Acorn Archimedes 1987 года стала первой серией персональных компьютеров на базе RISC.
Давайте будем честными: 2020 год — отстой. Так много в этом году было непрекращающихся потоков плохих новостей и печальных событий, что было трудно за этим всем угнаться. Тем не менее, большинство из нас не отстает, и это благодаря небольшим карманным компьютерам, которые мы всегда носим с собой. По крайней мере в Америке мы до сих пор называем их забавно упрощенным названием «телефоны».
Телефоны и большая часть нашего цифрового окружения работают на семействе процессоров ARM. Apple выпустил совершенно новую линейку компьютеров Mac на базе своего нового процессора M1 — процессора на базе ARM — и эти машины получают фантастические отзывы. Поэтому самое время напомнить о странных корнях этих микросхем, распространившихся по всему миру.
Если бы вы писали сценарий реальности и по какой-то непонятной причине вам нужно было указать, какой центральный процессор чаще всего используется в большинстве телефонов, игровых консолей, банкоматов и других устройств, вы, вероятно, выбрали бы одного из крупных производителей наподобие Intel. Такое положение вещей имело бы смысл и соответствовало бы реальности, какой понимают её люди, ведь доминирование на рынке некоторых представителей отрасли не вызывает ни у кого удивления.
Но что, если вместо этого вы решили бы сделать так, чтобы все эти процессоры были созданы малоизвестной компанией из страны, которая, как правило, не первая, которая приходит на ум в качестве мирового лидера в области высокотехнологичных инноваций (по крайней мере не с 1800-х годов)? А что, если бы этот ЦПУ был обязан своим существованием, по крайней мере косвенно, образовательному телешоу? Скорее всего, продюсеры посоветуют вам немного отмотать сценарий — «?Давай же, отнесись к этому серьезно». И все же почему-то на самом деле это именно так.
Вначале было телевидение
Процессор ARM, кусок кремния, который контролирует более 130 миллиардов устройств по всему миру, и без которого современность фактически остановится, имеет действительно странную историю происхождения. На его пути были неудачи, которые в конечном итоге открыли ключевые возможности и неожиданные технические преимущества, оказавшиеся решающими.
Все началось с телешоу 1982 года на BBC под названием «Компьютерная программа». Это была попытка BBC рассказать британцам о том, что, черт возьми, это за новые модные машины, похожие на пишущие машинки, подключенные к телеку.
Шоу было частью более крупного проекта компьютерной грамотности, запущенного британским правительством и BBC в ответ на опасения, что Великобритания была совершенно не готова к революции в области персональных компьютеров, которая происходила в Америке. В отличие от большинства телешоу, BBC хотела использовать в сериале компьютер для объяснения фундаментальных вычислительных концепций и базового обучения программированию на языке BASIC. Концепции включали графику и звук, возможность подключения к сетям телетекста, синтез речи и даже элементарный ИИ. Поэтому компьютер, необходимый для шоу, должен был быть довольно хорошим. Требования продюсеров изначально были даже настолько высоки, что ничто на рынке не удовлетворяло потребности BBC.
Итак, BBC обратилась с призывом к молодой компьютерной индустрии Великобритании, в которой тогда доминировала компания Sinclair, которая сделала свое состояние на калькуляторах и крошечных телевизорах. В конечном итоге прибыльный контракт получила гораздо меньшая молодая компания — Acorn Computers.
Расцвет Acorn
Acorn, компания родом из Кембриджа, начала свою деятельность в 1979 году после разработки компьютерных систем, изначально предназначенных для работы игровых автоматов, которые затем превратила в небольшие любительские компьютерные системы на базе процессоров 6502. Это было то же семейство процессоров, которое среди многих других использовалось в компьютерах Apple II, Atari 2600 и Commodore 64. Дизайн этого процессора станет важным позже.
Acorn разработала домашний компьютер под названием Atom, и когда появилась эта возможность от BBC, они начали планы по развитию преемника Atom в BBC Micro.
Список необходимых фичей от BBC гарантировал, что получившаяся машина будет достаточно мощной для той эпохи, хотя и не такой мощной, как оригинальная разработка Acorn — преемника Atom. Этот преемник Atom имел бы два процессора, проверенный временем 6502 и еще не определившийся 16-разрядный процессор.
Позже Acorn отказался от этого процессора, но сохранил интерфейсную систему, называемую Tube, которая позволяла подключать дополнительные процессоры к машине. (Это тоже станет позже важным)
Разработка BBC Micro действительно раздвинула пределы возможностей Acorn, поскольку это была довольно современная машина для того времени. В результате были приняты некоторые сырые, но работоспособные инженерные решения, как например необходимость повторить размещение пальца инженера на материнской плате с помощью блока резисторов, чтобы заставить машину работать.
Никто так и не понял, почему машина работает только тогда, когда палец помещен в определенную точку на материнской плате, но как только они смогли сымитировать прикосновение пальца с помощью резисторов и убедились, что это работает, они двинулись дальше.
Послушайте, что рассказывает один из ключевых инженеров:
BBC Micro оказался большим успехом для Acorn, став доминирующим компьютером для образовательных целей в Великобритании в 1980-х годах. Каждый читатель этой статьи наверняка знает, что 80-е годы были очень важным временем в истории компьютеров. Персональный компьютер от IBM был выпущен в 1981 году, установив стандарт для ПК на десятилетия вперед. ПК Apple Lisa в 1983 году предвосхитила Mac и революцию графического пользовательского интерфейса «окна-значки-мышь», который будет доминировать в будущем.
Acorn видел, как происходят эти разработки, и понял, что им понадобится что-то более мощное, чем стареющий, но надежный 6502, для питания своих будущих машин, если они хотят конкурировать. Acorn экспериментировал с множеством 16-битных процессоров: 65816, 16-битным вариантом 6502, Motorola 68000, на котором установлен Apple Macintosh, и сравнительно редким National Semiconductor 32016.
Однако ни один из них на самом деле не выполнял свою работу, и Acorn обратилась к Intel с просьбой внедрить процессоры Intel 80286 в их новую архитектуру. Intel их проигнорировала.
RISCованный бизнес
Спойлер: это окажется очень плохим решением для Intel.
Затем компания Acorn приняла судьбоносное решение разработать собственный процессор. Вдохновленный бережливым производством Western Design Center (компания, которая разрабатывала новые версии 6502) и исследованиями нового типа концепции проектирования процессоров, называемых «компьютер с сокращённым набором команд» (англ. Restricted (reduced) Instruction Set Computer, сокращ. RISC), Acorn решила двигаться вперед. Инженеры Стив Фербер и Софи Уилсон оказались ключевыми участниками проекта.
Теперь процессоры RISC называются так, как они называются по сравнению с процессорами CISC (англ. complex instruction set computing или complex instruction set computer, сокращ.). Попытаюсь дать очень упрощенное объяснение того, что это на самом деле означает.
У процессоров есть группа операций, которые они могут выполнять — наборы команд. У процессоров CISC — большие сложные наборы инструкций, позволяющие им выполнять сложные задачи в течение нескольких «тактовых циклов» процессора. Это означает, что сложность фактически заложена в аппаратном обеспечении самого чипа, а это означает, что программный код может быть менее сложным. Таким образом, код для машин с процессором CISC уменьшает количество инструкций, но количество циклов, необходимых процессору для выполнения инструкций, увеличивается.
У RISC, как вы, наверное, уже догадались, наоборот — меньше инструкций, меньше деталей на самом чипе, и каждая инструкция может быть выполнена за один такт. В результате код оказывается длиннее и кажется менее эффективным, но сам чип проще и может выполнять простые инструкции быстрее.
Компания Acorn хорошо подходила для разработки процессора RISC, поскольку чип 6502, с которым они были хорошо знакомы, часто называют своего рода прототипом дизайна RISC. Интернет полон всевозможных мнений по этому поводу, и я не собираюсь порождать болезненный и утомительный спор, но хотя бы в благодарность этой статье просто поверьте мне, что 6502 обладает по крайней мере некоторыми чертами, очень похожими на RISC.
Новый чип Acorn был настолько RISC-подобен, что Софи Уилсон, разрабатывая набор инструкций для нового процессора Acorn, кажется, явно вдохновлялась рядом концепций дизайна 6502.
Используя интерфейс BBC Micro Tube в качестве испытательного стенда, новый процессор на базе RISC, разработанный Acorn, был назван Acorn RISC Machine, или ARM. Поставщик микросхем Acorn, компания VLSI, начала производить процессоры ARM, в первую очередь для внутреннего R&D Acorn. Вскоре после этого была готова серийная версия ARM2.
В 1987 году был представлен первый серийный ПК на базе RISC, Acorn Archimedes, работающий на процессоре ARM2. ARM показал лучшую производительность, чем Intel 286, несмотря на то, что в нем на 245 000 транзисторов меньше, чем у большого чипа Intel.
Archimedes с его ОС Arthur в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) оказался гибкой, быстрой и мощной машиной. У него была хорошая графика для того времени, графический пользовательский интерфейс, а также несколько крутых и быстрых низкополигональных демонстраций и игр, которые демонстрировали скорость машины благодаря ее процессору.
В то время эта первая машина на базе ARM претендовала на звание самого быстрого персонального компьютера той эпохи с рейтингом производительности в несколько раз выше, чем у Intel 80286.
Меньше значит больше
Отсутствие транзисторов в ARM свидетельствовало об относительной простоте самого ARM, и в результате чип потреблял гораздо меньше энергии и работал гораздо менее резво, чем что-либо еще из-за своей вычислительной мощности.
Низкое энергопотребление / низкое тепловыделение ARM не входило в состав первоначального задания на проектирование, поскольку Acorn проектировал процессор для настольного компьютера, но он, вероятно, является самым удачным и полезным незапланированным побочным продуктом в истории вычислительной техники.
Низкое энергопотребление и низкое тепловыделение сделали ARM подходящим для мобильных устройств, поэтому в конце 1980-х Apple начала искать процессор, достаточно мощный, чтобы (часто смешно) переводить рукописный текст в текст и запускать графический интерфейс, при этом питаясь от батареек типа АА. Карманное устройство, которое они хотели использовать, было печально известным Newton, и только быстрое и компактное ядро ARM могло питать его.
Apple и партнер Acorn по микросхемам VLSI заключили партнерство с Acorn, чтобы выделить подразделение ARM в свою собственную новую компанию под названием Advanced RISC Machines, что позволило сохранить название ARM. В рамках этого альянса, при добавлении значительных ресурсов Apple, ARM разработает ядро ARM6, при этом процессор ARM610 станет первым производственным чипом, основанным на этом ядре, а в версии с частотой 20 МГц будет использоваться для Apple Newton в 1993 году.
Хотя, конечно, Newton был своего рода впечатляющим провалом, в ретроспективе он станет чем-то гораздо большим: портативным устройством с сенсорным экраном на батарейках и процессором ARM. Сегодня то же самое описание можно использовать, чтобы описать миллиарды смартфонов, которые постоянно используются по всему миру. Впервые оно было испытано в полевых условиях с устройством, которое большинство людей помнит из того эпизода «Симпсоны», где оно преобразовало рукописную фразу «Ударь Мартина» ("Beat up Martin") в «Съешь Марту» ("Eat up Martha")
ARM610 станет питанием нового поколения компьютеров Acorn Archimedes и странного ноутбука на базе Ньютона под названием eMate. В 2001 году 7-ядерный процессор ARM будет работать на iPod от Apple и игровой консоли Game Boy Advance от Nintendo. В 2004 году пара ARM будет управлять двумя экранами Nintendo DS.
Затем, в 2007 году, Apple выпустит первый iPhone с 11-ядерным процессором ARM. С этого момента все помешаются на ARM.
Процессоры ARM стали выбором по умолчанию для смартфонов, будь то Apple или что-либо другое. Процессоры ARM были в каждой «думающей» машине, кроме настольных компьютеров, ноутбуков или серверов на базе Intel. Теперь, с Chromebook и новыми настольными компьютерами и ноутбуками Apple MacOS на базе ARM, похоже, что ARM, наконец, вернется туда, откуда все начиналось — к настольному компьютеру.
Так много лет спустя история происхождения ARM остается достойной рассказа, потому что она настолько невероятна; это такая странная, незапланированная последовательность событий из неожиданных источников. Несмотря на то, что сейчас этот процессор абсолютно доминирует в мире, скромные начинания делают его менее бесчувственным гигантом индустрии, чем, скажем, почти «биополия» (от «монополия») Intel / AMD.
Можно воспользоваться моментом и задуматься: поскольку британцы чувствовали свое отставание от компьютерной революции, они решили снимать телешоу о компьютерах. Для этого им был нужен компьютер, и одна не самая прорывная компания создала его. И когда этой маленькой компании потребовалось создать более быстрый процессор, потому что Intel не потрудилась ответить на их звонки, они сделали свой собственный. Просто так случилось, что этот процессор не потребляет много энергии и не выделяет много тепла, что и привлекло внимание Apple, которая стала его использовать. После чего эта компания, конечно же, захватила мир.
Если бы я это выдумал, вы бы сказали, что я слишком извернулся или что посмотрел слишком много фильмов Уэса Андерсона. Но это реальность.
Однако … если реальность на самом деле является симуляцией, держу пари, что она тоже работает на ARM.
Реклама которая может быть полезна
Прямо сейчас в OTUS действуют максимальные новогодние скидки на все курсы. Ознакомиться с полным списком курсов вы можете по ссылке ниже. Также у всех желающих есть уникальная возможность отправить адресату подарочный сертификат на обучение в OTUS.
Кстати, о "красивой упаковке" онлайн-сертификатов мы рассказываем в этой статье.
