История вычислительной техники (до процессора Intel 80486)

Эволюционный процесс, который привел к современным микрокомпьютерам, был чрезвычайно быстрым. Хотя при создании машины, известной как «персональный компьютер», было использовано большое число открытий и изобретений, следует упомянуть несколько событий, ставших важными вехами в истории науки, чтобы представить себе полную картину в ее перспективе.

История персональной вычислительной техники

Одним из самых важных достижекий, которые привели к революции в персональных компыотерах, было изобретение полупроводника или транзистора в 1948 году. Этот подвиг совершили инженеры фкрмы Веll Laboratories Джон Бардин, Вальтер Бреттейн и Вильям Шокли.

Транзистор, который является не более чем гвердотельным электронным переключателем, заменил гораздо большие по размерам электронные лампы и потреблял значительно меньше энергии, выполняя ту же работу, что и лампа. Таким образом, компьютерная система, построенная на транзисторах, была много меньше и гораздо эффективней.

Лампа также могла выполнять роль переключателя, однако была неэффективной в том качестве. Она потребляла большое количество электроэнергии и выделяла большое количество тепла, которое было важной проблемой в ранних системах. Кроме этого, лампы были чрезвычайно ненадежные, примерно одна поломка каждые два часа или около того для больших систем.

Переход на транзисторы положил начало миниатюризации, которая сделала возможным появление современных портативнык ПЗВМ, которые питаются от батареек, имеют большую вычислительную мощь, чем многие ранние системы, которые занимали комнаты и потребляли огромное количество энергии.

В 1959 году инженеры фирмы Техаs Instruments поняли, как разместить несколько транзисторов на одной основе или подложке и соединить эти транзисторы без проволоки. Так родилась иигегральная схема или ИС. Первая интегральная схема содержала tолько 6 транзисторов, а процессор Intel 80386, который иcпользуется во многих современных системах, имеет 280000 транзисторов. Современная ИС может быть создана из миллионов транзисторов.

B 1969 году фирма Intel внесла волнение в злектронную индустрию, выпустив ИС с памятью 1 Кбит, которая была намного больше любой другой, имевшейся в то время. Из-за успеха этой фирмы в разработке и производстве микросхем с ней связалась японская фирма Busiсомр, производящая калькуляторы и предложила выпустить 12 микросхем для одного из своих калькуляторов. Инженеры фирмы Intel взяли 12-чиповую разработку и объединили все желаемые функции и возможности в одной родовой многоцелевой микросхеме. Эта ИС отличалась от предыдущих разработок, которые были запрограммированы ддя одной цели с помощью встроенных инструкций. Концепция состояла в том, чтобы сконструировать почти полное вычислительное устройство на одной микросхеме. Таким первым микропроцессором был Intel 4004 четырехбиtовый микропроцессор, появившийся в 1971 году. Его преемником был процессор 8008 —восьмибитовый микропроцессор, появившийся в 1972 году. 1973 году были разработаны некоторые из первых комплектов микропроцессоров, основывавшихся на процессоре 8008. Эти комплекты представляли собой немного больше, чем демонсграционные средства и не могли делать многого, за исключением мигания огоньками. В конце 1973 года фирма Intel выпустила пррцессор 8080, который был в 10 раз быстрее, чем 8008, и мог адресовать 64К памяти. Это был один из прорывов, которого ожидали персональные компьютеры.

В январе 1975 года журнал «Популярная электроника»сообщил о том, что компания МITS приступила к выпуску комплекта Аltair, который обычно считается первым персоналыным компьютером. Этот комплект включал процессор 8080, источник питания, переднюю панель с огромным количеством лампочек и огромной пзмятью в 256 байт (не килобайт). Комплект продавался за 395 долларов и должен был собираться. Этот компьютер включал открытую архитектуру (разъемы), которые позволяли подклюнауь внешние устройства и дополнительные ресурсы, не входящие в стандартный набор. Новый процессор вдохновил другие компании писагь программы, включая операционную систему СР/М (Сontrol Рrogram for Мiсroprocessor —Управляющая Программа для Микропроцессоров) и первую версию Microsoft BASIC.

После этого дела действительно стали продвигаться. Фирма IВМ выпустила свой первый «персональный компьютер»в 1975 году. Модель 5100 имела 16 K( памяти, встроенный интерпретагор ВАSICa и встророенный кассетный лентопротяжный механизм, который используется в качестве запоминающего устройства. А какой была его стоимость? Только 9000 долларов! Эта цена поставила эту систему за пределы осковного рынка персональных компьютеров, на котором доминировали эксперимен~аторы (кустари), которые создавали дешевые наборы (500 долларов или около того) в качестве хобби. Не стоит даже говорить, что эта система была неконкурентноспособна на Таком рынке и продавалась не очень хорошо. За моделью 5100 последовали модели 5110 и 5120, дрежде чем фирма выпустила (ВМ РС (который назывался моделью 5150).

В 1976 году новая компания —Аpplе Сomputer —выпустила компьютер Аррlе 1, стоимостью 695 долларов. Эта система состояла из главной платы, привинченной к куску клееной фанеры. Корпус и источник питания не входили в набор: покупатели должны были сами позаботиться о них. Только небольшая партия этих компыотеров была сделана, и сегодня за такие вещи коллекционеры платят более 20000 долларов. За компьютером Apple 1 в 1977 году последовал Арр1е 2(. Из-за своега огромного пеха компьютер Аррle 2 помог установить стандарты почти для всех основных миkрокомпьютеров, которые затем выпускались, включая IВМ РС.Hа фоне этой деятельности происходило выдвижение компьютера IBM РС. В 1980 году мир микрокомпьютеров разделился на две основные фракции. Первая была представлена компьютером Аррlе 2, который имел много последователей среди пользователей и гигантское программное обеспечение, которое возрастало с фантастической скоростью. Существовали также и все системь, которые развились из первоначального компьютера Аltair фирмы MITS. 3tи системы были совместимы друг с другом и отличались по своему использованию операционной системы СР/М и разъемов расширения, которые следовали стандарту S-100 (раэьем со 100 иголками). Хотя эtи системы создавались различными фирмами и продавались под различными названиями, все они использовали одно и то же программное обеспечение и подключаемые с помощью разъемов аппаратные средства.

Персональные компьютеры фирмы IВМ

В конце 1980 года маленькая группа, названная Entry Systems Division, была образована в составе фирмы IВМ. Первоначальйый штат состоял из 12 человек (инженеров и конструкторов) под руководством Дона Эстриджа. Главным конструктором «команды» был Льюис Эггебрехт. Это подразделение получило задание- разработать первый реальный ПК фирмы IВМ.

Фирма IBМ считала,что система 5100, разработанная в 1975 году, является «разумным»программируемым терминалом, а не настоящим компьютером, хотя она действительно была компьютером.

Эстридж и группа конструкторов быстро разработали проект и спецификации новой системы. Группа изучила рынок, который оказал огромное влияние на проект IВМ РС. Конструкторы смотрели господствующие стандарты, изучили другие успешные системы и включили все эти особенности -- и даже больше -- в новый ПК. Фирма IВМ была готова производить систему, которая идеально заполнила свою нишу на рынке ЭВМ.

После того, как параметры для проекта были определены с помощью изучения рынка, фирма IВМ была в состоянии пройти путь от идеи до выпуска системы за один год. Компания совершила этот подвиг, прибегнув к покупке максимального соличества компонентов у внешних продавцов. Например, фирма IВМ выдала контракт на разработку языков программирования и операционной системы маленькой компании Мicrosoft. (Сначала фирма IВМ предлагала сотрудничество фирме Digital Research, которая написала СР/М, однако, та не заинтересовалась сделкой. фирма Мicrosoft заинтересовалась и сейчас она стала одной из крупнейших в мире в области программного обеспечения). Кроме помощи в быстром выпуске конечного продукта, использование внешних продавцов было открытым приглашением к дальнейшей поддержке системы. Так это и случилось. Дебют IВМ РС, использующего РС 005, состоялся во вторник, августа 1981 года. В этот день новый стандарт занял свое место в комкьютерной индустрии. С тех пор фирма IВМ продала более чем 10 миллионов РС, и РС вырос в целое семейство компьютеров и внешних устройств. Для этого семейства написано больше программных продуктов, чем для любой другой системы, имеющейся на рынке.

Концепция «открытой архитектуры»

До появления ПК IВМ все модели микрокомпьютеров имели закрытую архитектуру. Это означало, что аппаратные средства компьютера жтавались для конечного пользователя «вещью в себе»: любая их модификация требовала достаточно высокой специальной квалификации в области электроники. Совершенствование микрокомпьютера оставалось уделом профессионалов-разработчиков, а пользователям приходилось довольствоваться тем, что они приобретали. С того момента, когда на корпусе микрокомпьютера при его сборке был завернут последний винт, система была обречена на необратимое старение. Безусловно, это не означало кризисного положения в производстве ПК, но спрос на них (и, соответственно, объем производства и сбыта) был весьма невелик, а производительность не могла быть даже сравнима с профессиональными мини-ЭВМ. Именно поэтому первоначально их чаще называли «домашними», а не «персональными».

Фирма IВМ произвела в этой области настоящий переворот. Так как еще до появления ее первого ПК IВМ была фирмой-производителем больших вычислительных систем и мини-ЭВМ, она просто перенесла модульный принцип их построения в структуру ПК. Именно в этом смысле его открытая архитектура допускает (не сказать бы -- «побуждает») замену дополнительных устройств на новые при старении прежних. Это качество поддерживается строго соблюдаемым правилом, выработанным производителями аппаратных и программных средств: все новые устройства и программы должны быть совместимыми по принципу «сверху -- вниз», то есть последующие версии должны обслуживать все ранее существовавшее.

Например: пользователь приобрел ПК IВМ с монохромным (одноцветным) монитором и таким же видеоконтроллером (контроллером, который управляет монитором). Через 1— года на рынке появился цветной контроллер. Даже неспециалист в состоянии извлечь из системы устаревшее устройство и заменить его новым. Еще через 2 года появился улучшеиный цветной графический контроллер. Пользователь вновь заменяет лишь один из компонентов ПК и так далее. Преимущества подобно подхода очевидны:

во-первых, нет необходимости в замене системы в целом, если возможно ее обновление «по частям», во-

вторых, совершенствование ПК становится уделом самого пользователя, который вследствие своей близости к конкретному применению ПК лучше представляет себе, что требуется от системы,

а в-третьих, процесс ремонта сводится к замене не отдельного элемента, а устройства в целом, что можно щелать намного быстрее.

Именно вследствие удачного конструктивного решения через короткий срок после рождения IВМ РС (IВМ Реrsonal Соmputer -- ПК IВМ) началось лавинообразное нарастание производства ПК, совместимых с оригинальной моделью. Достаточно сказать, что производитель прежде весьма популярных микрокомпьютеров TRS-80 -- фирма Таndу Corporation -- достаточно быстро освоила производство IВМ-совместимых ПК, эффективно переориентировав производство. Модели ПК выпускаются и другими фирмами. Как правило, они полнжтью совместимы с соответствующими моделями IВМ, но стоят дешевле (иногда весьма значительно). Это семейство микрокомпьютеров полччило название «клона»IВМ. Так как сам по себе принцип открытой архитектуры не подлежит авторской и патентной защите, то вследствие «клонирования»ПК сторонними производителями фирма IВМ начала быстро утрачивать монополию на контроль рынка ПК и терять доходы. Только тоща специалисты IВМ поняли, насколько замечательное решение они предложили. Можно сказать, что в этом отношении фирма сработала частично протцв себя, но от этого выиграли потребители. Любая из моделей «клока»оказывалась в конечном счете лучше своего прототипа (по быстродействию, дизайну и т.д.), то есть IВМ как бы инициировала процесс разработки очередного ПК, а затем другие производители всесторонне совершенствовали каждую из моделей. Неудивительно, что к настоящему моменту IВМ, имея в руках весь арсенал сверхсовременных технологий, является хоть и самым крупным, но не самым популярным производителем ПК своей собственной архитектуры; и совсем не ее модели занимают первые места в рейтинге ПК использовала микропроцессор Intel 8088 и имела 64 КБ оперативной памяти, магнитофон для загрузки/сохранения программ и данных, дисковод и встроенную версию языка BASIС. Через короткий отрезок времени эта модель была усовершенствована.

Новая модификация получила название "расширенного"Производители отказались от использовании магнитофона в качестве накопытелм информации, добавили второц дисковод гибких дисков, а также возможность использования жесткого диска емкостью 10—30 МБ. В настоящее время наличие жесткого диска в ПК ХТ является практически обязательным. Модель базировалась на использовании того же микропроцессора -- intel 8088.

Вследствие естественного прогресса в области разработки и производства микропроцессорной техники фирма Intel -- постоянный партнер IВМ -- освоила выпуск новой серии процессоров -- Intel 8028б.

Соответственно появилась и новая модель ПК IВМ.Она получила название IВМ РС/АТ (Рersonal Computer)ПК АТ, но на базе иной архитектуры. Затем IВМ начала использовать микропроцессор Intel 80386 и даже Intel 80486.

Новая модель ПК на базе очередном поколения микропроцессоров Intel 80386 (ПК 386) била впервие разработана уже не IВМ, а фирмой Соmpaq. Этот ПК может работать в реально многозадачном и мнотпользовательском режиме. С некоторым запозданием IВМ выпустила компьютер такого класса как новую модель семейства РS/2.

В делом, надежды фирмы IВМ, возлагавшиеся на концепцию новой архитектуры РS/2 -- так называемую микроканальную (кстати, действительно более прогрессивную в смысле скорости обмена данными), -- пока коммерчески не оправдались. Пользователинеспециалисты оказались практичнее профессионалов и не захотели приобретать ПК, новая конструкция которых не поддержана другими производителями дополнительных устройств.Именно вследствие этою не будем останавливаться здесь на особенностях микроканальной архитектуры ПК второго поколения.

Другие производители (в их числе такие гиганты, как Соmpaq, Zenith, АSТ, Арricot и др.) разработали модели ПК 386 на основе использования прежней архитектуры. С этот момента фирма IВМ, породившая ПК как идеологию, перестала быть его самым популярным производителем. Сотни фирм в десятках стран мира производят модели клона IBМ, включая модель с микропроцессором Intel 80386, причем эти модели раскупаются едва ли не охотнее, чем РS/2 фирмы IВМ. Первое место среди различных вариантов модели ПК 386 (данные 1989 года) занимает микрокомпьютер Соmраq DeskPro/386.

После освоения производства процессора Intel 80486 в выпуске моделей ПК 486 лидировали Арricot и Соmpaq, затем -- АSТ, Zenith и другие. Сама IВМ неохотно выпускает ПК с этими микропроцессорами и, похоже, не собирается расширять производство.