Máy tính cá nhân IBM (tiếng Anh IBM Personal Computer, IBM PC) là máy tính cá nhân đầu tiên thành công lớn trên thị trường của hãng IBM, số hiệu mẫu (model) là 5150.

IBM PC sử dụng bộ vi xử lý 16 bit 8088 của hãng Intel và chạy hệ điều hàn hMS-DOS của hãng Microsoft. Sau khi được đưa ra thị trường năm 1981, IBM PC nhanh chóng trở thành máy tính (MT) bán được với con số lớn nhất trong lịch sử tính đến lúc đó. [xt. Hệ điều hành MS DOS]

Điều hết sức đặc biệt là hãng IBM (International Business Machine Company) đã không giữ bí mật về chiếc máy của mình mà lại làm ngược lại, họ đã công bố toàn bộ thiết kế của máy IBM PC, từ sơ đồ mạch điện cho đến các phần mềm hệ thống trong bộ nhớ ROM-BIOS của máy, tất cả được in trong cuốn sách có tên “Reference Manual” và bán ra thị trường. Nhờ đó rất nhiều hãng đã sản xuất ra các máy tính cá nhân của họ nhái theo IBM PC và có giá thường là rẻ hơn; các máy này thường được gọi là máy tính cá nhân tương thích với IBM PC (IBM PC Compatible). Người ta đã bình luận nhiều về quyết định không giữ bí mật của IBM và có những đánh giá khác nhau. Có một điều rất tốt cho thị trường phần mềm và cả thị trường phần cứng, đó là các máy IBM PC và máy tương thích với nó chiếm tỉ lệ rất lớn trong thị trường máy tính cá nhân, đây là một động lực to lớn thúc đẩy thị trường phát triển nhanh chóng và bền vững.

IBM PC được coi là máy tính cá nhân hiện đại đầu tiên trên thế giới, một chuẩn không chính thức (de factor standard) cho các máy tính cá nhân, đã góp phần to lớn làm nên cuộc cách mạng về tính toán trong thương mại và trong cuộc sống của con người.

Các đặc tính kỹ thuật chủ yếu của bộ vi xử lý 8086 và 8088

• Số thanh ghi: 14 thanh ghi 16 bit

• Bus địa chỉ: 20 dây

• Bus số liệu: 8 dây (16 dây với bộ VXL 8086)

• Tập lệnh: 230 lệnh

• Tần số đồng hồ: 4.77MHz

• Số chân: 40

Bộ vi xử lý

Vào thời điểm IBM PC mới ra đời, việc máy được trang bị bộ vi xử lý 16 bit là rất tiên tiến. Tuy nhiên, nếu sử dụng bộ VXL 8086 với bus số liệu 16 bit thì tất cả các bảng mạch điều khiển các thiết bị ngoại vi trong máy cũng phải là loại 16 bit có giá đắt hơn loại 8 bit đang có sẵn hơn trên thị trường, chính vì vậy mà IBM đã quyết định chọn bộ VXL 8088.

Thanh ghi

Các thanh ghi: được chia thành ba nhóm và một thanh ghi cờ, cụ thể như sau:

• Các thanh ghi đa năng: AX, BX, CX và DX đều là 16 bit nhưng bằng cách sử dụng các mã lệnh thích hợp có thể sử dụng từng nửa của mỗi thanh ghi như một thanh ghi độc lập 8 bit. [xt. Từ máy tính]

• Các thanh ghi đoạn bộ nhớ (segment register): CS, DS, SS, ES; mỗi thanh ghi này sẽ được bộ VXL sử dụng kết hợp với một trong năm thanh ghi địa chỉ dịch (offset address) cũng là 16 bit để tạo nên một giá trị địa chỉ 20 bit để đánh địa chỉ bộ nhớ chính. Cách tạo địa chỉ như vậy được gọi là đánh địa chỉ phân đoạn.

• Các thanh ghi địa chỉ dịch (offset address register): SP, BP, SI, DI và IP. Việc kết hợp một trong các thanh ghi này với thanh ghi đoạn bộ nhớ nào phải theo quy định của nhà sản xuất chip 8088 chứ không thể tùy tiện. Thí dụ: CS chỉ kết hợp với IP để đánh địa chỉ một ô nhớ trong đoạn mã lệnh (code segment) trong bộ nhớ chính; SS có thể kết hợp với SP hoặc BP để đánh địa chỉ một ô nhớ trong đoạn ngăn xếp (stack segment) v.v.

• Thanh ghi cờ - FLAGS. Thanh ghi 16 bit này có đặc điểm khác hẳn các thanh ghi khác, đó là mỗi bit mang một ý nghĩa nhất định và hoạt động độc lập với nhau, được gọi là một cờ. Mỗi cờ thường chỉ báo một trạng thái của bộ VXL sau khi thực hiện một lệnh. Thí dụ bit bậc không có tên là cờ nhớ - CF (Carry Flag), nếu phép tính cộng mà bộ VXL vừa thực hiện có sinh ra bit nhớ thì giá trị của cờ CF bằng một v.v. Trong số mười sáu bit của thanh ghi FLAGS chỉ có chín bit được sử dụng làm chín cờ. Các bộ VXL thế hệ sau của 8088 sử dụng thêm một số bit làm cờ.

Bus

Là tập hợp các đường dây dẫn truyền song song tín hiệu để kết nối các đơn vị chức năng khác nhau của hệ thống MT. Đối với MT IBM PC và nhiều loại MT điện tử khác, nhóm dây truyền tín hiệu địa chỉ được gọi là bus địa chỉ (address bus), nhóm dây truyền tín hiệu số liệu được gọi là bus số liệu (data bus) v.v.

• Bus số liệu: Bus số liệu bên trong các bộ VXL 8088 và 8086 là giống nhau, gồm 16 dây để truyền song song 16 bit. Tuy nhiên, bus số liệu để bộ VXL gửi hoặc nhận số liệu với bên ngoài lại khác nhau, với 8086 là 16 bit, với 8088 là 8 bit.

• Bus địa chỉ: với bus địa chỉ 20 bit, bộ vi xử lý có thể đánh địa chỉ hai mũ hai mươi ô nhớ, với kích thước ô nhớ của IBM PC là 8 bit (một byte) thì dung lượng bộ nhớ tối đa của IBM PC là một mê-ga byte, đây là một bộ nhớ được coi là cực lớn vào thời điểm năm 1981.

Tập lệnh

Mã lệnh của bộ VXL 8088 có kích thước 8 bit, vì vậy về lý thuyết có thể có đến 256 mã lệnh khác nhau; tuy nhiên trong tài liệu kỹ thuật của mình (cuốn sách “Technical Reference”) IBM chỉ công bố 230 lệnh.

Tần số đồng hồ 4.77 MHz

Đây chính là tần số tín hiệu đồng bộ màu trong hệ thống truyền hình theo chuẩn NTSC được sử dụng ở nước Mỹ và một số quốc gia khác. Ban đầu IBM chọn giá trị này vì cho rằng một số khách hàng của mình có thể sử dụng máy thu hình màu làm phương tiện hiển thị cho MT để tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, vì việc này thực tế không có nhiều ý nghĩa nên trong các phiên bản PC sau này IBM thường sử dụng các tần số là chẵn và ngày càng cao hơn.

Chân của 8080

40 chân được chia đều thành hai hàng chạy song song với nhau ở phía dưới của con chip.

=== Kích thước bộ nhớ ==='

Với bus địa chỉ 20 bit IBM PC có thể được trang bị bộ nhớ (cả RAM và ROM) có kích thước tối đa là một mê-ga byte. Theo thiết kế máy IBM PC:

• Kích thước tối đa của bộ nhớ RAM là 640 KB (ki-lô byte) và chiếm miền địa chỉ thấp, bắt đầu từ địa chỉ 0. Khi mua máy, khách hàng tùy theo yêu cầu và khả năng chi của mình có thể chọn kích thước RAM nhỏ hơn 640 KB.

• Kích thước của bộ nhớ ROM (có thể gồm nhiều chip) tối đa về mặt lý thuyết là 384 KB và chiếm miền địa chỉ cao trên miền dành cho RAM. Các chip ROM phải sử dụng các khối địa chỉ có địa chỉ đầu tiên là bội số của 8K, quy định này giúp cho việc tìm ROM mở rộng được nhanh chóng và chính xác trong quá trình khởi động máy tính.

Hệ điều hành

Hệ điều hành cho máy tính IBM PC: MS-DOS và PC-DOS MS-DOS là hệ điều hành hãng Microsoft viết cho máy IBM PC. PC-DOS là hệ điều hành của IBM viết cho chiếc máy IBM PC, nó hoàn toàn giống MS-DOS trừ một vài khác biệt nhỏ, trong đó có tên một số file hệ thống cùng chức năng. Cả MS-DOS và PC-DOS cũng hoạt động được trên các máy tương thích với IBM PC. [xt. Hệ điều hành MS-DOS]

Sản phẩm tiêu biểu

Ý tưởng về việc sản xuất các máy tính kích thước nhỏ, dành cho một người sử dụng, có thể để được trên bàn có từ rất sớm. Đã có nhiều hãng sản xuất máy tính đưa ra thị trường các máy như vậy trước khi hãng IBM (International Business Machine Company) đưa ra thị trường thế hệ máy vi tính đầu tiên của mình là IBM PC (Personal Computer). Dưới đây là một số máy tính cá nhân nổi tiếng nhất của IBM:

• System/23 DataMaster: là máy tính cá nhân thế hệ trước IBM PC, sử dụng bộ vi xử lý 8-bit 8085 của hãng Intel đã bị coi là lạc hậu so với 8086 và 8088.

• IBM PC model 5150: 1981.

• IBM PC/XT model 5160: 1983.

• IBM PC/AT model 5170: 1984.

• IBM PC/XT 286 model 5162: 1986.

Năm 2005 IBM đã bán mảng sản xuất và kinh doanh máy tính cá nhân cho công ty Lenovo và sau đó Lenovo nhanh chóng trở thành công ty sản xuất máy tính cá nhân hàng đầu thế giới.

Tài liệu tham khảo

1. A. S. Tannenbaum, Structured Computer Organization, 6th Edition, Pearson, 2013. ISBN 10: 0-13-291652-5, ISBN 13: 978-0-13-291652-3.
2. Benjamin W. Wah, Wiley Encyclopedia of Computer Science and Engineering, Publisher: Wiley-interscience, 2008. ISBN-10: 0471383937, ISBN-13: 978-0471383932.
3. Michael Tischer, PCINTERN-System programming: The Encyclopedia of DOS programming Know How, 5th Edition, Arbacus, 1992. ISBN-10: 1557551456, ISBN-13: 978-1557551450.
4. Technical Reference, IBM Personal Computer Hardware Reference Library, First Edition, 1981.