IBM PC -yhteensopiva tietokone

IBM PC -yhteensopiva tietokone on henkilökohtainen tietokone (PC), joka on arkkitehtuuriltaan IBM PC:n kaltainen.
IBM:n tietokoneen kopiointi tuli mahdolliseksi, koska koneessa käytettiin pääasiassa valmiina saatavia komponentteja ja toiset valmistajat onnistuivat kloonaamaan sen BIOS-koodin "puhtaan huoneen" takaisinmallinnuksella. Samoin IBM:n käyttämä PC-DOS-käyttöjärjestelmä oli saatavissa Microsoftilta MS-DOS-nimisenä. Myös näiden esikuva CP/M oli saatavilla CP/M-86-versiona. Muut valmistajat saivat nopeasti aikaan omia lisenssimaksuista vapaita ratkaisujaan, mikä johti "kloonitietokoneiden" eli PC-kloonien merkittävään kilpailuetuun markkinoilla.
IBM PC -yhteensopivista koneista ovat vähitellen kehittyneet nykyiset pääasiassa Microsoft Windows -käyttöjärjestelmää ja AMD64-arkkitehtuuria käyttävät koneet.
Valmistajat.
Ensimmäinen julkaistu "PC-klooni" oli Columbia Data Productsin kesäkuussa 1982 julkaisema MPC 1600 "Multi Personal Computer", jonka mainostettiin pystyvän ajamaan IBM Personal Computerin ohjelmia ja käyttämään sen lisälaitteita. Koneessa oli myös tuplasti muistia, kaksi levykeasemaa ja enemmän laajennuspaikkoja kuin IBM:n koneessa. Marraskuun 1984 BYTE-lehti kertoi että kone ajoi ongelmitta mm. Microsoft Flight Simulator-, WordStar-, Lotus 1-2-3- ja dBASE II -ohjelmia ja piti sitä markkinoiden parhaana löytönä.
IBM julkaisi BIOSin olennaiset osat, mutta sen tekijänoikeus säilyi IBM:llä, joka aikoi estää lisensoimattomien kloonien valmistuksen.
IBM esti kloonien valmistajia kopioimasta BIOSia suoraan, jolloin nämä kehittivät oman vaihtoehtoisen toteutuksen. IBM:n alkuperäisen suunnitelman mukaan ROM-muistissa sijaitseva BIOS sisältää palvelut laitteiston käyttöön. Pian ilmestyivät laiteajurit, jotka käyttivät laitteistoa kuten eri näyttötoimintoja ilman BIOSia.
Compaq julkaisi ensimmäisen PC-yhteensopivan koneensa Compaq Portablen marraskuussa 1983.
Alussa PC-yhteensopivien valmistajien oli takaisinmallinnettava BIOS itse, jotta ohjelmistot toimisivat yhteensopivasti. Varhaisissa klooneissa yhteensopivuus ei aina ollut hyvä. Muutamassa vuodessa Phoenix-yhtiöllä tarkka ja toimiva takaisinmallinnettu BIOS, jota se lisensoi kolmansille osapuolille.
Ajan mittaan perustettiin myös muita yrityksiä, jotka kehittivät ja myivät IBM-yhteensopivaa BIOS-ohjelmistoa, kuten American Megatrends (AMI), Phoenix Technologies ja Award Software.
Compaqin, Dellin ja Hewlett-Packardin kaltaiset kloonivalmistajat nousivat suuriksi PC-yhteensopivien valmistajiksi.
IBM:n valta-asema oli häviämässä jo vuonna 1986.
IBM pyrki saamaan asemansa takaisin esittelemällä Micro Channel Architecture (MCA) -väylän, jota se lisensoi maksua vastaan. Muut valmistajat keskittyivät standardoituihin ratkaisuihin ja ISA-väylistä kehitettiin EISA sekä myöhemmin nämä korvasi PCI.
IBM myi henkilökohtaisten tietokoneiden osastonsa Lenovolle kaupalla, joka valmistui vuonna 2005.
Kaupan toteutuminen oli kiinni Yhdysvaltain viranomaisista, jotka olivat huolissaan kansallisesta turvallisuudesta, koska IBM:llä on tehdas Yhdysvalloissa. Lupa myyntiin myönnettiin, mutta toiminnalle asetettiin joitakin ehtoja.
Kehitys.
IBM:n valtakauden jälkeen PC-standardien eteenpäinviennistä ovat vastanneet yksittäisten komponenttien valmistajat, eräänä tärkeänä suoritinvalmistaja Intel, joka esitteli muun muassa PCI- ja AGP-väylät sekä ATX-standardin. ATX määrää PC-yhteensopivien koneiden virtalähteiden ja emolevyjen koot, ja sitä kautta myös koteloiden muodot. Intelin julkaisemat piirisarjat ja emolevyjen referenssitoteutukset ovat pohjana eri komponenttivalmistajien emolevyille, ja niille asennetaan Intelin valmistama suoritin. Emolevyt puolestaan määräävät käytettävät oheislaitteiden laajennusväylät ja liitännät. Intelin lisäksi ainoa merkittävä suoritin- ja piirisarjavalmistaja on AMD, joka aloitti valmistamalla lisenssillä Intelin suorittimia ja 2000-luvun vaihteessa valmisti Intelin suorittimia nopeampia suorittimia.
Monia PC-yhteensopivien keskeisiä ratkaisuja kehittävät ja ylläpitävät erilaisen valmistajien yhteenliittymät:
Alkuperäisen BIOSin rooli vähentyi toimintojen siirryttyä käyttöjärjestelmien laiteajureihin.
Eräät PC-koneiden ratkaisut ovat syntyneet spontaanisti tai yhden valmistajan tuotteen määrittelemänä. Esimerkiksi Creativen Sound Blaster oli "de facto" äänistandardina kunnes suora laitteiston käyttö tuli tarpeettomaksi. Sittemmin AC'97-määrittely ja myöhempi Intel High Definition Audio ovat korvanneet Sound Blasterin emolevyille integroitujen ääniominaisuuksien standardina.
3D-grafiikkaa varten koneisiin ovat tulleet niihin erikoistuneet grafiikkaprosessorit, joista varhaisena esimerkkinä 3dfx:n Voodoo.
Ohjelmistotasolla yhteisinä nimittäjinä ja yhteensopivuuden takaajina ovat suosittujen käyttöjärjestelmien laitteistorajapinnat kuten 3D-grafiikassa Microsoftin Direct3D ja OpenGL.
Useimmista muista mikrotietokonetyypeistä poiketen PC ei ole täysin siirtynyt pois alkuperäisestä CISC-suoritinarkkitehtuuristaan, vaan uusimmatkin PC-suorittimet ovat edelleen laitteistotasolla Intel 8086 -yhteensopivia. Vaihtoehtoisia suoritinarkkitehtuureita PC-laitteille ovat tarjonneet muun muassa DEC (vuonna 1992 julkaistu 64-bittinen Alpha) sekä Intel (IA-64-arkkitehtuuri ja sen mukaiset Itanium-suorittimet). Nämä eivät kuitenkaan ole tehokkuudestaan huolimatta menestyneet tavallisten käyttäjien keskuudessa huonon x86-ohjelmien suorituskyvyn vuoksi.
Juuri yhteensopivuuden vuoksi AMD:n AMD64:stä tuli PC-koneiden hallitsevaksi suoritinarkkitehtuuri. AMD64 on Intelin x86-arkkitehtuurin laajennus, ja se tukee vanhoja x86-käskyjä suoraan niitä varten varatuissa toimintatiloissa säilyttäen yhteensopivuuden vanhempien ohjelmistojen kanssa. Käskykannan suosion vuoksi myös Intel joutui lisensoimaan sen sen omaa 64-bittistä IA-64-käskykantaa käyttävän Intel Itaniumin epäonnistuttua markkinaosuutensa laajentamisessa.
Muistiteknologia.
Aiemmin käytetty SIMM-liitäntä on vaihtunut DIMM-liitäntään. Kannettavissa malleissa on usein käytössä SO-DIMM.
Muistiteknologia on vaihtunut FPM DRAM -piireistä DDR5 SDRAM -piireihin.
"Northbridge" ja suoritinväylä on korvattu suorittimeen integroidulla muistiohjaimella ja pakettikytkentäisellä yhteydellä kuten AMD:n käyttämä HyperTransport ja Intelin käyttämä QuickPath.
AMD on myöhemmin AMD Zen -arkkitehtuurissa siirtynyt käyttämään moniprosessointia tukevaa Infinity Fabric -väylää.
Suoritinteknologia.
8- ja 16-bittiset x86 prosessorit on korvattu 32-bittisillä IA-32-prosessoreilla ja uudelleen 64-bittisillä X86-64-suorittimilla.
Aiemmin ulkoinen matematiikkasuoritin on nykyään integroituna suoritinpiirille. Muistinhallintayksikön lisäys mahdollisti näennäismuistin käytön.
Varhaiset x86-suorittimet käyttivät segmentoitua muistia.
Laajennusväylät.
ISA/EISA sekä VLB ja MCA väylät on korvattu PCI-väylillä ja AGP-väylällä.
PCI- ja AGP-väylät on korvattu myöhemmin PCI Express -väylillä.
Tallennusmedialiitännät.
ST-506- ja ESDI-väylät on korvattu IDE-väylällä ja edelleen SATA-väylällä.
Levykeasemaväylät eivät enää ole uusissa tietokoneissa mukana USB:n yleistymisen myötä.
Palvelimissa yleiset SCSI- ja SAS-liitännät eivät ole yleistyneet PC-koneissa korkeamman hintansa johdosta.
FireWire ei ole PC-koneissa yleinen ja useammin tavataan Applen tuotteissa.
Uusia väyliä ovat muun muassa M.2-liitäntä.
Virtalähteet.
Virtalähdeliitännät ovat vaihtuneet AT-tyyppisestä ATX-tyyppisiin.
Samalla mm. Molex-tyyppiset laitekohtaiset virtaliittimet ovat vaihtuneet SATA-tyyppisiin sekä PCI Express -tyyppisiin.
Emolevymallit.
Emolevyjen malleja on useampia, kuten ATX, Mini-ITX ja Nano-ITX sekä näiden variaatioita.
Nämä mallit eroavat mm. emolevyjen mittojen mukaan sekä käytettyjen liitäntöjen mukaan (ks. DIMM ja SO-DIMM).
Integroidut piirit.
Aiemmin laajennuskorteilla olleet äänipiirit ja Ethernet-toiminnot ovat nykyään integroituna emolevylle. Myös WLAN-tuki on joissakin emolevyissä mukana.
Audioliitäntöjä on käytössä sekä analogisia että digitaalisia (optisia) liitäntöjä, usein molempia samalla emolevyllä.
Jakkiliitin ja RCA-liitin ovat analogisia liittimiä ja digitaalisia ovat TOSLINK sekä S/PDIF.
USB-ohjain on yleensä integroituna emolevyllä.
Näytönohjaimet.
Näytönohjaimet joissa on grafiikkaprosessori (GPU) ovat yksi yleisin erillinen laajennuskortti nykyisissä kotitietokoneissa.
Useissa tietokoneissa myös näytönohjain on integroituna emolevyllä.
Näyttötilat ovat kehittyneet tekstimoodista Full HD -tilaan ja edelleen Ultra HD -tilaan (niin sanottu 4k). Väriskaalat ovat kehittyneet mustavalkoisesta pieniin väripaletteihin, edelleen sRGB-tilaan ja vielä laajempiin väriskaaloihin (DCI-P3).
Näytönohjaimet ovat siirtyneet analogisesta VGA-liitännästä käyttämään digitaalisia DisplayPort- ja HDMI-liitäntöjä. USB-C tukee myös kuvan siirtämistä. 2000-luvun alussa yleinen digitaalinen DVI-liitäntä on nykyään harvinainen.
Ennen VGA:ta käytössä olleissa MDA-, CGA- ja EGA-näytönohjaimissa käytettiin DE-9-liitintä.
Ulkoiset liitännät.
Näppäimistöliitännät ovat vaihtuneet AT-mallista PS2-malliin ja edelleen USB-liitäntäisiin näppäimistöihin.
Hiirien liitännät ovat muuttuneet sarjaportista PS2-malliin ja edelleen USB-liitäntäisiin.
Rinnakkaisportit ("Centronics") ovat vaihtuneet USB-liitäntäisiin.
Sarjaportit (RS-232) ovat poistuneet tai korvautuneet USB-liitännällä.
Käyttöjärjestelmät.
PC-DOS/MS-DOS.
Alkuperäisen IBM PC:n käyttöjärjestelmä oli PC-DOS, jota Microsoft myi nimellä MS-DOS. Microsoft oli ostanut QDOSin oikeudet Seattle Computer Productsilta, josta oli muokattu PC-DOS ja MS-DOS lisäämällä siihen CP/M:n kaltaisia piirteitä.
CP/M:n alkuperäinen kehittäjä Digital Research julkaisi DR-DOSin ja myös muita DOS-tyyppisiä käyttöjärjestelmiä oli saatavilla. Myös CP/M-86 oli saatavilla alkuperäiselle IBM PC:lle.
OS/2.
Microsoft ja IBM alkoivat kehittää vuonna 1985 uutta käyttöjärjestelmää, jonka oli tarkoitus paikata DOSin puutteita ja tarjota tuki 286-suorittimen paremmalle muistinhallinnalle ja moniajolle. Vuonna 1987 julkistettu OS/2 oli alkujaan käyttöliittymältään vain tekstipohjainen, vaikka tarjosikin grafiikan piirtämistä varten oman rajapintansa. OS/2:n MS-DOS-yhteensopivuus oli kuitenkin huono, eikä se siksi menestynyt odotetulla tavalla.
Vuonna 1990 IBM:n ja Microsoftin yhteistyö päättyi, ja yhtiöt jatkoivat käyttöjärjestelmän kehittämistä kumpikin omilla tahoillaan.
OS/2:sta ja Windowsista tuli 1990-luvulla kilpailevia järjestelmiä. Kumpikin tarjosi graafisen käyttöliittymän sekä parannetun yhteensopivuuden DOS-ohjelmien kanssa. OS/2 tuki myös Windows 3.1 -ohjelmia, mutta OS/2-ohjelmat eivät toimineet Windowsissa. Windows kuitenkin voitti kilpailun johtuen muun muassa avoimemmasta suhtautumisesta ohjelmistokehittäjiä kohtaan.
Windows NT.
Microsoft palkkasi VMS:n kehittäneen Dave Cutlerin kehittämään Windows NT:n.
Myöhemmin NT:n ja VMS:n yhtäläisyyksien vuoksi Microsoft maksoi Digitalille 65–100 miljoonaa dollaria, NT:lle lisättiin tuki Alpha-suorittimelle sekä osapuolet tekivät promootio- ja koulutussopimuksia.
Windows NT:n ensimmäinen versio 3.1 julkistettiin vuonna 1993. Myöhemmät Windows-käyttöjärjestelmät (kuten 2000, XP, Vista ja 7) olivat NT-pohjaisia, toisin kuin MS-DOS-pohjaisten Windowsien sarja (95, 98 ja Me), joiden käyttö jatkui niiden rinnalla hyvin pitkään.
Unix ja Unixin kaltaiset.
Ensimmäinen IBM PC -yhteensopiville tarjottu Unix-järjestelmä oli Microsoftin kehittämä Xenix, jonka kehittämistä jatkoi myöhemmin Santa Cruz Operation -yhtiö nimellä "SCO-Unix".
Vuonna 1983 esitelty Coherent oli ensimmäinen Unixin kaltainen käyttöjärjestelmä PC-yhteensopiville.
Myöhemmin Minix oli saatavilla IBM PC ja IBM PC/AT -laitteille.
Unix-järjestelmät nousivat kuitenkin 2000-luvulla myös tavallisten käyttäjien ja tietokoneharrastajien suosioon ilmaisten sekä vapaiden Unixin kaltaisten käyttöjärjestelmien kuten Linuxin ja FreeBSD:n myötä.
Linux-ydin julkaistiin vuonna 1991 ja 386BSD julkaistiin vuonna 1992.
Käyttöliittymät.
1980-luvulla graafinen käyttöliittymä yleistyi myös henkilökohtaisissa tietokoneissa.
Ensimmäisiä PC-yhteensopiville julkaistut olivat VisiCorp VisiOn vuonna 1983 sekä Tandy Computersin DeskMate vuonna 1984.
Näitä seurasivat olivat Digital Researchin GEM sekä Berkeley Softworksin PC-GEOS.
Myöhemmin julkaistuun Windowsiin Microsoft lisensoi graafisen käyttöliittymän elementtejä Xeroxilta.
WINTEL.
Tietokonelaitteiston merkitys PC-yhteensopivuudessa on vähentynyt viimeistään 1990-luvun puolivälin jälkeen kun tapahtui laajamittainen siirtyminen MS-DOSista Windows-käyttöjärjestelmään. Ohjelmat eivät enää käyttäneet laitteistoa suoraan, vaan käyttöjärjestelmän rajapintojen kautta.
Windows on ollut liian laaja jotta sitä olisi voinut kloonata, eikä yhteensopivia käyttöjärjestelmiä ole julkaistu.