Кирпичи для PC

Сергей Мишко (msn@univ.kiev.ua)

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-036-2

На время перехода от машин второго поколения на транзисторах к машинам третьего поколения на основе интегральных схем приходится изобретение первого микропроцессора. 15-го ноября 1971 года компания Intel представила четырехразрядный микропроцессор 4004 с тактовой частотой 108 кГц, способный адресовать до 60-ти байт памяти. i4004 содержал целых 2300 транзисторов, в его основе лежал 10-мкм техпроцесс. Именно появление микропроцессорной техники принесло миру возможность всех времен и народов - создавать персональные и суперкомпьютеры с весьма внушительными вычислительными мощностями.

Открытая архитектура IBM PC

На основе первого микропроцессора i4004 едва ли можно было построить компьютер, однако появившиеся вскоре восьмиразрядные процессоры i8008 и i8088 вполне позволяли строить несложные вычислительные системы. Однако настоящую популярность персональным вычислительным машинам принесла компания IBM (www.ibm.com), которая и подарила им название Personal Computer, сокращенно РС. Первый IBM РС, модель 5150, предстал миру 12-го августа 1981 года, его основой стал процессор i8088 с тактовой частотой 4,77 МГц.

Объем оперативной памяти в IBM РС 5150 составлял жалкие 16 Кб, флоппи-дисковод работал с дискетами объемом 160 Кб, винчестер отсутствовал напрочь. Доступное ПО состояло из несложных текстовых редакторов и электронных таблиц, в качестве ОС использовалась MS DOS, лишенная какого бы то ни было интерфейса. О мыши в те времена еще, соответственно, никто не додумался, видимо, за ненадобностью. Новинка с монохромным дисплеем стоила $3 тыс., с цветным - все $6 тыс.

Секрет успеха IBM РС был в открытости его архитектуры, позволявшей изменять отдельные компоненты компьютера. Этот принцип используют до сих пор при сборке ПК, ноутбуков, рабочих станций, серверов. Такой подход значительно облегчает создание готовой системы, дает возможность строить различные конфигурации, обновлять по мере необходимости аппаратное обеспечение. Открытая архитектура стала отличным стимулом для множества производителей различной компьютерной периферии, что в конечном итоге определило дальнейшую судьбу ПК на основе процессоров х86-архитектуры.

CISC и RISC

Конечно же, обзор современных архитектур откроют их наиболее распространенные представители - CISC (Complex Instruction Set Computer) и RISC (Reduced Instruction Set Computer). Я решил не разлучать описание этих двух типов архитектур, потому что они часто эксплуатируют элементы друг друга, а цели их создания вообще взаимно обратны. Плюс именно эти две архитектуры доминируют по сей день на рабочих столах пользователей.

Идея архитектур CISC кроется уже в ее названии: сложный набор инструкций расширяет спектр операций, реализуемых системой команд процессора. Такой подход позволяет сократить объем программ и облегчить страдания программиста по их отладке. С другой стороны, ощутимо усложняется трудоемкость разработки микропрограммных реализаций команд на уровне самого процессора.

Изначально архитектуры CISC появились чтобы наверстать то, что было упущено весьма ограниченными возможностями остальных компонент компьютера, в том числе ограниченным объемом доступной памяти. Построенные на основе CISC-архитектуры х86-процессоры частично спасали ситуацию, но из-за сложной внутренней структуры выход их новых версий сильно омрачался, в том числе значительными временными затратами и нередким появлением на рынке продуктов с ошибками.