Введение

Микрокомпьютер — это небольшой, относительно недорогой компьютер, центральный процессор (ЦПУ) которого изготовлен на основе микропроцессора. Компьютер также включает в себя память и схемы ввода-вывода (I/O), совместно размещенные на печатной плате (PCB). Микрокомпьютеры получили распространение в 1970-х и 1980-х годах с появлением всё более мощных микропроцессоров. Предшественники этих компьютеров — мейнфреймы и миникомпьютеры — были значительно больше и дороже (хотя современные мейнфреймы, такие как машины IBM System z, используют один или несколько специализированных микропроцессоров в качестве своих ЦПУ). Многие микрокомпьютеры (при оснащении клавиатурой и экраном для ввода и вывода информации) также являются персональными компьютерами (в широком смысле). Раннее использование термина «персональный компьютер» в 1962 году предшествовало разработкам на основе микропроцессоров. (См. ссылку «Персональный компьютер: компьютеры в компаниях» ниже). «Микрокомпьютер», используемый как встроенная система управления, может не иметь устройств ввода и вывода, предназначенных для восприятия человеком. Термин «персональный компьютер» может использоваться в общем значении или обозначать компьютер, совместимый с IBM PC. Аббревиатура «микро» была широко распространена в 1970-х и 1980-х годах, но впоследствии вышла из активного употребления.

Происхождение

Термин микрокомпьютер вошел в широкое употребление после появления мини-компьютеров, хотя Айзек Азимов использовал этот термин в своем рассказе «Умирающая ночь» еще в 1956 году (опубликованном в журнале The Magazine of Fantasy and Science Fiction в июле того же года). Наиболее заметно, микрокомпьютер заменил множество отдельных компонентов, составлявших центральный процессор мини-компьютера, одним интегрированным микропроцессорным чипом. В 1973 году французский Национальный институт агрономических исследований (INRA) искал компьютер, способный измерять сельскохозяйственную гигрометрию. Чтобы удовлетворить этот запрос, команда французских инженеров из компьютерной компании R2E, возглавляемая руководителем отдела разработки Франсуа Гернеллем, создала первый доступный микропроцессорный микрокомпьютер – Micral N. В том же году компания зарегистрировала свои патенты с термином «Micro ordinateur», являющимся буквальным эквивалентом «Микрокомпьютер», для обозначения твердотельной машины, разработанной на базе микропроцессора. В США самые ранние модели, такие как Altair 8800, часто продавались в виде комплектов для самостоятельной сборки и поставлялись всего с 256 байтами оперативной памяти, без каких-либо устройств ввода/вывода, кроме индикаторных лампочек и переключателей, что было полезно в качестве демонстрации концепции, чтобы показать, на что способно такое простое устройство. По мере удешевления микропроцессоров и полупроводниковой памяти микрокомпьютеры становились дешевле и проще в использовании. Все более доступные логические микросхемы, такие как серия 7400, позволили создавать недорогие специализированные схемы для улучшения пользовательского интерфейса, например, ввод с клавиатуры, вместо простого ряда переключателей для побитового управления. Использование аудиокассет для недорогой записи данных заменило ручной повторный ввод программы при каждом включении устройства. Большие и недорогие массивы кремниевых логических элементов в виде памяти только для чтения и ПЗУ (EPROM) позволили хранить в микрокомпьютерах служебные программы и самозагружающиеся ядра. Эти сохраненные программы могли автоматически загружать более сложное программное обеспечение с внешних носителей информации без участия пользователя, формируя недорогую систему «под ключ», не требующую от пользователя специальных компьютерных знаний для понимания или использования. Оперативная память стала достаточно дешевой, чтобы выделить примерно 1–2 килобайта памяти под буфер кадра видеоконтроллера для текстового дисплея 40x25 или 80x25, либо для блочной цветной графики на обычном домашнем телевизоре. Это заменило медленный, сложный и дорогой телетайп, который ранее широко использовался в качестве интерфейса для мини-компьютеров и мэйнфреймов. Все эти улучшения в стоимости и удобстве использования привели к взрывному росту их популярности в конце 1970-х и начале 1980-х годов. Многие производители компьютеров стали выпускать микрокомпьютеры для использования в малом бизнесе. К 1979 году такие компании, как Cromemco, Processor Technology, IMSAI, North Star Computers, Southwest Technical Products Corporation, Ohio Scientific, Altos Computer Systems, Morrow Designs и другие, производили системы, предназначенные для опытных пользователей или консалтинговых фирм для предоставления бизнес-систем, таких как бухгалтерский учет, управление базами данных и текстовая обработка для малого бизнеса. Это позволило предприятиям, не имеющим возможности арендовать мини-компьютер или использовать услуги совместного использования времени, автоматизировать бизнес-процессы, не нанимая (как правило) штатных сотрудников для работы с компьютерами. Типичная система того времени использовала шину S100, 8-битный процессор, такой как Intel 8080 или Zilog Z80, и операционную систему CP/M или MP/M. Растущая доступность и мощность настольных компьютеров для личного использования привлекли внимание большего числа разработчиков программного обеспечения. По мере развития отрасли рынок персональных компьютеров стандартизировался вокруг IBM PC-совместимых машин, работающих под управлением DOS, а затем Windows. Современные настольные компьютеры, игровые консоли, ноутбуки, планшетные ПК и многие типы портативных устройств, включая мобильные телефоны, карманные калькуляторы и промышленные встраиваемые системы, можно рассматривать как примеры микрокомпьютеров в соответствии с вышеуказанным определением.

Распространенное использование термина

К началу 2000-х годов повседневное использование выражения "микрокомпьютер" (и особенно "микро") значительно снизилось по сравнению с пиком в середине 1980-х годов. Этот термин чаще всего ассоциируется с самыми популярными 8-битными домашними компьютерами (такими как Apple II, ZX Spectrum, Commodore 64, BBC Micro и TRS 80) и небольшими офисными микрокомпьютерами на базе CP/M. В обиходе "микрокомпьютер" в значительной степени уступил место термину "персональный компьютер" или "ПК", обозначающему компьютер, предназначенный для использования одним человеком одновременно, термин, впервые появившийся в 1959 году. Компания IBM впервые стала продвигать термин "персональный компьютер", чтобы отделить IBM PC от микрокомпьютеров на базе CP/M, также ориентированных на рынок малого бизнеса, а также от собственных мейнфреймов и мини-ЭВМ IBM. Однако после выпуска IBM PC сама машина и термин были широко скопированы. Компоненты были широко доступны для производителей, а BIOS был реконструирован с использованием методов разработки в условиях чистой комнаты. IBM PC-совместимые "клоны" стали обычным явлением, и термины "персональный компьютер" и особенно "ПК" прочно закрепились в сознании общественности, часто обозначая конкретно компьютер, совместимый с DOS (или в настоящее время Windows).

Описание

Мониторы, клавиатуры и другие устройства ввода и вывода могут быть интегрированы или представлять собой отдельные компоненты. Компьютерная память в виде оперативной памяти (RAM) и как минимум одно другое, менее волатильное устройство хранения данных обычно объединяются с центральным процессором (CPU) на системной шине в одном устройстве. Другие устройства, составляющие полноценную микрокомпьютерную систему, включают батареи, блок питания, клавиатуру и различные устройства ввода/вывода, предназначенные для передачи информации пользователю (принтеры, мониторы, устройства интерфейса «человек-машина»). Микрокомпьютеры рассчитаны на работу одного пользователя одновременно, хотя их часто можно модифицировать программными или аппаратными средствами для одновременного обслуживания нескольких пользователей. Микрокомпьютеры удобно размещать на или под столами, обеспечивая пользователям легкий доступ к ним. Более крупные компьютеры, такие как миникомпьютеры, мейнфреймы и суперкомпьютеры, занимают большие шкафы или даже целые помещения. Микрокомпьютер оснащен как минимум одним типом устройства хранения данных, как правило, оперативной памятью (RAM). Хотя некоторые микрокомпьютеры (особенно ранние 8-битные домашние компьютеры) выполняют задачи, используя только оперативную память, обычно желательно наличие дополнительной внешней памяти. В первые годы развития домашних компьютеров для этого часто использовались магнитофонные кассеты (часто как внешнее устройство). Позже устройства внешней памяти (особенно дискеты и жесткие диски) стали встраиваться в корпус микрокомпьютера.

Прекурсоры TTL

Хотя они не содержали микропроцессоров, но были построены на транзисторной транзисторной логике (TTL), калькуляторы Hewlett Packard уже в 1968 году обладали различными уровнями программируемости, сопоставимыми с микрокомпьютерами. HP 9100B (1968) имел элементарные условные операторы (if), номера строк, операторы перехода (go to), регистры, которые можно было использовать как переменные, и примитивные подпрограммы. Язык программирования во многом напоминал язык ассемблера. Более поздние модели постепенно добавляли новые функции, включая язык программирования BASIC (HP 9830A в 1971 году). Некоторые модели оснащались ленточным накопителем и небольшими принтерами. Однако дисплеи были ограничены отображением одной строки за раз. HP 9100A был назван персональным компьютером в рекламе в журнале Science в 1968 году, но эта реклама была быстро отозвана. HP не хотела продавать их как "компьютеры", поскольку в то время существовало мнение, что компьютер должен быть большим, чтобы быть мощным, и поэтому было решено продавать их как калькуляторы. Кроме того, в то время люди охотнее покупали калькуляторы, чем компьютеры, а закупщики также предпочитали термин "калькулятор", поскольку покупка "компьютера" требовала дополнительных уровней согласования. Datapoint 2200, разработанный CTC в 1970 году, также был сопоставим с микрокомпьютерами. Хотя он не содержал микропроцессора, набор инструкций его специализированного процессора TTL послужил основой для набора инструкций Intel 8008, и на практике система вела себя примерно так, как если бы содержала 8008. Это объясняется тем, что Intel была подрядчиком, ответственным за разработку процессора Datapoint, но в конечном итоге CTC отклонила конструкцию 8008, поскольку для её работы требовалось 20 дополнительных микросхем. Еще одна ранняя система, Kenbak 1, была выпущена в 1971 году. Как и Datapoint 2200, она использовала малую интегральную схему на транзисторах вместо микропроцессора. Она продавалась как образовательный и любительский инструмент, но не добилась коммерческого успеха; производство было прекращено вскоре после начала продаж.

Первые микрокомпьютеры

В конце 1972 года французская команда под руководством Франсуа Гернелля в небольшой компании Réalisations & Etudes Electroniques (R2E) разработала и запатентовала компьютер на основе микропроцессора – 8-битного микропроцессора Intel 8008. Этот Micral N был представлен на рынке в начале 1973 года как "Micro ordinateur" или микрокомпьютер, главным образом для научных и прикладных задач управления технологическими процессами. В течение следующих двух лет было установлено около ста Micral N, за которыми последовала новая версия на базе Intel 8080. Параллельно другая французская команда разработала Alvan – небольшой компьютер для автоматизации офисной работы, который нашёл клиентов в банках и других отраслях. Первая версия была построена на LSI-чипах с использованием Intel 8008 в качестве периферийного контроллера (клавиатура, монитор и принтер), прежде чем в качестве основного процессора был принят Zilog Z80. В конце 1972 года команда Университета штата Сакраменто под руководством Билла Пенца создала компьютер Sac State 8008, способный обрабатывать тысячи медицинских карт пациентов. Sac State 8008 был разработан с использованием Intel 8008 и включал в себя полный набор аппаратных и программных компонентов: дисковую операционную систему, реализованную в серии программируемых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ); 8 килобайт оперативной памяти; IBM Basic Assembly Language (BAL); жесткий диск; цветной дисплей; вывод на принтер; последовательный интерфейс со скоростью 150 бит/с для подключения к мэйнфрейму и даже первую в мире переднюю панель микрокомпьютера. В начале 1973 года Sord Computer Corporation (ныне Toshiba Personal Computer System Corporation) завершила разработку SMP80/08, в котором использовался микропроцессор Intel 8008. Однако SMP80/08 не был выпущен в коммерческую продажу. После анонса в апреле 1974 года первого микропроцессора общего назначения Intel 8080, в мае 1974 года Sord представила SMP80/x – первый микрокомпьютер, использующий 8080. Почти все ранние микрокомпьютеры представляли собой, по сути, коробки со светодиодами и переключателями; для их программирования и использования необходимо было уметь читать и понимать двоичные числа и машинный язык (исключением был Datapoint 2200, отличавшийся современным дизайном с монитором, клавиатурой и дисководами). Среди ранних микрокомпьютеров типа "коробка с переключателями" наиболее известным, пожалуй, был MITS Altair 8800 (1975). Большинство этих простых ранних микрокомпьютеров продавались в виде электронных наборов – мешков с разрозненными компонентами, которые покупателю приходилось паять вместе, прежде чем систему можно было использовать. Период примерно с 1971 по 1976 год иногда называют первым поколением микрокомпьютеров. Многие компании, такие как DEC, National Semiconductor и Texas Instruments, предлагали свои микрокомпьютеры для управления терминалами, управления интерфейсами периферийных устройств и управления промышленными машинами. Также существовали машины для инженерной разработки и для личного использования энтузиастами. В 1975 году была разработана Processor Technology SOL 20, состоящая из одной платы, включавшей все компоненты компьютерной системы. SOL 20 имела встроенное программное обеспечение EPROM, что устраняло необходимость в рядах переключателей и светодиодов. MITS Altair, упомянутый ранее, сыграл ключевую роль в пробуждении значительного интереса у любителей, что в конечном итоге привело к основанию и успеху многих известных компаний по производству аппаратного и программного обеспечения для персональных компьютеров, таких как Microsoft и Apple Computer. Хотя сам Altair имел лишь умеренный коммерческий успех, он способствовал зарождению огромной индустрии.

Домашние компьютеры

К 1977 году появление второго поколения микрокомпьютеров в качестве потребительских товаров, известных как домашние компьютеры, сделало их значительно более простыми в использовании, чем их предшественники, поскольку работа с последними часто требовала глубоких знаний практической электроники. Возможность подключения к монитору (экрану) или телевизору позволила визуально обрабатывать текст и числа. Язык BASIC, который было легче изучать и использовать, чем машинный код, стал стандартной функцией. Эти возможности уже были распространены в мини-компьютерах, с которыми многие любители и первые производители были знакомы. В 1979 году выпуск программы VisiCalc (первоначально для Apple II) впервые превратил микрокомпьютер из увлечения для энтузиастов в инструмент для бизнеса. После выхода IBM PC в 1981 году термин "персональный компьютер" стал общепринятым для микрокомпьютеров, совместимых с архитектурой IBM PC (PC-совместимые).