Những cuộc thảo luận gần đây về ELKS (Embedded Linux Kernel Subset) đã làm dấy lên một cuộc trò chuyện thú vị về các hệ thống x86 dựa trên ROM, tiết lộ một chương đáng chú ý nhưng thường bị bỏ qua trong lịch sử điện toán. Mặc dù nhiều người thường liên kết bộ xử lý x86 chủ yếu với máy tính cá nhân, những con chip này đã có một lịch sử phong phú trong các hệ thống nhúng và ứng dụng dựa trên ROM.
Yêu cầu hệ thống ELKS:
- RAM tối thiểu: 256K
- RAM khuyến nghị: 512K
- Cấu hình dựa trên ROM: 128K RAM
- Kiến trúc được hỗ trợ: 8086, 8088, 80188, 80186, 80286, NEC V20, V30
Thế giới của hệ thống x86 dựa trên ROM
Các hệ thống x86 dựa trên ROM phổ biến hơn nhiều người nghĩ. Từ máy tính Tandy với DOS trong ROM đến các bộ điều khiển công nghiệp chuyên dụng, những hệ thống này thể hiện tính linh hoạt đáng kinh ngạc. Khả năng thực thi mã trực tiếp từ ROM mà không cần phải tải vào RAM trước, khiến những hệ thống này đặc biệt hiệu quả cho các ứng dụng cụ thể. Các ví dụ điển hình bao gồm dòng PS/1 của IBM, nhiều máy tính tương thích PC của Tandy với giao diện DeskMate, và nhiều laptop của HP và Zenith có cả DOS và Windows trong ROM.
Các hệ thống x86 đáng chú ý dựa trên ROM:
- Dòng máy Tandy 1000 với DOS 2.11 tích hợp trong ROM
- IBM PS/1 với PC-DOS và giao diện đồ họa
- Các laptop HP / GRiD / Zenith với DOS/Windows trong ROM
- Các hệ thống điều khiển công nghiệp với card ISA
- Các máy in Apple đời đầu sử dụng bộ điều khiển 80186
Triển khai kỹ thuật và lợi ích
Các hệ thống dựa trên ROM mang lại những lợi thế độc đáo cho các ứng dụng nhúng. Trong khi các hệ thống hiện đại thường tải hệ điều hành từ bộ nhớ lưu trữ vào RAM, các hệ thống dựa trên ROM có thể thực thi mã trực tiếp từ bộ nhớ không bay hơi. Cách tiếp cận này đặc biệt phổ biến trong các thiết bị nhúng và hệ thống điều khiển công nghiệp cho đến giữa những năm 2000, khi bộ nhớ flash NOR cho phép khả năng thực thi tại chỗ.
Hệ thống tập tin gốc chỉ được ghi khi bạn nạp một hình ảnh hệ điều hành mới, và các cài đặt liên tục được lưu vào một vùng NVRAM nhỏ.
Ứng dụng hiện đại và di sản
Các hệ thống nhúng ngày nay phần lớn đã không còn sử dụng kiến trúc thuần ROM, nhưng khái niệm này vẫn tồn tại dưới các hình thức đã được điều chỉnh. Nhiều bộ định tuyến và thiết bị nhúng hiện đại vẫn hoạt động với hệ thống tập tin gốc chỉ đọc được gắn kết với một đĩa RAM nhỏ để lưu trữ tạm thời. Dự án ELKS tiếp tục di sản này, hỗ trợ các hệ thống dựa trên ROM có thể chạy chỉ với 128K RAM, khiến nó phù hợp cho cả phần cứng lịch sử và ứng dụng nhúng hiện đại.
 |
|---|
| Hình ảnh này mô tả giao diện trò chơi trong quá khứ, minh họa chức năng của các hệ thống dựa trên ROM như ELKS, cho thấy cách chúng có thể chạy với tài nguyên tối thiểu, tương tự như các thiết bị nhúng đời đầu |
Khía cạnh kinh tế của sự phát triển
Sự chuyển đổi khỏi hệ thống dựa trên ROM không chỉ đơn thuần do tiến bộ công nghệ. Hệ sinh thái hỗ trợ, cơ sở phần mềm hiện có và yêu cầu chứng nhận đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định lựa chọn phần cứng. Mặc dù các chip RISC-V 32-bit hiện đại có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn so với bộ xử lý 8-bit truyền thống, bức tranh kinh tế hoàn chỉnh bao gồm các yếu tố vượt xa chi phí linh kiện đơn thuần, như cơ sở hạ tầng hiện có và công cụ phát triển.
Góc nhìn lịch sử về hệ thống x86 dựa trên ROM cung cấp những hiểu biết quý giá về sự phát triển của điện toán nhúng và tiếp tục ảnh hưởng đến các nguyên tắc thiết kế hệ thống hiện đại.