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X86的PC業界標準地位是如何煉成的?

本文由騰訊數碼獨家發布

1978年英特爾8086處理器的發布,在個人計算髮展史上是一個分水嶺事件。這款晶元的DNA,可能是任何計算機——Windows、Mac或Linux——的中心,它幫助英特爾在眾多晶元廠商中脫穎而出,成為世界上最大的晶元廠商。

對於8086巨大的成功而言,最令人意外之處,莫過於最初被設計時人們對它的輕視。這款革命性處理器的歷史,是被賦予創新的自由時,一個由聰明的工程師組成的小型團隊能夠完成壯舉的經典傳奇。

當8086的開發工作在1976年5月開始時,英特爾高管從來沒有想到過它能取得如此巨大的成功。他們對它的定位是,一個小型的權宜之計式項目。他們把公司的希望,寄托在一款完全不同、更精緻的處理器8800(後來被發布為iAPX 432)。在一個大多數晶元仍在使用8位數據通道的時代,8800就率先採用32位數據通道。它先進的多任務能力和內存管理電路被集成在處理器中,使操作系統可以只需要更少的代碼就能運行。

但8800項目遇到了麻煩。由於英特爾工程師發現其複雜的設計,很難通過當時的晶元工藝實現,8800多次跳票。英特爾的問題還不止於此,它還被Zilog——由前英特爾工程師創辦的一家公司——挫敗。Zilog藉助Z80處理器迅速佔領了中檔處理器市場。1976年7月發布的Z80,是英特爾成功的8080處理器的增強版克隆品。8080實際上拉開了個人計算機革命的大幕。英特爾當時尚未推出可以與Z80媲美的產品。

臨危受命

英特爾高管對8800仍然信心十足,但他們知道他們需要以某種方式回應Zilog的威脅。他們把目光轉向了斯蒂芬·摩爾斯(Stephen Morse)——一名36歲的電子工程師,摩爾斯對8800處理器的設計缺陷的批評給他們留下深刻印象。英特爾高層任命摩爾斯為8086處理器的唯一設計師。摩爾斯回憶說,「如果英特爾管理層多少知道一點這一架構將用於許多代產品,甚至用於目前的處理器,他們肯定不會把這一任務交給一個人。」

另外一個原因,也使得英特爾選擇摩爾斯設計8086顯得很是意外:他是一名軟體工程師。之前,在英特爾,處理器設計一直是硬體工程師的「專利」。摩爾斯說,「從軟體角度考慮處理器功能,對我們來說還是第一次。問題不是『我們有提供哪些功能的空間?』,而是『為了提高軟體運行效率,我們需要哪些功能』 ?以軟體為中心的方法,被證明在處理器領域掀起了一場革命。」

雖然8086是摩爾斯最得意的項目,但他並非是「一個人在戰鬥」。其他英特爾員工加入了摩爾斯的團隊,其中包括比爾·波爾曼(Bill Pohlman)、吉姆·麥克科威特(Jim McKevitt)和布魯斯·拉文納爾(Bruce Ravenel),他們對於8086處理器在1978年夏季推向市場至關重要。

除提出了一些基本要求外——例如8086需要兼容為8080處理器編寫的軟體、能訪問128KB內存,英特爾領導層沒有干預摩爾斯的工作。摩爾斯說,「由於沒有人會想到其設計能使用這麼長時間,沒有人干預我的工作,我可以自由地實現自己的想法。」

乏善可陳的發布

發售後,摩爾斯的「作品」幾乎沒有在計算領域產生什麼影響。中檔個人計算機市場充斥著大量設計相似的商用計算機,它們配置Z80處理器,運行CP/M——1970年代末非常流行的個人計算機操作系統。8086處理器首先被應用在數款不太知名的PC和終端中。它在攜帶型計算機市場獲得了一席之地(以80C86的形式)。最終,它被微控制器和嵌入式電器市場所接受,最著名的應用是美國航空航天局的太空梭計劃。美國航空航天局在太空梭的火箭助推器控制診斷測試中使用了8086處理器。

1979年3月,摩爾斯離開了英特爾。然後,一系列似乎平淡無奇的事件,共同使得8086成為業界標準。

摩爾斯離職數天後,英特爾發布了8088處理器——被摩爾斯稱作「8086處理器的閹割版」,因為它採用8086處理器16位處理能力的摻假版。由於許多系統仍然採用8位計算技術,8088在兩個8位周期中發送16位數據,這使得它能兼容採用8位計算技術的系統。

兩年後,IBM開始開發5150型號個人計算機,也是該公司首款只採用低價、現成零部件的PC產品。對於IBM來說,這是一個新穎的概念,它以前強調其專有技術——其他廠商產品不能使用。

很顯然,非定製的系統要求配置一款非定製處理器。但選擇什麼樣的處理器呢?IBM決定,其新系統將要求配置一款16位處理器,把選擇範圍縮小至3款產品:摩托羅拉68000(被應用在第一款Mac計算機中功能強大的16位處理器)、英特爾8086及其閹割版本8088。

據IBM開發團隊成員大衛·布拉德利(David J. Bradley)稱,該公司首先排除了摩托羅拉的處理器,因為它對英特爾處理器更熟悉,也更滿意。使天平向英特爾處理器傾斜的一個因素是,微軟已經為8086開發了一款BASIC解釋器, 8086和8088採用相同的基本代碼。

IBM必須在8086和8088間作出選擇。最終,IBM的選擇取決於經濟因素。布拉德利說,IBM選擇了8088,這使得它可以生產價格更低的計算機,因為可以配置更少的ROM和內存。

從某種意義上說,IBM選擇哪款英特爾處理器無關緊要。兩款處理器都採用由摩爾斯開發的相同的底層8086代碼。

從晶元到標準

8086代碼是如何成為標準的呢?答案就在於IBM 5150型個人計算機的重要地位。(在PCWorld的25款最出色PC排行榜上,5150排在第六位。)1980年代初期的PC產業,與前蘇聯解體後的東歐有點相似——不同國家選擇了不同的發展方向。數十家公司推出了數十種不同的平台。計算機系統相互不兼容給用戶帶來不少麻煩,他們渴望能把一台計算機的軟體、硬體和外設用於其他計算機。

但是,PC領域的不同零部件開始都支持5150。5150獲得成功的一大原因,是其機箱上的IBM標識。與Radio Shack或蘋果等競爭對手相比,IBM在企業用戶中更受認可。布拉德利說,當時的問題是,「你想購買IBM的計算機,還是想購買一家以水果命名的公司的計算機」?

由於IBM採用了非定製零部件,其他廠商可以生產兼容機——它們也確實開發了與5150兼容的個人計算機。

由於IBM PC成為佔有主導地位的個人計算機平台,未來數年英特爾也通過開發升級版的8086處理器,利用這一趨勢賺得盆滿缽滿。英特爾先是推出了80186,而後是80286、80386、80486、奔騰等等,直至目前的酷睿系列。由於大多數這些處理器名稱都以數字結尾,英特爾這一系列處理器被稱作「X86」,即使是英特爾把處理器命名規則轉向以商標命名後——例如奔騰、賽揚和迅馳。其他處理器廠商很快加入了英特爾陣營,AMD、Cyrix、NEC,甚至IBM都推出了它們自己的X86兼容處理器,進一步鞏固了X86 PC標準的地位。

合適的地方、合適的時間

據摩爾斯和布拉德利稱,我們目前對X86的依賴主要與機遇有關。摩爾斯說,「我只是足夠幸運而已,合適的時間在合適的地方工作。」任何聰明的工程師都可能設計出這款處理器。它可能會有一個完全不同的指令集,但目前所有的PC都將基於那個架構。布拉德利笑著說,「如果IBM當時為IBM PC選擇了摩托羅拉M68000(確實有人想這樣),目前稱霸PC產業的將是WinOla雙雄而非Wintel雙雄。」

X86真正的威力,不在於使處理器運行的具體操作指令,而在於成為通用計算機標準。8086為計算機運行速度、處理能力和性價比的快速發展奠定了基礎,競相改進同一產品的數百家公司間的激烈競爭,推動著PC產業的快速發展。

摩爾斯為8086設計的指令集,仍然是包括從皓龍到速龍再到酷睿2 Quad在內的幾乎所有現代PC處理器的核心。為了表明X86標準有多強大,可以考慮下述問題:即使在1978年為8086處理器編寫的任何彙編語言軟體,可以不加修改地在最新款酷睿系列處理器上運行——只不過速度快了數十萬或更高的倍數而已。


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