Khởi nguồn PC và hành trình game console x86

IBM PC và hậu duệ của nó đã xâm chiếm thế giới không chỉ ở những máy tính cá nhân mà còn thống trị trong giới game thủ với thiết bị game console.

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86

Kỷ nguyên vàng máy tính cá nhân

Những năm đầu 1980, Apple đã rất tích cực để hiện thực hóa thị trường máy tính cá nhân theo cách của mình. Cùng lúc đó, IBM đang là “trùm” về máy tính mainframe cũng quyết định nhúng chân vào thị trường còn rất sơ khai này, với kỳ vọng khơi nguồn lợi nhuận mới. “Big Blue” đã thay đổi cả thế giới khi công bố chiếc máy tính cá nhân IBM PC vào năm 1981, máy nặng khoảng 9,5 kg và được bán trên thị trường với giá 1.565 USD thực sự hấp dẫn ở thời điểm đó. Với sức mạnh tiếp thị và danh tiếng nhà sản xuất máy tính lớn, PC của IBM nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn của ngành công nghiệp điện toán cá nhân.

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86 ảnh 1

Nhưng điều mà IBM không ngờ đến là chiếc máy IBM PC Model 5150 ra mắt ngày 12/8/1981 đã làm thay đổi hẳn ngành điện toán, tạo ra thị trường PC làm tác động sâu sắc tới hầu hết mọi lĩnh vực đời sống của con người sau này. Một số đặc điểm của chiếc máy tính IBM đời đầu là bộ nhớ chỉ có 16KB, có khả năng kết nối với TV, chơi game và xử lý văn bản, quá khiêm tốn so với vô số PC đang hiện diện trong các văn phòng và gia đình ngày nay, sau 35 năm.

Trước IBM PC, máy tính chủ yếu dùng trong những tổ chức, doanh nghiệp lớn. Đó là những dàn máy tính đồ sộ, đắt tiền và muốn sử dụng chúng cần rất nhiều nguồn lực. Một số máy tính cá nhân khác như Apple II (1977), Atari 800 (1979) đã xuất hiện khá sớm tuy nhiên những hệ thống này sử dụng các thành phần và thiết kế độc quyền.  Còn những ông chủ doanh nghiệp của thời ấy thì tưởng đó là tên của những món đồ chơi.

Để tăng hiệu suất làm việc cho máy tính của mình, IBM đã phá vỡ chính sách của công ty khi chấp nhận sử dụng công nghệ của đối tác, đồng nghĩa là, những chiếc PC được sản xuất từ phần cứng và phần mềm của hãng thứ 3 xuất hiện.

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86 ảnh 2
IBM PC thời đầu thập niên 1980.

Kết quả cuối cùng công việc của IBM là một “chiếc hộp” đơn giản màu xám, đặt nằm ngang. Màn hình và bàn phím không gắn liền mà nối với “chiếc hộp” đó bằng cáp, máy in cũng vậy. Thay vì lưu file lên băng cassette, 5150 có ổ đĩa mềm (muốn có máy in và ổ đĩa mềm người mua phải trả thêm tiền). 

Nhiều điều gây ấn tượng với mọi người vào năm 1981 ngày nay nhìn lại khá “ngộ”, chẳng hạn IBM thời đó tự hào quảng bá IBM PC với lưu ý: "Hệ thống hỗ trợ cả thùng máy đứng lẫn thùng máy nằm" (chiếc máy Apple II nguyên thủy chỉ hỗ trợ thùng máy nằm).

Thuật ngữ máy tính cá nhân "Personal Computer-
PC" được phổ biến bởi tạp chí Byte, cũng như máy tính Apple, vào cuối thập niên 1970 đầu 1980, và sau đó là IBM với cỗ máy IBM PC xuất hiện thì chúng còn được gọi là máy tính gia đình. Thuật ngữ PC về sau gắn liền với hệ điều hành Windows của Microsoft bởi sự phổ biến của chúng, cùng với máy tính của Apple chạy Mac OS và một số PC chạy Linux đều gọi chung là máy tính cá nhân.

IBM đã ký hợp đồng với Microsoft phát triển hệ điều hành và Intel chế tạo những bộ xử lý cho mình, đồng thời cho phép các đối thủ cạnh tranh phát triển các hệ thống "tương thích IBM". Nhờ chính sách cởi mở của IBM mà ngành công nghiệp sản xuất PC hình thành và phát triển nhanh chóng, làm xuất hiện những người khổng lồ mới như DEC, Compaq, HP và sau này là Dell và nhiều công ty khác.

Linh hồn của IBM PC
Bộ xử lý Intel 8088 với kiến trúc x86 trình làng vào tháng 6/1979 được IBM chọn đưa vào chiếc PC đầu tiên của mình và đây được xem là linh hồn của chiếc máy tính cá nhân đầu tiên. Điều này đã tạo đà cho Intel trở thành nhà sản xuất BXL máy tính lớn nhất trên thế giới với nền tảng x86 của mình.

Thuật ngữ x86 dùng để chỉ tới kiến trúc tập lệnh của dòng vi xử lý 8086 của Intel được giới thiệu vào năm 1978.

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86 ảnh 3
Bộ xử lý 8086

 Còn đối với bộ xử lý 8088 được sử dụng trên IBM PC thì nó giống hệt 8086 nhưng có khả năng quản lý địa chỉ dòng lệnh. 8088 cũng sử dụng công nghệ 3 µm, 29.000 transistor, kiến trúc 16 bit bên trong và 8 bit bus dữ liệu ngoài, 20 bit bus địa chỉ, hỗ trợ bộ nhớ mở rộng tới 1MB.

Kiến trúc x86 thực sự đã thống trị thị trường PC, là linh hồn của các thế hệ máy tính cá nhân đang hiện hữu trong các văn phòng và gia đình ngày nay. Kiến trúc x86 cũng dành ưu thế đối với máy workstation, và cả server dùng trong doanh nghiệp.

Vì tính phổ biến của nó và hỗ trợ tài liệu rất tốt từ Intel nên x86 được rất nhiều kỹ sư phần mềm viết chương trình chạy trên nó. Phần mềm được viết cho x86 bao gồm các nền tảng hệ điều hành: MS DOS, Windows, Linux, BSD và các biến thể Unix. Ngoài Intel sản xuất chip kiến trúc x86 còn có AMD, VIA. AMD là đối thủ lớn của Intel trên thị trường chip x86 cho PC.

Trong quá trình này, một số kỹ sư dần gắn bó với các CPU x86 và hệ kiến trúc IBM PC đến mức họ bắt đầu sử dụng chúng trong những dự án phụ, bao gồm các hệ thống nhúng, máy chơi game bỏ xu (ví dụ như trò Q*Bert), và cũng từ đó đã xuất hiện dòng sản phẩm riêng biệt, máy chơi game console gia đình.

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86 ảnh 4

Game Console x86 - Đứa con của PC

Ngoài những hệ máy chơi game console còn tồn tại đến ngày nay, nhiều “chiến binh” đã đi vào quên lãng, nhưng phần lớn chúng đều chung nguồn gốc với chiếc máy tính cá nhân IBM PC lừng danh. Những thiết bị chơi game này được ra đời, hoàn thiện và phát triển cùng với nền tảng IBM PC.

Nhưng thời điểm hiện tại đang có sự thay đổi khác biệt. Người dùng máy vi tính gia đình thông thường giờ đang dần rời xa desktop, laptop để chuyển sang sử dụng smartphone và máy tính bảng dựa trên kiến trúc ARM. Trong khi đó, máy chơi game console lại đang càng lúc càng trở nên giống PC với kiến trúc x86.

Trên thực tế, kiến trúc x86 (đúng hơn là x86-64) giờ đây đã thống lĩnh thế giới máy console gia đình với những chiếc máy chơi game như PS4, Xbox One, và Steam Machine. Qua 35 năm hình thành và phát triển, khởi đầu thành công với  chiếc máy IBM PC, đến nay kiến trúc x86 đã trở thành nền tảng phổ thông nhất giúp khả năng phát triển dựa trên chúng hết sức dễ dàng. Thiết bị phần cứng cũng như số lượng khổng lồ công cụ phần mềm được phát triển cho hệ máy này cũng là nhiều nhất. Điều này đã giúp tăng cao năng suất trong việc xây dựng ứng dụng cũng như phát triển trò chơi cho game console.

Trước đây, không khó lắm để lập trình game cho những CPU phi kiến trúc x86. Thường đó là công việc dành cho một hay hai người làm. Các công ty game console có thể chọn bất kỳ CPU nào mà họ muốn, thường thì sẽ là loại CPU mà kỹ sư của họ đã quen thuộc và loại giá rẻ khi mua với số lượng lớn. Trong thời đại ngày nay, khi mà trò chơi điện tử thường được ví như những con quái vật phức tạp yêu cầu kinh phí hàng triệu đô và đội ngũ phát triển lớn, thì việc tối ưu hóa năng suất đã trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Và việc sử dụng CPU x86 cho phép tăng năng suất một cách đáng kể cho các nhà phát triển game.

Những mẫu game console nổi bật sử dụng kiến trúc x86

Mẫu thử nghiệm: Konix Multisystem (1988)
CPU: Intel 8086
Konix Multisystem được phát triển bởi công ty Konix của Anh trong nỗ lực tạo ra một chiếc máy chơi game console gia đình, để có thể đáp ứng được mong muốn của tất cả mọi người. Cỗ máy này bao gồm hệ thống giả lập lái xe, giả lập lái máy bay, súng ánh sáng, và ghế phản hồi lực. Nhưng cuối cùng hệ thống được kỳ vọng này bị mắc kẹt trong quá trình phát triển và không xuất hiện trên thị trường. Nếu không, Konix có thể đã là máy chơi game console sử dụng nền tảng x86 đầu tiên bán ra đại chúng.

Tandy VIS (1992)
CPU: Intel 80286 12 MHz
Đầu những năm 1990 là thời kỳ bùng nổ “đa phương tiện” – một thuật ngữ quảng cáo được sử dụng đến tận ngày nay, nhằm miêu tả sự hòa hợp của từ ngữ, phần mềm tương tác, âm thanh, và phim ảnh để tạo thành một dạng nội dung. Chiếc Philips CD-i đã đi tiên phong với vai trò là nền tảng đa phương tiện độc lập, và vài công ty sau đó đã bước theo dấu chân của thiết bị này  bao gồm Tandy, công ty mà đã tung ra thiết bị Video Information System (VIS). VIS về cơ bản là chiếc máy vi tính 286 (sử dụng bộ xử lý 80286 của Intel) được đơn giản hóa và chạy một phiên bản Windows đặc biệt. Thiết bị này đã thất bại thảm hại trên thị trường, và ngày nay không mấy ai biết về nó.

Fujitsu FM Towns Marty (1993)
CPU: AMD 386SX 16 MHz
Vào những năm 1980 – 1990, ở Nhật Bản, một số công ty mở rộng nền tảng IBM PC vốn đã nổi tiếng bằng cách ghép thêm thành phần phần cứng đặc chế để xử lý hình ảnh độ phân giải cao, có khả năng hỗ trợ ký tự chữ Nhật phức tạp, hay nói rộng hơn tức là có khả năng hỗ trợ được chất lượng hình ảnh game tốt hơn. Trong những cỗ máy đó, chiếc Fujitsu FM Towns là một trong số chiếc máy nổi bật nhất – thùng máy có hình tháp, với ổ CD-ROM gắn liền. Vào năm 1993, Fujitsu rút gọn đi một phần của chiếc FM Towns để tạo ra thiết bị game console Marty riêng biệt đầy tham vọng. Tuy nhiên Marty không thể đến được Mỹ và cũng không hề thành công tại Nhật Bản.

x86-64 nhanh chóng phổ biến do không gian địa chỉ 32 bit hạn hẹp không phù hợp cho máy tính có năng lực tính toán ngày càng mạnh. Đây là phần mở rộng của kiến trúc 80386 trở đi, bộ vi xử lý có thể tính toán với toán tử 64 bit, thanh ghi mở rộng ra 64 bit, và số lượng thanh ghi đa dụng từ 8 lên 16 thanh ghi.Điều đáng chú ý là Intel không phát minh ra bản 64-bit của tập lệnh x86 của họ. Trước đây còn có tên là x86-64 (hoặc đôi khi chỉ vắn tắt là x64), tập lệnh này thực chất do AMD thiết kế.

Câu chuyện là Intel muốn đi lên điện toán 64-bit nhưng nếu sử dụng kiến trúc x86 32-bit để tạo ra bản 64-bit là không hiệu quả. Vì vậy, Intel khởi động một dự án bộ xử lý 64-bit mới tên là IA64. Và kết quả là dòng bộ xử lý Itanium ra đời.

Trong khi đó, AMD biết họ không thể sản xuất được bộ xử lý tương thích IA64 nên AMD đi trước một bước khi mở rộng thiết kế x86 để có thể tương thích được với bộ định địa chỉ và thanh ghi 64-bit.

Kết quả là kiến trúc mang tên AMD64 ra đời, trở thành chuẩn 64-bit không chính thức dành cho bộ xử lý x86.

Bandai WonderSwan (1999)
CPU: NEC V30 MZ 3 MHz
Chiếc WonderSwan nổi tiếng bởi đây là dự án cuối cùng của một trong những chuyên gia thiết kế game hàng đầu  Gunpei Yokoi – người được biết đến như là cha đẻ của chiếc Game Boy. Một điều ít ai nhận ra là, chiếc WonderSwan chính là máy chơi game cầm tay x86 đầu tiên, bởi nó sử dụng con chip x86 là CPU NEC V30. Chiếc máy này, cùng với hai phiên bản màn hình màu tiếp theo đã giúp hãng phát triển Bandai nhanh chóng chiếm được 8% thị phần béo bở này tại Nhật Bản nhờ chính sách giá rất hợp lý.

Microsoft XBOX (2001)
CPU: Intel Pentium III 733 MHz
Khi Microsoft chế tạo chiếc máy chơi game console Xbox đầu tiên của mình, hãng đã sử dụng những gì quen thuộc nhất - hệ thống tương thích giống như IBM PC và kèm theo đó là một chút chỉnh sửa riêng. Game console này sử dụng CPU Intel Pentium III, nhưng thời điểm phát hành thì chẳng mấy người dùng hay biết điều này. Hệ thống này đã trở nên khá nổi tiếng khi trở thành đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Play Station 2 của Sony và GameCube của Nintendo. Microsoft cũng đưa tựa game đình đám Halo, cùng hàng loạt game lớn khác, lên console này.

Thiết bị chơi game này thực sự gây ấn tượng với người dùng cũng như các nhà phát triển game, tuy nhiên Microsoft lại quay lưng với x86 khi phát triển chiếc console Xbox 360 tiếp theo của mình.

Sony PlayStation 4 (2013)
CPU: AMD x86-64 Jaguar 1.6 GHz  (8 lõi) 
Khi đến lúc phải phát triển hậu duệ cho chiếc PlayStation 3 vốn khét tiếng là khó lập trình (chiếc PS3 khá ‘lạ’ khi dùng bộ vi xử lý Cell dựa trên PowerPC), thì Sony đã mời nghệ nhân game nổi tiếng Mark Cerny thiết kế một chiếc máy console mới thân thiện với nhà phát triển, dựa trên dạng kiến trúc PC tăng cường. Kế hoạch này dường như đã đạt được kết quả tốt, và chiếc PlayStation 4 hiện giờ đang thống trị thị trường console gia đình.

Microsoft Xbox One (2013)
CPU: AMD Jaguar 1.75 GHz (2 bộ xử lý lõi tứ) 
Sau một thế hệ bộ ba máy chơi game console hàng đầu thế giới (Xbox 360, Wii, và PlayStation 3) đều sử dụng CPU kiến trúc PowerPC, cả Sony và Microsoft đều quyết định quay ngoắt 180 độ và trở lại kiến trúc PC biến thể để phát triển console của mình.

Lý do đơn giản là vì nhiều nhà phát triển đã quen thuộc với nền tảng x86, và nền tảng này dễ lập trình hơn. Thêm nữa, kiến trúc x86 mang lại khả năng liên tục nâng cấp console để tương thích với tương lai như là một chiếc máy vi tính PC, và chúng ta rồi sẽ được chứng kiến điều này với chiếc Xbox Scorpio của Microsoft và PS4 Neo của Sony.

Khởi nguồn PC và hành trình game console x86 ảnh 5

Steam Machine (2015)

CPU: Có thể thay đổi
Phần mềm phân phối kỹ thuật số Steam của Valve đã thống trị thị trường game PC với vai trò là “nền tảng trong một nền tảng” trong suốt khoảng một thập kỷ qua. Với những kẻ cạnh tranh mới xuất hiện dưới dạng cửa hàng game online như trên Windows 8/10 trên PC của chính Microsoft, Valve nghĩ rằng đã đến lúc họ trở nên độc lập hơn và trở thành một nền tảng phần cứng riêng biệt thực sự, mà không cần phải dựa dẫm vào hệ điều hành này.

Vào năm 2015, chiếc Steam Machine đầu tiên đã ra đời từ nhiều nhà cung cấp khác nhau – nổi tiếng nhất là Alienware và chúng đều sử dụng CPU x86 với hệ điều hành SteamOS, là một hệ điều hành biến thể dựa trên Linux. Cho đến hiện tại, những chiếc Machine cũng không đạt được kết quả gì khả quan, nhưng chúng cho thấy những nỗ lực mới nhất, và có lẽ cũng không phải là nỗ lực cuối cùng để chế tạo một máy chơi game console x86.

Theo PC World VN