Процесори Intel x86 не були найкращими. Але як вони стали стандартом у всіх комп’ютерах і ноутбуках?

Якщо ви використовуєте комп’ютер або ноутбук, він майже гарантовано має всередині процесор лінійки Intel 808x чи аналог від AMD. Панування мікропроцесорів архітектури Intel почалося в 1978 році, коли IBM обрала Intel 8088 для свого першого персонального ПК. Але це сьогодні альтернативи процесорам архітектури х86 в ПК майже немає. Тоді ж у Intel 8088 було кілька конкурентів, і вони мали усі шанси стати таким же стандартом в індустрії комп’ютерів.

У ті часи існувала велика трійка напівпровідникових компаній – Fairchild, Motorola, Texas Instruments. Вони змагалися у тому, хто перший перейде від біполярних транзисторів на МОП-транзистори. Останні потребували зовсім інших технологій для виробництва, і тому стартапи, включаючи Intel, просувалися швидше.

На той момент було зрозуміло, що еволюцію процесорів рухатиме програмне забезпечення. У Texas Instruments сподівалися стати лідером в створенні підходящих процесорів загального призначення і задати індустріальний стандарт. Це була амбітна ціль, адже компанії потрібно було спершу догнати можливості 8-бітного Intel 8080, а потім першою випустити 16-бітний чіп.

Стратегія Texas Instruments для 16-бітного чіпа була простою та зрозумілою: одна компанія, одна комп’ютерна архітектура. Такий підхід породив процесор TMS9900.

Розробники знали, що для створення TMS9900 та його військової версії SBP9900 на біполярних транзисторах потребує часу і прогнозували, що чіп не буде готовий ні в 1975, ні в 1976. Тому в підрозділі, що займався МОП-транзисторами, вирішили скопіювати Intel 8080A, щоб вивести хоч щось на ринок. Потім планувалося запустити оригінальний 8-бітний чіп TMS5500. Лише після цього відбувся би перехід на 16-бітний TMS9900.

Процесор TMS9900 вдалося випустити в 1976 році, але навіть після цього він мав кілька великих проблем. По-перше, не було сумісних з ним 16-бітних периферійних чіпів. Останні займаються обробкою даних з накопичувачів, комунікаційних інтерфейсів тощо. По-друге, архітектура 9900 мала лише 16 біт логічного адресного простору – стільки ж як 8-бітні процесори того часу. По-третє, конкуренти при переході на процесори архітектури Texas Instruments опинялися у невигідному положенні.

Відсутність 16-бітних периферійних чіпів вирішили, додавши у TMS9900 порт на 8 біт. Це дозволило підключати до TMS9900 велику кількість існуючих периферійних чіпів, призначених для 8-бітних процесорів. Але це вбило головну перевагу 16-бітного процесора – його швидкість, оскільки при роботі з 8-бітною периферією швидкість роботи падала удвічі.

Intel також розробляла власний 16-бітний процесор під назвою 8086, який представили в квітні 1978 року. Відсутність 16-бітної периферії вирішили в той же спосіб – додаванням 8-бітного порта. Так з’явився процесор Intel 8088, який теж був повільнішим за 8086. Але у чіпа Intel була перевага над чіпом Texas Instruments – 20-бітний логічний адресний простір замість 16-бітного. Чіп Intel завдяки цьому міг працювати з одним мегабайтом оперативної пам’яті, тоді як TMS9900 підтримував до 64 кілобайтів.

У цей же час власні 16-бітні процесори загального призначення презентувала Motorola. Її чіп 68000 був найбільш цікавим, адже при 16 контактах він мав внутрішню 32-бітну архітектуру, здатну адресувати 24 біти логічного адресного простору.

Також компанія Zilog, яка створила популярний 8-бітний процесор Z80, оголосила про розробку 16-бітного Z8000.

Боротьба за IBM

Наприкінці 70-х років серед розробників процесорів почали ширитися чутки, що IBM працює над якимось секретним проектом, який потребує 16-бітного процесора. Ним займався підрозділ IBM у Boca Raton, який згодом став підрозділом Entry Systems Division.

Директор IBM Джон Опел зрозумів, що персональні комп’ютери є майбутнім і машини від Apple, Commodore, Radio Shack, Texas Instruments та інших виробників загрожують комп’ютерному бізнесу IBM. Група Boca Raton отримала задачу створити персональний комп’ютер IBM.

Розробники першого ПК IBM отримали повну свободу: вони могли обирати будь-яких постачальників програмного та апаратного забезпечення. Єдиною умовою було те, що машина повинна була мати логотип IBM і пройти перевірку якості. Це зробило систему «відкритою» і сформувало комп’ютерний світ таким, яким він є сьогодні.

Очікувалося, що безумовним вибором процесора для ПК IBM буде Motorola 68000 (він же 68K). Він пропонував найкращі характеристики на папері. Також він використовував порядок адресації байтів Big Endian, як інші машини IBM. Конкуренти, включаючи Intel, використовували Little Endian. Конвертація одного порядку в інший в реальному часі була важкою задачею для тогочасних процесорів.

Чому Intel перемогла

Чіп Motorola 68K був ідеальним вибором для IBM PC, проте він не був готовий. А ось Intel 8088 попри усі свої мінуси вже випускався у великих масштабах. Це було критично, оскільки відділ якості IBM вимагав кілька тисяч одиниць для проведення тестів та вимірювання характеристик продукції.

Фактично, у групи Boca Raton для IBM PC було два кандидати – чіп Intel та чіп Texas Instruments. Обидва не були ідеальні, порівняно з рішенням Motorola. При цьому чіп Intel був трохи кращим за чіп від Texas Instruments.

Що у Texas Instruments

У Texas Instruments вирішили не викидати TMS9900 після провалу з IBM PC. Компанія запланувала випустити домашній комп’ютер на його основі. Розробкою цієї машини займалася об’єднана група фахівців, частина з яких раніше створювала ігрову консоль, а інша частина – персональний комп’ютер.

Фінальний гібрид вийшов таким, що погано підходив як для ігор, так і для роботи. Машина TI-99/4 з’явилася в продажі в 1979 році, а в 1981 році вийшов її наступник TI-99/4A. Загалом вони продалися тиражем у 2,8 млн одиниць, більшість з яких несли суттєвий збиток Texas Instruments. Компанія пішла з ринку домашніх комп’ютерів у 1984 році.

IBM PC сформував сучасний комп’ютерний світ

Архітектура Intel 8086 еволюціонувала і подолала багато недоліків, які були у перших процесорів. Ці чіпи все ще залишаються Little Endian, але потужності вже давно достатньо, щоб на це не звертати уваги.

Комп’ютер IBM PC також зробив Microsoft головним гравцем на ринку програмного забезпечення для персональних ПК. Це відбулося у той же спосіб, що і з процесором – продукт Microsoft був вже готовий, а запланована у IBM операційна система ще знаходилася в розробці.

У IBM хотіли обрати відкрите 16-бітне розширення популярної операційної системи CP/M, яка була створена компанією Digital Research. Група IBM Boca Raton розуміла потужні можливості, які відкриває CP/M і тому попрохали у Digital Research створити версію CP/M-86.

Пізніше в процесі Microsoft запропонувала MS-DOS, яка також вже була готовою. Так світ персональних комп’ютерів отримав головну архітектуру та програмне забезпечення для неї на десятиліття вперед.

Intel може поступитися ARM

Найближчими роками також може відбутися грандіозний зсув на ринку персональних комп’ютерів. Традиційні процесори x86 мають одну безсумнівну перевагу – велику потужність. Але в еру мобільних гаджетів це не головний бонус. Мобільні гаджети потребують високої автономності, підтримки сучасних стандартів зв’язку, постійного онлайн-підключення.

Такі можливості надають процесори архітектури ARM. Вони були значно слабшими за процесори х86, але мали більшу автономність і тому вони міцно закріпилися в сегменті мобільної електроніки – смартфонах, годинниках, датчиках, плеєрах тощо.

В 2020-х роках на ARM також можуть перейти і великі комп’ютери. Apple оголосила про перехід з процесорів Intel на чіпи ARM у своїх ноутбуках та ПК починаючи з 2021 року. Microsoft також розробляє Windows 10, яка працює на архітектурі ARM. А ще в 2020 році найпотужнішим суперкомп’ютером у світі став Fugaku на чіпах ARM.

За матеріалами: IEEE Spectrum