IBM PC

 
IBM Personal Computer, tuntud ka kui lihtsalt IBM PC või IBM mudel 5150, on algne versioon ja eelkäija riistvara platvormile. Esimest korda esitleti seda avalikkusele 12. augustil 1981. Selle asutas USA-s Florida osariigis Boca Ratonis inseneride ja disainerite meeskond Don Estridge'i juhtimisel.
Koos terminitega "mikroarvuti" ja "koduarvuti" oli ka "personaalarvuti" kasutusel juba enne 1981. aastat. Seda hakati kasutama aastal 1972 Xerox Alto iseloomustamiseks. Sellegipoolest hakkas tänu IBM PC edule sõna "personaalarvuti" tähistama just mikroarvutit, mis on ühilduv IBM PC toodetega.
Algus.
Algne PC sari oli osa IBM-i plaanist siseneda väikeste arvutite turule, mida sel ajal domineerisid Commodore PET, Apple II, Atari 8-bit perekond, Tandy Corporationi TRS-80 ja mõned teised CP/M masinad. IBM tutvustas oma esimest, põhimõtteliselt kaasaskantavat lauaarvutit, IBM 5100-t, 1975. aastal. See oli terviklik süsteem, koosnedes sisseehitatud kuvarist, klaviatuurist ja andmesalvestist. Maksis ta kuni 20 000 USD ja oli disainitud peamiselt teadustööks. Kui PC 1981. aastal välja tuli, pandi talle mudelinimeks 5150, kuigi arhitektuuriliselt ei põlvnenud ta 5100 seeriast.
IBM PC loodi Floridas Boca Rantonis umbes aastaga 12 liikmest koosneva meeskonna poolt, mida juhtis Don Estridge koos juhtivteadur Larry Potteri ja süsteemiarhitekt Lewis Eggebrechtiga. Pärast pikka kaalumist Intel 8086 ja Motorola MC68000 (16-bitised protsessorid) vahel, otsustati siiski Intel 8088 kasuks, kuna arvati et teised kaks on liiga võimsad. Järgmisena paluti kirjutada operatsioonisüsteem nende uuele arvutile Digital Researchil (CP/M-i looja). Kuna Digital Research polnud eriti huvitatud, pöörduti väikefirma Microsoft poole, kes oli tuntud BASIC programmeerimiskeele pärast (esimesena kasutusel Altair 8800-s). Microsoft aga ei saanud tööga hakkama ja Bill Gates ostis õigused Seattle Computer Productsi väiksele operatsioonisüsteemile QDOS (Quick and Dirty Operating System), millest sai algul PC-DOS ja hiljem MS-DOS. Algselt suutis IBM PC jooksutada kolme operatsioonisüsteemi: PC-DOS, CP/M-86 ja UCSD p-System.
1983. aastal toodi turule mudel IBM PC XT, mis oli esimene IBM PC sisemise kõvakettaga standardvarustuses. Järgnes IBM PC AT 1984. aastal uue Intel 80286 protsessoriga.
IBM PC 5150 sai edukaks tänu IBM-i nimele ja kuulsusele, kõrgekvaliteedilisele konstruktsioonile (eriti klaviatuur ja kuvar), suurtele laiendamisvõimalustele ja firma otsusele avalikustada täielik tehniline spetsifikatsioon. IBM PC tehniline käsiraamat sisaldas elektroonika jooniseid ja täielikku BIOS-i lähtekoodi. Kuigi algne IBM PC tehnika on nüüdseks iganenud, on paljud eksemplarid siiski veel (või olid lähiminevikus) kasutusel. Juuni 2006 seisuga kasutati IBM PC AT ja XT mudeleid enamikus USA ilmavaatlusjaamades, kus nad töötlesid andmeid, mida saatis neile õhupalliga taevasse tõusev raadiosond. Põhjused, miks tänapäeval veel nii vana tehnikat kasutatakse, on paindlik mooduldisain, standardsete komponentide kasutamine ja IBM-i kvaliteet, mis tagab pikaajalise töökindluse ja vastupidavuse.
Mudelid.
Kõik IBM PC-d on üldiselt tarkvaraliselt tagasiühilduvad, kuid kõik programmid ei tööta igas masinas. Mõned programmid on ajatundlikud teatud kiirustele. Vanemad programmid ei saa kasu uuematest kõrgemaresolutsioonilistest pildistandarditest.
IBM PC (mudel 5150).
IBM PC polnud kuigi võimas (nõrgem kui paljud sel ajal turul olnud 8-bitised arvutid). Esimestel PC-del oli 16 kiB RAM-i ja neil polnud disketiseadet – Programmide salvestamiseks ja laadimiseks kasutati kassette (käsud kassettidega ümberkäimiseks olid operatsioonisüsteemis olemas kuni MS-DOS 5-ni). Hilisematel eksemplaridel oli juba 64 kiB mälu ja üks või kaks 160 kiB 5,25" pehmekettaseadet.
Kõvaketta installimiseks oli vajalik võimsam toiteplokk, kuid hiljem toodi turule IBM 5161 Expansion Chassis laienduskomplekt, kus oli 10 MB kõvaketas ja võimalus lisada isegi teine kõvaketas. Oli ka võimalus soetada arvuti ilma ühegi salvestusseadmeta – sellisel juhul pidi kasutaja ühendama olemasoleva kassetisalvesti vastavasse porti, mis oli mehaaniliselt identne, ja asus ka kohe selle kõrval, klaviatuuripordiga.
Emaplaadil oli viis laienduspesa ja laienduskomplektil kaheksa, kuid ühe pesa emaplaadil hõivas laienduskaart ja ühe pesa laienduskomplektil vastuvõtukaart, seega kokku oli kasutada 11 laienduspesa. Normaalseks tööks aga hõivasid osad laienduspesad graafikaadapter, disketiseade ja I/O adapter, kuna ainukesed emaplaadi küljes olevad pesad olid klaviatuuri- ja kassetiport; ka PC speaker oli emaplaadil olemas.
Maksimaalne muutmälu hulk oli IBM-i juppe kasutades 256 kiB – 64 kiB emaplaadil ja kolm 64 kiB laienduskaarti.
Protsessoriks valiti Intel 8088, mis töötas taktsagedusega 4,77 MHz. Väikese arvutusvõimsuse kasvu jaoks sai 8088 hiljem vahetada NEC V20 vastu; samuti sai lisada Intel 8087 matemaatikaprotsessori riistvaralise ujukoma aritmeetikatehete toetamiseks.
CGA (Color Graphics Adapter) videokaart võimaldas kasutada tavalist televiisorit või RGBI (Red-Green-Blue-Intensity) kuvarit 5153. Teine võimalus oli kasutada MDA (Monochrome Display Adapter) graafikakaarti koos must-valge kuvari 5151-ga. Samuti sai installida mõlemad graafikakaardid, ning kasutada mõlemat kuvarit korraga, seda muidugi ainult juhul, kui see programmi poolt toetatud oli.
Kuigi televiisoriga ühilduv graafikaadapter ja kassetiport olid mõeldud selleks, et teha sellest koduarvuti, osutus IBM PC siiski kodukasutajale liiga kalliks. Arvuti, millel oli 64 kiB mälu, üks 5,25" disketiseade ja kuvar, maksis 3005 USA dollarit, samal ajal kui kõige odavam konfiguratsioon (1565 dollarit), millel polnud disketiseadmeid ega kuvarit ja ainult 16 kiB mälu, osutus liiga mitteahvatlevaks ega äratanud ostjais huvi. Kuigi IBM PC-st ei saanud enimmüüdud koduarvutit, sai disketiseadmega varustatud mudel üle ootuste edukaks ärivaldkonnas.
IBM PC XT (mudel 5160).
IBM Personal Computer XT ehk IBM-i mudel 5160, mida tutvustati kaks aastat pärast IBM PC väljatulekut, oli täiustatud disketiseadme ja kõvaketta jaoks, kassetiporti enam polnud. Sellel oli kaheksa laienduspesa ja 10 MB kõvaketas (hiljem 20 MB). XT suutis kasutada 256 kiB mälu; hilisemaid mudeleid sai laiendada kuni 640 kiB (ülejäänud 384 kiB ühest megabaidist 8088 aadressiruumist võtsid enda alla BIOS-i ROM, videokaardi RAM, ning erinevate adapterite ROM ja RAM). Mudelit 5160 müüdi tavaliselt MDA videokaardiga. Protsessoriks oli ikka seesama 4,77 MHz Intel 8088 ja laiendussiiniks 8-bitine Industry Standard Architecture siin (ISA). Kuna laienduspesad paigutati üksteisele lähemale kui eelmisel mudelil, ei saanud kasutada PC korpust XT emaplaadiga ja vastupidi. Laienduspesad ja -kaardid ise jäid aga omavahel ühilduvateks, välja arvatud juhul, kui kaart oli mõeldud kasutama P5150 laienduspesade suuremat vahekaugust. IBM PC XT laienduspesade paigutus on jäänud aga siiamaani samaks, kui kasutusel on hoopis teised siinid ja pesad.
IBM PC AT (mudel 5170).
IBM Personal Computer/AT ehk mudel 5170, mis kuulutati välja augustis 1984, kasutas 6 MHz Intel 80286 protsessorit. Sellel oli 16-bitine ISA ja 20 MB kõvaketas. Suurema, 30 MB kõvaketta ja 8 MHz protsessoriga toodi see mudel turule aastal 1986. IBM proovis seda turustada kui mitmele kasutajale mõeldud arvutit, kuid põhilised kliendid olid siiski inimesed, kes ajasid taga kiirust ja suuremat arvutusvõimsust. Varajased AT-d kannatasid töökindlusprobleemide käes, mis olid põhjustatud osaliselt tarkvaraliste ja riistvaraliste konfliktide poolt, kuid enamjaolt oli süüdi 20 MB sisemine kõvaketas. Ühed kriitikud süüdistasid IBM-i kõvakettakontrollerit ja teised kõvakettatootjat, Computer Memories Inc.-i (CMI). Kuna IBM-i kontroller aga töötas teiste kõvaketastega veatult, kaasa arvatud CMI 33 MB mudel, pani see paljud inimesed kahtlema arvutis ja ka kogu 286 arhitektuuris üldiselt, aga pärast seda, kui IBM vahetas välja 20 MB CMI kettad, probleem kadus. IBM PC AT tõestas oma töökindlust ja sai kestvaks tööstuse standardiks.
Tehnika.
Elektroonika.
Peamist elektroonikaplaati nimetati emaplaadiks. Põhiliselt oli see mõeldud CPU ja muutmälu jaoks, aga ka laiendussiini ja selle pesade jaoks. Emaplaadil asusid ka ROM-süsteem, DMA ja IRQ kontrollerid, abiprotsessori sokkel, elektroonika heli jaoks (PC speaker, toonigeneraator) ja klaviatuuriliides.
Siin, mida 5150-s kasutati, sai väga populaarseks ja nimetati hiljem ümber ISA siiniks. Algul kasutati lihtsalt mõisteid "PC siin" või "XT siin"; termin ISA tõusis esile, kui juhtivtootjad otsustasid jätkata IBM PC AT arhitektuuri põhjal arvutite valmistamist, selle asemel et litsentsida IBM-lt PS/2 arhitektuur ja selle MCA siin. Tagantjärele nimetati XT-siin 8-bitiseks ISA või XT ISA siiniks, kui lihtsalt ISA tähendas 16-bitist AT-siini. AT-siin on PC/XT siini laiendus ja on tänini tööstusarvutites kasutusel
Kuvar ja disketiseadmed või kõvakettad ühendatakse juhtmetega videokaardi ja kettakontrollerite külge, mis istuvad laienduspesades emaplaadil. Kuna ekstra mälu ja I/O seadmed (nt paralleel-, jada- või internetipordid) tuli lisada laienduskaartidega, oli võimalik kõik viis PC, või isegi XT kaheksa, laienduspesa ära täita ilma eririistvara installimata. Firmad nagu Quadram ja AST lahendasid selle probleemi, integreerides mitmed lisaseadmed ühele laienduskaardile, hõivates ainult ühe pesa; Quadram pakkus toodet nimega QuadBoard ja AST SixPak.
Intel 8086 ja 8088 protsessoritel põhinevad PC-d vajasid laiendatud mälukaarti, et töötada rohkem kui 640 kiB mäluga (kuigi 8088 suutis adresseerida kuni megabaidi mälu). IBM PC AT kasutas Intel 80286 protsessorit, mis suutis adresseerida juba kuni 16 MiB mälu
(siiski tavalised DOS-i programmid ei suutnud kasutada rohkem kui ühte megabaiti mälu ilma lisa API-liideseid kasutamata). Intel 80286-l baseeruvad OS/2 jooksutavad arvutid suutsid kasutada kogu võimalikku mälu.
Klaviatuur.
Originaalne IBM PC klaviatuur oli väga töökindel ja kõrge koostekvaliteediga, algselt välja töötatud Põhja-Carolinas Datamaster süsteemi jaoks. Iga klahvi tööeaks hinnati kuni 100 miljonit vajutust. IBM 5150 jaoks muudeti algse klaviatuuri korpust nii, et kasutajal oleks võimalik klaviatuurinurka mugavamaks muuta. Võrreldes teiste sel ajal saada olnud väikearvutite klaviatuuridega oli IBM-i oma palju parem ja mängis märkimisväärset rolli kvaliteetse mulje jätmises. Klaviatuuri, koos arvuti endaga, tunnustati disainiauhinnaga. Sügisel 1981 läks ajakiri Byte isegi nii kaugele, et kuulutas 50% 5150 müüginumbritest olevat klaviatuuri "süü". Klaviatuuri tähtsus tuli ilmsiks, kui IBM tõi turule (ebaõnnestunud) mudeli PCjr, mille klaviatuur oli hoopis teistsugune ja keskpärasem ega avaldanud klientidele muljet.
Sellegipoolest sai 5150 84-klahviline klaviatuur kriitikat ebastandardselt paigutatud Enter- ja vasaku Shift-klahvi pärast, aga ka seetõttu, et tal ei olnud eraldi kursoriklahve. Aastal 1982 tõi firma Key Tronic turule tänapäevaks standardiks saanud 101 klahviga klaviatuuri. IBM parandas AT klaviatuuril Enter- ja Shift-klahvid, kuid lühendas tagasivõtuklahvi, mis muutis selle raskemini juurdepääsetavaks. 1986 muutis IBM 101 klahviga tõhustatud klaviatuuri kardinaalselt, lisades kursoriklahvid, paigutades ümber funktsiooni- ja Ctrl-klahvid ning viies Esc-klahvi teise klaviatuuri otsa.
Kritiseeriti ka suhtelist häälekaid klõpse, mida iga klahv vajutamisel tegi. Kuna masinakirjutajad olid harjunud hoidma silmi tekstil, kust nad maha kirjutasid, pidid nad toetama mehaanilisele häälele, mille tekitas tähe trükkimine paberile, et olla kindlad vajutuse piisavas tugevuses (ja et sai vajutatud ainult üks kord). Klaviatuuri "klõps" oli mõeldud seda jäljendama, aga osutus hoopis väga tüütuks ja segavaks, eriti kui ühes ruumis oli mitu arvutit. Hilisemad klaviatuurid olid palju vaiksemad.
Elektroonilise poole pealt on iga klahv põhivõimelt võrdne: iga klahv saadab ühe signaali, kui ta alla vajutatakse, ja teise, kui vabastatakse. Integreeritud mikrokontroller töötleb klahvidelt saadud signaalid eraldi ja seega on võimalik mitme klahvi üheaegne allavajutamine ja eraldi tuvastamine. IBM PC kloonide klaviatuurid ei pruugi aga kõiki originaal PC klahvikombinatsioone ära tunda.
Kuigi PC/XT ja AT kasutasid sama klaviatuuripistikut, oli neil madala taseme protokoll klaviatuurist arusaamiseks erinev. AT kasutas kahesuunalist liidest, mis võimaldas arvutil saata klaviatuurile käske. Seega polnud võimalik kasutada AT klaviatuuri XT-l, ega vastupidi. Kolmanda osapoole tootjad kasutasid mõnikord lülitit, mis võimaldas vahetada klaviatuuril kasutatavat protokolli.
Salvestusmeedia.
Kassett.
Nagu ennist juba mainitud, varustas IBM mudeli 5150 kassetipordiga, et oleks võimalik arvuti külge ühendada juba olemasolev kassetiseade; algselt oligi mõeldud, et kassettidest saavad 5150 kõige tavalisemad salvestuskandjad. Aga inimesed ei võtnud disketiseadme ja kuvarita konfiguratsioone omaks; vaid mõni üksik arvuti väljus tehasest disketiseadmeta. Samuti polnud DOS saadaval kassettidel, vaid ainult diskettidel (nimest Disk Operating System). Ainult väliste kassetiseadmetega 5150-d said kasutada ainult ROM-is olevad BASIC operatsioonisüsteemi. Kuna DOS muutus järjest populaarsemaks, muutis DOS-i programmide ühildamatus ainult kassetiseadmetega arvutitega need veel vähem ahvatlevaks.
Disketid.
Enamikul 5150 mudelitel oli üks või kaks 5,25"-disketiseadet. Need seadmed olid kas ühepoolsed topelttihedusega (SS/DD ehk SSDD) või kahepoolsed topelttihedusega (DS/DD- ehk DSDD-seadmed); ühekordse tihedusega seadmeid ei kasutatud. Diskettidele ja seadmetele viidata tavaliselt mahutavusega, nt 160 kB diskett või 360 kB disketiseade. DSDD-seadmed olid tagasiühilduvad, st nad suutsid lugeda ja kirjutada SSDD-kettaid. Sama tüüpi diskette võis kasutada mõlema seadme jaoks, aga et teha SSDD-kettast DSDD-ketas, oli vaja see ümber vormindada, misjärel SSDD-seade seda enam lugeda ei suutnud.
Disketid olid MFM (modifitseeritud sagedusmodulatsioon) kodeeritud 512-baidisteks sektoriteks ja koosnesid 40 rajast ühe poole kohta 48 rada tolli kohta tiheduse juures, ning olid esialgu vormindatud koosnema kaheksast sektorist raja kohta. See tähendas, et SSDD algne mahutavus oli 160 kiB ja DSDD-l 320 kiB. Hiljem aga uuendati DOS võimalusega vormindada ketastele 9 sektorit raja kohta, mis tagas SSDD-ketastele ja seadmetele 180 kiB mahutavuse ja DSDD-dele 360 kiB. Kuigi kettaid reklaamiti kui vormindamata suurustega 250 kB SSDD-l ja 500 kB DSDD-l, polnud see siiski sama kui reaalselt kasutatav mahutavus; DOS-i all oli SSDD- ja DSDD-ketaste maksimaalne mahutavus ikkagi vastavalt 180 kiB ja 360 kiB. Olenemata tüübist oli kõikide diskettide failisüsteem FAT12.
Kui SSDD-seadmed olid algul ainukesed, millega oli võimalik IBM PC-d tellida, siis hiljem läks IBM üle DSDD-seadmetele, ja ühe või kahe DSDD-seadmega müüdi ka enamik 5150 arvutid. IBM 5150 PC järeltulijal, IBM 5160 XT-l, ei olnud SSDD-variantigi; tavaliselt müüdi see ühe DSDD-seadmega (koos sisemise kõvakettaga). Kuigi tehniliselt oli võimalik hiljem 5150 järele aidata, lisades sellele uuema tehnoloogia disketiseadmeid, ei pakkunud IBM sellist valikut kunagi.
Kõvaketas.
IBM 5150 ise ei suutnud kõvakettaid ära toita (kuni hiljem võimsama toiteploki lisamiseni), aga IBM pakkus laienduskomplekti 5161, mis andis juurde laienduspesi ja sisaldas ka 10 MB (hiljem 20 MB) kõvaketast, mida toitis 5161 enda 130-vatine toiteplokk.
Esimene IBM-i arvuti, millel oli sisemine, fikseeritud kõvaketas oli mudel 5160 ehk XT. IBM PC kloonide ilmumisega hakkasid turule tulema ka suurema mahutavusega kõvakettad. Neid võis lisada nii laiendusüksusse 5161 kui ka võimsama toiteplokiga PC/XT-arvutitesse. Kolmanda tootja kõvaketta lisamine aga tähendas mõnikord ka uue kõvakettakontrollerkaardi paigaldamist, kuna mõned kõvakettad ei olnud täielikult ühilduvad olemasoleva kontrolleriga. Kõvakettaid müüdi ka komplektidena, milles sisaldus ka kõvakettakontroller ja võimsam toiteplokk, et lisada 5150-le kõvaketas.