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仅用一年时间,蓝巨人 IBM 如何开发出首台个人计算机

行业新闻 汉码未来 | IBM PC 计算机

2021-09-18 14:59:49

IBM公司于1981年8月推出个人电脑,至今已有40年。但是回到一年前的1980年8月,IBM公司就已经开始设计IBMPC机。PC这类产品的一年开发周期还太短,尤其是对于像IBM这样的公司。

仅用一年时间,蓝巨人 IBM 如何开发出首台个人计算机

IBM的个人电脑经历了很多变化,但是它的核心部分从来没有变过:一个机箱,两个软驱动器,五个I/O扩展槽,以及一个可拆卸键盘;一台英特尔8088CPU,一台8087FPU,一个8259A中断控制器,一个8237-5DMA控制器;主板上安装一个内存条,一个可选的内存条,一个独立的显示器,或者一个电视。

由于明显的原因选择了这些特定的芯片,这不是巧合:IBMSystem/23Datamaster。

Datamaster遗留问题

IBMPC硬件受设计团队之前设计的Datamaster的影响。Datamaster发布于1981年7月,在PC发布之前显得有些古怪。但是实际上,Datamaster从1978年开始发展,硬件在1980年夏天完成。因为IBM选择了BASIC,使得产品的发布时间大大推迟。

使用8位英特尔8085CPU、8259中断控制器、8237DMA控制器和8253可编程定时器的Datamaster。它还使用了与PC非常相似的扩展总线。


选择CPU

Datamaster团队了解到,8个CPU的64K地址空间不足以处理IBM设计的任务。所以Datamaster使用分页来扩展寻址能力,但是这样一来,复杂性就大大提高了。

考虑到这一点,IBM希望PCCPU有更大的地址空间。英特尔8086或8088是一个合理的选择。虽然8086的性能略好,但他们认为相对于复杂度和成本的增加,这种性能提升是不值得的。8088提供了一个很好的方案。1MB(当时很大)的地址空间可以支持16位软件,也可以使用更便宜更熟悉的8位基础设施。

借助现有的8086BASIC(微软)等工具,从8085移植软件并不难。此外,IBM还拥有支持8085和8086开发的英特尔MDS开发系统。

考虑到上述情况,我相信不难回答为什么IBM不使用摩托罗拉68000等问题。1980年,这个CPU还是很少见的,没有支持6.8万BASIC,也没有软件,IBM在这方面也没有经验。选择68000会延迟PC的发布,远远超出IBM的接受范围。仅此一项就足以放弃68000。


内部布局

最初的设计要求电源放置在PC机箱的左侧,需要与扩展卡和内部软盘驱动挤压在一起。实际设计将电源移动到软盘驱动器后面,为扩展卡留出更多空间。

IBM利用额外的空间,与IBMPC一起发布的扩展卡位于更大的一侧。


内存

首个IBMPC系统板支持16~64KB的存储器,64KB是当时个人计算机可以支持的最大存储器。另外,还提供了32/64KB的存储器卡,可以插入PC扩展槽。充分利用这三张卡(实际最大数量,五个扩展槽中有两张是为显卡和软盘控制器准备的),PC可以扩展到256KB的存储器。

最初,1MB的地址空间被分成若干个区域。最上面的系统固件是128KB,128KB是其他内存,128KB是显示内存。还有640KB可用来作为系统内存,但是理论上讲,原来PC只支持256KB。即使是PC/AT也仅支持板载256或512KB。

PC机的内存分配非常合理,640KB的内存限制直到80年代末才开始给个人电脑带来麻烦,远超过个人电脑的设计寿命。那个时候,问题不在于硬件(286和386处理器),而是软件(DOS)的拖后腿。


存储

最初大家以为 PC 的设计会配备 8 英寸的外部驱动器。但最后并不是这样。但是 PC 存储子系统的其余部分与最初的设计相差无几。

Datamaster使用 8 英寸的驱动器,而 PC 却使用了5¼英寸的驱动器。这种存储媒体使用起来更为方便(不知道你有没有见过 8 英寸软盘,非常大),而且 8 英寸的驱动器与 PC 的外形也不匹配。

Datamaster使用 NEC μPD765 软盘控制器,而且运行良好。IBM 工程师知道如何使用这种控制器,而且他们觉得没必要为 PC 选择不同的控制器。

PC使用扇区大小为 512 字节的软盘,后来这就成了默认配置,而其他大小就成了另类。然而,在1980 ~ 1981 年间,常见的扇区大小为 128 字节、256 字节,乃至 1,024 字节。Datamaster也使用 512 字节的扇区,只不过软盘的第一个磁道使用 128字节的扇区,这种做法在当时很常见。幸运的是,PC 做了一些简化,一律使用 512 字节的扇区。

PC本可以使用 1,024 字节扇区来最大化软盘存储容量,但当时他们根本没有考虑过。有一个问题需要权衡利弊:软盘的每个扇区都需要一定量的管理开销以及额外的闲置区,但同时每个文件往往会在其最后一个扇区中浪费一些未使用的空间。512 字节扇区是一个很好的折中,既可以降低磁盘扇区开销,每个文件也不会浪费太多空间。

PC存储子系统不需要与现有系统兼容,因此可以制定自己的标准。





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