W Wielkopolsce, na zachodzie kraju, od dekad pracuje parowozownia, której nie ma już nigdzie indziej na świecie. Lokomotywy z lat czterdziestych i pięćdziesiątych dalej pociągają regularne pociągi pasażerskie i to w regularnym rozkładzie jazdy. Mechanizm, który to umożliwia, jest prosty i kosztowny zarazem: w warsztatach na miejscu wytwarza się zawory, dławice i korbowody, mówiąc krótko – części, których nikt już nie produkuje.

Decyzja, żeby utrzymać tę kompetencję wewnątrz, jest krótkoterminowo droższa od wszystkiego, co rynek ma do zaoferowania. Opłaca się dopiero wtedy, gdy okazuje się, że na rynku tych części po prostu nie ma. Ta sama logika – w zupełnie innej skali i branży – dotyczy zestyków w klawiaturach komputerów retro.

ZX Spectrum, który zadebiutował 23 kwietnia 1982 roku, działa po czterdziestu latach z dokładnie takiego samego powodu, z jakiego pracują wolsztyńskie parowozy. Ktoś zdecydował, żeby produkować dla niego części, które dawno temu zniknęły z obiegu rynkowego.

Zestyk to ważny element konstrukcji urządzenia

Zestyk jest mechanicznym elementem elektrycznym, który zwiera lub rozwiera obwód prądowy. Na tym jednym detalu zbudowana jest cała komunikacja użytkownika z maszyną – od pojedynczego klawisza po przycisk Reset i przycisk „fire”” w joysticku.

W komputerach z lat osiemdziesiątych zestyk pojawiał się w trzech kontekstach. Pod każdym klawiszem na klawiaturze membranowej, w każdym przełączniku kierunkowym joysticka i pod każdym z przycisków akcji. Jeżeli zawodził w którymkolwiek z tych miejsc, urządzenie przestawało działać, np. traciło możliwość wprowadzania danych albo strzelania w grze.

Dobry zestyk musi być domyślnie otwarty (zestyk zwierny – Normally Open), zamykać obwód po naciśnięciu, nie odbijać się elektrycznie, nie utleniać się przez dziesięciolecia, znosić miliony cykli mechanicznych i nie zmieniać charakterystyki w trakcie pracy. Brzmi to banalnie tylko w katalogu.

Trzy szkoły zestyków w komputerach i konsolach retro

W sprzęcie z lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych zestyki realizowano w oparciu o trzy zupełnie różne pomysły konstrukcyjne. Każda szkoła miała swoją ekonomię, logikę produkcji i charakterystyczny tryb awarii.

Zestyki foliowe i membranowe – serce klawiatur ZX Spectrum, Atari i Amstrada

Klawiatury ZX Spectrum, Sinclair QL, Atari 65XE i 130XE czy Amstrada CPC 664 opierają się na prostej matrycy zestyków foliowych. Pod każdym klawiszem znajduje się gumowa kopułka z warstwą przewodzącą, która po naciśnięciu zwiera dwie ścieżki na folii poliestrowej. Cały interfejs klawiaturowy mieści się w trzech warstwach folii o łącznej grubości ułamka milimetra.

Ten typ zestyku był rozwiązaniem ekonomicznie genialnym. Wystarczyła jedna matryca sitodrukowa, jedna folia poliestrowa i jeden cykl produkcyjny, żeby uzyskać pełną klawiaturę domowego komputera. Tyle że ścieżki na folii starzeją się – pękają od zginania, utleniają się od wilgoci, a warstwa grafitowa pod kopułkami się ściera. Po trzydziestu czy czterdziestu latach typowy ZX Spectrum reaguje już tylko na połowę przycisków, co oznacza, że spacja działa, a „Q” nie.

Mikrostyki w joysticku – głośniejsze, ale trwalsze

Klasyczny joystick z mikrostykami brzmi jak maszyna do pisania. Każdy ruch i każde naciśnięcie przycisku „fire” daje wyraźny klik, co wynika z faktu, że zestyk posiada mechanizm przeskoku, który gwałtownie zwiera styki w momencie aktywacji. Cheetah Mach II czy Competition Pro od Dynamics pracują w tym standardzie.

Mikrostyki są głośniejsze, ale trwalsze i bardziej precyzyjne niż styki gumowe. Liczba cykli przekracza zwykle milion, a charakterystyka mechaniczna nie dryfuje z czasem. Awaria, gdy już się pojawia, zwykle dotyczy zabrudzenia blaszek wewnątrz mikrostyku – i daje się usunąć czyszczeniem. Sam zestyk wraca do pierwotnej charakterystyki.

Guma przewodząca – polski wkład w żywotność joysticka

Zestyk gumowy joysticka był odpowiedzią na realny problem branży. W końcu lat osiemdziesiątych standardowe styki ze sprężystej blaszki wytrzymywały w intensywnie używanym joysticku jeden, dwa miesiące. Polskie PTH MATT zastosowało wtedy pomysł, który znano z kalkulatorów ELWRO – zestyk gumowy z warstwą grafitową, który zwiera ścieżki na płytce drukowanej.

Trwałość wzrosła wielokrotnie. Joystick MATT STT, przeznaczony do komputerów Amiga, Atari i Commodore – w tym Amigi 500, Atari 130XE i Commodore 64 – pracował w tym standardzie. Nie posiada funkcji autofire, więc strzelanie odbywa się ogniem pojedynczym, a do PC daje się go podłączyć przez interface MATT pod warunkiem posiadania GamePortu. Zestyk gumowy ma niski koszt jednostkowy, a żywotność liczoną w latach. Wadą okazuje się pył z gumy, który po długim użytkowaniu zbiera się na powierzchni stykowej i wymaga przeczyszczenia.

Zestyk zwierny i zestyk Reset – co rozstrzyga się w obwodzie

Niezależnie od konstrukcji mechanicznej, każdy zestyk w retro komputerze pracuje w jednym z dwóch trybów. Najpopularniejszym jest zestyk zwierny (NO – Normally Open), domyślnie otwarty, który zamyka obwód po naciśnięciu klawisza, kierunku w joysticku albo przycisku „fire”. To on odpowiada za absolutną większość operacji wejściowych w komputerach z lat osiemdziesiątych.

Drugi tryb to zestyk Reset. Też zwierny i prosty, ale jego zwarcie nie wprowadza znaku na ekran, lecz wymusza reset procesora i restartuje cały komputer. W Atari 8-bitowych istniał fabrycznie jako klawisz RESET na samej klawiaturze. W ZX Spectrum i Commodore 64 był regularnie dorabiany przez modderów – w C64 najczęściej przez wprowadzenie sygnału z user portu albo bezpośrednio z linii reset CPU. Z punktu widzenia konstrukcji to ten sam zestyk, który pracuje pod klawiszami – po prostu wpięty w inne miejsce obwodu. Oznacza to, że awaria zestyku Reset wygląda tak samo jak awaria klawisza spacji – po prostu coś przestaje reagować.

Złącze, port i interface – co łączy zestyk z resztą maszyny

Zestyk nie pracuje sam. Jego sygnał musi dojść do procesora, a w przypadku peryferiów – przejść przez złącze, wtyki, piny i kabel. W komputerach retro stosowano dwa równoległe rozwiązania.

Pierwsze to złącze krawędziowe, w którym wtykiem jest sama płytka drukowana z polami stykowymi w pobliżu jej krawędzi. Tak działają sloty na kartridże w konsolach, gniazda rozszerzeń w komputerach 8-bitowych i magistrale typu PCI w późniejszych komputerach klasy PC. Złącze krawędziowe było tanie, solidne i – co ważne w epoce masowej produkcji – pozwalało wpiąć nowy moduł funkcyjny w jedno gniazdo bez dodatkowych konektorów.

Drugie to port D-Sub 9-pin, znany jako „port Atari”. Stał się de facto standardem branżowym dla joysticków w komputerach Atari, Commodore, Amiga, a także w konsoli Sega oraz w urządzeniach typu Amiga CD32. Przez jedno gniazdo D-Sub przechodzą wszystkie kierunki, przycisk „fire” i zasilanie. Te same dziewięć pinów potrafiło obsłużyć też paddles (manipulatory łopatkowe), kontrolery obrotowe (znane też jako driving controllers), a nawet – w niektórych konfiguracjach – wyjście do drukarki czy modemu. W praktyce serwisowej często spotyka się rozgałęźnik, który pozwala podłączyć dwa kontrolery do jednego portu D-Sub – zwykle z przełączaniem między nimi, bo standardowy port nie obsługuje dwóch sygnałów równolegle.

W obu tych standardach zestyk jest pierwszym ogniwem łańcucha, ale każde kolejne ogniwo – gniazdo, wtyki, piny, kabel, czasem rozgałęźnik – musi działać równie pewnie. Awaria w którymkolwiek z nich daje ten sam objaw – brak reakcji.

Co rozstrzyga się po 30–40 latach pracy?

ZX Spectrum, Amiga 500, Atari 130XE, Commodore 64 – wszystkie te modele mają już za sobą czterdzieści lat eksploatacji, magazynowania, transportu i prób ożywienia. Zestyki w nich nie są oryginalnym wyrobem fabrycznym, ponieważ przez czterdzieści lat pracowały.

Trzy mechanizmy zużycia są w sprzęcie retro nieuniknione. Pierwszy to zużycie mechaniczne – sprężystość kopułek gumowych spada, blaszki w mikrostykach tracą siłę docisku, a folie pękają w miejscach najczęstszego zginania. Drugi to oksydacja – srebrne i miedziane ścieżki utleniają się, grafitowe warstwy stykowe matowieją, a styk traci niskorezystancyjny charakter. Trzeci to zanieczyszczenie – pył z gumy, kurz z otoczenia, zaschnięty napój sprzed dekady, czasem nikotynowy nalot.

Każdy z tych trzech mechanizmów wymaga innych zabiegów. Oksydację rozpuszczają alkohol izopropylowy i preparaty z serii Kontakt. Zanieczyszczenia da się wyczyścić mechanicznie z umiarem. Zużycie mechaniczne – jako jedyne – nie daje się odwrócić. Pęknięta folia musi być odtworzona albo wymieniona. W praktyce oznacza to, że klawiatura ZX Spectrum z 1983 roku często nie nadaje się już do regeneracji chemicznej i wymaga nowego zestyku.

Co łączy parowozownię w Wolsztynie z ZX Spectrum?

Pozornie nic. Parowozownia pracuje na węglu w skali tony na godzinę, ZX Spectrum zużywa kilka watów i mieści się w plecaku. Mechanizm, który stoi za ich obecnością na rynku po dekadach od premiery, jest jednak identyczny.

W obu przypadkach na wejściu była ta sama decyzja: nie oddawać wytwarzania krytycznej części na zewnątrz. W Wolsztynie chodzi o dławice, korbowody i zawory. W produkcji zestyków foliowych do mikrokomputerów retro chodzi o folię poliestrową z dokładnie wydrukowaną ścieżką, gumowe kopułki z warstwą przewodzącą o określonej rezystancji i o kopię oryginalnej geometrii klawiatury sprzed czterdziestu lat.

W obu przypadkach decyzja jest krótkoterminowo droższa od kupowania na rynku. Tyle że na rynku tego nie ma. ZX Spectrum produkowano w latach 1982–1992 – przez Sinclair Research do 1986 roku, później przez Amstrad, który wykupił linię. Komputery Atari serii 8-bitowej zniknęły z fabryk w 1992. Amiga 500 – w 1991. Każdy z tych modeli ma za sobą trzydziestolecie albo więcej, a każdy zestyk, który w nim pracuje, jest albo oryginałem na granicy żywotności, albo wynikiem pracy kogoś, kto zdecydował się go wyprodukować w nowej serii.

Firmy, które utrzymały tę kompetencję, nie są zakładnikami cudzych decyzji o zaprzestaniu produkcji. To cała przewaga, jaką daje produkcja własna w niszowej branży.

Trzy zdolności, których nie znajdziesz w katalogu

Określenie „produkcja własna” łatwo rozmyć w marketingu. Oznacza ono kilka bardzo konkretnych zdolności operacyjnych i to one decydują o tym, czy retro komputer da się przywrócić do pracy.

Zdolność pierwsza – odtworzenie geometrii. Każda wersja sprzętu ma własną siatkę zestyków, własne odstępy między ścieżkami i własny rozkład kopułek. ZX Spectrum różni się od ZX Spectrum+. Atari 65XE od 130XE. Sinclair QL ma jeszcze inny układ. Bez dokładnej dokumentacji albo bez dostępu do oryginalnego egzemplarza odtworzenie tego nie jest możliwe.

Zdolność druga – kontrola materiału. Folia poliestrowa, na której drukuje się ścieżki, musi być odporna na zginanie, niewrażliwa na wilgoć i kompatybilna z używaną farbą przewodzącą. Gumowe kopułki muszą mieć dokładnie tę charakterystykę docisku, którą miały oryginalne – inaczej klawiatura zachowuje się w ręce inaczej, niż pamiętają to użytkownicy. To wymaga kontroli nad kilkoma równoległymi procesami: sitodrukiem, formowaniem gumy, laminowaniem.

Zdolność trzecia – ciągłość produkcji. Niszowy odbiorca zestyków do retro komputerów na sto procent znajduje się w raczej niezmiennej bazie modderów, kolekcjonerów i serwisów retro. Liczba sztuk rocznie jest mała, ale przewidywalna. Utrzymanie ciągłości produkcji w tej skali wymaga decyzji o tym, że temat się nie zamyka, nawet jeżeli nie generuje przychodów na poziomie linii głównych.

Jak to wygląda u nas w Qwerty

W Qwerty zaczęliśmy pracę w 1988 roku, dokładnie w momencie, w którym standardowe blaszki w joystickach wytrzymywały kilka miesięcy, a klawiatury domowych komputerów psuły się szybciej, niż dawało się je naprawić. Pierwsze rozwiązania, które wyszły z naszego zakładu, były odpowiedzią na ten problem: zestyki na folii poliestrowej zastępujące oryginalne, awaryjne elementy.

Dzisiaj utrzymujemy w produkcji zestyki foliowe do następujących mikrokomputerów: ZX Spectrum, ZX Spectrum+, Sinclair QL, Atari 65XE, Atari 130XE, Atari 800XL oraz Amstrad CPC 664. Każdy z tych modułów odtwarza oryginalne rozwiązanie i jednocześnie jest zamiennikiem o większej trwałości – z folią poliestrową dobraną do współczesnych standardów odporności i z geometrią dopasowaną do oryginalnego gniazda klawiatury.

W projekcie regeneracyjnym analizujemy:

• model komputera i wersję płyty głównej, na której zestyk będzie pracował,
• rodzaj klawiatury (membranowa, foliowa, hybrydowa) i wymaganą siłę docisku kopułek,
• odporność na środki czyszczące i rozpuszczalniki, których serwisanci używają w trakcie pracy,
• kompatybilność z konstrukcją obudowy i z układem styków od strony PCB,
• ciągłość dostępności części dla typowych potrzeb modderów i serwisów retro.

Dla typowego użytkownika ZX Spectrum oznacza to jedno. Po wymianie zestyku klawiatura wraca do takiej charakterystyki, jaką miała przed czterema dekadami i dalej pracuje w trybie, w którym oryginał nigdy by nie przetrwał.

Trwałość nie jest hasłem reklamowym

Trwałość jest konsekwencją decyzji, które rynek widzi dopiero wtedy, gdy coś u innych zawiedzie. W Wolsztynie taką decyzją była budowa i utrzymanie warsztatu, który produkuje dla siebie części niedostępne nigdzie indziej. W Łodzi – utrzymanie produkcji zestyków foliowych do mikrokomputerów, których oryginalni producenci dawno zniknęli z rynku.

Dobre zestyki, jak dobre dławice w parowozie, pracują w tle i nie zwracają na siebie uwagi, dopóki spełniają swoją funkcję. Właśnie dlatego wolimy je projektować i produkować samodzielnie.