Первые персональные компьютеры и их оперативная память. Вся информация
Очень часто современные пользователи интернета задают вопрос: «Кем был разработан первый массовый персональный компьютер?». Ведь все понимают, что обилие компьютеров, как это выглядит сейчас, было не всегда. Любое производство имеет свое начало и свою историю. Сейчас трудно представить жизнь современного человека без персонального компьютера или хоть какого-то гаджета для выхода в интернет. Но было время, когда персональные компьютеры не были «персональными», а предназначались только для крупных производственных или бизнес-организаций. Было время, когда компьютер не умещался, как сейчас, на небольшой стол, а им необходима была целая комната. Было время, когда компьютерная мышь была деревянная. В общем, было много всего интересного.
Датой выхода первого массового компьютера считается 12 августа 1981 года. Именно в этот день компания IBM презентовала первый компьютер, который был рассчитан на установку в домашних условиях. До этого компьютеры были очень громоздкими, занимали очень много места и были достаточно дорогими. Поэтому в основном ими пользовались институты, крупные производства и правительственные организации.
Компания IBM, которая была лидером того времени в производстве компьютеров, решила в корне изменить ситуацию и «принести компьютер в каждый дом». Она разработала первую модель персонального компьютера IBM 5150:
Параметры этого компьютера можно сравнивать разве что со современными калькуляторами. Характеристики IBM5150 были следующими:
- процессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц;
- оперативная память — 64 Кб;
- можно было применять 5.25-дюймовые флоппи-диски для хранения какой-либо информации с объемом до 256 Кб.
Жесткие диски невозможно было устанавливать, так как не хватало мощности блока питания. Первое подобие жестких дисков появилось только в модели IBM5161, их объем составлял целых 10 Мб.
Описанные выше характеристики — это «мощность» самой дорогой модели IBM 5051, которая стоила 3005$. В самой дешевой модели за 1565$ был тот же процессор, но «оперативки» было всего 16 Кб и не было возможности подключить флоппи-диски, так как не было дисковода. Плюс, отсутствовал стандартный монитор. Но такой «компьютер» можно было подключить в своему телевизору, а в качестве «памяти» можно было использовать кассетные накопители. «Дешевую» версию в основном покупали для дома, а «дорогую» версию покупали для небольшого бизнеса.
Первый массовый персональный компьютер был разработан командой специалистов компании IBM, но сделан он был по прототипу компьютера Apple-1, который разработал Стив Возник. Поэтому, отвечая на вопрос: «Кем был разработан первый массовый персональный компьютер?», можно ответить, что к его разработке приложил свою руку сам Стив Возник.
IBM5150 — это официально первый массовый персональный компьютер. Он не получил особой «массовости», потому что был достаточно дорогим удовольствием, тем более что спустя небольшое время появились компьютеры других производителей со схожими характеристиками, но стоившие в 2 раза дешевле. Плюс, добавлялась жесткая конкуренция среди производителей компьютеров, ведь рынок не был настолько объемным, как сейчас, а производителей было очень много.
Оперативная память в структуре персонального компьютера
Итак, оперативная память. Это одна из важнейших комплектующих в компьютере. Нельзя сказать, что одна деталь более важна, а другая менее, но ОЗУ (оперативное запоминающее устройство – именно так официально именуется оперативная память) является незаменимым элементом в работе ПК. Можно сказать, что оперативная память – это своего рода буферная зона, связующий элемент между человеком и компьютером.
Физически оперативная память представлена в виде съёмного модуля, устанавливаемого в специальный разъём на материнской плате, расположенный справа от процессора. На большинстве материнских плат таких разъёмов два или четыре. На этом модуле с одной или двух сторон расположены микросхемы, которые, собственно, и являются памятью.
При включении компьютера запускается операционная система и некоторые программы. Все данные, которые им необходимы для нормального функционирования, помещаются в ОЗУ. Так поступают и все остальные программы, которые пользователь запускает в процессе работы. Будь то работа с текстом, обработка фотографий или прослушивание музыки – все промежуточные результаты работы программ находятся в оперативной памяти.
При выключении питания все данные из ОЗУ исчезают. Потому это устройство и именуется «оперативным». В этом одно из двух его главных отличий от ПЗУ – постоянной памяти типа жёсткого диска или флеш-накопителя. Второе отличие – скорость обмена данными. У ОЗУ она значительно выше, чем у ПЗУ. Этим, собственно, и объясняется назначение оперативной памяти – максимально повысить скорость отклика компьютера на действия пользователя.
На жёстком диске также может храниться некоторая оперативная информация (так называемый файл подкачки), помещаемая туда при недостатке места в ОЗУ. В таком случае пользователем могут наблюдаться негативные явления – подвисание и подтормаживание программ или всей системы.
Иерархическая пирамида компьютерной памяти
С технической точки зрения, компьютерной памятью считается любой электронный накопитель. Быстрые накопители данных используются для временного хранения информации, которой следует быть «под рукой» у процессора. Если бы процессор вашего компьютера за любой нужной ему информацией обращался бы к жесткому диску, компьютер работал бы крайне медленно. Поэтому часть информации временно хранится в памяти, к которой процессор может получить доступ с более высокой скоростью.
Существует определенная иерархия компьютерной памяти. Место определенного вида памяти в ней означает ее «удаленность» от процессора. Чем «ближе» та или иная память к процессору, тем она, как правило, быстрее. Перед нами иерархическая пирамида компьютерной памяти, которая заслуживает подробного рассмотрения.
Вершиной пирамиды является регистр процессора.
За ним следует кеш-память первого (L1)
и второго уровня (L2)
Оперативная память делится на:
физическую и виртуальную
И кеш, и оперативная память являются временными хранилищами информации
Далее идут постоянные хранилища информации:
ПЗУ/BIOS; съемные диски; удаленные накопители (в локальной сети); жесткий диск
Подножие пирамиды образуют устройства ввода, к которым относятся:
клавиатура; мышь; подключаемые медиаустройства; сканер/камера/микрофон/видео; удаленные источники; другие источники
Процессор обращается к памяти в соответствии с ее местом в иерархии. Информация поступает с жесткого диска или устройства ввода (например, с клавиатуры) в оперативную память. Процессор сохраняет сегменты данных, к которой нужен быстрый доступ, в кеш-памяти. В регистре процессора содержатся специальные инструкции. К рассмотрению кеш-памяти и регистра процессора мы еще вернемся.
Совместимость типов памяти
Существует заблуждение, что из-за особенностей интерфейса планку памяти невозможно вставить в неподходящие слоты. Скажу так: достаточно сильный парень (и даже некоторые девчонки) вставит что угодно куда угодно – не только оперативную память, но и процессор Intel в слот для AMD. Правда, есть одно НО: работать такая сборка, увы, не будет.
Остальные юзеры, собирающие компы аккуратно, обычно оперативку вставить в неподходящий слот не могут. Даже если планки имеют одинаковые габариты, это не позволит сделать так называемый ключ. Внутри слота есть небольшой выступ, не дающий смонтировать несоответствующий тип ОЗУ. На подходящей же планке в этом месте есть небольшой вырез, поэтому вставить ее можно без проблем.
Дорогая, я уменьшил нашу память
Производители памяти в наше время больше заботятся о внешнем виде своих продуктов — все равно стандарты и характеристики заранее определены в комиссиях вроде JEDEC.
Следующий скачок в развитии компьютерной памяти произошел, когда были придуманы интегральные микросхемы и транзисторы. Индустрия пошла по пути миниатюризации компонентов с одновременным повышением их производительности. В начале 1970-х полупроводниковая промышленность освоила выпуск микросхем высокой степени интеграции — на сравнительно малой площади теперь умещались десятки тысяч транзисторов. Появились микросхемы памяти емкостью 1 Кбит (1024 бит), небольшие чипы для калькуляторов и даже первые микропроцессоры. Случилась самая настоящая революция.
Особый вклад в развитие первичной памяти внес доктор Роберт Деннард, сотрудник компании IBM. Он разработал первый чип на транзисторе и небольшом конденсаторе. В 1970 году рынок подстегнула компания Intel (которая появилась всего двумя годами раньше), представив чип памяти i1103 емкостью 1 Кбит. Спустя два года этот продукт стал самым продаваемым полупроводниковым чипом памяти в мире.
Во времена первых Apple Macintosh блок оперативной памяти занимал огромную планку (на фото сверху), тогда как объем не превышал 64 Кб.
Микросхемы высокой степени интеграции быстро вытеснили старые типы памяти. С переходом на следующий уровень развития громоздкие мейнфреймы уступили место настольным компьютерам. Основная память в то время окончательно отделилась от вторичной, оформилась в виде отдельных микрочипов емкостью 64, 128, 256, 512 Кбит и даже 1 Мбит.
Наконец, микросхемы первичной памяти переехали с материнских плат на отдельные планки, это сильно облегчило установку и замену неисправных компонентов. Частоты начали расти, время доступа уменьшаться. Первые синхронные динамические чипы SDRAM появились в 1993 году, их представила компания Samsung. Новые микросхемы работали на частоте 100 МГц, время доступа равнялось 10 нс.
С этого момента началось победоносное шествие SDRAM, а к 2000 году этот тип памяти вытеснил всех конкурентов. Определением стандартов на рынке оперативки занялась комиссия JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council). Ее участники сформировали спецификации, единые для всех производителей, утвердили частотные и электрические характеристики.
Дальнейшая эволюция не так интересна. Единственное значимое событие произошло в 2000 году, когда на рынке появилась оперативная память стандарта DDR SDRAM. Она обеспечила удвоенную (по сравнению с обычной SDRAM) пропускную способность и создала задел для будущего роста. Вслед за DDR в 2004 году появился стандарт DDR2, который до сих пор пользуется наибольшей популярностью.
В современном IT-мире фразой Patent Troll (патентный тролль) называют фирмы, которые зарабатывают деньги на судебных исках. Они мотивируют это тем, что другие компании нарушили их авторские права. Целиком и полностью под это определение попадает разработчик памяти Rambus.
С момента основания в 1990 году Rambus занималась лицензированием своих технологий сторонним компаниям. К примеру, ее контроллеры и микросхемы памяти можно найти в приставках Nintendo 64 и PlayStation 2. Звездный час Rambus настал в 1996 году, когда Intel заключила с ней соглашение на использование в своих продуктах памяти RDRAM и разъемов RIMM.
Сначала все шло по плану. Intel получила в свое распоряжение продвинутую технологию, а Rambus довольствовалась партнерством с одним из крупнейших игроков IT-индустрии. К сожалению, высокая цена модулей RDRAM и чипсетов Intel поставили крест на популярности платформы. Ведущие производители материнских плат использовали чипсеты VIA и платы с разъемами под обычную SDRAM.
Rambus поняла, что на этом этапе она проиграла рынок памяти, и начала свои затяжные игры с патентами. Первым делом ей под руку попалась свежая разработка JEDEC — память стандарта DDR SDRAM. Rambus накинулась на нее, обвинив создателей в нарушении авторских прав. В течение некоторого времени компания получала денежные отчисления, однако уже следующее судебное разбирательство с участием Infineon, Micron и Hynix расставило все по своим местам. Суд признал, что технологические наработки в области DDR SDRAM и SDRAM не принадлежат Rambus.
С тех пор общее количество исков со стороны Rambus к ведущим производителям оперативки превысило все мыслимые пределы. И, похоже, такой образ жизни компанию вполне устраивает.
Память Rambus
Также стоит рассказать немного об одной интересной технологии ОЗУ, которая наделала в свое время много шума, однако так и не стала массовой. Речь идет о модулях памяти типа RIMM (Rambus in-line memory module), которые были разработаны компанией Rambus совместно с Intel в конце 90-х гг.
В основу модулей памяти RIMM Rambus положила технологию памяти, которая до этого использовалась в некоторых видеокартах. Технология RIMM до появления DIMM и DDR SDRAM казалась многообещающей и позиционировалась Rambus как замена всем старым форматам памяти. В частности, модули памяти Rambus RIMM в несколько раз превосходили своих конкурентов, предлагая пользователем скорость передачи данных в 1600 МБ/с при тактовой частоте в 400 МГц.
Тем не менее, модули памяти типа RIMM, оказались не лишены и нескольких недостатков. Во-первых, модули RIMM были довольно велики по размеру. Кроме того модули RIMM выделяли слишком много тепла и нуждались в средствах охлаждения. Ну и самое главное, память типа RIMM была отнюдь не дешева.
Поэтому на сегодняшний день ОЗУ, основанное на модулях памяти форм-фактора RIMM, можно встретить лишь в некоторых серверах, а не в персональных компьютерах.
История
В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку аналитической машины. Одну из важных частей этой машины он называл «складом» (store), эта часть предназначалась для хранения промежуточных результатов вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве в виде поворотов валов и шестерней.
В ЭВМ первого поколения использовалось множество разновидностей и конструкций запоминающих устройств, основанных на различных физических принципах:
- на электромагнитных реле;
- на акустических линиях задержки;
- на электронно-лучевых трубках;
- на электростатических трубках.
В качестве ОЗУ использовались также магнитные барабаны, обеспечивавшие достаточно малое для ранних компьютеров время доступа; также они использовались в качестве основной памяти для хранения программ и данных.
Второе поколение требовало более технологичных, дешёвых и быстродействующих ОЗУ. Наиболее распространённым видом ОЗУ в то время стала память на магнитных сердечниках.
Начиная с третьего поколения большинство электронных узлов компьютеров стали выполнять на микросхемах, в том числе и ОЗУ. Наибольшее распространение получили два вида ОЗУ:
SRAM хранит бит данных в виде состояния триггера. Этот вид памяти является более дорогим в расчёте на хранение 1 бита, но, как правило, имеет наименьшее время доступа и меньшее энергопотребление, чем DRAM. В современных компьютерах часто используется в качестве кэш-памяти процессора.
DRAM хранит бит данных в виде заряда конденсатора. Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор заряжается до более высокого или низкого напряжения (логические 1 или 0). Транзистор выполняет функцию ключа, подключающего конденсатор к схеме управления, расположенного на том же чипе. Схема управления позволяет считывать состояние заряда конденсатора или изменять его. Так как хранение 1 бита информации в этом виде памяти дешевле, DRAM преобладает в компьютерах третьего поколения.
Статические и динамические ОЗУ являются энергозависимыми, так как информация в них теряется при отключении питания. Энергонезависимые устройства (постоянная память, ПЗУ) сохраняют информацию вне зависимости от наличия питания. К ним относятся флэш-накопители, карты памяти для фотоаппаратов и портативных устройств и т. д.
В устройствах управления энергозависимой памяти (SRAM или DRAM) часто включают специальные схемы для обнаружения и/или исправления ошибок. Это достигается введением избыточных битов в хранимые машинные слова, используемые для проверки (например, биты чётности) или коррекции ошибок.
Термин RAM относится только к устройствам твёрдотельной памяти SRAM или DRAM — основной памяти большинства современных компьютеров. Для оптических дисков термин DVD-RAM не совсем корректен, так как, в отличие от дисков типа CD-RW или DVD-RW, старые данные не должны стираться перед записью новых. Тем не менее, информационно DVD-RAM больше похож на жёсткий диск, хотя время обращения к нему намного больше.
Выводы
Принцип действия и другие характеристики RAM стоит знать не только специалистам, которые занимаются сборкой вычислительной техники, но и обычным пользователям.
Тем более что никто не мешает любому владельцу компьютера самостоятельно подобрать подходящий модуль ОЗУ.
Но делать это без сравнения показателей памяти и других комплектующих ПК не рекомендуется.
