การอภิปรายล่าสุดเกี่ยวกับ ELKS (Embedded Linux Kernel Subset) ได้จุดประกายให้เกิดการสนทนาที่น่าสนใจเกี่ยวกับระบบ ROM-based x86 เผยให้เห็นบทหนึ่งที่น่าหลงใหลแต่มักถูกมองข้ามในประวัติศาสตร์การคำนวณ แม้ว่าหลายคนจะเชื่อมโยงโปรเซสเซอร์ x86 กับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเป็นหลัก แต่ชิปเหล่านี้มีประวัติศาสตร์อันยาวนานในระบบฝังตัวและการประยุกต์ใช้งานแบบ ROM
ความต้องการของระบบ ELKS:
- หน่วยความจำ RAM ขั้นต่ำ: 256K
- หน่วยความจำ RAM ที่แนะนำ: 512K
- การตั้งค่าที่ใช้ ROM: หน่วยความจำ RAM 128K
- สถาปัตยกรรมที่รองรับ: 8086, 8088, 80188, 80186, 80286, NEC V20, V30
โลกของระบบ ROM-Based x86
ระบบ ROM-based x86 มีการใช้งานแพร่หลายมากกว่าที่หลายคนคิด ตั้งแต่คอมพิวเตอร์ Tandy ที่มี DOS ในตัว ROM ไปจนถึงตัวควบคุมอุตสาหกรรมเฉพาะทาง ระบบเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับใช้งานที่หลากหลาย ความสามารถในการประมวลผลโค้ดโดยตรงจาก ROM โดยไม่ต้องโหลดเข้า RAM ก่อน ทำให้ระบบเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน ตัวอย่างที่โดดเด่นได้แก่ สาย PS/1 ของ IBM, คอมพิวเตอร์ที่ใช้งานร่วมกับ PC ของ Tandy ที่มี DeskMate GUI และแล็ปท็อปของ HP และ Zenith จำนวนมากที่มีทั้ง DOS และ Windows ในตัว ROM
ระบบ x86 ที่โดดเด่นที่ใช้ ROM:
- ซีรีส์ Tandy 1000 ที่มี DOS 2.11 ในระบบ ROM
- IBM PS/1 ที่มี PC-DOS และส่วนติดต่อผู้ใช้แบบกราฟิก
- คอมพิวเตอร์พกพาจาก HP/GRiD/Zenith ที่มี DOS/Windows ในระบบ ROM
- ระบบควบคุมอุตสาหกรรมที่ใช้การ์ด ISA
- เครื่องพิมพ์รุ่นแรกๆ ของ Apple ที่ใช้ตัวควบคุม 80186
การนำไปใช้งานทางเทคนิคและประโยชน์
ระบบที่ใช้ ROM มีข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับการประยุกต์ใช้งานแบบฝังตัว ในขณะที่ระบบสมัยใหม่มักจะโหลดระบบปฏิบัติการจากที่เก็บข้อมูลเข้าสู่ RAM แต่ระบบที่ใช้ ROM สามารถประมวลผลโค้ดโดยตรงจากหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนได้ แนวทางนี้พบได้บ่อยในอุปกรณ์ฝังตัวและระบบควบคุมอุตสาหกรรมจนถึงช่วงกลางปี 2000 ซึ่ง NOR flash memory ช่วยให้สามารถประมวลผลโดยตรงได้
ระบบไฟล์รากจะถูกเขียนเฉพาะเมื่อคุณแฟลชอิมเมจระบบปฏิบัติการใหม่เท่านั้น และการตั้งค่าถาวรจะถูกเก็บไว้ในพื้นที่ NVRAM ขนาดเล็ก
การประยุกต์ใช้งานสมัยใหม่และมรดกตกทอด
ระบบฝังตัวในปัจจุบันส่วนใหญ่ได้เปลี่ยนไปจากสถาปัตยกรรมที่ใช้ ROM อย่างเดียว แต่แนวคิดนี้ยังคงมีอยู่ในรูปแบบที่ดัดแปลง เราเตอร์และอุปกรณ์ฝังตัวสมัยใหม่จำนวนมากยังคงทำงานด้วยระบบไฟล์รากแบบอ่านอย่างเดียวที่ติดตั้งพร้อมกับ RAM disk ขนาดเล็กสำหรับการจัดเก็บชั่วคราว โครงการ ELKS ยังคงสืบทอดมรดกนี้ต่อไป โดยรองรับระบบที่ใช้ ROM ที่สามารถทำงานได้ด้วย RAM เพียง 128K ทำให้เหมาะสำหรับทั้งฮาร์ดแวร์เก่าและการใช้งานฝังตัวสมัยใหม่
 |
|---|
| ภาพนี้แสดงให้เห็นอินเตอร์เฟซเกมในอดีต ที่แสดงให้เห็นถึงการทำงานของระบบที่ใช้ ROM เช่น ELKS โดยแสดงให้เห็นว่าสามารถทำงานได้บนทรัพยากรที่จำกัด คล้ายกับอุปกรณ์ฝังตัวในยุคแรกๆ |
เศรษฐศาสตร์ของวิวัฒนาการ
การเปลี่ยนผ่านจากระบบที่ใช้ ROM ไม่ได้เกิดจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว ระบบนิเวศของการสนับสนุน ฐานซอฟต์แวร์ที่มีอยู่ และข้อกำหนดการรับรองมีบทบาทสำคัญในการกำหนดทางเลือกของฮาร์ดแวร์ แม้ว่าชิป RISC-V 32 บิตสมัยใหม่สามารถผลิตได้ในราคาที่ถูกกว่าโปรเซสเซอร์ 8 บิตแบบดั้งเดิม แต่ภาพรวมทางเศรษฐกิจรวมถึงปัจจัยที่นอกเหนือจากต้นทุนชิ้นส่วน เช่น โครงสร้างพื้นฐานและเครื่องมือพัฒนาที่มีอยู่
มุมมองทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับระบบ ROM-based x86 นี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับวิวัฒนาการของการประมวลผลแบบฝังตัวและยังคงมีอิทธิพลต่อหลักการออกแบบระบบสมัยใหม่