Компьютерная голова. История развития чипсетов, часть 2

Во время предыдущего путешествия в прошлое мы узнали много нового о материнских платах, которые появились на заре компьютерной эпохи. Тогда мы остановились в конце семидесятых годов, самое время перейти к 80-м.

Золотые восьмидесятые

Наше первое место и время назначения — США, 12 августа 1981 года. Только представьте: 12 дней назад появился телеканал MTV, в моде яркие краски, пышные прически, пиджаки в обтяжку и безумные ритмы. Однако Дона Эстриджа все происходящее не особенно волновало — вот уже год, как команда под его управлением работала над созданием компьютера IBM PC , который стал прародителем привычных нам ПК.

12 августа 1981 года мы выбрали неспроста. В этот день миру представили IBM PC 5150. Разработчики ориентировали его на домашних пользователей, ему предстояло побороться с Apple II и игровыми системами вроде Commodore PET. Однако рынок расставил все на свои места — первый IBM PC прямиком отправился в офисы различных компаний, и это несмотря на то, что система (впервые в мире!) оснащалась цветным графическим адаптером. Любители игр не поняли тогда, зачем он нужен. Да и вряд ли могли, ведь для этой платформы не было игр.

При разработке IBM PC 5150 команда Эстриджа задействовала компоненты от сторонних разработчиков, что позволило подготовить систему в очень сжатые сроки. Важная особенность подхода IBM — открытая архитектура, которая подразумевала наличие нескольких свободных разъемов для подключения дополнительной периферии. Сами разъемы располагались на материнской плате.

Как выглядела системная плата у первого IBM PC? На старых фотографиях мы увидим вполне оформившуюся материнскую плату. Конечно, на ней еще нет многофункциональных мостов, зато на плату помещали чипы оперативной памяти, модули ROM для хранения BIOS и компилятора Microsoft BASIC. Удивительно, но на плате не было как такового разъема для процессора — шустрый по тем временам камень Intel 8088 (4,77 МГц) выпускали в виде чипа, лапки которого припаивали к плате. При этом ЦП не требовал дополнительного охлаждения. По той же самой схеме происходила установка и графического CGA-чипа с 16 Кб памяти.

Специально для своих первых компьютеров IBM разработала системную шину ISA ( Industry Standard Architecture ). Она соединила компоненты IBM PC с одноименными разъемами для периферии. Внешне разъемы мало чем отличаются от привычных PCI-аналогов. Любопытно, что, несмотря на преклонный возраст, ISA до сих пор используется в некоторых отраслях.

Среди доступных для IBM PC комплектующих засветился математический сопроцессор Intel 8087 , который ускорял математические расчеты. Устройство было оформлено в виде дополнительной платы. Вставлялось в разъем так же, как мы сейчас устанавливаем видеокарту или ТВ-тюнер.

Обновленная версия IBM PC появилась спустя год после выхода оригинала. В IBM PC XT ничего кардинального нового не оказалось: увеличили число ISA-разъемов, убрали возможность подключения кассетного привода, увеличили объем памяти. Но кое-что все-таки заслуживает нашего внимания: впервые в компьютер поместили жесткий диск! Тогда еще молодая компания Seagate представила свою вторую модель винчестера — ST-412. В нем использовались две пластины, суммарный объем равнялся 10 Мб, форм-фактор — 5,25-дюйма. Подключали его к компьютеру при помощи дополнительного контроллера, через ISA-шину.

Большим шагом вперед стал выпуск IBM PC AT. Чтобы посмотреть на него, нам придется прыгнуть в будущее — в 1984 год. Инженеры IBM и Intel потрудились на славу, компьютер сильно опередил свое время: процессор Intel 80286 (12 МГц) в паре с новой 16-битной шиной и 15 Мб оперативной памяти получился даже слишком производительным. Разумеется, IBM не могла допустить, чтобы их новый домашний компьютер поставил под удар популярность мощных систем бизнес-класса. И производитель, воспользовавшись настройками BIOS, снизил частоту процессора вдвое — до 6 МГц.

Но если говорить о системной плате, изменений было немало. Пожалуй, самым главным нововведением стало появление системной шины AT-Bus. Она заменила ISA-шину и могла похвастаться вдвое большей шириной — 16 бит против прежних 8. Тем не менее на плате сохранили два 8-битных разъема ISA, остальные шесть были 16-битные. Их размеры возросли практически в полтора раза.

Еще один маленький прорыв: впервые на плате появилась батарейка. Какой-то великий ум догадался задействовать ее, чтобы при выключении системы не сбрасывались настройки BIOS и системные часы. Новый процессор от Intel за счет форм-фактора PGA стал квадратным, и для него придумали специальный пластиковый разъем с 68 контактами. При рабочей частоте 6 МГц ему все еще не требовалось охлаждение. Для подключения клавиатуры использовался все тот же DIN-разъем с пятью контактами.

Что касается дополнительных разъемов и контроллеров, они доставлялись в систему как обычно — при помощи плат расширения. В продаже можно было найти сетевые карты, контроллеры жестких дисков, видеокарты EGA ( Enhanced Graphics Adapter ).

Комплект поставки IBM PC AT включал винчестер на 20 Мб, 5,25-дюймовый флоппи-дисковод с поддержкой записи (поддержка дискет емкостью до 1,2 Мб) и одну из первых мышей от Microsoft.

Оставался открытым вопрос: когда же производители начнут встраивать дополнительные контроллеры в саму плату, сколько можно перегружать систему платами расширения? Но до этого было уже недолго.

Вскоре компания Apple представила свой взгляд на развитие компьютеров. В Apple сделали ставку на дизайн, удобство и продвинутые графические возможности. Macintosh 128k заслуживал внимания, вот только во время разработки Apple допустили ошибочку: система была закрытой. Хотите увеличить объем памяти? Не вопрос, покупайте новую материнскую плату. А стоила она примерно так же, как и весь компьютер. Материнская плата у Macintosh 128k ничем не примечательна — нет внутренних портов расширения, к системе можно было подключить мыши, клавиатуру, принтер и внешний флоппи-дисковод. Все.

К 1986 году IBM начала терять контроль над рынком домашних компьютеров — многочисленные компании успешно клонировали IBM PC, умудряясь выпускать даже более интересные конфигурации. Положение усугубил выход компьютера IBM Personal System/2 (PS/2). Чтобы избавиться от конкурентов, IBM закрыла архитектуру и данные о новой шине MCA ( Micro Channel Architecture ). MCA была в несколько раз быстрее ISA, даже PCI-шина, которая появилась много позже, не имела перед ней никаких преимуществ.

Если заглянуть под крышку одной из модификаций IBM PS/2, мы увидим вполне современную систему, правда, многочисленные версии PS/2 существенно отличались друг от друга. Взять, к примеру, Model 60. Модификация использовала процессор Intel 80286 (10 МГц), до 4 Мб оперативки, распаянной на текстолите платы, и шину MCA. В числе наиболее интересных нововведений — появление разъемов SIMM для установки оперативной памяти. IBM пошла на такое впервые — до этого планки с чипами памяти приходилось подключать через обычные ISA-порты.

К сожалению, история не сохранила имени того гениального человека, который предложил интегрировать все контроллеры портов ввода/вывода в один чип, который впоследствии назвали Super I/O. До появления северного и южного мостов чипы Super I/O подключали напрямую через системную шину. Благодаря данному подходу многие порты наконец-то переселились на материнскую плату — IBM PS/2 предлагал широкие возможности для подключения периферии через параллельный и последовательный порты, для мыши и клавиатуры впервые использовались компактные PS/2-разъемы. Более того, на самой материнской плате IBM PS/2 можно было увидеть интерфейсы для жесткого диска, флоппи-дисковода и порт для видеокарты. В общем, будущее неумолимо приближалось.

За годы клонирования IBM PC конкуренты научились многому, и закрытая архитектура им ни капельки не помешала. Группа компания под названием Gang of Nine (в нее входили Compaq Computer , Hewlett-Packard , NEC , Olivetti и др.) разработала свою, более функциональную шину — EISA ( Extended Industry Standard Architecture ). С тех пор компьютерный бизнес IBM пошел под откос, на рынке стали доминировать IBM PC-совместимые системы. Закрытая архитектура никому уже была не нужна.

В это время Apple представила легендарный Macintosh II с процессором Motorola 68020 (16 МГц). На этот раз «яблочные» инженеры согласились-таки на модульную архитектуру — системная плата несла на себе SIMM-разъемы для установки памяти и шесть слотов NuBus (32-битная шина, разработанная Массачусетским технологическим институтом) для периферии.

Материнка Macintosh II вместила в себя SCSI-контроллер для подключения жестких дисков, восемь разъемов SIMM, контроллер флоппи-дисковода и микросхемы для обработки звука. За управление памятью отвечал чип MMU ( Memory Management Unit ), который соединялся с процессором через системную шину. Несмотря на довольно сложную архитектуру, этот компьютер был одним из самых мощных на тот момент — графическая карта умела выводить на экран по-настоящему фотореалистичные картинки, а процессор от Motorola мог заткнуть за пояс Intel 80286. Цена системы в США зашкаливала за $10 000.

На рубеже веков

В конце 80-х годов все было спокойно — производители продолжали наращивать частоты и мощность своих продуктов, IBM же отметилась очередным провальным компьютером — PS/1.

К началу 90-х приоритеты производителей компьютеров сместилась с сохранения совместимости с IBM PC к сохранению совместимости с Windows. В итоге разработки IBM остались без внимания. Рынок продолжал развиваться, но уже по своим правилам.

Переломный момент в развитии системных плат произошел в 1991 году, когда Intel представила на суд общественности шину PCI ( Peripheral Component Interconnect ), а вместе с ней и новое видение материнской платы. В центре любого процесса находилась шина PCI. Она же соединяла два сложных микрочипа — северный мост и южный мост. Этот подход перевернул все с ног на голову. По замыслу инженеров центральный процессор мог получить доступ к периферии через мосты. Северный мост отвечал за связь с оперативной памятью и разъемами PCI, а южный взял на себя всю периферию и дополнительные контроллеры (жесткого диска, флоппи-дисковода и т.д.). Позже добавили звуковой кодек, сетевой контроллер и много что еще.

* * *

Вот так материнская плата обрела привычный нам вид, все дальнейшее развитие можно назвать эволюционным. С течением времени лишь менялись разъемы — ушла в прошлое шина ISA, появился графический интерфейс AGP, потом его заменили PCI и PCI Express…

За 17 лет (1991-2008) многое изменилось, но суть прежняя: основой всего остаются один или два моста, которые объединяют в себе бесчисленные контроллеры.