PC-mikrojen historiaa PC-mikrot ovat kehittyneet ja halventuneet huomattavasti 1980-luvun alun jälkeen. Perintönä PC-kaudelta on edelleen rajallinen keskeytysmäärä ja muutamia muita kehitystä jarruttavia ominaisuuksia. SUurimmat ongelmat on saatu kierretyksi ja vanhimmat ratkaisut ovat jääneet pois uudemmista koneista, muun muassa levykeasemat. Tiesitkö myös, että mikroja on ylikellotettu jo aivan 8086/88-prosessorisista mikroista alkaen? Aikanaan PC/XT-mikrojen laitteosien asentaminen oli toisenlaista. Laitteita ja ominaisuuksia oli vähemmän, joka yksinkertaisti asennuksia, mutta useat laitteet olivat kuitenkin vaikeampia asentaa. Ensimmäisessä PC-mikrotietokoneessa eli IBM PC:ssä (julkistettu vuonna 1981) on yksi tai kaksi levykeasemaa (160 kt), CGA-näyttö, 8088-prosessori 4,77 MHz kellotaajuudella ja 64 - 256 kt keskusmuistia. Hiirtä ja kiintolevyä ei ollut, mutta BASIC-kieli sijaitsi ROM-muistissa. Käyttöjärjestelmänä oli PC DOS 1.0. 10 Mt kiintolevy tuli vasta pari vuotta myöhemmin PC XT -malliin, joka on kuvassa. 8088-prosessori julkistettin vuonna 1979 ja hieman tehokkaampi, täysin 16-bittinen 8086-prosessori julkistettiin jo vuonna 1976. Toisessa merkittävässä edistysaskeleessa eli IBM AT:ssa (julkistettu vuonna 1984) on 80286-prosessori, joka toimii 6 MHz kellotaajuudella ja keskusmuistia 1 Mt. Kiintolevy on 20 Mt kokoinen ja levykeasemana 1,2 Mt 5,25" malli. Näyttönä on EGA-näyttö. 80286-prosessori julkistettiin kaksi vuotta aiemmin, eli vuonna 1982. Prosessori 1980-luvulla prosessorin asennus oli helppoa. Esimerkiksi kellotaajuus- ja jännitevaihtoehtoja ei ollut. 8086/88-prosessori piti vain asentaa varovasti ja oikein päin. Se tosin asentui kantaansa sujuvasti myös väärinpäin, joten ylimääräinen tarkistus ennen virran kytkentää ei ollut pahitteeksi. 80286-prosessorin myötä siirryttiin PGA-kantaan, joka voitiin asentaa kolmessa eri asennossa väärin. Vasta Pentiumin myötä tuli pinnikuvioltaan epäsymmetriset prosessorikotelot, jolloin prosessorin voi asentaa väärin vain liikaa voimaa käyttämällä. 10 MHz 80286-prosessori. Prosessoreiden kellotaajuuksia toki muutettiin 80-luvullakin. Silloin vaihdettiin emolevyn oskillaattoreita suurempitaajuuksisiin. Oskillaattori emolevyllä. Kellotaajuus saatettiin nostaa 8:sta 9,5:een megahertsiin, ja vauhdista oltiin varsin tyytyväisiä. Aikaa saatettiin käyttää runsaasti jopa 0,1 MHz nostoon, ja sitten tulkosia mitattiin nopeustestiohjelmilla ja verrattiin eri laitteisin. Täytyy huomioida, että myös ohjelmistot olivat paljon vaatimattomampia tuohon aikaan. 8086/88-prosessori saatettiin vaihtaa myös muutaman prosentin nopeampaan NEC V20- tai V30 -prosessoriin. Näiden jälkeen tuli matematiikkaprosessoriboomi. Erillinen Intelin malli oli hyvin kallis, joten esimerkiksi ITT ja AMD tuottivat markkinoille edullisemmat ja vieläpä nopeammat matematiikkaprosessorit. Tutkimisiin ja mittauksiin käytettiin runsaasti aikaa, vaikka matematiikkaprosessoria käytti erittäin harva ohjelma. Nopeuserot olivatkin hyvin pieniä, koska suurin osa ohjelmista oli vielä merkkipohjaisia. Matematiikkaprosessorista hyötyi vain ne ohjelmat, joissa oli tuki sille. Ja tuki oli harvinaista. Yksi tällainen ohjelma oli esimerkiksi hyvin kallis AutoCAD ja jotkin fraktaalilaskentaohjelmat. Intelin kilpailijaksi lähti AMD 386-prosessorien aikaan. Tuloksena oli edullisemmat ja muutaman prosentin nopeammat mallit. Ennen kaikkea AMD:llä oli tarjota malleja suuremmilla kellotaajuuksilla kuin Intelillä. Cyrix lähti yhteensopivien prosessorien valmistukseen samalla periaatteella kuin AMD, mutta vasta 486-prosessorien aikaan. Mitä kovemmaksi prosessorikilpailu muodostui, sitä enemmän Cyrix jäi jälkeen. Prosessorien jäähdytyksiä ei ollut ennen 486-prosessoreita, johon aikaan siirryttiin vasta pelkän jäähdytyslevyn käyttöön. Lämpötila ei ollut vielä suuri ongelma. 486DX2 oli sitten ensimmäinen x86-pohjainen prosessori, joka käytti suurempaa sisäistä kuin ulkoista kellotaajuutta. Sisäinen kellotaajuus oli 50 MHz ja ulkoinen 25 MHz. Kerroin on siis kaksi. Seuraava ja viimeinen 486DX2-malli toimi 66/33 taajuuksilla. Pentium-prosessori julkaistiin vuonna 1993. Se oli huomattavasti nopeampi kuin aiemmat prosessorit 60 ja 66 MHz kellotaajuksillaan. Muisti PC- ja AT-mikroissa käytettiin muistina yksittäisiä muistipiirejä, joita saattoi mikrossa olla esimerkiksi 36 kappaletta. Pariteetillisessa ratkaisussa 36 kappaletta 256 kilotavun piiriä muodostaa yhden megatavun muistin. Ongelmia tuli, kun jokin niistä vioittui. Viallisen piirin löytäminen vaati aikaa ja kärsivällisyyttä. Tuohonkin aikaan emolevyt tukivat eri tavoin erikokoisia muistipiirejä. Joihinkin sopivat vain 64 kt:n, 128 kt:n ja joihinkin 256 kt:n piirit jne. Asennus oli myös hidasta, mutta vastapainoksi hankittavasta muistista piti tietää ainoastaan muistin nopeus ja piirin kilotavumäärä. Yleensä piirien nopeudet olivat 120 tai 150 ns. Muistin asennuksen jälkeen PC- ja AT-mikrojen emolevyiltä asetettiin jumppereilla tiedossa oleva asennettu muistimäärä. Muisti oli hyvin kallista. AT-mikrojen aikaan yksi megatavu saattoi maksaa 3000 markkaa. Tämän takia mikroissa saatettiin käyttää melkoisia erikoisratkaisujakin. Esimerkiksi IBM AT:ssa käytettiin 128 kt:n muistipiirien sijaan tuplamäärää 64 kt:n piirejä. Eihän siinä mitään, mutta kun emolevyllä oli piiripaikkoja rajallinen määrä, keksivät IBM:llä juottaa toiset piirit piiripaikkoihin kiinnitettyjen päälle. Kaksi kappaletta 64 kilobitin piirejä kun olivat halvempia kuin yksi 128 kilobitin piiri. Ja tämä oli tosiaan johtavan mikrotietokoneiden valmistajan ratkaisu. Useimpien mikrojen emolevyillä oli varsin rajallinen muistikapasiteetti. Täten muistikortit yleistyivät, vaikka olivatkin varsin hinnakkaita. 384 kt sisältävä IBM PC:n lisämuistikortti. Mielenkiintoiseksi asian tekee se, että ohjelmat eivät tukeneet yli 640 kt:n muistia. Silti AT-mikroissa saattoi tehokäyttäjillä olla jopa 2 megatavua muistia. Ylimääräinen alue otettiin käyttöön EMS-muistiksi tai RAM-levyksi. RAM-levyhän on simuloitu levyasema, jonka muistialue otetaan keskusmuistista. Sen suurta nopeutta ihmeteltiin, mutta juurikaan järkevää käyttöä megatavun tai parin kokoiselle levyasemalle ei keksitty. EMS-muistia sentään jotkut ohjelmat osasivat käyttää. Sekään ei sitten käytännössä ollut yksinkertaista. Keskusmuistin ylämuistista tai edulliselta muistikortilta toteutettu EMS-muisti oli erittäin hidasta. Vain kalliimmissa muistikorteissa, kuten Intel AboveBoard, oli piirituki EMS-muistille, jonka nopeus oli sitten järkevämmässä mittaluokassa. Joka tapauksesa EMS-muisti oli hidasta, koska sieltä ei voinut käyttää ohjelmia. Monimutkaiset tietovarastolohkojen vaihdot ja ainoastaan ohjelmien välitietojen käyttömahdollisuus tekivät EMS-muistista aika surkean ratkaisun. Mutta muitakaan vaihtoehtoja ei tuohon aikaan ollut. 386-mikroissa siirryttiin SIMM-muistimoduuleihin, jolloin asennus helpottui ja muistin määrä voitiin asettaa Setup-ohjelmalla. Muistin määrä oli tosiaan asetettava itse, jotta mikro toimisi oikein. 486-mikrojen myötä muistin määrä asettuikin jo automaattisesti. Pentium-prosessoreiden myötä siirryttiin DIMM-muistimoduuleihin, joskin varhaisimmat emolevyt käyttivät SIMM-moduuleja. Muistit ovatkin kehittyneet huimasti nopeammiksi joka vuosi. Kiintolevy PC/XT-mikroissa kiintolevy jouduttiin perusalustamaan debug-ohjelman avulla käyttämällä suoraan mikropiirin alustuskoodeja. Lisäksi tarvittiin sopivat asetukset config.sys-tiedostoon. AT-mikroissa voitiin valita kiintolevyn malli Setup-ohjelman 46:sta vaihtoehdosta. Tällöin Debug-ohjelmaa eikä erillisiä parametrejä enää tarvittu. Kiintolevyn asennus helpottui ja kiintolevyt myös yleistyivät. Pienenä haittana oli, että mikroon pystyi asentamaan vain niitä kiintolevyjä, joiden tyypit oli esiasennettu BIOSiin. 20 megatavun ST506-kiintolevyasema ja ohjain, joka oli yleinen AT- ja 386-mikroissa. Ohjaimeen voidaan kytkeä kaksi kiintolevyä. Molempiin kytketään omilla liittimillä leveästä lattakaapelista ohjaussignaalin hallinta, sekä molempiin tulee ohjaimesta omat ohuemmat tietokaapelit. Myöhemmin AT- ja 386-mikrojen Setup-ohjelmaan tuli myös vaihtoehto 47, joka salli käyttäjän asettaa itse kiintolevyn CHS-arvot. Tällöin päästiin käyttämään muitakin kiintolevymalleja sekä yli 80 Mt kokoiset kiintolevyt tulivat mahdollisiksi. Kiintolevyt olivat 5,25" kokoisia, painavia, äänekkäitä, hyvin hitaita nykymittapuun mukaan ja tuottivat myös lämpöä runsaasti. Silti erillisiä jäähdyttimiä ei perusmikroissa käytetty. Naureskeltiin vain voimakkaalle lämmölle. Kiintolevyt olivat myös hyvin herkkiä vioittumaan ja "Bad Sectoreita" saatiinkin merkittyä säännöllisesti. Useimmissa kiintolevyissä jouduttiin perusalustuskin suorittamaan usein. Syynä oli kiintolevyn käytön myötä luku/kirjoituspään siirtyminen hieman sivuun. Jos perusalustusta ei suoritettu vähintään kerran vuodessa, saattoivat tiedot kadota levyltä lopullisesti. Servomoottorilla toteutetun kiintolevyn luku/kirjoituspäät piti parkkeerata ohjelman avulla aina ennen kuin mikrotietokone sammutettiin. Muutoin päät laskeutuivat levypinnalle tieto-osion päälle ja saattoivat vioittaa pinnan pysyvästi. Ongelmat poisti myöhemmin tullut luku/kirjoituspäiden äänikelatekniikka servomoottorin sijaan. PC-mikroissa käytettiin keskimäärin 10-20 Mt, 826-mikroissa 20-80 Mt, 386-mikroissa 40-150 Mt, 486-mikroissa 100-400 Mt, Pentium-mikroissa 200 Mt-1,5 Gt, Pentium II -mikroissa 1-8 Gt kokoisia kiintolevyjä. Nykyisin käytetään uusissa mikroissa 40-1000 Gt kiintolevyjä. Niiden koot ovat kasvaneet huimasti. Muistatteko vielä aikaa 1990-luvun alkupuolella, kun IDE-kiintolevyillä ei päästy yli 504 megatavun? Näytönohjaimet Ensimmäisissä PC-mikroissa käytettiin pääsääntöisesti mustavalkonäytönohjaimia ja näyttöinä vain vihreää väriä esittäviä malleja. Neljää väriä 320x160 kuvatarkkudella esittävät CGA-ohjaimet ja näytöt olivat huomattavasti harvinaisempia. Ja onnistuihan kaikki 16 väriäkin yhtä aikaa. Kuvatarkkuus oli tosin melko vaatimaton: 160x200 pistettä. Perus-VGA-ohjain ISA-väylään. 826-mikron myötä yleistyi EGA-ohjain ja -näyttö lyhyeksi aikaa. Siinä värejä voitiin esittää 16 kappaletta 640x350 kuvatarkkuudella. Tosin tällöinkin yleisin näyttö oli Hercules-ohjain ja -näyttö sen edullisemman hinnat johdosta. Hercules mahdollisti 720x348 tarkkuuden yhdellä värillä. Näytönohjaimen muistia oli 64 kilotavua. Tekstinkäsittelyssä Hercules oli tuohon aikaan ylivoimainen suurehkon tarkkuutensa ansiosta. Nopeasti 386-mikrojen myötä yleistyivät VGA-näytönohjaimet ja näytöt. Useimmat ohjaimet pystyivät esittämään 256 väriä 640x480 kuvatarkkuudella, kunhan näytönohjaimen muistia oli 512 kt. Useimmissa oli tosin vain 256 kt ja suurin värimäärä oli 16 VGA-tarkkuudella. Ennen kaikkea tekstin terävyys kyseisellä tarkkuudella oli tuohon aikaa huippuluokkaa. DOS-tilassa jopa nollassa oli pieni piste keskellä erottamassa se o-kirjaimesta. VGA:sta kehittyivät erilaiset SVGA-näytöt, jotka mahdollistivat useampia värejä ja suurempia kuvatarkkuuksia. Vasta 90-luvun loppupuolella näytönohjaimet nopeutuivat huomattavasti. Mukaan tuli 3D-ominaisuudet ja nopeusero ensimmäisiin VGA-näytönohjaimiin on käsittämättömän suuri. Näytönohjainten muistimäärät ovat myös kasvaneet huimasti. Varhaisten näytönohjaimien 64 kilotavua on kasvanut nykyisten tyypillisten näytönohjaimien 128-256 megatavuun. Näytönohjain on ollut aina periaatteessa helppo asentaa. Suurin ongelma on nykyisin Windowsin laiteohjaimien asennus. Kokoonpanojen kirjavuus ja näytönohjainten monimutkaisuus saattavat aiheuttaa ongelmia. Uusimmat mahdolliset laiteohjaimet ovatkin aina suotavia. Lisäkortit Lisäkorttipaikkoja oli vain PC-tyyppisiä ja AT-mikrojen myötä ISA-tyyppisiä. PC-mikroissa ei keskeytyksiä juuri riittänyt mihinkään lisälaitteeseen, mutta eipä niitä juuri tarjolla ollutkaan. Näytönohjain ja modeemi olivat usein ne ainoat lisäkortit. AT-mikrojen myötä keskeytysten määrä kasvoi 8:sta 16:een. Ja lisäkortteja alettiin käyttää enemmän. Tyypillisiä olivat edellisten lisäksi muistikortti, äänikortti ja yrityksissä verkkokortti. Jokaisessa lisäkortissa oli jumppereita ja DIP-kytkimiä, joiden avulla keskeytykset, osoitteet ja DMA-kanavat asetettiin. Tällöin täytyi tietää laitteiden jo varaamat resurssit, jotta osasi valita vapaina olevia. Diagnostiikkaohjelmat olivat hyvin epäluotettavia, joten niihin ei kannattanut juuri luottaa. Täysikokoinen AT-emolevy, jossa on 80386-prosessori ja 80387-matematiikkaprosessori. Emolevyllä on PC- ja ISA-korttipaikkoja, sekä kahdeksan SIMM-muistimoduulikantaa. Emolevyn alareunassa on kaksi piirisarjan piiriä ja oikeassa alareunassa kiinteät L2-välimuistipiirit. Keskeytykset muodostuivat ongelmaksi 386-mikrojen myötä tai lähinnä keskeytysten rajallinen määrä. Uusia erilaisia lisälaitteita alkoi ilmestyä markkinoille runsaasti, ja asennusten onnistuminen oli usein kiinni laitteeseen jo asennettujen laitteiden määrästä. Joissakin tapauksissa mikroon ei enää saanut mahtumaan uutta laitetta vapaiden resurssien puuttuessa. PCI-korttipaikkojen myötä tilanne hieman helpottui, koska niiden avulla on mahdollista jakaa keskeytyksiä useammille laitteille. Jotkut kortit eivät voi jakaa keskenään keskeytyksiä, mutta korttipaikkojen vaihdon jälkeen yleensä päästään toimivaan ratkaisuun. Ennen PCI-väylän yleistymistä yritettiin yleistää mikrokanava (MCA) -väylää IBM:n toimesta. Mikrokanava kariutui IBM:n vaatimiin lisenssimaksuihin. Muut yritykset eivät halunneet maksaa väylän käytöstä. Mikrokanava oli aivan oma väylänsä, eivätkä ISA-kortit sopineet väylään eivätkä edes omina korttipaikkoinaan emolevylle MCA:n rinnalle. Sinänsä mikrokanava oli varsin edistyksellinen. Lisäkorttien resurssit asettuivat automaattisesti ja niitä voitiin ohjata ohjelmallisesti. Lisäkorteissa ei siis ollut jumppereita eikä kytkimiä. Myös levyasemien asennus oli erilaista. Ne kytkettiin suoraan korteissa oleviin liittimiin ilman välikaapeleita. Mikrokanavan 32-bittinen maksimi tiedonsiirtonopeus on samaa luokkaa PCI-väylän kanssa ja se siis saavutettiin jo kymmenen vuotta sitten. EISA tuli markkinoille nopeasti mikrokanavan jälkeen sen kilpailijaksi. Se mahdollisti suuremmat tiedonsiirtonopeudet ja yhteensopivuuden ISA-korttien kanssa. Loppujen lopuksi EISA ei saanut juurikaan kannatusta. VLB (VESA Local Bus) oli hetken aikaa 486-mikrojen paikallisväyläratkaisuna, mutta sekin hävisi nopeasti suurempiin nopeuksiin soveltumattomuutensa takia. VLB:n kun piti toimia samalla kellotaajuudella prosessorin ulkoisen taajuden kanssa, ja lisäkortit eivät kyenneet vastaaviin nopeuksiin. PCI:stä on muodostunut nykyisin se perusratkaisu ja AGP-väylähän on vain PCI:n laajennos näytönohjaimille. PCI- ja AGP-väylät on alkanut korvata PCI Express -väylä noin vuodesta 2004 alkaen. PCI- ja AGP-väyliä nopeampi PCI-X-väylä ei sen sijaan menestynyt. Tulostimet PC-mikrojen aikaan käytettiin pääasiassa matriisitulostimia. Ne olivat kalliita, hitaita ja jälki oli melko huonoa. 300 dpi lasertulostimet yleistyivät 386-mikrojen aikaan, ja hinnat olivat hyvin korkeita. Jälki oli erinomaista tuon ajan mittapuulla tarkasteltuna. Mustesuihkutulostimet ja parempilaatuiset lasertulostimet yleistyivät vasta hieman myöhemmin. Edullisiksi mustesuihkutulostimet ovat tulleet vasta 90-luvun loppupuolella. Vuodesta 2005 alkaen värilasertulostimet ovat halventuneet voimakkaasti ja siten yleistyneet. Verrattuna nykyisiin mikroihin Kaiken kaikkiaan automatiikan lisääntyminen on helpottanut asennuksia, mutta mahdollisuuksien kirjo vaatii entistä enemmän tarkkaavaisuutta. Nykyisin tärkeintä onkin valita sopiva emolevy- ja prosessoriyhdistelmä, jotta ratkaisu toimii. Asetukset menevät automaattisesti, mutta epäyhteensopivia laitteita yhdistettäessä kokoonpano ei toimi tai ratkaisu voi jopa vioittaa laitteita. Ajallisesti nykyiset mikrot ovat paljon nopeampia rakentaa. Myös kiintolevyn alustamiset käyvät nopeammin vaikka levyjen kapasiteetit ovat monituhatkertaistuneet. Kehitys kehittyy ja uudemmissa emolevyissä on lähes aina enemmän ominaisuuksia tai nopeampia ratkaisuja kuin aiemmissa. Täten vanhemmat laiteosat jäävät usein käyttämättömiksi ja kelpaavat korkeintaan PC-mikrojen lyhyen historian muisteluun.