user11437767

Kenbak-1 не имел ни экрана, ни клавиатуры, ни даже микропроцессора (в современном понимании), но это не помешало ему войти в историю, как первый персональный компьютер.

В статье я расскажу о том, как создал уникальный iOS‑эмулятор Kenbak-1, что послужило мотивацией к этому, о деталях реализации, и почему это устройство поможет вам понять фундаментальные принципы работы современной вычислительной техники.

Оригинальный Kenbak-1

В 1971 году инженер Джон Бланкенбейкер создал и выпустил компьютер Kenbak‑1 — устройство, которое сегодня признают первым персональным компьютером в истории.

Цель создания была образовательной: Бланкенбейкер хотел показать, как работают вычислительные машины, и дать людям возможность познакомиться с основами вычислительной техники. Он стремился сделать компьютер не для крупных организаций, а для индивидуального использования ‑ чтобы с ним мог работать один человек без специальной подготовки.

Всего выпустили около 40 — 50 экземпляров по цене 750 долларов за штуку. В масштабах индустрии это очень мало, и коммерческого прорыва не случилось — массового спроса тогда ещё не существовало.

Тем не менее идея «компьютера для одного человека» оказалась пророческой: Kenbak‑1 вдохновил последующие поколения изобретателей и стал предтечей любительских ПК 1970‑х и 1980‑х годов (таких как Altair 8800 и Apple I).

Если есть желание узнать больше об оригинальном Kenbak-1 — на Хабре есть прекрасная статья, которой я вдохновлялся. Советую почитать!

Как возникла идея эмулятора

Сколько себя помню, мне всегда были интересны компьютеры, технологии и IT индустрия в целом. Уже в сознательном возрасте у меня появилась тяга к разным ретро‑девайсам. Хоть я и не застал золотой эпохи (мой первый компьютер был пресловутый Pentium на Windows XP), меня невероятно вдохновляет та особая атмосфера 70–80-х годов, в которой были разработаны и воплощены в жизнь многие легендарные технологии и устройства. Внешний вид, функциональность, инженерные и дизайнерские решения — это был настоящий расцвет вычислительной техники и персональных компьютеров в частности.

Вечерами я засматривал до дыр ролики на YouTube с обзорами старых компьютеров: Commodore 64, Psion 5mx, ZX Spectrum. Я никогда не держал их в руках, но ясно чувствовал: эти творения стоят на вершине инженерного искусства.

Однажды в одном из таких видео мне попался Altair 8800 — устройство, необычное для моего восприятия. Сознание привыкло, что компьютер — это клавиатура и экран (пусть и в виде подключаемого телевизора), а здесь были только переключатели и светодиоды. Как это программировать?!

Внешняя эстетика Altair 8800 (красивее для меня разве что PDP-11/70) заставила меня углубиться в его устройство и принципы работы. Я нашёл цикл видео о том, как он функционирует и как на нём программировать, затем отыскал онлайн‑эмулятор и попробовал писать программы машинным кодом. Это стало для меня открытием нового мира.

Вскоре я осознал, что пользоваться онлайн‑эмулятором удобно лишь дома. А мне хотелось изучать программирование машинными кодами в пути — в метро, в перерывах на работе, иметь быстрый и лёгкий доступ к компьютеру на ходу. Так родилась идея найти эмулятор для iOS. К сожалению, подходящего приложения не оказалось — и я решил создать его сам.

Но когда я начал разбираться с внутренним устройством Altair 8800 и оценил будущий объём работы, стало ясно: задача слишком масштабна для меня. Тогда я стал искать альтернативы.

И тут я наткнулся на Kenbak‑1. Изучив информацию о нём, я понял: по сути он очень похож на Altair 8800 — те же органы управления и вывода данных, программирование машинным кодом, — но при этом значительно проще в реализации. Его минимализм стал решающим фактором. Решение было принято: я начал разработку iOS‑эмулятора Kenbak‑1.

Устройство эмулятора

Технические моменты:

• язык программирования — Swift

• среда разработки — XCode 16

• реализация UI — SwiftUI + UIKit, использование CADisplayLink для синхронизации обновления состояния панели с обновлением экрана смартфона (для снижения энергопотребления)

• реализация процессора — полная эмуляция всех инструкций процессора в соответствии с документацией по оригинальному Kenbak-1

• тестирование — написан тестовый модуль, покрывающий все инструкции процессора

Главный экран

В своих проектах я редко заранее прорабатываю пользовательский интерфейс. Действую, обычно, по наитию, создавая UI на ходу, на свой вкус.

В виду особенностей экрана смартфона пришлось разместить группы кнопок в два ряда, а не в один, как в оригинале.

В верхней части реализован информационный бар: текущее значение светодиодной панели в разных системах счисления, выбранный регистр (на Kenbak-1 их всего 9), выбранная инструкция процессора, а также текущее значение регистра PC.

В целом, набор кнопок и подписи к ним соответствуют оригинальной панели компьютера, но имеются и дополнительные 4 кнопки, которые существенно улучшают опыт взаимодействия с эмулятором.

Экран Program

На экране «Program» есть возможность сохранять и выгружать из памяти ранее написанные программы. Хранятся они в UserDefaults в виде полного дампа памяти. Благо объём одного дампа небольшой — всего 256 байт, поэтому чтение/запись мгновенные.

Также реализовано горячее сохранение текущей программы, чтобы пользователь не потерял свои наработки, если случайно выгрузит приложение. При следующем входе программа будет в том же состоянии.

Если возникнет желание обновить уже сохраненную программу — это можно сделать введя то же имя при сохранении — приложение попросить вас подтвердить намерение и обновит дамп памяти.

В целом реализация этого модуля не содержит каких‑то особых решений.

Экран Memory Dump

На экране «Memory Dump» можно увидеть полный дамп памяти компьютера. В каждой ячейке данные отображаются в восьмеричной и десятеричной системах счисления. Есть возможность пошагово выполнять программу, чтобы следить как меняются данные.

Нижний бар показывает текущую исполняемую инструкцию и её операнд. Можно нажать на любую ячейку и просмотреть информацию для нее. Очень удобно дебажить программу и находить ошибки.

Модель памяти реализована в приложении довольно просто:

Экран Settings

На экране настроек есть возможность изменить скорость работы процессора. В оригинальном Kenbak-1 скорость была около 480 инструкций в секунду.

Можно как понизить скорость до 1, так и повысить до 1000 инструкции в секунду. Это позволяет наглядно наблюдать работу процессора во время выполнения программы, что несет большой образовательный момент.

Реализация нужной частоты процессора достигается за счёт использования функции usleep с нужным параметром задержки:

Также я добавил выключатель, который позволяет блокировать кнопки на панели управления во время выполнения программы, чтобы случайно не испортить данные в памяти.

Экран Info

Чтобы не искать и не хранить информацию о Kenbak-1 я включил в состав приложения набор оригинальной документации по компьютеру от самого Джона Бланкенбейкера.

Это три документа в формате PDF, которые можно открыть прямо из приложения:

• Инструкция к оригинальному Kenbak-1 c объёмной теорией по программированию

• Инструкция по работе с процессором Kenbak-1 и программированию машинными кодами

• Набор лабораторных упражнений с Kenbak-1, которые можно попробовать выполнить самому

Я думаю, это одно из удачных решений, которое делает этот эмулятор прекрасным инструментом для изучения программирования машинными кодами. Простота архитектуры компьютера и полнейший набор документации дают богатую почву для экспериментов.

Экран Select command

Пожалуй, самой удобной фичей приложения можно считать экран «Select command». Хоть в Kenbak-1 и не большой набор инструкций запомнить их все в виде машинных кодов будет сложно, а каждый раз возвращаться к табличке из документации не удобно.

Реализованный селектор команд позволяет очень быстро настроить требуемую инструкцию процессора и внести её в память. Это значительно ускоряет набор программ и даёт сосредоточиться на логике и алгоритмах.

Структура команды:

Что получилось?

Эмулятор Kenbak‑1 — это не просто цифровой артефакт из истории IT, а увлекательный инструмент для гиков и любознательных пользователей, которые хотят заглянуть в истоки вычислительной техники. Приложение переносит в 1971 год — к самому началу эпохи персональных компьютеров. Здесь нет современных абстракций: только чистая логика, биты и байты, переключатели и мигающие светодиоды.

Работа с эмулятором превращается в интеллектуальный вызов: вы программируете через виртуальные переключатели, считываете результат по индикаторам и шаг за шагом постигаете, как на самом деле устроены компьютеры. Такой формат — мощный тренажёр для алгоритмического мышления: он учит чётко выстраивать последовательности, отслеживать промежуточные состояния вычислений и отлаживать логику без привычных инструментов.

При этом обучение удобно и доступно: можно экспериментировать с машинным кодом где угодно — в дороге, на перерыве, дома. Вы можете в любой момент запустить приложение, проверить гипотезу или написать простейшую программу.

А ещё это подлинно гиковский опыт: ощущение тактильности (пусть и виртуальной), радость от запуска первой программы на «железной» логике и чувство связи с пионерами IT. Простота Kenbak‑1 вдохновляет: она наглядно показывает, что даже с минимальными ресурсами можно создать полноценную вычислительную систему. Такой взгляд на прошлое помогает иначе увидеть настоящее — и найти идеи для собственных проектов.

Планы на развитие

Последняя версия была выпущена пол года назад. Я реализовал тот функционал, который был интересен и полезен именно мне.

За это время я не заметил интереса к приложению и не получал никакой обратной связи. Но несколько идей у меня есть:

• Добавить перевод машинного кода в ассемблер для Kenbak-1 для более лёгкого восприятия

• Реализовать некий интерфейс расширения (работу с WiFi, консоль и тп)

• Возможность делиться файлом программы с другими пользователями

• Добавить вшитый список интересных программ для изучения

Если вам этот эмулятор покажется интересным и у вас будут идеи — пишите в комментарии — может, я продолжу его развивать.

Зключение

Для меня ретро‑девайсы больше, чем просто интересные вещи — это символ эпохи, когда люди изобретали и воплощали в жизнь самые смелые инженерные и дизайнерские идеи. Это то, что навсегда останется в истории и будет греть душу таким гикам, как я. Я сделал этот эмулятор для себя и вложил в него много сил и кусочек своей души. И было бы очень здорово, если среди вас есть такие же любители девайсов из прошлого, как я. Если да — обязательно попробуйте узнать этот компьютер поближе.

Если вам захочется скачать и попробовать этот эмулятор вот ссылка в AppStore. Приложение полностью бесплатное. Есть возможность запуска на iPadOS и MacOS (но наиболее удачно интерфейс выглядит на iOS).

Всех с новым годом и удачи нам всем!