NEC PC-88: La leyenda que transformó la informática en Japón

El mercado japonés de ordenadores de los años 80 es tan fascinante como desconocido entre los aficionados occidentales, especialmente por el hecho de que sus máquinas no llegaron a salir fuera de su país. De todos ellos, el fabricante que más destacó fue la Nippon Electric Company o NEC, quien destacó con dos ordenadores totalmente distintos. Hoy le hacemos un homenaje al más modesto de ellos, pero no menos popular, el NEC PC-88 en sus primeros años.

Nota: esta es una versión actualizada del artículo que publicamos en su día.

Los inicios de la informática en Japón

El periplo de los japoneses en la informática empezó con sistemas como el NEC TK-80. Una placa basada en el Zilog Z80 que si bien se diseñó para que los estudiantes de ingeniería aprendiesen a programar para dicha CPU y no se trataba de un ordenador completo, pronto la habilidad y el conocimiento de sus usuarios hizo su aparición y empezaron a convertirlos en ordenadores totalmente funcionales con la capacidad de ejecutar el CP/M.

Con ello ocurrió un caso curioso, el MOS 6502 paso a ser totalmente desconocido en el país del sol naciente, provocando que la primera generación entera de programadores se especializará en el Z80, de ahí a que la gran mayoría de máquinas de 8 bits, excepto la Famicom de Nintendo, se basaran en ese chip. A esto hay que añadirle que ni el Commodore PET y tampoco el Apple II tuvieron una distribución formal, lo que permitió que los japoneses montaran su propia industria y crearan sus ordenadores para usarlos a nivel local.

No obstante, Japón se encontraba un par de años por detrás de los Estados Unidos, pero de la misma manera vieron el potencial de vender el ordenador al completo, y claro, las grandes empresas, impulsadas por el ministerio de tecnología japonés, tuvieron la oportunidad de hacer ordenadores personales tras observar el boom en la tierra del Tío Sam. Una de ellas era NEC, quien además tenía la capacidad para producir y diseñar chips, dado que era un fabricante de equipamientos en telecomunicaciones.

El precursor: el NEC PC-8001

En 1979, dos años antes del lanzamiento del NEC PC-88, NEC lanzó un precursor llamado PC-8001 que se basaba en su CPU µPD780. Dicho microprocesador no era otra cosa que un clon del Zilog Z80 que funcionaba a 4 MHz. Solo disponía de 16 KB y su sistema de vídeo basado en terminal venía con una resolución de 160 x 100 píxeles, por lo que solo podía representar 20 columnas de caracteres y en monocromo. Por lo que en realidad estamos ante un sistema muy pero que muy modesto en comparación con los fabricados por las grandes empresas estadounidenses.

Pese a su sencillez, el PC-8001 llegó a copar el 40 % del mercado japonés, convirtiéndose en el estándar de facto en pequeños negocios y oficinas. Lo que llevo a que se desarrollara una gran cantidad de software, lo que convenció a NEC para que el PC-88, su sucesor, fuese totalmente compatible hacia atrás con el software del PC-8001, facilitando la transición de un sistema a otro y apuntalando a NEC en la marca líder en la venta de ordenadores en Japón.

NEC PC-88, el microordenador de 8 bits más popular en Japón

Solemos pensar que el estándar MSX fue el más vendido en Japón, ya que al fin y al cabo fue apoyado por una gran cantidad de empresas. No obstante, el estándar que creo Kazuhiko Nishi llego dos años después respecto al lanzamiento de un ordenador que por sus características llego a ocupar no solo las casas, sino también los negocios más modestos, aunque luego se vio reemplazado por su hermano mayor, el PC-98, en las oficinas de Japón.

En realidad, debemos ver al PC-8801 como una evolución del PC-8001, ya que puede cargar y ejecutar los programas escritos para dicho ordenador. Incluso utiliza la misma CPU, un Z80 a 4 MHz, pero trae consigo una serie de cambios que lo diferencian de su hermano antecesor. Una de las diferencias radica en su memoria de vídeo, la cual se encuentra dividida en dos pozos distintos: el primero de ellos sirve para el modo texto (TVRAM) y el segundo para mostrar gráficos GVRAM. En cuanto al software, el PC-88 era totalmente compatible hacia atrás con el PC-8001, por lo que podía cargar y ejecutar programas pensados para dicho ordenador. Esto se debía no solo por el hecho de que ambos usaban un microprocesador idéntico, sino por el hecho de que el sistema operativo y el intérprete BASIC del PC-88 eran un superconjunto del utilizado en el PC-8001.

No obstante, dependiendo de si se utilizaba el ordenador en modo PC-8001 o PC-88, la organización de la memoria cambiaba, partiendo del hecho de que el Z80 solo podía direccionar 64 KB de memoria. 

Por ejemplo, en modo BASIC, la mitad del direccionamiento apuntaba a las ROM correspondientes, dejando la otra mitad como memoria RAM. En cambio, en el modo normal los juegos y las aplicaciones tenían acceso a los primeros 48 KB de memoria y luego a 16 KB para video, el cual se reservaba para los tres planos de bits, cada uno de 16 KB, pero no podía acceder a ellos simultáneamente, sino que estaban multiplexados, por lo que solo se podía acceder a uno al mismo tiempo.

Subsistema gráfico

El sistema gráfico del PC-88 no era muy avanzado y utilizaba un mecanismo propietario cuyo funcionamiento era muy parecido al del Apple II y el 6845 CRTC del IBM PC y el Amstrad CPC, lo normal en los ordenadores de oficina de la época. Es más, su resolución máxima era de 640 x 200 píxeles, por lo que soportaba hasta 80 columnas de caracteres y totalmente monocromático y hacía uso al igual que muchos otros sistemas de una salida de vídeo NTSC. No obstante, disponía de dos circuiterías de vídeo totalmente separadas. La primera de ellas, la del modo texto, era heredada del PC-8001, pero con la capacidad de manejar una mayor resolución de pantalla.

Y es que en realidad no tiene una sola memoria de vídeo, sino 3 memorias de vídeo, una para cada componente RGB. Esta técnica, la cual se llama planos de bits, se basa en varios búferes de imagen de un solo bit donde cada uno de ellos representa un componente de color distinto. Esto implica que, dependiendo del color a representar, entre los 8 posibles, la cantidad de escrituras a memoria varía. ¿La ventaja de ello? Poder tener juegos y aplicaciones funcionando a 640 x 200 píxeles (entrelazado a 60 Hz) o a 640 x 400 (progresivo a 30 Hz) con 8 colores simultáneos.

Esto además provoca el aspecto gráfico por el cual es tan famoso el NEC PC-88, donde muchos juegos parecen dibujados por puntos, y es que se debe a que hay zonas de la pantalla donde el haz de electrones no se activa al estar completamente en negro. No obstante, tener juegos con tal resolución y capacidad de color era algo que lo colocaba por delante de otros sistemas. Claro que carecía del soporte de sprites por hardware y del soporte para scroll, lo cual se entiende desde el momento en que se pensó originalmente como un ordenador para oficina. 

El MKII

El lanzamiento del PC-98 en 1982, con características muy superiores, hizo que el PC-88 se desplazará más al mercado doméstico y más cuando recibió una versión de menor coste, el llamado MKII o Mark II, que reducía el precio de los 228.000 yenes de 1981 a 168.000 yenes en 1983, justo el mismo precio que el PC-8001, por lo que se convirtió en su sustituto como el ordenador doméstico básico.

El hardware no era distinto al del primer modelo en cuanto a capacidades se refiere, la única diferencia fue que las dos unidades de disquete venían integradas de serie y al contrario que con el modelo original, no se tenían que comprar aparte. Sin embargo, no fue la única novedad del PC-88 Mark II, ya que se hizo posible instalar un chip de sonido para los juegos. En concreto, el Yamaha YM2149, el clon del AY-3-8910. Esto hizo que la calidad del sonido pasará del chirriante altavoz de bocina del modelo original a poder reproducir melodias y efectos de sonido complejos como cualquier consola de videojuegos de la época.

El nacimiento de la industria japonesa de videojuegos.

Situémonos en el tiempo, en el periodo de 1981 a 1983 la industria de las consolas japonesas no existía, si bien Atari lanzó su VCS bajo el nombre de Atari 2800, la realidad es que ningún desarrollador japonés tenía acceso a la máquina estadounidense y sin consolas en las que desarrollar todavía, pues no había industria de los videojuegos. Por otro lado, el PC-8001, pese a su popularidad no tenía el hardware adecuado para videojuegos. No obstante, con la llegada del PC-88 Mark II fue cuando se le dio el pistoletazo de salida a la industria japonesa de los videojuegos.

Una generación entera de desarrolladores japoneses que más tarde harían leyenda en la industria japonesa de videojuegos empezaron con el PC-88 MK II, es más, tanto fue el impacto en Japón que esto motivo la aparición del estándar MSX y sistemas posteriores como la Famicom/NES o las consolas de SEGA, empezando por la SG-1000. Todo ello influenciado por el lanzamiento de los primeros videojuegos japoneses, los cuales aparecieron por primera vez en el PC-88.

La segunda generación del PC-88

En 1985, NEC lanzó la segunda generación de sus PC-88, llamados PC-88 MKII SR, y trajeron consigo una serie de novedades importantes respecto al primer modelo que cimentaron aún más la popularidad de esta plataforma entre el público japonés. Pese a la existencia de los ordenadores bajo el estándar MSX las ventas del sistema de NEC eran excelentes y era el sistema más vendido en Japón con diferencia, lo cual fue suficiente para justificar una puesta al día de su hardware interno.

La primera de las mejoras fue integrar un chip de sonido YM2603 de YAMAHA, el cual no solo puede reproducir los 3 canales de onda cuadrada del YM2619, lo que aseguraba la retrocompatibilidad de los juegos, sino que añadía 3 canales de síntesis FM. Por lo que estamos ante el primer ordenador doméstico que trajo integrado la capacidad para reproducir audio de dicha forma, lo que supuso una mejora importante en la calidad de sonido de los juegos. No fue la única mejora que recibió el ordenador.

aunque la más importante fue la que se hizo alrededor de la memoria de la memoria de vídeo. 

Rendimiento mejorado

Los cambios de NEC en el PC-88 MKII SR no tocaron para nada la CPU del sistema, pero sí que mejoraron una gran cantidad de elementos de su hardware, lo que llevó a un aumento considerable de su rendimiento respecto al modelo original.  No obstante, una de las mejoras que introdujeron, aprovechando que en 1985 era posible acceder a memorias ROM más rápidas, fue precisamente eso, y no olvidemos que lo habitual es que las rutinas del sistema operativo estuvieran almacenadas en una ROM. Hemos de tener en cuenta que en muchos ordenadores de principios de los 80, las memorias ROM utilizadas solían ser significativamente más lentas que la CPU, lo que provocaba que la CPU tuviera que esperar ciclos de reloj adicionales (wait states) para poder leer datos desde ellas.

Esto hizo que este modelo de ordenador tuviera que funcionar en tres modos distintos, ya que algunos juegos y programas se aceleraban tanto que se volvían inusables. En el primer modo, el llamado V1S, la señal de reloj para el acceso a las memorias era la misma que en el modelo original, lo que evitaba que el sistema se aceleraba. En cambio, en el modo V1H las memorias funcionaban a toda velocidad, pero usando el modo gráfico del PC-88 original. No obstante, NEC también mejoró, aunque levemente, el hardware gráfico de su ordenador, creando con ello el modo V2.

El modo gráfico V2

Si bien el PC-88 MKII SR heredaba el subsistema de vídeo de los modelos anteriores, con respecto al rendimiento gráfico recibió una mejora considerable. Lo primero de todo fue la capacidad de escribir cualquier color para cualquier píxel en la memoria de vídeo de un solo envío. En el sistema original, si se quería, por ejemplo, dibujar un píxel en blanco, se tenía que enviar este 3 veces, uno por cada 1 de los 3 planos. No obstante, en el modo V2 solo es necesario enviar el valor 111 para pintar el píxel de blanco una sola vez, lo que se traduce en reducir el número de accesos a memoria para generar el búfer de imagen a una tercera parte.

Si bien el número de colores por píxel seguía siendo solo de 8, gracias al DAC de 9 bits (512 colores) la paleta de colores aumentó, por lo que se hizo posible mostrar escenas más allá de los 8 colores básicos. Por otro lado, si bien no trae un Blitter,  si que viene equipado con una ALU que permite hacer operaciones lógicas entre 2 píxeles en una misma posición de pantalla. No obstante, uno lo hace con el valor ya existente y el otro con el nuevo valor, siendo combinados estos en una operación de los tipos (NOT, OR, AND o XOR). 

Mejoras en la memoria RAM

Otra de las mejoras que implementó NEC fue una RAM de vídeo al doble de velocidad de reloj que en el modelo original, la cual permitía un acceso intercalado a la misma entre la CPU y el acceso gráfico. Para ello, aprovecharon que el Z80 requería 4 ciclos de reloj para acceder a la memoria del sistema y que las velocidades de acceso de la RAM eran lo suficientemente rápidas para ello. Se trata de la misma técnica que vimos en el Apple II y que por el periodo de 1984 a 1985 fue utilizada por la mayoría de ordenadores que salieron al mercado ese año. Como fue también el caso del Atari ST y el Commodore Amiga.

Tened en cuenta que el PC-88 tiene la misma estructura que los primeros ordenadores de 8 bits, donde el mapa de caracteres se leía de la memoria principal. Esto llevaba a detener periódicamente a la CPU para que el subsistema gráfico leyese la parte de la RAM que le indicaba que carácter escoger de la ROM de texto. NEC en el PC-88 MKII SR hizo totalmente independiente a la TVRAM y la colocó en su propia memoria, liberando el acceso a la RAM a la CPU la mayoría del tiempo.

PC-88 VA

Pese a que el lanzamiento del PC-88 MKII SR fue un éxito en Japón, superando de lejos en ventas a cualquier otro ordenador incluyendo la segunda generación del estándar MSX y coronando a NEC como la reina del mercado de los ordenadores nipones, había otra amenaza que afectaba enormemente a la popularidad del PC-88, especialmente en el mercado doméstico. Si bien las ventas de la Famicom/NES se habían disparado gracias a Super Mario Bros., el hecho de que el límite de los primeros cartuchos fuese solo de 32 KB se traducía en que ciertos géneros eran exclusivos de los ordenadores, precisamente por la falta de espacio, por lo que no tardaron en aparecer para el sistema de Nintendo aquellos títulos que hasta ese momento eran solo para ordenadores. 

En la división de ordenadores de NEC vieron eso como una amenaza, lo cual les motivo a realizar la tercera generación de PC-88, la cual se lanzó en 1987 bajo el nombre de PC-88 VA (Visual Architecture), con cambios importantes en el hardware gracias al uso de una nueva CPU, un nuevo chip gráfico y cambios en algunas partes del sistema. Eso sí, pese a formar parte de la gama PC-88, los cambios en su arquitectura y funcionamiento fueron tales que se podrían considerar como una gama totalmente nueva de ordenadores.  Dichos cambios y pese a que el sistema se diseñó para ser compatible hacia atrás con modelos anteriores, provocaron que no todos los títulos fueran compatibles con el nuevo ordenador, provocando que las ventas del mismo no fueran tan altas como el de su predecesor y sus variantes.  

¿Un PC-88 con sabor de PC-98?

La CPU del PC-88 VA es un caso único, bajo el nombre de μPD9002 y funcionando a 8 MHz. Este microprocesador de 16 bits era una versión mejorada del NEC V20, el cual era un clon el Intel 8086 que además tenía un modo de emulación del 8080, permitiendo ejecutar programas para dicha arquitectura. Para cambiar de un modo a otro se usaba una instrucción especial que le decía a la CPU cómo debía interpretar el código en binario a partir de ese momento. Pues bien, en el caso que nos ocupa, la «emulación» era hacia el Z80, pero por desgracia no consiguieron que todo el software para el PC-88 lanzado anteriormente funcionará sin problemas en la nueva CPU.

El otro cambio fue en el sistema operativo, el cual pasó a llamarse PC-Engine, y no, no es el mismo que el de la consola homónima desde el momento en que las consolas de la época no tenían sistema operativo. Era más bien un MS-DOS adaptado junto a las rutinas del N88 para la retrocompatibilidad. Por otro lado, dado que en 1987 la integración en lo que a transistores había avanzado lo suficiente, NEC incluyó también la funcionalidad de chips periféricos dentro del mismo para ahorrar costes y simplificar la placa.

Así pues, dentro del chip no solo se encontraba la CPU, sino también elementos como: el generador de reloj, control de actualización de DRAM, temporizadores/contadores, interfaz de bus y unidades de arbitraje de bus, canal de E/S serie asíncrono, generador de estado de espera y unidad de control de interrupción de 8 entradas. El problema es que no eran los mismos componentes que los utilizados en el PC-98, lo que hizo incompatible al PC-88 VA con el software para dicho ordenador, dejándolo en tierra de nadie.

Mayor capacidad en memoria RAM

Gracias a que el pinout para el direccionamiento pasó de 16 bits (64 KB) a 20 bits (1 MB o 1024 KB), la cantidad de memoria RAM que podía manejar el sistema aumentó respecto al modelo original. Asignándole 512 KB del mismo para la memoria RAM y 480 KB para la nueva ROM, donde se encontraba el nuevo sistema operativo con todas las rutinas para el sistema. 

En cuanto a la RAM de vídeo, NEC se encontró con el problema de no poder usar una que funcionara al doble de frecuencia que la nueva CPU; por suerte, pudieron optar por VRAM de doble puerto. La cual, pese a no ser más rápida, permitía el acceso simultáneo al subsistema de vídeo por parte de la CPU o el Blitter y el nuevo chip gráfico. Al mismo tiempo, las capacidades de almacenamiento de la memoria de vídeo también aumentaron a 256 KB para la GVRAM y 64 KB para la TVRAM, volviendo a subir esta a 256 KB en modelos posteriores. 

Sin embargo, solo el software diseñado en exclusiva para el PC-88 VA y posteriores podían tomar beneficio de las mejoras técnicas y, dado la menor popularidad del ordenador, pocos fueron los títulos que se diseñaron pensando en las capacidades aumentadas de este modelo.  

Las expansiones C-Bus

La otra mejora del PC-88 VA fue el añadido de ranuras de expansión para poder colocar tarjetas que ampliaran la capacidad técnica del ordenador, para ello NEC utilizo el mismo C-Bus que en los PC-98, pero desde el momento en que la BIOS de ambas plataformas era distinta, era imposible usar las tarjetas pensadas para el PC-98 en el PC-88 VA y viceversa. No obstante, la tarjeta de expansión más popular fue la Sound Board II.

Esta tarjeta de sonido le añadía 3 canales para la síntesis FM adicionales, la capacidad para transmitir sonido en estéreo y un canal de audio PCM/ADPCM adicional, el cual venía acompañado por hasta 256 KB de memoria para samples. La popularidad de la misma fue tal que, a partir de los modelos PC-88 FA/MA en adelante, NEC la incluyó de serie en los nuevos modelos. No obstante, no fue el único tipo de tarjeta de expansión lanzada para el PC-88 VA. Por ejemplo, era posible aumentar la cantidad de RAM del sistema de 512 KB a 128 KB con una tarjeta de expansión de memoria o incluir un disco duro a través de una tarjeta SASI.

El Modo gráfico V3

Como curiosidad, el ordenador sí que venía con una tarjeta de expansión instalada, su tarjeta gráfica,  la cual era presidida por un chip gráfico creado en exclusiva para el PC-88 VA, el llamado 72022, el cual ampliaba las capacidades visuales de la gama PC-88. Dicho chip se creó como respuesta no solo a las capacidades gráficas de la  Famicom/NES, sino también a la gama V99x8 de YAMAHA para los MSX2, tomando varias ideas de ambos sistemas y suponiendo un salto gráfico destacable respecto a lo visto anteriormente en el PC-88, pero por debajo de otros productos lanzados ese mismo año en el mercado, como el X68000 de SHARP, pero especialmente frente a la PC-Engine lanzada ese mismo año, 1987, por otra división de NEC. 

El 72022 funcionaba creando dos búferes de imagen, uno para el fondo y el otro para los sprites, aunque ambos los manejaba de igual manera. El búfer de fondo o pantalla de texto, era el mismo que el modo gráfico V2, pero se le añadió soporte para scroll suave por hardware, liberando de esta manera a la CPU. La cantidad de colores por píxel aumentó levemente de los 8 a los 16 colores, los cuales se seleccionaban de una serie de registros internos de 16 bits, aunque el DAC de salida solo soportaba hasta 12 bits (4096 colores).

En cuanto al búfer frontal o el llamado de sprites, podía dibujar sprites en monocromo de 32×4 píxeles o en multicolor (hasta 15 colores+transparente) de 8 x 4 píxeles de tamaño, permitiendo un máximo de 256 píxeles en sprite por línea de escaneo, y no, no se trata de un error. Pero tenéis que pensar que estos eran excesivamente pequeños, lo que llevaba a que la CPU tuviera que ir cambiando los valores de posición de los sprites continuamente. Por si fuera poco, el límite de los mismos era de 32 sprites en pantalla, lo que llevaba a la CPU el tener que mover los sprites continuamente de una línea de escaneo a otra.

Super Graphics Processor

Una de las novedades del PC-88 fue la inclusión de un Blitter en el hardware al cual llamaron bajo el nombre de Super Graphics Processor. Para ello tuvieron que modificar la ranura de expansión donde iba la tarjeta gráfica para que el 72022 tuviera acceso a la RAM del sistema a través de su Blitter. Esto le permitía copiar los datos desde la RAM principal a la GVRAM de vídeo a mayor velocidad que la propia CPU, mientras permitía la ejecución de operaciones lógicas con el valor de los píxeles al vuelo. Pese a que no tenía la misma capacidad que la famosa unidad para el Commodore Amiga, si que aceleraba el tiempo de generación de cada fotograma en pantalla.

La mayor ventaja es que esto permitía ir más allá del límite de 32 sprites en pantalla, el truco era cambiar los valores de referencia de un sprite ya mostrado en una línea de escaneo anterior por los de un nuevo sprite. Una técnica que no era exclusiva del PC-88 VA, pero que permitía ir más allá de sus capacidades gráficas de base, por desgracia, pese a las mejoras gráficas del PC-88, sus capacidades se vieron opacadas no solo por el ordenador de SHARP, sino también con las del PC-98 y la consola PC-Engine, la cual, al igual que la Famicom respecto a los modelos anteriores del PC-88, ofrecía mayor suavidad en los juegos y mejor calidad gráfica.

El fin del PC-88

Ahora bien, ¿cómo se produce el final de una plataforma con un éxito tan rotundo como el PC-88? Si bien se puede acusar a la Famicom/NES, la consola de Nintendo no era un ordenador por lo que no competía directamente. Más bien fue el hecho de que por un poco más de dinero los usuarios podían adquirir un PC-98, el cual por aquellos tiempos ya equipaba un 286 como CPU. Precisamente, el viraje continuo de los usuarios al PC-98 lo convirtieron a finales de los 80 en la plataforma de referencia, no solo para el mercado empresarial, sino también para el mercado doméstico. Al mismo tiempo, la aparición del estándar DOS-V a partir de 1990 fue el clavo en el ataúd del PC-88.

Aun así, NEC hizo todo lo que pudo para que el PC-88 siguiese vivo. Por ejemplo, lanzaron su último modelo en 1989 bajo el nombre de PC-88 MC, el cual tenía como opción una unidad CD-ROM, justo la misma de la PC-Engine, por lo que este ordenador fue más bien una respuesta al FM Towns de Fujitsu. Por aquel entonces el interés de los japoneses por el PC-88 ya se había desvanecido para centrarse en otras máquinas de mayor capacidad.