Обзор и история архитектуры компьютеров.

Первые.
К сожалению, объем этой работы не предполагает ознакомления с историей развития вычислительной техники с самого начала… Поэтому в стороне придется оставить легендарные MARK I и ENIAC, обойти вниманием принципы фон Неймана, положенные в основу всей нынешней вычислительной техники и множество других, не менее интересных, сторон развития персональных компьютеров. Начать нужно с действительно первых, а точнее – с самого первого персонального компьютера. Но, описывая его, невозможно забыть о том, какие события послужили причиной его создания. Волей-неволей мы должны ознакомиться с ситуацией, сложившейся на рынке полупроводниковой промышленности к середине семидесятых годов двадцатого века. Впрочем, рынок этот на тот момент был мал и скуден. Царствовали на нем несколько крупных игроков, производящие большие и чрезвычайно дорогие компьютеры для нужд военных, научных, крупных экономических и банковских систем. Рынка вычислительной техники для, как бы мы сказали сегодня, конечного потребителя, попросту не существовало. Бесплотен был мир и дух будущих свершений витал над ним… Не всем знакомы имена тех, кто перевернул мир. Что ж, пришло время познакомиться с ними. В первую очередь, это Роберт Нойс (Bob Noyce), человек, придумавший, как разместить на одной подложке несколько транзисторов и создавший таким образом первую интегральную микросхему. Произошло это в 1959-м году. Это Гордон Мур (Gordon Moore), основавший вместе с Нойсом фирму Intel. Начинала фирма с разработки биполярной статической оперативной памяти. Это приносило небольшой доход, но едва ли Intel превратилась бы в себя сегодняшнюю, не произойди одно важное событие. К руководству Intel обратилась японская фирма Busicom. Она занималась производством калькуляторов и предлагала заказ на двенадцать различных микросхем. На тот момент у Intel не было возможности вести разработку такого количества продуктов сразу. Все могло закончиться, не начавшись, если бы не один из инженеров фирмы. Звали его Тед Хофф (Ted Hoff), и он предложил изящное решение: если мы не можем разрабатывать двенадцать микросхем сразу, почему бы нам не разработать одну единственную универсальную микросхему, которая сможет заменить все двенадцать. Было принято решение профинансировать эту перспективную разработку, и под руководством Федерико Феджина (Federico Faggin) была проведена вся работа по воплощению идеи в жизнь. У фирмы-заказчика (Busicom) за 60 тысяч долларов были выкуплены все права на изобретение (Busicom вскоре обанкротилась) и первый микропроцессор Intel 4004 с тактовой частотой 108 КГц поступил в открытую продажу в 1971 году. Нельзя сказать, что его рыночная судьба была безоблачна. Один из сотрудников Intel вспоминает: "Бывали недели, за которые Intel продавал больше справочной документации, чем самих микропроцессоров". Но от микропроцессора до компьютера предстоял еще один длинный шаг. И основой первого персонального компьютера стал другой процессор Intel – 8080, разработанный в 1974 году. В отличие от первого 4004 этот процессор имел тактовую частоту 2 МГц и мог адресовать 64 КБ памяти (4004 – только 640 байт). Ситуация, сложившаяся на рынке электронных компонентов, благоприятствовала появлению первого персонального компьютера, и вопрос был лишь в том, кто первым догадается объединить различные компоненты в единый блок. Первой стала фирма MITS. На обложке январского номера за 1975 год журнала "Popular Electronics" красовалось изображение первого в мире микрокомпьютера Altair 8800,

собранного на базе новейшего микропроцессора 8080 фирмы Intel. Так закрутился маховик, так началась история ПК

Открытая архитектура.
К началу 80-х годов руководство компании IBM встревожилось наметившимся падением спроса на большие компьютеры фирмы. Однако, персональный компьютер в то время не вызывал у совета директоров доверия, казался игрушкой, не имеющей больших перспектив. Поэтому, вынужденная идти в ногу со временем, IBM начала разработку первой модели персонального компьютера, но средств на разработку выделила мало. Подразделение фирмы, которому была дана задача разработать модель персонального компьютера, была вынуждена обходиться тем малым, что руководство сочло нужным выделить. К счастью, инженеры подразделения отличались свежим умом и технической смекалкой и сполна выжали из скудного финансирования все, что было можно. Прежде всего, была выбрана такая архитектура компьютера, которая позволяла собирать его из отдельных блоков, подобно детскому конструктору. Самой главной, повлиявшей на ход всей компьютерной истории, находкой была не применявшаяся до тех пор нигде новая концепция – принцип открытой архитектуры. В чем он заключался? У нас мало средств для разработки всей нужной периферии, рассудили инженеры IBM, так пусть ее за нас разрабатывают другие, сторонние фирмы. Пользователь сам сможет выбирать, какие комплектующие ему понадобятся, и по мере необходимости сможет докупать их. Так в мир пришла открытая архитектура. Компьютер фирмы IBM, model 5150, незатейливо названный IBM PC (Personal Computer – персональный компьютер), едва ли сильно превосходил множество своих конкурентов того времени. В сфере работы с графикой он уступал продукции Apple. Мощности процессора Intel 8088 хватало на работу с разработанной для компьютера операционной системой MS-DOS, но едва ли хватало на обработку игровых программ. Стандартно компьютер комплектовался 64-я Кб ОЗУ, правда, с возможностью расширения до 640 Кб. Но, скорей всего, этот компьютер так и остался бы одним из множества, если бы не революционный принцип открытой архитектуры. Пользователи быстро поняли всю прелесть возможности приобретать необходимые комплектующие по мере необходимости, а не все сразу. И уж тем более, оценили нововведение разработчики устройств. Спустя короткое время на рынке предлагалось уже множество устройств и комплектующих для IBM PC, разработанных как самой IBM, так и сторонними производителями. Минусы своего открытия IBM почувствовала очень скоро. Маленьким фирмам, занятым разработками «железа» для РС, не нужно было нести таких больших издержек, как гиганту IBM, кроме того, времени на разработку и реализацию у них уходило меньше. Через некоторое время IBM оказалось одной из множества фирм, разрабатывающих и продающих компьютеры, совместимые с РС. Впрочем, несколько лет лидирующее положение корпорация занимала, успев выпустить модернизированный РС – model 5160, оснащенный тем же процессором 8088 и таким же объемом ОЗУ, но предусматривающим возможность установки жесткого диска объемом 10 или 20 Мб. Это произошло в 1983 году, а спустя еще год IBM выпустила следующую модель, названную PC AT (Advanced Technology – Усовершенствованная Технология). Главным новшеством компьютера стало использование нового процессора Intel – 80286. На этом лидерство компании закончилось, и первый "IBM-совместимый" компьютер на базе следующего процессора – Intel 80386 был выпущен уже не IBM. Фирма оказалась одним из множества игроков на рынке персональных компьютеров, и попытка исправить ошибки прошлого выпуском новой модели IBM PS/2, архитектура которой была запатентована, окончилась неудачей.

Первые портативные.
Персональные компьютеры вошли в жизнь так же незаметно и постепенно, как в свое время автомобиль, радио и телевидение. Сперва лишь игрушка, удел немногих энтузиастов, потом все более и более привычная вещь, и, наконец, привычная примета повседневности. К началу восьмидесятых персональные компьютеры уже, кажется, вышли из разряда непонятных игрушек, но в категорию обязательного элемента любого офиса еще не попали. Тем более, далеко не в каждом доме можно было найти персональный компьютер. Казалось бы, перспективы еще неясны, есть ли будущее у ПК – неизвестно, и шаги по вложению капитала в компьютерную индустрию должны быть взвешенными и осторожными. К счастью, прогресс движется вперед и осторожность скептиков ему не помешает. А поводом для скепсиса в 1981 году мог стать один из первых «портативных» ПК – Osborne 1. В самом деле, мог воскликнуть скептик, ну какая же это портативность, когда железный ящик весом поболее 10 кг приходится таскать на себе только ради сомнительного удовольствия разглядывать на крохотном пятидюймовом экранчике результаты работы компьютера, построенного на процессоре Zilog Z80 с тактовой частотой 4 МГц, и оснащенного 64-я Кб ОЗУ. Сегодняшний избалованный пользователь счел бы это железное чудовище лишь насмешкой над словом «портативность».

Основная компоновка частей компьютера и связь между ними называется архитектурой. При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.