Персональный компьютер

Происхождение персональных компьютеров

Tandy/Radio Shack

Компьютер APPLE

СР/М

Стратегия IBM

Свой собственный опыт

Процессор

Выбор памяти

Прочие решения

Язык програмирования

Дисплей

Клавиатура

Внедрение компьютеров

Функции персонального компьютера можно определить двумя путями: как компьютер, который может эксплуатироваться одним человеком, или как игрушку, превратившуюся в мощное орудие бизнеса. Во многих случаях эти два определения значат одно и то же. Саму идею п е рсонального компьют е ра олицетворяет IBM PC. Только совсем недавно их компьютеры были замещены новыми машинами — так называемыми персональными системами IBM и компьютерами Appl e фирмы Macintosh. Не смотря на это, IBM PC явилась технологическим фундаментом для всех персональных компьютеров. Эта система установила первые стандарты, которые помогли другим производителям добиться успеха и которые указали путь к прогрессу.

Ореол некой тайны вокруг компьютера возникли по нескольким причинам. Наиболее важная — это то, что компьютер мыслящая машина. В это слово может быть вложен любой смысл. Можно вообразить, что думающая машина может хитрить, располагаясь на вашем столе, может составлять свои собственные планы и даже реализовывать их. У думающей машины есть мозг, и работать с этим мозгом может только нейрохирург. И электронный пациент испытывает боль от рук неопытного оператора. Думающая машина работает непонятным образом, и кажется, что и через тысячи лет лучшим гениям не удастся объяснить ее работу.

В действительности компьютер не может думать — по крайней мере так, как это делаем мы. У него не может быть ни мыслей, ни эмоций. Импульсы, проходя по компьютеру, не порождают необъяснимых химических или электрических процессов. Все, что происходит в нем, происходит под полным контролем и полностью объяснимо. Наверное, работу компьютера легче об ъ яснить, чем действие пламени в двигателе внутреннего сгорания. В компьютере совершенно нет ничего таинственного.

Многие люди считают компьютер очень сложным устройством. В действительности все зависит от того, как на это посмотреть. Для работы с компьютером вовсе не требуется глубоких знаний электроники, опыта техника или механика. При ремонте чаще всего требуется соединить проводники и поработать отверт к ой, а это может каждый, в том числе и вы. Хотя большого опыта и глубоких знаний теории числовых процессов не требуется, вы должны представлять , что вы хотите сделать и что вы можете сделать, как и почему именно так строится архитектура компьютера.

Еще одна причина, по которой компьютер вызывает некоторое опасение потому, что он содержит микросхемы, работающие от электрического тока. Электричество может быть опасным. Но как раз в компьютере эта опасность сравнительно мала. Компьютер работает в основном с напряжением в 12 вольт. А следовательно, опасность не более чем при игре с детской железной дорогой. Компьютер не угрожает ни вашему здоровью, ни вашей жизни. Компьютер специально разработан так, чтобы его легко можно было починить. Может быть, наше отношение к компьютеру объясняется его микросхемами, которые не рекомендуется трогать руками, и каждая из которых стоит около 500 долларов. И действительно , микросхемы являются наиболее деликатными компонентами компьютера. Статическое электричество может повредить им. Но когда микросхемы находятся на платах — эта опасность минимальна.

Если бы фирмой IBM в 1980 году не был принят ряд практических шагов, возможно не было бы индустрии персональных компьютеров в нынешней форме. Пик развития наступил 12 августа 1981 года, когда впервые была представлена IBM PC. До сих пор производители персональных компьютеров испытывают на себе влияние первых решений.

Очень часто разработки по персональным компьютерам сталкиваются с ограничениями, которые кажу т ся ничем не оправданными. Чтобы полностью понять с чем это связано необходимо понять работу персональных компьютеров, пути их эволюции.

Однозначно то, что персональные компьютеры появились не только благодаря IBM. Выпустив серию первых ПК даже в самой IBM не осознали что они сделали. Компьютеры имели такой успех, что первоначально даже возник дефицит. Как только наметился большой успех первых PC, IBM засекретила свои разработки. Настольный компьютер открывал огромные возможности, и IBM не хотела упускать их.

При создании первой модели настольного компьютера, фирма самостоятельно разрабатывала свои собственные уникальные решения по всем ключевым вопросам. Использовались как эти оригинальные решения, так и принятые в то время другими производителями.

Но фирма IBM была не единственной, кто в 80-е годы начал разработку персональных компьютеров. Все персональные компьютеры можно было разделить на три большие группы. В двух из них доминировали по одному главному производителю. Третью объединяло использование одной операционной системы.

Одна из фирм фирма, представляющая серьезную конкуренцию IBM стала Radio Shack. До этого были хорошо известны другие товары этой фирмы — от батареек и игрушек до часов и т е лефонов. Вскор е этот ряд дополнили и компьютеры. Некотор ые из них изготавливались по собственной т е хнологии, работали на микропро це ссор е и им ели свою операционную систему.

Несмотря на то, что фирма выпускала очень широкий ассортимент компьютеров, наибол ьшее распрост ранение во время появл е ния IBM PC имела мод е ль TRS-80. Это был настольный компью тер , у которого в одном корпус е размещались монитор, клавиатура и вся эл е ктроника. Использовался микропроцессор Z 8 0, имелись накопители гибкого диска и магнитной кассеты. Знаменитой была операционная система TRS-DOS.

Главным достоинством TRS-80 была возможность подд е рживать 80 столбцов т е кста по в е рхнему и нижнему регистрам, главным н е достатком ее внешний вид. Корпус мод е ли не имел углов и был отделан пластиком "под м е талл", что не могло понравиться предполагаемому пользователю.

Основной конкур е нт по попу л ярности, который разрабатывал свои оригинальные решения, был и остается Apple-2. Разра б отка Appl е-2 имела оригинальные и перспективные решения, которые в скором времени стал и использов ать ся и при создании I BM PC.

Конструкция компьютера Apple-2 была такой: он имел одноплатную конструкцию и шину расширения, позволяю щ ую подсоеди нять дополнительные устройства. Клавиатура была помещена в отдельный кор п ус, что с оот ветствовало простому, практичному и эффективному подходу. В качестве центрального процессора был взят очень надежный по тому времени ми кропроцессор 6502, который осуществлял восьмиразрядные операции со скорост ью около миллиона операций в секунду.

Главным недостатком являлось отсутствие нижн е го регистра символов, малая оп е рат ивн ая памят ь - только 8 килобайт и способность обрабатывать только 40 столбцов символов на экран е . Для ув е личения объема памяти использовалас ь магнитная лента, запуска е мая с обычного к ассетного магнитофона.

Позже в дополн е ни е к Apple-2 были разработаны битовые карты графики, дисковая оп ерационная система для управления оперативной памятью и нижний регистр для символов, ко торые могли размещаться на экране в восьмид е сяти столбцах. Некоторые из эт их реш ений еще не созрели к моменту появления первых PC или требовали инженерного гения. Однако со временем эти задачи были р е ш е ны. Особ е нно большой прогресс был дости гнут со структурой памяти, где, например, перем е нные символы экрана хранились в различных блоках.

Еще одну группу производит е лей малых компьют е ров о бъе диняла фирма Control Program for Microcomputers (СР/М). Фирма производила мощные и широко распространенные ком пьютеры с микропроцессорами 8080 и Z80 и гибкой оп е рационной системой.

Компьютеры CP/M позволяли обрабатывать текст на 80 столбцах дисплея с использованием нижнего регистра. Текстоориентированный дисплей обычно имел телетайпный интерфейс. Он был разработан при создании отдельных терминалов и центрального процессора. Связь между ними осуществлялась последовательно и по одному биту. Комбинация микропроцессора и операционной системы позволила найти широкое применение компьютеров: от подготовки текстов до управления базами данных .Н и зкая стоимость и надёжность привели к широкому распространению данной модели и её использованию как стандарта. Это было как раз то, что нужно было для пользователей и сделали эту модель эталоном настольного ком пьютера.

Однажды IBM проигнорировала специфические запросы покупателей. Это случилось потому, что рынок малых ЭВМ был мал и прибыли были намного меньше, по сравнению с производством бо л ьших ЭВМ. Фирма DEC воспользовалась нерасторопностью IBM и поспешила захватить свободное место на рынке. В результате DEC преуспела и стала главным конкурентом IBM. Столкнувшись с новыми рыночными перспективами, IBM решила быстро захватить рынок, но с минимальным риском.

Cамым легким путем для достижения своих целей была покупка. IBM могла просто купить завод по производству малых компьютеров и присоединить новую компанию вместе с ее продукцией к своей фирме. При таком раскладе лучшим выбором была бы Apple. Однако Apple не могла быть целью IBM. Продукция Apple, в первую очередь, ориентировалась не на деловых людей, а на любителей, а IBM ставила перед собой другие цели. Кроме того Apple не имела серьезной репутации солидной компании по производству компьютеров. Но самое можно было сказать о любой компании того време н и, производящей настольные компьютеры. Индустрия сама была молода, а следовательно, и все компании ее были молоды. Тем не менее, Apple была одной из малых начинающих компаний, будущее которой было весьма сомнительно. Кроме того, модель Apple-2 имела неудовлетворительный внешний вид.

Остальные фирмы были еще менее привлекательны. Этот сняло вопрос о приобретении и привело IBM к решению о ведении собственных разработок.

IBM приняла решение не на пустом месте – у фирмы уже был некоторый опыт по производству малых компьютеров. Она уже выпускала свой собственный переносной компьютер — модель 5100. Эта модель была выпущена для использования внутри самой фирмы и никогда не рассматривалась как коммерческая модель, так как имел ряд недостатков, например отсутствие драйвера гибкого диска

IBM решила сделать шиноориентированный компьютер. Это значит, что даже главный процессор можно рассматривать как всего лишь одно устройство на печатной плате. Логика, однако же, была против такой стратегии. Не все цепи могли работать на одной расширенной плате. Поэтому IBM разработала ПК, у которой была главная печатная плата, составляющая скелет системы, и которая позволяла реализовывать расширение системы через предусмотренные разъемы.

Машина IBM должна была быть реализована на микропроцессоре.Недавно разработанный, этот чип сделал настольный компьютер практичным и возможным к использованию в промышленности.Однако существующий чип Apple 6502 не мог удовлетворить всех требований. Он мог оперировать только с 8-ю битами с частотой 1 Мгц . Альтернативой был Z80. Хотя он также являлся 8-битным процессором, но скорость его работы была выше за счет использования более эффективного набо ра кодов управления.

Но применение данного процессора также не устраивало фирму. Компьютер, выпущенный на нем стал бы в один ряд с СР/М, а основная задача, которую ставила перед собой фирма – это разработка и выпуск пренципиально нового оборудования

Следующий вопрос после выбора микропроцессора — вопрос выбора пам яти. При этом необходимо решить несколько проблем. Рабочая память компьютерной сист емы должна быть разработана как с физической точки зрения (какие микросхемы использо вать и каким образом их подключать) , так и логически (способ организации работы с памят ь ю). Кроме того, не следует забывать о внешней памяти.

Большинство программ того времени требовали оперативной памяти немногим больше 16 К. IBM пошла дальше. И обеспечила гора з до большие возможности. Она обеспечила 64 К памяти I PC. Ориентируясь на будущее, IBM п р едусмотрела возможность установки дополнительной памяти вплоть до 512К. Для того времени это были не м ыслимые ресурсы, хотя программ , требующих их, тогда еще не было написано.

Проблема выбора конкретных микросхем памяти - была решена наибол ее легко. На PC были использованы микросхемы памяти на 16384 байт. В то врем я это были наиболее ёмкие и эффективные, с точки зрения цены, микросхемы. Информация в этих микросхемах размещалась в одноразмерном массиве на 16384 элемента по 1 биту. При организации поба й тно й структуры информации необходимо иметь 8 микросхем.

Принципиально новым решением было добавиление одного дополнительного бита к каждому байту. В IBM хорошо осознавали, какое важное значение имеет целостность данных. Для этой цели боль ш ие ЭВМ снабжались сложными и громозд кими схемами д ля определения возможных сбоев памяти. Поэтому IBM решила обеспечить РС системой по прямому обнаружению ошибок, возникающих в памяти машины.

Основой схемы стало использование дополнительного бита четности. Для этого к а ждый байт был снабжен дополнительным битом. Этот бит всегда имеет такое значен ие , чт об ы сумма всех битов в байте была четной. Если произошел сбой и один бит потерял своё ист ин ное значение, контрольная сумма сразу же скажет об этом. Во всех ПК было установлено 9 исполнительных чипов памяти, так как дополнительный бит чётности требует дополнительную микросхему.

Часть адресуемого диапазона использовалась для видеопамяти, а другая часть — для постоянного хранения программ в ПЗУ. Только около 20К памяти было использовано: 4К — для видеопамяти; 16К — для BIOS. Это было проявлением дальновидности разработчиков. На тот момент времени только малая часть этой зарезервированной памяти была использована. Резерв был оставлен на будущее.

В то время никто не мог предвидеть возникновения потребности в больших об ъ емах внешней памяти. Поэтому IBM решила использовать только одну сторону гибкого диска, что ограничивало е го объем 160 К . Но это уже было существенным шагом вперед, так как другие производители использовали только от 80 К до 1 3 0 К возможностей гибкого диска. Ре ш е ния IBM по внешней памяти были характерны для настольных компьютеров того време ни . Использовался 5,1 /4-дюймовый гибкий диск. Он был широко распространен среди других к омпьютеров, а кроме того, у IBM был личный опыт по работе с 8-дюймовыми дискам и в своей собственной продукции.

I B M также установила порт для подключения кассетного магнитофона на первые PC. Кассеты, конечно же, медленны, неудобны и менее всего подходят для использования на PC. Но в то время любители составляли значительную ч асть всего рынка потребителей PC. И, конечно же, кассетный порт нашел своих покупателей, что обеспечивалось низкой стоимостью кассет по сравнению с гибкими дисками.

Для всех компьютеров необходимы языки программирования, и IBM снабдила свой ПК Бейсиком. В то . время этот язык был очень популярен среди любителей, а малый размер делал е го незаменимым для машин с ограниченной памятью. Кроме того, IBM имела свой собственный опыт работы с этим языком на 5100. Другой язык программирования APL также испол ь зовался на 5100, и во многих случаях пользователи отдавали ему предпочтение. Одн ак о победил Бейсик.

IBM поместила Бейсик в ПЗУ. Так как внешняя память была необязательным атрибутом первых PC, без внутренн е го языка программирования эти машины не могли принести много пользы. А Бейсик всегда был готов записывать и загружат ь программы на кассетный магнитофон.

Компьютеру необходима система вывода информации. IBM разработала свой собственный дисплей, который использовался как внутри фирмы, так и в выпускаемой продукции. IB M решили использоват ь телетайпный видео, когда компьютер посылает сигналы на терминал, а терминал затем отображает их. Терминал сам отвечает за изображение текста на экране. IBM использовала дополнительный байт для каждого символа отображаемого на дисплее. С его помощью передавались параметры символа: яркое изображение символа, тусклое. подчеркивание или негативное изображение. Каждый символ и его атрибут хранились в отдельной ячейке памяти. Разработанный монитор имел отличные характеристики, он имел хорошую контрастность, символы на нем легко читались и не утомляли м е рцанием.

Кроме устройства вывода информации, компьютеру необходимо и устройство ввода. Им является клавиатура. Она требуется для управления компьютером. Новшеством компании было то, что они догадались разместить клавиатуру в отдельном корпусе и снабдить информационным проводом. При этом она руководствовалась опытом работы собственных сотрудников с такой клавиатурой.

Ведя разработку принципиально нового устройства, IBM использовала все наилучшие идеи, как свои, так и других ведущих производителями настольных компьютеров того времени. В результате слияния этих передовых идей получился очень практичный компьютер. Проектируя ПК, фирма пыталась сделать его доступным, недорогим и простым в обращении.

Проектируя новый компьютер фирма действовала практически вслепую - рынок потребителей настольных компьютеров отличался большим диапазоном запросов, и производство первых IBM PC не давало никакой уверенности в том, что компьютеры кто-то купит.

К всеобщему удивлению, в том числе и самой фирмы IBM, компьютеры приобрели огромную популярность. Их покупали представители малого бизнеса и огромные корпорации. ПК продавались так быстро, что даже возник дефицит, так, как фирма не предвидела такого спроса и могла произвести требуемое количество.

ПК стали пользоваться огромным успехом и были очень мощными компьютерами того времени. Новые разработки, используемые в машине, установили стандарт для молодой индустрии. Многие производители ,воодушевимые успехом первых ПК, создавали свои собственные версии PC, стараясь, чтобы их продукт по возможности был более совместим с оригиналом IBM. Появление первых PC можно сравнить с революцией, которая изменила не только стиль работы людей, но даже их образ мышления. Можно заметить, что многие разработки, впервые использованные фирмой IBM применяются и до наших дней. Возникнув в 80-е годы прошлого века, компьютерная индустрия развивается быстрыми темпами и на данный момент является крупной отраслью экономики во многих странах. Сейчас компьютер стал неотьемлимой частью современной жизни, и уже сложно представить, как раньше могли обходиться без них.