيلها عبر التلفزيون. غالبًا ما كان هذا يُدمج مع التحكم المباشر في المحرك لإنتاج أشرطة تعليمية تفاعلية للغات وبرامج مماثلة. كانت بعض شركات البرمجيات تُسجل الأصوات أو الموسيقى على هذه القناة لجعل عملية التحميل أكثر متعة. ^{[ 18 ]}