Учебно-методические материалы по медицинской информатике и статистике с сайта 1mgmu.com

Это - учебно-методические материалы по медицинской информатике и статистике с сайта 1mgmu.com

6.3.3 Компьютер. Железо. Центральные процессоры IBM PC-совместимых персональных компьютеров - история развития (краткий вариант)

Процессор – самая главная часть компьютера, из-за чего обычно название персонального компьютера связано с названием его процессора.

Самые первые персональные компьютеры PC-совместимой серии (иногда называемые писюками) появились в районе 1980 года (некоторые различия в датах связаны с различиями даты разработки, начала продаж и т.д.), назывались IBM PC и работали на процессоре 8086. Через несколько лет вышла модификация на процессоре 8088, которая называлась IBM PC XT (от eXtendged Technology). В этой модификации процессор 8088 был несколько упрощен (что, по идее, и должно соответствовать названию «расширенная технология». В Париже, например, главное место казни называется площадью Согласия) и стал, в основном, 8-битный, однако тактовая частота была поднята до 400 тысяч герц (раз в секунду), из-за чего производительность существенно повысилась. Эти компьютеры предназначались для достаточно простых приложений и работали в однозадачном режиме. Например, если во время написания текста в редакторе хотелось что-то посчитать, то нужно было сохранить текст в файле, закрыть редактор, открыть другую программу, в ней что-то посчитать, запомнить получившееся число, потом запустить редактор, открыть файл, найти нужное место и вставить это число. Еще одно жесткое ограничение процессоров 8086 и 8088 – размер адресуемой оперативной памяти – один мегабайт про все, включая BIOS и графическую память.
Вначале на этих компьютерах использовался текстовый монитор, потом цветные графические мониторы CGA и EGA с небольшим количеством цветов и точек и одноцветный монитор Hercules с несколько большим разрешением. Были и другие ограничения. Например, в CGA матрица с изображением букв впаивалась прямо в карту управления монитором, а не задавалась программно, из-за чего были всякие забавные истории с покупкой компьютера не с тем национальным языком. Работали они по большей части под управлением операционной системы MS-DOS, но возможно было их использование и под операционными системами CP/M (предшественница MS-DOS, из которой большинство функций было просто переписано), и альтернативными PC-DOS и DR-DOS. На тех компьютерах обычно стояло два накопителя на гибких дисках по 360К, чего, в принципе, вполне хватало для работы – на одной дискете была система, на другой – нужная программа и данные. На большинстве машин стоял винчестер емкостью в несколько мегабайт. Для мультимедийной работы такие компьютеры были решительно не предназначены, однако находились умельцы, которые ухитрялись писать небольшие по размеру программы, которые на небольшом встроенном динамике-пищалке достаточно хорошо воспроизводили популярные композиции, на экране выводили забавную меняющуюся графику, де еще и лампочками-индикаторами на клавиатуре помигивали в такт музыке.

Следующий процессор – 80186 – в продажу не пошел. Компьютеры с процессором 80286 получили название IBM PC AT (от Advanced Technology). У него появилась возможность использования оперативной памяти в защищенном режиме, когда в ней могут располагаться несколько программ, а процессор следит, чтобы они в чужие области не лазили, и возможность переключения с выполнения одной программы на выполнение другой. Однако параллельного выполнения работы несколькими программами реализовано еще не было. В результате стало возможным запускать и выполнять одни программы без закрытия других, но, например, время работы на компьютере музыку в фоновом режиме он проигрывать не мог. Несколько расширилась оперативная память, но в усеченном варианте – появился блок в 286К, в котором можно стало размещать данные (но не программы). Сделано это было для того, чтобы можно было поставить на нее операционную систему Windows, которой для размещения в основной части оперативной памяти не хватало места. Компьютеры PC AT были также значительно производительней. Во-первых, тактовая частота была повышена до десяти мегагерц и более, а, во-вторых, значительно уменьшено количество тактов на выполнение команд, особенно нецелочисленной арифметики. PC AT также задали и несколько других стандартов – на размеры пространства внутри корпуса и питание материнской платы. Из-за всего этого компьютеры стали более прожорливы. Если для PC и PC XT хватало блока питания в 80-100 ватт, то тут пришлось ставить более мощные блоки, аж до 150 ватт. В семействе PC AT, как и в дальнейших семействах был, строго говоря, не один процессор, а несколько разных процессоров, отличавшихся не только тактовой частотой, но и некоторыми другими деталями. Поэтому начиная с PC AT точнее говорить не о процессоре, а о поколении процессоров.

Следующий процессор (поколение процессоров) имело номер 80386. Так как у маркетологов к этому моменту буквы уже кончились, то компьютер назвали PC AT 386, а предыдущее поколение стали называть PC AT 286. В этом компьютере была реализована полноценная многозадачная работа нескольких загруженных в оперативную память программ, и работа с существенно расширенной оперативной памятью, куда стало возможным загружать не только данные, но и программы.
Хотя в любой момент времени процессор выполняет только одну программу, многозадачный режим осуществляется за счет двух ухищрений:
1) Если процессор простаивает, так как программа ждет (например, текстовый редактор в ожидании, пока пользователь ткнет пальцем в очередную клавишу), то в этот момент процессор начинает обслуживать другие программы.
2) Параллельное выполнение нескольких программ возможно в режиме разделения времени, когда через определенные промежутки времени выполнение переключается с одной программы на другую.

Для управления этим процессом в операционных системах используется система приоритетов, которой можно задать, какие программы выполнять в первую очередь.

Повышение производительности вновь, как и далее, было достигнуто за счет повышения тактовой частоты до десятков мегагерц и снижения количества тактов на одну операцию.

Следующее семейство было по инерции названо PC AT 486. Начиная с этого момента усовершенствование процессоров приводило к «внутренним» выигрышам производительности, а и не к появлению принципиально новых режимов работы. «Четверки» внесли также появление в конструкции персоналок линии PC локальной шины, о чем более подробно будет сказано далее, в разделе об интерфейсах.

При выпуске в середине 90х компьютеров на процессоре 80586 производства Intel маркетологи вновь собрались с духом и придумали для него название Pentium. Кроме того, это название было запатентовано, а так как кроме Intel, производивших большую часть процессоров для писюков, такие процессоры своей конструкции делали еще и AMD и Cyrix, то этим двум фирмам – конкурентам пришлось называть свои процессоры этого поколения по-другому со своими патентованными коммерческими названиями. Pentium превзошел тактовую частоту в 100 мегагерц.

Следующее «подпоколение» называлось Pentium MMX, так как в нем появились дополнительное семейство команд группы MMX, позволяющее выполнять несколько одинаковых операций целочисленной арифметики одновременно. Для следующего варианта было придумано название Pentium II, после чего маркетологи поняли, что сели в лужу – уже название «Пятый второй» достаточно глупо, а следующие отцифровые названия выглядят уже совсем странно. Поэтому далее называния не стали привязываться к порядковым номерам и стали более абстрактными, тем более что усовершенствования режимов стали скрыты для пользователя, а число тактов на команду практически сравнялось с одним, из-за чего производительность процессоров разных названий с одной тактовой частотой достаточно близка. В результате прогресс из «скачкообразного» стал более непрерывным, и четкое деление процессоров на поколения пропало.

Есть также еще забавное исключение. Pentium Celeron использовали для дешевого варианта процессора, который по сравнению с оригинальным за счет уменьшения размера кеша и др. имел немного меньшую производительность на той же тактовой частоте, но значительно меньшую цену. С тех пор и пошла традиция называть Целеронами все «облегченные версии процессоров вне зависимости от названия прародителя.

Кроме Intel – основного производителя процессоров – их также делали и AMD и Cyrix. В 80е и первой половине 90х они обычно делали процессоры несколько менее мощные, чем последние процессоры Intel, но продавали их значительно дешевле. Однако в середине 90х процессоры AMD догнали по производительности своих «старших братьев», но в течении ряда лет продавал их по-прежнему заметно дешевле. Массового перехода на AMD не было по двум причинам:
1. Из-за специфической репутации процессоров AMD как «суррогата для бедных»
2. Опасений с совместимостью – а вдруг новые программы на этом процессоре не пойдут.

Когда народ понял, что процессоры AMD полностью совместимы с разрабатываемыми программами и кинулся их покупать, AMD тут же задрало цены. В настоящее время и производительность, и соотношение цена/качество у процессоров этих двух производителей примерно одинаково.

Ну а Cyrix впал в полное ничтожество и с конкурентной гонки сошел.

Кроме линии IBM PC были и другие линии персональных компьютеров. Многие из них были созданы еще до IBM PC и потом прекратили дальнейшую поддержку. Из альтернативщиков выжили Макинтоши фирмы Apple. В отличии от IBM PC, которые собирают многие фирмы (точнее, большинство компьютеров собираются в магазине при покупке) из компонент разных производителей, а операционные системы делает некто другой (да-не-будет-упомянуто-его-имя), Apple продает компьютеры как единое целое – один из нескольких вариантов конфигурации со своей операционной системой. В целом Макинтоши всегда имели несколько более высокую производительность и мультимедийные возможности (в том числе вывода на монитор, из-за чего традиционно любимы издательствами), но заметно более высокую цену и, особенно, стоимость эксплуатации. Он относительно устойчиво занимает часть рынка, однако из более мощной персоналки для специальных приложений отдрейфовал в дизайнерскую штучку и предмет престижного потребления. Например, в популярном сериале «Х-файлы» все негодяи работают на IBM PC-совместимых ноутбуках, а все «хорошие парни» - на Маках.

Что будет дальше, пока неясно. Во-первых, хотя сейчас конкурентов в процессорной гонке всего два, есть еще несколько фирм, накопивших опыт производства графических систем, а графический процессор – тоже процессор. Во-вторых, в связи с переходом на многоядерные системы возможны существенные технологические изменения. Ну и, наконец, одним из возможных конкурентов персональным компьютерам являются мобильные телефоны – продвинутые модели мобилок работают под управлением Windows и имеют вычислительные мощности, сопоставимые с персональными компьютерами 5-10 летней давности. От персональных компьютеров их отличает только два: малые размеры (что очень хорошо) и отсутствие монитора и клавиатуры удобных размеров (что очень плохо). Поэтому вполне возможно, что персональные компьютеры в ближайшие годы станут состоять из мобильного телефона, цифрового телевизора и клавиатуры.

Оглавление раздела нижнего уровня
Оглавление раздела верхнего уровня
ОГЛАВЛЕНИЕ ОГЛАВЛЕНИЙ

НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ САЙТА

Материалы используются на Едином Образовательном Пространстве Первого московского государственного медуниверситета им. И.М. Сеченова