Персональные компьютеры

Персональные компьютеры

В конце семидесятых годов прошлого века существовали компьютеры различного назначения. Для военных и научных разработок использовались большие ЭВМ, в США основным производителем подобных машин была компания IBM, в СССР применялись для инженерных и военных расчетов ЭВМ типа ЕС (программно совместимые с ЭВМ IBM).

Большие ЭВМ требовали для обслуживания достаточно большой штат работников, имели значительные габариты и стоили сотни тысяч долларов. Использование подобных машин было не всегда экономически оправдано, поэтому существовали также сравнительно небольшие ЭВМ, предназначенные для обслуживания одним специалистом - персональные компьютеры (ПК). ПК предназначались либо для профессионального использования на предприятиях, либо для бытовых (любительских) целей - в это случае они имели небольшие габариты и доступную стоимость. В США основным производителем ПК для профессиональных целей была компания APPLE, выпускавшая ПК различных типов. Для любительских целей в СССР, США и других странах производились различные модели ПК, многие из которых выпускались в виде наборов для самостоятельной сборки, в качестве монитора (дисплея) обычно мог использоваться бытовой телевизор, а в качестве носителя информации - бытовой магнитофон. Бытовые ПК того времени, в связи с малой производительностью центрального процессора (ЦП), малым объемом оперативной памяти (ОЗУ) и программной несовместимостью моделей между собой, не могли использоваться для серьезной инженерной и офисной работы, их основным назначением было ознакомление пользователя с основами программирования. Таким образом, к 1980 г. сложилась ситуация, когда небольшим компаниям и любителям требовались ПК достаточной производительности, имеющие не слишком высокую стоимость, т.е. доступные малому бизнесу и рядовым пользователям. В 1981 г. компания IBM начала производить ПК типа IBM-PC. IBM-PC был разработан подразделением компании со штатом в 12 сотрудников, выпускался в нескольких совместимых вариантах и имел следующие характеристики – процессор – 8088 (разрядность- 8 бит, частота- 4,77 МГц), производства фирмы INTEL (ранее INTEL выпускала процессоры для программных калькуляторов), ОЗУ от 16 Кб до 256 Кб, представляющее собой микросхемы (DIP), установленные в контактные колодки на материнской плате, винчестер отсутствовал. Для связи ЦП с устройствами компьютера использовалась шина передачи данных ISA, имеющая разъемы (слоты) для различных устройств - карт расширения (видеокарты, контроллера дисководов, винчестера и т.п.), специально разработанная для данной модели. В качестве устройства отображения информации применялся монохромный (черно – белый) монитор, для печати документов использовался матричный принтер EPSON. Для диалога пользователь – компьютер использовался либо язык IBM-BASIC, либо операционная система MS-DOS (дисковая операционная система) фирмы Майкрософт (штат – 32 сотрудника, руководитель – Билл Гейтс). Несмотря на не слишком высокую производительность, данный ПК имел прогрессивные черты, которые обеспечили популярность данного компьютера - его комплектацию пользователь мог самостоятельно изменять, например - увеличить объем ОЗУ, заменить видеокарту, установить дисководы для дискет на 160 кб, использовать внешний (выносной) винчестер на 10 Мб и т.п. Стоимость IBM-PC составляла, в зависимости от комплектации, от 1500 до 3000 долларов. Данная модель не была запатентована производителем, что привело к быстрому появлению IBM-PC совместимых компьютеров (клонов) других производителей и невозможности IBM монополизировать данный сегмент рынка. Следующий ПК серии IBM-PC назывался IBM-PC/XT и имел процессор INTEL-8086 (16 бит), математический сопроцессор (вспомогательный процессор) 8087, ОЗУ типа DIP от 128 Кб до 256 Кб, с возможностью наращивания до 640 Кб, внутренний винчестер объемом от 10 до 20 Мб, видеокарту типа MGA (монохромная) или CGA (цветная). Каждая последующая модель IBM- компьютера была совместима с более ранними моделями, т.е. приобретая более совершенную модель, пользователь мог при необходимости применить некоторые комплектующие от своей старой модели – например, ОЗУ, винчестер, видеокарту, другие детали. Или, как часто делалось, приобретая недорогую модель, можно было постепенно модернизировать (апгрейдить) её до более совершенного уровня. Программы для всех ПК IBM-PC также были совместимы. В 1982 г. появился IBM-AT, с процессором INTEL-80286 (тактовая частота - от 6 до 12,5 МГц, разрядность – 16 бит). Новый процессор мог работать с ОЗУ объемом до 16 Мб, и использовал сопроцессор - 80287. В 1985 появился процессор INTEL-80386, имевший значительно более высокую производительность (разрядность – 32 бит, частота – от 16 до 33 МГц). Кроме того, процессоры 386 могли использовать внешнюю КЭШ – память - специальный модуль, установленный на мат. плате. КЭШ – память, по сути, представляет собой буфер между процессором и основным ОЗУ - небольшую ОЗУ с высоким быстродействием. В КЭШ – памяти хранятся наиболее часто используемые данные, в связи с этим производительность компьютера при использовании КЭШ – памяти заметно улучшалась. В последующих поколениях процессоров КЭШ встраивалась внутрь процессора – ее объем во многом определяет стоимость процессора. Также в 1985 году компания Майкрософт выпустила для нового компьютера операционную систему Виндовс. ОС Виндовс была значительно удобнее в использовании по сравнению с DOS и, кроме того, позволяла компьютеру решать несколько задач одновременно, т.е. в новой системе была реализована многозадачность. Многозадачные ОС до этого применялись в компьютерах APPLE.

Таким образом, в середине 1980-х г. сложилась следующая ситуация – на Западе для военных и научных расчетов продолжали использоваться большие ЭВМ, для профессиональной работы, обработки графики, издательского дела- ПК- APPLE MACINTOSH (процессор- Motorola- 68000, ОЗУ- 128 кб, операционная система- графическая- MAC-OS). Для офисной работы, сферы обслуживания, научных расчетов- применялись ПК- IBM- PC-XT, IBM- PC-AT. Средний ценовой сегмент (600 долл.)- занимали ПК типа COMMODORE-64 (использовались для игр, инженерных и других расчетов, любительской обработки музыки, при установке модулей расширения- можно было установить графическую операционную систему GEOS. ПК COMMODORE-64 имели процессор- MOS-6510- 1 мгц, ОЗУ- 64 кб. Нижний ценовой сегмент (игры, ознакомление с программированнием)- занимали ПК типа Спектрум- ZX (процессор- Z-80, ОЗУ- 16- 48 кб). Указанные разновидности компьютеров- не имели между собой программной и аппаратной совместимости.

В СССР в середине 80 гг. для военных и научных расчетов также использовались большие ЭВМ отечественного производства- типа ЭЛЬБРУС, ЕС (программно совместимые с IBM), для любительских целей (игры, ознакомление с программированием) – ПК типа ГАММА, БК, МИКРОША, ИСКРА, РАДИО-86РК, КРИСТА, АПОГЕЙ, БАЙТ, ВЕСТА, и множество других моделей отечественного производства, большая часть которых имела восьмибитные процессоры и была программно совместима с ПК – Спектрум.

Для обучения школьников основам информатики- использовались ПК типа- АГАТ, ИРИША, КОРВЕТ, ШКОЛЬНИЦА, ЭЛЕКТРОНИКА-МС. Малый бизнес – основной потребитель ПК средней мощности – в СССР практически отсутствовал, для конторской работы и некоторых научных и инженерных расчетов- применялись программные микрокалькуляторы типа Электроника- Б3-21, Б3-34, МК-61, МК-52. Во второй половине 1980-х г. в СССР появились программно– совместимые с IBM-PC бытовые персональные компьютеры - например, ПК- ПОИСК (процессор – КМ1810ВМ88- 5 МГц (16 бит), ОЗУ- 128- 512 Кб, винчестер и дисководы- внешние, слоты для модулей (карт) расширения- 4 шт, ОС- DOS, BASIC). Карманные персональные компьютеры (КПК) - например- Электроника МК-85, МК-90 (МК-90 выпускался с 1988г, процессор- совместимый с DEC-PDR-11, ОЗУ- 16 Кб, ПЗУ- 32 Кб, с предустановленным языком- БЕЙСИК, дисплей- монохромный ЖК- 120 на 64 точек, применялся для научных и инженерных расчетов, игр, имелась возможность подключения к док-станции- типа- МК-92). Советский КПК- ЭЛЕКТРОНИКА- МК-85- имел внешний вид, схожий с японским КПК- CASIO FX-700P, но был собран полностью на отечественной элементной базе. Также выпускались отечественные ноутбуки - Электроника МС-1504 (ПК-300, разработка 1986г, с двумя дисководами 3,5 дюйма, без винчестера, процессор- КР1834ВМ86- 4,77- 7,16 Мгц, 16 бит, ОЗУ- 640 Кб, дисплей- монохромный- 640 на 200 точек, возможность подключения внешнего цветного монитора) и Электроника-901 (с встроенным винчестером на 10 Мгб, процессор- 4,47 Мгц, ОЗУ- 1 Мб, дисковод- 3,5 дюйма, дисплей- монохромный- 640 на 200 точек). Подобные модели собирались в основном из отечественных деталей, поэтому к ним затруднительно было применять периферию от IBM-PC.

В начале 90гг, в связи с известными событиями, производство бытовых персональных компьютеров, как и многой другой бытовой аппаратуры (видеомагнитофонов, проигрывателей компакт-дисков, программируемых наручных часов, мобильных телефонов типа Алтай и многого другого), в СССР было практически свернуто. Оставшиеся в производстве модели, в связи с отсутствием инвестиций и оттоком специалистов за рубеж, не могли конкурировать с западными аналогами.

В 1989 г. появился процессор INTEL-486 (частота – от 16 до 150 МГц, 32 бит, встроенный КЭШ – 8 – 16 кб + КЭШ на мат. плате). Сопроцессор из отдельной микросхемы на мат. плате стал частью процессора. Использовалась оперативная память типа SIMM (модули на 30 и 72 контакта). IBM – совместимые компьютеры, оснащенные данным процессором, заметно лучше предыдущих могли работать с графическими приложениями и начали постепенно вытеснять компьютеры Макинтош APPLE из некоторых сегментов рынка – например, издательского дела. Компания AMD также производила совместимые с INTEL процессоры – например, AMD-5k86. Обладая несколько меньшей производительностью, процессоры AMD имели заметно более низкую стоимость, что позволяло вести конкуренцию с INTEL. В то время разъемы для процессоров (сокет) были совместимы, т.е. при замене процессора, например, AMD на INTEL, не требовалось менять материнскую плату.

В начале 1993 года INTEL выпустила новый процессор Pentium, обладающий значительно лучшими возможностями при работе с мультимедиа (изображения, звук, видео). Процессоры Pentium имели частоты от 60 до 200 МГц, встроенный кэш 16 кб. Модификация Pentium-pro предназначалась для серверов (сервер – центральный узел локальной сети). В 1997 г. был выпущен Pentium-2 с частотами от 233 до 450 МГц, КЭШем 32 кб. Кэш второго уровня, как и у Pentium, располагался на материнской плате и мог иметь объем до 1 Мб. Процессор Pentium-2 был встроен в специальный картридж, который устанавливался в разъем Slot-1 на материнской плате. Также для снижения конкуренции со стороны AMD, Intel выпустила новый тип процессоров Celeron с частотами от 266 до 533 МГц. Данные процессоры изначально задумывались как бюджетный упрощенный вариант процессоров типа Pentium, и были ориентированы на офисную работу (обработка документов). В настоящее время Celeron являются полноценными процессорами, и могут использоваться для самых разнообразных задач. Процессоры типа Xeon, выпущенные в 1998г, предназначались для серверов. Процессоры типа Pentium-3, выпущенные в 1999г, не имели принципиальных отличий от Pentium-2, хотя их производительность и рабочие частоты были несколько повышены, а объем КЭШ увеличен до 256 кб. Для данных процессоров применялась ОЗУ типа SD-RAM. В 2000г. был выпущен процессор Pentium-4. Широко распространенная в то время операционная система Windows-98 не могла реализовать все возможности новых компьютеров, поэтому в 2001г. была разработана новая ОС Windows-XP, основанная на серверной системе Windows-NT-2000. Первоначально Pentium-4 устанавливался в сокет-423 и имел частоты от 1,4 до 2 ГГц, КЭШ 256 кб. Для первых Pentium-4 применялась дорогостоящая ОЗУ типа RD-RAM (RIMM). В последующем для данного процессора был разработан новый сокет-478. Процессоры для сокет-478 типа Pentium-4 и Celeron выпускались с частотами от 1,6 до 3 ГГц, КЭШем от 128 Кб до 1 Мб. Для них была разработана новая ОЗУ типа DDR, имеющая быстродействие хотя и более низкое, чем RD-RAM, но заметно более доступную стоимость, что обеспечило популярность данной платформы. Некоторые процессоры - например, Pentium 2800, 3000- имели технологию Hyper-Threading. Данная технология позволяет процессору обрабатывать одновременно два потока данных, что заметно повышает производительность. Операционная система видит такой процессор как двухядерный. Также небольшими партиями выпускались процессоры Pentium-4 EE, с частотами 3,2 и 3,4 ГГц, КЭШ - 2 Мб. Подобные процессоры имели значительное тепловыделение, требовали специальной системы охлаждения и предназначались для узкого круга энтузиастов. Платформа сокет-478 оказалась настолько удачной, что просуществовала до 2008г. и продолжает использоваться на устаревших компьютерах до настоящего времени, т.к. обеспечивает уверенную работу с большинством современных приложений (конечно, кроме ресурсоемких современных игр). Последующие версии двухпотоковых процессоров Pentium-4 использовались для платформы на сокет-775. Дальнейшее значительное повышение частоты требовало настолько мощных систем охлаждения, что ПК из изделий массового ширпотреба стали – бы дорогостоящими и громоздкими агрегатами. В связи с этим производители пошли по другому пути повышения производительности - стали размещать на одном кристалле несколько ядер со сниженными частотами, что позволяло снизить тепловыделение и использовать обычное воздушное охлаждение. В данное время практически все выпускаемые процессоры являются многоядерными (2, 3, 4, 6, 8 и более ядер), с разрядностью шины данных 64 bit. В настоящее время рынок компьютеров выглядит следующим образом – около 95 процентов составляют IBM – совместимые компьютеры. ПК типа APPLE-Макинтош применяются, в основном, в профессиональных целях – например, для работы на киностудиях. Исключительно для игр выпускаются приставки типа Sony-PS и X-BOX.