Наверняка в школьной программе по литературе ты со своими одноклассниками проходил произведение Николая Лескова «Левша». Рассказ о тульском мастере, который сумел подковать механическую блоху, казалась всем сказкой и небылицей – ну как можно изготовить настолько маленькие гвозди, подковы, да еще и выгравировать на них свое имя?!
Впрочем, спустя всего каких-то 90 лет после выхода произведения в мире нашлись ребята, которые смогли бы не то что «подковать» блоху – поставить пломбу ей в зуб.
Однако умелые американские инженеры, вместо того чтобы издеваться над насекомыми, пошли немного по другому пути и нашли более достойное применение миниатюризации, что, в конечном счете, стало причиной невероятного скачка для всего человечества.
Лихие шестидесятые
История, наверное, самой известной IT-корпорации в мире началась в середине 50-х годов в Калифорнии. Там, где сейчас вовсю простираются громадные офисные центры Силиконовой долины, несколько талантливых парней основали компанию Fairchild Semiconductor Corporation, основным занятием которой стало производство и выпуск диффузионных и планарнодиффузионных транзисторов. Компания очень быстро набирала обороты, выпуская различные аналоговые компоненты для электронных схем. В 1959 году один из основателей, Роберт Нойс, совершил настоящее открытие – он изобрел интегральную схему на кремниевой пластине. На ней размещались все необходимые элементы для функционирования полноценной электронной схемы, только размеры были в сотни раз меньше, а устройство компонентов упрощено до нескольких транзисторов. В 1965 году близкий друг Нойса и один из основателей Fairchild Semiconductor, Гордон Мур, высказал предположение о том, что (внимание, исторические слова!) каждые два года количество транзисторов в кристалле микросхем будет увеличиваться вдвое.
Однако руководство компании Fairchild Semiconductor не разглядело перспектив использования кремниевых микросхем, и поэтому Роберт Нойс и его коллега Гордон Мур были вынуждены покинуть компанию, но к 1968 году они основали небольшую контору по производству компьютерной памяти, в которой Нойс взял на себя обязанности директора. Вскоре к ним присоединился Эндрю Гроув, также покинувший Fairchild. В конце 60-х самым распространенным типом хранения информации в огромных компьютерах-шкафах была память на магнитных сердечниках, представляющая собой многочисленные сплетения медной прово локи, на которую были насаженны ферритовые кольца.
Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации, так что конечный модуль памяти, построенный по такому принципу, очень напоминал клочок плотно сплетенной кольчуги с емкостью в несколько байт.
Вместе с Нойсом, Муром и Гроувом в новообразованной компании, названной NM Corporation (Noyce Moore), работало еще около дюжины человек, основной задачей которых была ручная сборка модулей памяти на магнитных сердечниках. Очень скоро руководители молодой компании (которые, кстати, поочередно стояли у руля вплоть до 1997 года) решили дать ей более звучное название Intel, от слова Integrated Electronics, которое более ясно отражало их деятельность. Примерно в то же время компания ставит перед собой нетривиальную цель – разработать полупроводниковую память в кратчайшие сроки для создания быстрой, эффективной и более емкой замены устаревшим модулям с ферритовыми сердечниками.
Первый значительный успех к Intel пришел уже в 1970 году, когда инженерам компании удалось создать запоминающую кремниевую микросхему DRAM Intel 1103, которая пользовалась огромным спросом и принесла компании существенный доход. Чуть позже началось и производство микросхем ROM – заранее запрограммированных на определенную работу и ставших основным направлением компании на ближайшие годы. 12-в-1, или явление микропроцессора К началу 70-х годов Intel зарекомендовала себя как уважаемый и ответственный производитель микросхем. В те годы производство у компании было понастоящему кустарным – никаких стерильных комнат и людей в костюмах и респираторах, все защитное обмундирование инженерам заменял обычный белый халат, наброшенный поверх повседневной одежды.
В том же 1970 году Intel получает крупный заказ на производство 12 специализированных микросхем для японского программируемого калькулятора компании Busicom. Задача ставилась поистине масштабная – за короткий промежуток времени инженеры должны были спроектировать целую дюжину микросхем и представить их заказчику, что в условиях небольшого производства было труднодостижимым занятием.
Впрочем, уж больно хорошие деньги за это предлагали, да и задача казалась вроде как очень интересной и занимательной. Тогда один из инженеров Intel, Тед Хофф, предложил вместо 12 интегральных схем создать одну единственную, но программируемую, с принципом работы огромных вычислительных машин, где микросхема будет выполнять нужную программу, считывая команды из устройства памяти. До очевидности простая и невероятно гениальная идея моментально нашла поддержку у руководства, и уже в начале 1971 года японским заказчикам из Busicom был продемонстрирован первый 4-битный микропроцессор Intel 4004.
Он был невероятно мал – всего 3×4 мм, работал на тактовой частоте 108 КГц, стоил $200 и обладал производительностью суперкомпьютера десятилетней давности. Японцам понравилась идея, и они с радостью взяли чип себе на вооружение, установив i4004 в свои калькуляторы. Поскольку по договору все разработки и лицензии на первый в мире CPU принадлежали Busicom, Intel могла столкнуться с очень серьезными проблемами и никогда бы не достигла заветной цели по становлению собственного лидерства в производстве ЦП. Но, как это бывает, в дело вмешался случай – Busicom в то время страдала от очень серьезных финансовых трудностей и поэтому разрешила выкупить у нее все права на микропроцессор.
Несмотря на всю грандиозность создания, много внимания к себе 2300-транзисторный Intel 4004 не привлек. Да и для самой компании производство процессоров было делом лишь дополнительной прибыли – основной доход приносили именно микросхемы памяти, а не центральные процессоры.
Годом позже Intel анонсирует новое поколение процессоров – i8008, являющихся уже 8-битными программируемыми чипами, что выгодно отличало их от простеньких i4004. По сути это была продвинутая версия предшественника с некоторыми улучшениями – теперь можно было адресовать до 16 Кбайт памяти (вместо 640 байт), тактовая частота возросла до 500 кГц, а количество транзисторов увеличилось в полтора раза – до 3500 штук. Отношение самой компании к крайне перспективным разработкам процессоров продолжало носить исключительно «прибыльный» характер – руководство все еще видело в процессорах i8008 только микросхемы, которые увеличивают продажи других микросхем, производимых компанией.
Ведь для работы одного микропроцессора требовалась целая россыпь дополнительных, так называемых «чипов поддержки», которые вкупе и обеспечивали работоспособность готового устройства. И именно на таких, казалось бы, второстепенных микросхемах Intel и делала основные деньги.
Что касается персональных компьютеров, то люди в то время просто не представляли, зачем обычному человеку дома может понадобиться компьютер. Лишь спустя два года один из студентов догадался использовать 8-битный процессор в качестве основы для первого в мире «домашнего» компьютера Mark-8, который предлагалось собрать самостоятельно по схеме, распространяющейся через журнал, посвященный радиоэлектронике. Именно Mark-8 является самым первым персональным компьютером в мире, только вот большого распространения он не получил из-за дороговизны компонентов и невероятно сложного обслуживания.
Рождение рынка ПК
В 1974 году компанией Intel был разработан новый микропроцессор – i8080, совместимый со всеми предыдущими, ранее созданными CPU. Новый чип получил огромный прирост скорости благодаря увеличенной до 2 МГц тактовой частоте и усложненной архитектуре из достаточно объемного числа транзисторов, насчитывающих около 6000 штук. В середине 70-х годов Intel все еще выпускала микропроцессоры исключительно на заказ для крупных компаний, среди которых были производители терминалов, банкоматов, калькуляторов и даже светофоров.
Однако спустя некоторое время нашлась в США компания, сумевшая по достоинству оценить потенциал новеньких CPU. Небольшая «подвальная» конторка MITS, расположенная в Альбукерке, в 1975 году представила на рынок совершенно новый тип устройств – персональный компьютер, который продавался как в виде набора деталей для самостоятельной сборки, так и в виде собранного системного блока из добротного листового металла. При цене в 600 долларов компьютер под названием «Альтаир 8800» стал невероятно популярным среди энтузиастов и вмиг принес компании MITS огромный доход – компьютеры очень быстро продавались, и ребята из Альбукерке были просто не в состоянии полностью удовлетворять огромный спрос.
При всем ажиотаже на первый популярный ПК он был абсолютно несовершенным. Вся информация вводилась в него в двоичном коде с помощью переключения триггеров, так что для создания полностью рабочей программы требовалось «щелкнуть» как минимум несколько десятков, а то и сотен раз на переключатели, вводя код без единой ошибки. Частично данную проблему решил Билл Гейтс, который предложил руководству MITS разработать для машины интерпретатор языка BASIC на перфоленте для более удобного и быстрого написания программ.
Вставай, страна огромная!
Сразу после выхода очень удачного i8080 на рынок микропроцессоров стали выходить и другие компании с крайне интересными 8-битными конкурентами, которые предлагались для закупки по гораздо более низкой цене. Среди них был и CMOS 6502, широко используемый в первых компьютерах Apple, легендарный Zilog Z80, применяемый в приставочных компьютерах типа ZX Spectrum, и, наконец, Motorola 6800. Но у Intel в то время работало уже слишком много умелых и одаренных инженеров, чтобы так просто сдать свои позиции на рынке. В результате под страшным покровом тайны начинается разработка совершенно нового поколения процессоров 32-разрядной архитектуры под кодовым названием Intel iAPX 432.
Однако разработать, довести до ума и пустить в продажу микропроцессорную архитектуру «с нуля» не так-то просто, и дабы хоть как-то занять публику на ближайшие несколько лет, был выпущен процессор Intel 8086, давший жизнь легендарной линейке микропроцессоров архитектуры x86. Он был уже 16-разрядным, позволял адресовать до 1 мегабайта памяти и состоял из невероятного количества транзисторов – 29 тысяч! Работая на частоте от 5 до 10 МГц, новый CPU демонстрировал потрясающую производительность, опережая Intel 8080 в десять раз.
Именно факт того, что процессорный рынок был к концу 70-х переполнен 8-битными CPU, и заставил Intel пойти на достаточно рискованное дело по выпуску 16-битного процессора. Риск по большей части заключался в том, что, несмотря на всю свою быстроту и уникальность, i8086 не поддерживал программ, написанных для предыдущей линейки 8-битных CPU компании, так что программную базу пришлось бы писать с нуля. В конце 70-х общественность еще не была готова к таким инновационным 16-битным монстрам, поэтому для более широкой публики была выпущена упрощенная версия процессора – i8088 c 8-битной шиной данных.
Этот процессор и стал основой сегодняшнего повседневного стандарта ПК – IBM-совместимых компьютеров – и основным конкурентом компьютеров Apple. Представленный в 1982 году стандарт IBM-PC XT имел все основные характерные черты, присущие современным ПК – процессор производства Intel, графический контроллер, жесткий диск, внутренний блок питания и операционная система DOS производства Microsoft.
Несмотря на то, что «горизонтальные ящики» IBM PC не имели того же шарма, что продукция Apple, они пользовались невиданным спросом благодаря относительно невысокой цене и очень скоро опередили «яблочников» по объемам поставок и общему распространению.
Смена ориентиров
На фоне удачного стечения обстоятельств и выпуска IBM-совместимых ПК на базе процессоров Intel компания заканчивает работы над 32-битным поколением CPU iAPX 432. Однако по результатам предварительных тестов процессор оказывается слишком медлительным и очень уж дорогим в производстве – руководство компании решает заморозить проект и углубиться в дальнейшее развитие микроархитектуры x86.
Тут же начинается разработка обновленного i8086 с более плотной интеграцией. В кристалл CPU разработчикам удалось запихнуть добрую часть периферии, которая ранее выпускалась в виде отдельных микросхем, необходимых для работы процессора. Так, в совершенно новом CPU под названием i80186 были интегрированы контроллеры прямого доступа к памяти, трехканальный программируемый таймер, генератор синхронизации и контроллер прерываний. Все эти нововведения сделали процессор более универсальным и простым в монтаже. Уже в начале 80-х годов Intel стало очевидно, что в эпоху зарождения домашних персональных компьютеров самым доходным и перспективным будет именно рынок микропроцессоров, а не модулей памяти или вспомогательных микросхем. Именно поэтому Intel решает окончательно отказаться от других секторов производства и сконцентрироваться исключительно на производстве микропроцессоров и сопроцессоров к ним.
В 1982 году Intel анонсирует второе поколение 16-битных микропроцессоров i80286, ориентированное прежде всего на рынок IBM PC. Новый CPU был в три с половиной раза быстрее предшественника при условии работы на одинаковой тактовой частоте. Кроме того, новый процессор мог адресовать уже 16 мегабайт памяти, а не 1, как раньше. Из других очевидных достоинств следует отметить и повышенную тактовую частоту, которая к концу 80-х годов возросла с 6 до 12 МГц, огромное по тем временам количество транзисторов из 136000 штук, и самое главное – принцип высокой интеграции компонентов, позаимствованный у i80186.
Однако у нового ЦП были и свои недостатки – например, он не содержал блока для работы с плавающей запятой, что в условиях появления первых ПК с графическим интерфейсом было очевидным косяком, ведь с самого начала i80286 предназначался прежде всего для рынка персональных компьютеров и был ориентирован именно на него. После выхода знаменитой графической надстройки к DOS под названием Microsoft Windows 1.0 для удачного 286-го был выпущен математический сопроцессор i80287, который заметно увеличивал производительность в среде графических интерфейсов и сложных расчетов.
Однако популярность к 286-му, как и к его пра-прапрадеду i4004, пришла не сразу. Лишь в 1984 году, когда компанией IBM была анонсирована обновленная платформа IBM PC и вышел готовый ПК на базе нового CPU, он обрел славу. Относительно недорогие компьютеры с жестким диском на 5 Мбайт, мощным процессором и «операционкой» Windows 1.0, компьютеры стандарта IBM PC AT стали настоящим откровением для очень многих пользователей. По всему миру стали выходить клоны этих ПК на базе i80286-совместимых процессоров сторонних компаний, являющихся точными копиями 286-х «собственного производства». Даже в Советском Союзе был налажен выпуск микросхем КР1847ВМ286, являющихся полной копией зарубежных 16-битных ЦП производства Intel.
Фундаментальные основы
Впрочем, задерживаться на 16-битной архитектуре в момент рассвета ПК было бы глупо. На рынке к середине 80-х сформировался огромный рынок из клонов и копий 16-битных ЦП, так что публику нужно было удивить чем-то еще, причем сделать это как можно скорее.
В 1985 году процессорный гигант вновь анонсирует абсолютно новую, 32-битную архитектуру центральных микропроцессоров, воплотив все идеи и наработки в i80386 DX. Это был не просто шаг вперед по сравнению с предыдущим семейством ЦП, это была кардинальная переработка, с занесением в микропроцессор всех основных механизмов для работы в 32-разрядных операционных системах. Тактовая частота процессора была установлена в очень широком спектре и начиналась с 12 МГц, однако уже к середине 90-х годов она возросла до 40 МГц. Новый CPU, состоящий из 300000 транзисторов, стал невероятно популярным – он применялся и в первых ноутбуках, и в бортовых компьютерах шаттлов, и в первых коммуникаторах Nokia 9000, и на автоматизированных заводах.
Данный микропроцессор производился вплоть до 2007 года и активно применялся в качестве контроллера в принтерах, сканерах и МФУ. Четыре года спустя Intel выпускает еще более мощный процессор – Intel 486, который «распух» до 1 миллиона транзисторов. Работая на еще более высоких частотах и имея интегрированный объем кэша первого уровня в 8 Кбайт, CPU произвел небывалый фурор, на несколько лет став иконой процессоростроения, повторить успех которой пытались очень многие компании, в том числе и набирающая обороты AMD. Процессор также получил встроенный математический сопроцессор и даже кэш-память второго уровня, которая, правда, распаивалась не на кристалле CPU, а на материнской плате.
Под тяжестью паразитов
Несмотря на успехи Intel, дела ее шли неважно, особенно ввиду нарастающей конкуренции. Архитектура ее микропроцессоров была открытой, чем, собственно, пользовались многочисленные компании, выпускающие клоны i386 и i486. В конце 80-х, предлагая свою продукцию, конкуренты то и дело бросались вполне основанными лозунгами типа «у нас то же, что и у Intel, только дешевле».
Клоны i486 не только стоили дешевле, но зачастую обладали и большими тактовыми частотами, и, что немаловажно, могли быть установлены в гнезда материнских плат, произведенных для i386, делая процесс апгрейда более легким и привлекательным.
У Intel начались проблемы, конкуренты лезли со всех сторон, предлагая более привлекательные процессоры, и сама компания, к сожалению, ничего с этим поделать не могла.
Таким образом, в последнее десятилетие XX века Intel вступает как самый крупный производитель микропроцессоров в мире, обладающий целой кучей проблем, связанных с лицензированием и безнаказанным копированием ее собственных разработок сторонними компаниями. Впрочем, выдающиеся умы из Intel уже разрабатывали секретное оружие, которое в дальнейшем позволит компании преодолеть сложившийся кризис и вырваться вперед на недосягаемый для конкурентов уровень. Об этом «оружии» и дальнейшей истории Intel ты узнаешь из следующего номера «Железа».