Файл: Устройство персонального компьютера (Устройство ранних ПК, упрощение и стандартизация.).pdf

Современный персональный компьютер прочно закрепился в повседневной жизни. Начиная с 1980х годов, благодаря техническому и технологическому прогрессу, начали появляться компьютеры, размеры и стоимость которых позволяли приобрести и использовать их обычным людям.

К тому же, появление персональных компьютеров удовлетворяло и требованиям бизнеса того времени – компании заметили, что можно удешевить стоимость вычислений, если проводить их на персональных компьютерах. Появился прообраз электронных таблиц VisiCalc, текстовые редакторы и другие программы, сильно упрощающие работу и вычисления. Это привело к появлению IBM PC и совместимых с ним компьютеров – IBM пыталась вклиниться в развивающийся рынок. К тому же, компания теряла прибыль – продажи больших ЭВМ, которые в основном и производила IBM. падали в связи с появлением дешёвых ПК. Открытая архитектура в сочетании с отсутствием лицензирования компонентов IBM PC привела, с одной стороны, к сильному развитию рынка ПК - появлялось множество «клонов» IBM PC, превосходящих компьютеры IBM по мощности. С другой стороны, в дальнейшем IBM утратила первенство, а термин IBM PC compatible превратился в Wintel compatible, но именно IBM положила начало тому, что мы называем ПК.

Действительно, открытость и модульность архитектуры IBM-совместимых ПК позволяла расширять их функциональность – компьютер превращался в мощное средство сбора и обработки информации. В современный компьютер можно добавить видеокарту, аудиокарту, или карту видеозахвата, адаптеры для разных портов, дополнительные USB – список устройств огромен.

Необходимо отметить, что до появления массовых ПК типа Apple II от зарождавшейся Apple Computer и IBM 5150 от такого гиганта как IBM, персональные компьютеры подходили скорее для учёных и исследователей, чем для обычных людей. Тогда это была группа электронных плат и компонентов, которую зачастую приходилось собирать руками, и без познаний в электронике было не справиться.

Сейчас персональный компьютер – это:

несколько типов устройств (от привычных настольных ПК и ноутбуков до планшетов и телефонов),
цельный и простой в управлении программно-аппаратный комплекс, включающий в себя в том числе и дополнительные устройства.
удобный интерфейс для взаимодействия – разберется даже ребёнок.

То есть, по сравнению с началом эпохи, понятие персональный компьютер значительно изменилось – упростилось взаимодействие, добавились портативные ПК и носимая электроника, список устройств, обычно используемых совместно с ПК, значительно расширился – без некоторых устройств уже нельзя представить настольный компьютер или ноутбук. Так же как нельзя их представить без графического интерфейса – он является основным при взаимодействии с ПК.

В данной курсовой работе рассматривается история изменения внутреннего и внешнего строения ПК и разнообразные форматы, и форм-факторы, в которых он представлен, описываются современные и ныне устаревшие шины, устройства и технологии, в общем и целом, образующие персональный компьютер. Рассматривается появление портативных ПК и носимой электроники, как еще одной формы ПК.

Часть 1. Устройство ранних ПК, упрощение и стандартизация.

Компьютеры до эры ПК.

Что же привело производителей к изобретению персонального компьютера? Нужно напомнить – до середины 60х – конца 70х годов прошлого века человек еще и понятия не имел о том, что такое – персональный компьютер. На рынке были лишь большие мейнфреймы – то, что ныне можно было бы отнести к серверам (или «облакам» того времени, как удобнее). Громоздкие машины, занимавшие по объему иногда не один этаж, и стоившие несколько десятков тысяч долларов – такое могли позволить себе крупные учреждения и институты, а пользоваться такими системами могли лишь высококлассные специалисты. К тому же, такие компьютеры потребляли киловатты электроэнергии.

К счастью, прогресс не стоит на месте. Сначала, лампы были заменены транзисторами, а затем и блоки транзисторов – микросхемами. Размер компонентов уменьшался экспоненциально, при этом вычислительная мощность увеличивалась. Затем и отдельные микросхемы (АЛУ, блок управления, шина, регистры и ЗУ) уместились на одной маленькой схеме. Так появился Intel 4004 – первый доступный однокристальный процессор в истории, который свободно можно было уместить на ладони. При этом по производительности он превосходил огромный ENIAC. [1][2]

Внизу можно увидеть сравнительную таблицу:

Intel 4004	ENIAC
2300 микротранзисторов, техпроцесс 10 мкм	17 468 ламп 16 различных типов, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70 000 резисторов и 10 000 конденсаторов.
Вес – менее 50 гр.	Вес – 30 тонн
Мощность – неизвестна, но позволяла не использовать охлаждение	Мощность – 174 кВт
60-93 тыс. инструкций в секунду.	До 5000 инструкций в секунду.
Площадь кристалла – 12 кв.мм, а самого чипа – не более 2 кв.см	Площадь – 280 кв.м

Хотя Intel 4004 не оказался так популярен, и скорее являлся прадедушкой знаменитого 8080, тем не менее, он ужа произвёл первую по счёту революцию в компьютеростроении.

К чему это привело в то время? Производители, стремясь уменьшить издержки при производстве ЭВМ, логично размышляя, пришли к выводу, что строить ЭВМ меньшего размера на транзисторах, это решение выгодное как для них, так и для клиентов. А компании, в своюб очередь, увидели прямую выгоду для бизнеса – можно было уже не покупать большие ЭВМ, если вычисления на ПК были ничуть не хуже, и в чем-то даже лучше и быстрее, благодаря разработке нового ПО для них.

К тому же, Intel был не единственной компанией, производящей микросхемы и процессоры. На рынке были так же компании MOS Technology, Zilog, Texas Instruments. Конкуренция нарастала всё больше, а стоимость компьютеров на базе микропроцессоров вышеуказанных компанийстановилась всё меньше – некоторые, как Sinclair ZX80, очень мало (ZX80, в частности, и вовсе стоил менее 200 английских фунтов)[9].

IBM 5150 – революционер с открытой архитектурой. Путь IBM и совместимых ПК.

Причины возникновения. IBM PC 5150, XT и AT.

Всё это не могло не расстраивать IBM – очень крупного поставщика “больших” ЭВМ (мэйнфреймов) того времени. Было принято следующее решение – создать новую архитектуру. Первым ПК IBM на этой архитектуре стал PC 5150. [10]

В 1981 году рынок персональных компьютеров был разделен между Commodore PET, семейства Atari 8-битных систем, Apple II и Radio Shack TRS-80 производства Tandy Corporation [11], поэтому IBM старалась не упустить момент. Вместе с микропроцессором Intel 8088 началось использование ОС PC-DOS, очень вовремя предложенной маленькой компанией из Редмонда под названием Microsoft. Нужно отметить, что вопреки жёсткой политике IBM в области интеллектуальной собственности, ни эти компоненты, ни разработанная тут же базовая система ввода-вывода (BIOS) не были лицензированы, что позволило сторонним фирмам, пользуясь опубликованными спецификациями, создать множество клонов IBM РС (IBM-совместимых ПК) и вскоре отобрать у IBM львиную долю этого быстро расширяющегося рынка. [3]

После успеха модели 5150 IBM решила выпустить усовершенствованную модель — IBM PC/XT (eXTended). Появившийся в марте 1983 года XT был оснащен жестким диском емкостью 10 Мбайт, 128 Кбайт ОЗУ на борту, а кассетный магнитофон в нем был заменен на флоппи-дисковод для 5-дюймовых дискет емкостью 360 Кбайт. Стоимость XT в год выпуска составляла $5000.

Несмотря на возросшую цену, эту модель ждал еще больший успех. Он объясняется тем, что к моменту выхода XT у пользователей этой платформы был широкий выбор дополнительных устройств и программного обеспечения. Перечислим самые знаменитые программные пакеты для PC, уже существовавшие в то время: текстовые редакторы WordStar и WordPerfect, СУБД DBase, Norton Utilities, PC-Talk (утилита для модемной связи) и конечно же революционный пакет для работы с электронными таблицами — 1-2-3, в котором впервые появились такие привычные для нас элементы интерфейса, как экранные меню.

Совместимые ПК. Падение IBM.

За полгода до выхода XT случилось еще одно знаменательное событие: безвестная на тот момент фирма Compaq выпустила первый клон IBM PC — Compaq Portable PC. [11] Изюминка этого ПК заключалась в компактности — его можно было упаковать в чемоданчик среднего размера. Однако еще большую важность представлял сам факт выпуска компьютера, полностью совместимого с IBM PC. Пример оказался заразительным, и вслед за Compaq IBM-совместимые компьютеры начали выпускать не только начинающие фирмы, но и крупные компании — например, такие как Dell. Клонирование IBM PC оказалось несложным занятием не только потому, что он представлял собой открытую архитектуру, но и потому, что IBM использовала при его создании готовые компоненты: купить процессор Intel и операционную систему Microsoft мог любой желающий.

К счастью для IBM, у нее был еще один козырь, — IBM PC/AT, вышедший в августе 1984 со следующей типовой конфигурацией: процессор Intel 80286 с частотой 6 МГц, 512 Кбайт оперативной памяти и жесткий диск объемом 20 Мбайт. За счет возросшей конкуренции стоимость PC/AT не превышала стоимость IBM PC/XT по ценам 83-го. При этом многие программы, написанные для PC и PC/XT, выполнялись на новой машине настолько быстро, что пришлось даже придумать специальное решение для снижения тактовой частоты процессора — кнопку Turbo, которая просуществовала в конструкции IBM-совместимых машин вплоть до эпохи Pentium. Кстати, впервые эту кнопку применила не IBM, а вездесущая Compaq.

IBM PC/AT стал финальным аккордом компании на рынке IBM-совместимых компьютеров. Cтратегия борьбы с голубым гигантом была отработана: предложить процессор с большей тактовой частотой и больше оперативной памяти за меньшую цену.

Октябрь 1985: Intel выпускает новый процессор — 80386. Но первой модель на его основе создает уже не IBM, а опять-таки Compaq, прочно обосновавшаяся на рынке IBM-совместимых машин.

Далее - две провальных модели - XT Model 286 и Convertible, и, наконец, в начале 1987 года IBM официально объявляет о прекращении выпуска компьютеров семейства IBM PC.

Попытки выехать на создании проприетарной шины MCA на новом PS/2 привели лишь к обратному - IBM, желая загнать конкурентов в угол, сама попала в капкан несовместимости - вместо MCA была разработана шина EISA на замену устаревшей ISA.

И вот, в начале 90х, IBM совсем уже окончательно отказалась от производства ПК. Несколько лет в ходу еще был термин “IBM PC-compatible”, но затем осталось просто - PC. Отсюда начинается новейшая история самой массовой и популярной платформы в истории ПК.

«Компьютер для людей». Apple II и Apple Macintosh. Путь Apple.

Революция в подходе к построению ПК.

Но, IBM не были первыми в производстве ПК. Пионером, всё-таки, стал Apple I, разработанный в 1976 году Стивом Возняком. Конечно, к нему не прилагались ни клавиатуры, ни мониторы, ни блоки питания, даже корпусов не было — только полностью укомплектованные системные платы. Несмотря на это, Apple I многими признаётся как первый в истории компьютер, поставлявшийся производителем в готовом виде — ведь другие компьютеры того времени, включая Altair, попадали на рынок в виде наборов, которые предстояло собирать розничному продавцу или конечному покупателю. [4]

Apple I так и не вошёл в серийное производство, и первым массовым персональным компьютером можно считать Apple II. [4][5] В Apple I были заложены многие идеи, которые затем удалось воплотить в Apple II. Компьютер был впервые представлен в 1977 году на выставке West Coast Computer Fair и стал одним из первых и наиболее успешных персональных компьютеров того времени. Производилось несколько моделей Apple II, и наиболее популярные из них, с относительно небольшими изменениями, продавались до 1990-х годов.

Apple III – следующее поколение компьютеров - являлся кардинальной переработкой Apple II [11][12], сам Apple II предполагалось перепозиционировать как младшую модель. Маркетологи выяснили, что бизнесмены, приобретая Apple II для работы, как правило, докупали к компьютеру две дополнительные платы расширений, позволяющие работать с масштабными таблицами. Было решено поставлять всё вместе, в одном корпусе. При этом габариты и форма корпуса были жёстко заданы Джобсом, и он не позволил их изменять, так же как и устанавливать вентиляторы — проблема теплоотвода решалась за счет тяжёлого алюминиевого корпуса. Машина была анонсирована и выпущена 19 мая 1980 года, выпуск сопровождался грандиозной рекламной кампанией. Все работы по Apple II были свёрнуты, ресурсы компании переброшены на новый проект. Однако выяснилось, что в режиме Apple III компьютеры постоянно выходят из строя из-за перегрева, чрезмерной плотности компонентов на монтажной плате и плохих коннекторов. Кроме того, на рынке практически не было программ для Apple III. Компьютер удалось доработать, повысив стабильность работы, но репутация уже была безнадёжно испорчена. В 1983 году компьютеры IBM PC вышли на первое место по объёмам продаж, оставив позади продукцию Apple, а ещё через год Apple III была полностью снята с производства.