Máy tính cá nhân của IBM

Máy tính cá nhân của IBM, thường gọi là IBM PC, là máy tính vi tính đầu tiên của IBM và tạo nền móng cho tiêu chuẩn tương thích IBM PC. Ra mắt vào tháng 8 năm 1981, nó được phát triển bởi một nhóm kỹ sư do Don Estridge dẫn đầu tại Boca Raton, Florida.

IBM PC được thiết kế dựa trên kiến trúc mở, cho phép sử dụng các bộ phận ngoại vi từ bên thứ ba. Theo thời gian, số lượng bảng mạch mở rộng và phần mềm hỗ trợ nó ngày càng tăng.

PC đã có ảnh hưởng lớn đến thị trường máy tính cá nhân. Các thông số kỹ thuật của IBM PC trở thành một trong những tiêu chuẩn thiết kế máy tính phổ biến nhất thế giới. Sự cạnh tranh lớn nhất trong thập niên 1980 đến từ dòng sản phẩm Apple Macintosh không tương thích. Phần lớn các máy tính hiện đại đều có nguồn gốc từ IBM PC.

Lịch sử phát triển

Trước thập niên 80, IBM chủ yếu được biết đến như nhà cung cấp hệ thống máy tính doanh nghiệp. Đầu thập niên 80, thị phần máy tính mini của IBM bị các đối thủ cạnh tranh vượt qua, trong khi các nhà sản xuất khác bắt đầu thấy lợi nhuận từ thị trường máy vi tính. Lúc đó, Tandy, Commodore và Apple chiếm lĩnh thị trường máy tính cá nhân với các sản phẩm giá vài trăm đô la. Thị trường này đủ khiến IBM phải lo lắng, với doanh thu 150 triệu đô la vào năm 1979 và tăng trưởng 40% mỗi năm đầu thập niên 80. Các công ty lớn khác như HP, Texas Instruments và Data General đã gia nhập thị trường, và một số khách hàng lớn của IBM bắt đầu mua máy Apple.

Ngay từ 1980 đã có tin đồn rằng IBM đang phát triển máy cá nhân, có thể là phiên bản thu nhỏ của IBM System/370. Matsushita công khai liên hệ với IBM về khả năng hợp tác sản xuất, nhưng dự án bị hủy bỏ. Người ta nghi ngờ vì IBM có phong cách làm việc quan liêu, chậm chạp, phù hợp với sản xuất hệ thống doanh nghiệp lớn và đắt tiền. Như các công ty lớn khác, một sản phẩm mới của IBM phải mất vài năm để phát triển. Một nhà phân tích công nghiệp từng nói: 'Việc IBM làm máy cá nhân khác gì dạy một con voi học nhảy'.

Trước đó, IBM đã sản xuất các máy tính mini như IBM 5100 năm 1975, nhưng nhắm vào doanh nghiệp và có giá lên tới 20 nghìn đô la. Nếu IBM muốn tham gia thị trường máy tính cá nhân, giá thành phải cạnh tranh hơn.

Năm 1980, chủ tịch IBM là John Opel nhìn thấy cơ hội từ thị trường đang nổi lên này, và chỉ định William C. Lowe tới bộ phận mới: Entry Level Systems tại Boca Raton, Florida. Nghiên cứu thị trường cho thấy các đại lý máy tính muốn bán máy tính IBM, nhưng yêu cầu máy phải thiết kế với linh kiện tiêu chuẩn, không phải của IBM, để họ có thể tự sửa chữa thay vì khách hàng phải mang đến IBM.

Năm 1980, Atari đề nghị IBM làm nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), một giải pháp khả thi khi IBM đối mặt với thị trường thay đổi nhanh chóng. Ý tưởng mua lại Atari được cân nhắc nhưng bị từ chối. Thay vào đó, Lowe đề xuất tạo ra bộ phận nhỏ làm việc độc lập và bỏ qua các tiêu chuẩn của IBM để thiết kế có thể ra mắt trong một năm và có nguyên mẫu trong một tháng. Nguyên mẫu này hoạt động kém nhưng có kế hoạch doanh nghiệp chi tiết, đề xuất máy tính mới có kiến trúc mở, sử dụng phần cứng và phần mềm không độc quyền, bán qua các cửa hàng bán lẻ, tất cả đều trái ngược với cách làm của IBM. Ước tính sẽ bán được 220 nghìn máy trong ba năm, nhiều hơn tất cả sản phẩm hiện hành của IBM.

Điều này đã thuyết phục được ban lãnh đạo IBM, và nhóm được chuyển thành một bộ phận mang tên 'Dự án Chess' với mọi điều kiện để hoàn thành sản phẩm đúng hạn. Nhóm còn được mở rộng lên 150 người vào cuối năm 1980, và có ngày hơn 500 nhân viên IBM xin tham gia.

Thiết kế

Quá trình thiết kế được giữ bí mật tuyệt đối, các bộ phận khác của IBM không hề biết đến sự tồn tại của nó.

Nhiều CPU được xem xét, trong đó có TMS9900 của Texas Instruments, Motorola 68000, và Intel 8088. Motorola 68000 được đánh giá cao nhất, nhưng chưa thể sản xuất hàng loạt như các lựa chọn khác. IBM 801, một thiết kế RISC, cũng được xem xét, dù mạnh hơn nhưng vi phạm nguyên tắc sử dụng linh kiện sẵn có.

IBM chọn 8088 thay vì 8086, một CPU mạnh hơn, vì Intel bán 8088 giá thấp hơn và cung cấp nhiều đơn vị hơn, bus 8 bit của 8088 giảm chi phí toàn bộ máy tính. Intel 8088 còn có lợi thế là IBM đã quen thuộc với nó khi thiết kế IBM System/23 Datamaster. Các khe cắm bus mở rộng 62 chân tương tự khe Datamaster và thiết kế bàn phím của Datamaster trở thành model F của PC, nhưng ngoài ra thiết kế của PC rất khác Datamaster.

Bo mạch chủ được thiết kế trong 40 ngày, với một nguyên mẫu hoàn chỉnh sau bốn tháng, và được trình bày vào tháng 1 năm 1981. Thiết kế cơ bản hoàn thiện vào tháng 4 năm 1981, và được giao cho nhóm sản xuất. PC được lắp ráp tại nhà máy IBM ở Boca Raton, với các bộ phận từ nhiều nhà máy IBM và công ty thứ ba. Màn hình là thiết kế của IBM Nhật Bản và máy in do Epson sản xuất. Không có bộ phận nào do IBM thiết kế, nên không có bằng sáng chế cho PC.

Nhiều nhà thiết kế PC là những người đam mê máy tính, sở hữu máy tính cá nhân, nhiều người trong số họ sở hữu Apple II, điều này ảnh hưởng đến quyết định thiết kế kiến trúc mở của PC và công bố chi tiết kỹ thuật để mọi người có thể viết phần mềm hoặc làm ra các thiết bị khe cắm mở rộng.

Trong quá trình thiết kế, IBM tránh hội nhập theo chiều dọc tốt nhất có thể, ví dụ như sử dụng Microsoft BASIC thay vì phiên bản của mình, vì phiên bản của Microsoft quen thuộc với mọi người hơn.

Giới thiệu

IBM PC ra mắt vào ngày 12 tháng 8 năm 1981, sau một năm phát triển. Giá khởi điểm là 1,565 đô la cho máy tính với cấu hình 16 kilobyte RAM, thẻ đồ họa màu CGA và không có ổ đĩa. Mức giá này được chọn để cạnh tranh với các máy tính tương tự trên thị trường. So sánh, hai tuần trước đó IBM phát hành máy tính rẻ nhất của mình, Datamaster, với giá 10,000 USD.

Trong chiến dịch quảng bá, IBM sử dụng hình ảnh 'The Little Tramp' của Charlie Chaplin, do Billy Scudder thủ vai, trong nhiều quảng cáo dựa trên phim của Chaplin.

Đây là lần đầu IBM bán máy tính qua các cửa hàng bán lẻ thay vì trực tiếp đến khách hàng. Vì thiếu kinh nghiệm, IBM hợp tác với các chuỗi đại lý ComputerLand và Sears Roebuck, những nơi có kiến thức quan trọng và trở thành kênh phân phối chính của PC. Vào thời điểm đó, có hơn 190 cửa hàng ComputerLand, và Sears Roebuck cũng đang mở thêm nhiều quầy bán máy tính.

PC được đón nhận nồng nhiệt, với doanh thu ước tính hàng tỷ đô la trong vài năm và nhanh chóng trở thành tâm điểm của ngành công nghiệp máy tính. Các đại lý bị choáng ngợp bởi đơn đặt hàng, nhiều người mua trả trước mà chưa biết ngày nhận hàng. Khi những lô PC đầu tiên được giao, từ 'PC' đã trở nên quen thuộc.

Thành công

Doanh thu của IBM vượt chỉ tiêu 800%, có lúc bán được 40,000 PC trong một tháng. Họ ước tính từ 50% đến 70% số PC bán tại các cửa hàng là cho các hộ gia đình. Năm 1983, IBM bán hơn 750,000 máy, trong khi đối thủ DEC chỉ bán được 69,000 máy trong cùng kỳ.

Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp phần mềm đã hỗ trợ PC mạnh mẽ, khiến nó trở thành nền tảng chính cho hầu hết các nhà phát triển phần mềm. Một bài báo cho biết có 753 gói phần mềm ra mắt trong một năm sau khi PC được phát hành, nhiều gấp bốn lần so với Macintosh cùng kỳ. Sự hỗ trợ phần cứng cũng bùng nổ với 30-40 công ty tham gia thị trường thẻ mở rộng bộ nhớ chỉ trong vòng một năm.

Năm 1984, doanh thu của IBM từ thị trường PC đạt 4 tỷ USD, hơn gấp đôi so với Apple. Một nghiên cứu năm 1983 về người mua doanh nghiệp cho thấy hai phần ba khách hàng lớn chuẩn hóa hệ thống của họ chọn PC, trong khi chỉ 9% chọn Apple. Khảo sát của Fortune năm 1985 cho thấy 56% công ty tại Hoa Kỳ sử dụng máy tính cá nhân chọn PC, so với 16% chọn Apple.

Ngay sau khi PC xuất hiện trên thị trường, đã có những tin đồn về sản phẩm sao chép, và máy tính tương thích PC đầu tiên ra mắt vào tháng 6 năm 1982, chưa đầy một năm sau khi PC được phát hành.

Phần cứng

Với mục tiêu chi phí thấp và hoàn thiện nhanh chóng, thiết kế của IBM PC sử dụng toàn bộ phần cứng có sẵn từ các nhà sản xuất bên thứ ba.

IBM PC có thiết kế với vỏ là một lồng thép ngang, cho phép đặt màn hình CRT lên trên. Mặt trước nhựa có khe trống để lắp ổ đĩa. Mặt sau gồm lỗ cắm điện, công tắc, đầu nối bàn phím và cassette, cùng dãy khe đứng có thể tháo tấm kim loại để lắp thẻ mở rộng.

Bên trong PC, bo mạch chủ chiếm phần lớn diện tích, chứa CPU, RAM tích hợp và các khe cắm mở rộng.

IBM PC nổi bật với khả năng mở rộng và nâng cấp linh hoạt.

Bo mạch chủ

IBM PC được xây dựng xung quanh một bo mạch chủ lớn, chứa bộ xử lý, bộ nhớ tích hợp, các khe mở rộng, cổng bàn phím và cassette, cùng nhiều IC điều khiển khác.

Các IC phụ bao gồm Intel 8259 'PIC', Intel 8237 và Intel 8253 'PIT', trong đó PIT cung cấp xung 'tick' 18.2 Hz và làm tươi bộ nhớ động.

CPU và RAM

CPU của IBM PC là bộ xử lý Intel 8088, phiên bản rút gọn của Intel 8086 16 bit với bus 8 bit, hoạt động ở tốc độ 4.77 MHz. Sau này, tốc độ này trở thành vấn đề khi các máy sao chép và sản phẩm sau không thể tương thích với phần mềm phát triển cho PC do có tốc độ cao hơn.

Bo mạch chủ của PC có một chân cắm IC thứ hai để trống cho bộ xử lý dấu phẩy động (Floating-point Unit), thường là Intel 8087, giúp tăng tốc các phép tính dấu phẩy động.

Trong thiết kế ban đầu, PC có tùy chọn bộ nhớ 16 hoặc 64 kB. RAM có thể được nâng cấp lên đến 256 kB bằng các thẻ mở rộng do IBM và nhiều nhà sản xuất bên thứ ba cung cấp.

ROM-BIOS

BIOS là phần firmware quan trọng của PC, lưu trữ trong bốn chip ROM 2 kB trên bo mạch chủ. Nó cung cấp mã khởi động (bootstrap) và một thư viện các hàm thường dùng để phần mềm có thể thực hiện các chức năng như xuất video, nhập dữ liệu từ bàn phím, truy cập đĩa, xử lý ngắt, và kiểm tra bộ nhớ. Trong suốt thời gian sản xuất PC, đã có nhiều phiên bản BIOS của IBM được phát hành.

Hiển thị

Trong khi nhiều máy tính gia đình tích hợp sẵn phần cứng video, IBM PC có hai tùy chọn đồ họa khác nhau: Monochrome Display Adapter (MDA) và Color Graphics Adapter (CGA). MDA chỉ hỗ trợ một chế độ văn bản với phân giải cao, trong khi CGA cung cấp hai chế độ văn bản và đồ họa, cả hai với độ phân giải thấp.

CGA sử dụng tần số quét của truyền hình NTSC, cho phép xuất video ra TV hoặc màn hình sử dụng tín hiệu NTSC, cùng với cổng ra TTL phù hợp cho màn hình RGBI với tần số NTSC. IBM cung cấp màn hình màu 5153 cho mục đích này, tuy nhiên, màn hình này chỉ có sẵn từ tháng ba năm 1983, chứ không phải khi PC mới ra mắt.

MDA sử dụng tần số quét cao hơn và yêu cầu màn hình đặc biệt, IBM 5151. Thẻ cũng tích hợp cổng máy in.

Cả hai thẻ có thể được lắp đặt trong cùng một máy để hỗ trợ ứng dụng kết hợp văn bản và đồ họa. Các phần mềm như AutoCAD, Lotus 1-2-3 cho phép sử dụng màn hình CGA cho đồ họa và màn hình đơn sắc cho văn bản. Ngoài ra, các nhà sản xuất bên thứ ba cũng cung cấp nhiều loại thẻ đồ họa khác, như Hercules Graphics Card.

Phần cứng và phần mềm của PC khi phát hành được thiết kế dựa trên một phiên bản mở rộng 8 bit của bộ ký tự ASCII, được gọi là Code page 437.

Lưu trữ

PC có hai khay ở mặt trước, có thể lắp một hoặc hai ổ đĩa mềm 5,25 inch, mỗi ổ đĩa hỗ trợ đĩa mềm 160 kB. Để kết nối các ổ đĩa mềm, cần một thẻ điều khiển lắp vào khe mở rộng và kết nối bằng một dây duy nhất. Thẻ điều khiển của IBM có đầu nối D-sub 37 chân cho ổ đĩa ngoài, nhưng IBM chỉ bắt đầu bán nó từ năm 1986.

Khi ra mắt, IBM không cung cấp tùy chọn ổ cứng, và việc lắp thêm ổ cứng gặp khó khăn do nguồn điện không đủ, bo mạch chủ không hỗ trợ BIOS mở rộng cần thiết, và cả PC DOS lẫn BIOS đều không hỗ trợ ổ cứng. Sau khi phát hành IBM PC/XT, thiết kế của PC đã được cập nhật để hỗ trợ hầu hết các tính năng trên, ngoại trừ nguồn điện.

Mặc dù không có hỗ trợ chính thức cho ổ cứng, một số ổ đĩa đã xuất hiện trên thị trường và kết nối qua thẻ điều khiển đĩa mềm. Tuy nhiên, một phiên bản vá của PC DOS là cần thiết để hỗ trợ các kích thước đĩa lớn.

Giao diện người dùng

Trong phiên bản PC gốc, tùy chọn duy nhất cho giao diện người dùng là cổng bàn phím tích hợp dành cho bàn phím IBM Model F. Được thiết kế ban đầu cho IBM Datamaster, Model F nổi bật hơn các bàn phím máy tính gia đình thời bấy giờ về nhiều mặt như số lượng phím, độ bền và công thái học. Trong khi các máy tính gia đình thường dùng bàn phím không cơ chiclet hoặc thiết kế cơ rẻ tiền, bàn phím IBM mang lại cảm giác gõ tốt, phím có cơ chế tiếp xúc rõ ràng, chắc chắn và chân đế có thể điều chỉnh góc nghiêng.

Bàn phím nhận được nhiều đánh giá tích cực, với một số nguồn thậm chí gọi đây là điểm hấp dẫn nhất của máy tính, và coi đó là 'bàn phím tốt nhất cho máy vi tính'.

Kết nối

Kết nối với các máy tính và thiết bị ngoại vi được thực hiện thông qua các cổng nối tiếp và song song trong giai đoạn đầu.

IBM cung cấp thẻ nối tiếp 8250 UART, và BIOS hỗ trợ tối đa hai cổng nối tiếp.

IBM có hai giải pháp để kết nối máy in qua cổng song song Centronics: một là IBM Printer Adapter, hai là cổng song song tích hợp sẵn trong Monochrome Graphics Display and Printer Adapter.

Mở rộng

Khả năng mở rộng của IBM PC đã đóng góp lớn vào thành công của nó trên thị trường. Một số tài liệu nhấn mạnh việc IBM công bố chi tiết hệ thống đầy đủ, bao gồm bus và sơ đồ bộ nhớ ngay sau khi phát hành, nhằm khuyến khích sự phát triển và tạo dựng thị trường phụ trợ.

Bo mạch chủ của PC có năm đầu nối thẻ mở rộng kết nối với các tín hiệu I/O của CPU. Ban đầu được gọi là 'khe cắm I/O', các đầu nối này sau khi ngành công nghiệp sao chép PC phát triển được biết đến với tên Industry Standard Architecture (ISA). Phần phía sau của IBM PC chứa các khe cắm dọc tương ứng với mỗi khe thẻ mở rộng.

Các khe cắm mở rộng của PC có khả năng hỗ trợ nhiều loại phần cứng, thêm vào những tính năng như:

• Đồ họa
• Âm thanh
• Hỗ trợ chuột
• Bộ nhớ mở rộng
• Thêm cổng song song hoặc nối tiếp
• Mạng
• Kết nối với các thiết bị đặc biệt cho khoa học hoặc công nghiệp

Thị trường đáp ứng như IBM kỳ vọng, và chỉ trong vòng một đến hai năm sau khi PC ra mắt, số lượng phần cứng mở rộng đã đạt mức đáng kể.

Phần mềm

IBM dự định hỗ trợ nhiều hệ điều hành như CP/M-86, UCSD p-System và sản phẩm PC DOS của chính họ, do Microsoft phát triển. Trên thực tế, IBM muốn PC-DOS trở thành sản phẩm chủ lực trên thị trường. CP/M-86 ra mắt sau PC sáu tháng và không được ưa chuộng, trong khi p-System cũng không có mặt khi PC được phát hành. PC-DOS nhanh chóng trở thành hệ điều hành tiêu chuẩn cho PC và giữ vững vị trí này trong hơn một thập kỷ, cùng với phiên bản MS-DOS của Microsoft.

IBM PC đi kèm với phiên bản BASIC được lưu trữ trong ROM, một tính năng phổ biến trên các máy tính vào đầu thập niên 80. ROM BASIC hỗ trợ kết nối với băng cassette, nhưng PC DOS lại không hỗ trợ, nên việc sử dụng giao diện này với ROM BASIC bị hạn chế.

Phiên bản 1.00 của PC DOS chỉ hỗ trợ đĩa mềm SSDD 160 kB, nhưng phiên bản 1.1 ra mắt sau chín tháng đã thêm hỗ trợ cho đĩa mềm DSDD 320 kB. Các định dạng đĩa 180 kB và 360 kB được bổ sung vào tháng ba năm 1983.

Sự phát triển phần mềm từ các nhà phát triển bên thứ ba diễn ra nhanh chóng, và chỉ trong vòng một năm, nền tảng PC đã có một kho phần mềm phong phú phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

Dòng sản phẩm PC

Trong suốt thập niên 80, IBM bán nhiều máy tính dưới tên gọi 'Personal Computer' hoặc 'PC'. Tên này không được sử dụng trong một thời gian, cho đến khi được tái sử dụng trong dòng IBM PC Series vào những năm 1990 đến 2000.

Như tất cả các hệ thống phát sinh từ PC, mọi máy tính IBM PC đều có sự tương thích phần mềm mặc định, mặc dù một số ứng dụng có thể gặp vấn đề khi chạy trên các PC với CPU nhanh hơn.

Máy sao chép IBM PC

Vì IBM PC dựa trên phần cứng thương mại sẵn có và cách vận hành của nó được IBM ghi chép chi tiết, việc chế tạo một máy tính hoàn toàn tương thích với IBM PC, trừ BIOS, không phải là quá khó.

Dù việc sao chép ROM BIOS có thể vi phạm luật bản quyền, nhưng không lâu sau, BIOS đã được dịch ngược bởi các công ty như Compaq, Phoenix Software Associates, American Megatrends và Award, những công ty muốn tự sản xuất máy tính tương thích hoặc cung cấp BIOS của mình cho các công ty khác.

Các máy tính này được gọi là máy tương thích IBM hoặc 'bản sao', và phần mềm được quảng cáo là 'tương thích 100% với IBM PC hoặc các máy tương tự'. Sau đó, các nhà sản xuất sao chép bắt đầu cải tiến và mở rộng phần cứng, chẳng hạn như sử dụng bộ xử lý nhanh hơn như NEC V20, hỗ trợ các phần mềm viết cho 8088 và có tốc độ lên tới 10 MHz.

Thị trường sao chép cuối cùng đã phát triển lớn đến mức mất đi mối liên hệ ban đầu với IBM PC và trở thành tiêu chuẩn thực tế do nhiều nhà sản xuất phần cứng áp dụng.

• IBM PC DOS
• Máy tính tương thích IBM PC

Tài liệu bên ngoài

• IBM SCAMP
• Thông tin về IBM 5150 tại www.minuszerodegrees.net
• Đĩa hệ thống và ROM của IBM PC 5150
• IBM PC từ IT Dictionary
• Lịch sử và thông tin kỹ thuật về IBM PC
• Di sản vĩ đại! Di sản 25 năm của IBM PC
• CNN.com - IBM PC tròn 25 năm
• IBM-5150 và bộ sưu tập máy tính kỹ thuật số và analog cũ tại oldcomputermuseum.com
• Hình ảnh và thông tin về IBM PC Lưu trữ tháng 7 5, 2006 tại Wayback Machine
• Tờ rơi từ tháng 11, 1982 quảng cáo IBM PC
• Hình ảnh của các thẻ XT/370, cho thấy các bộ xử lý 68000 kép Lưu trữ tháng 12 18, 2021 tại Wayback Machine