Miniarvuti

Arvutimäng Spacewar DEC-i PDP-1 peal muuseumis

Miniarvuti on elektronarvuti, mis on väiksem kui suurarvuti ja loodi enne personaalarvutit. Sellele oli iseloomulik kuvari või elektrilise kirjutusmasina kasutamine. Sellised arvutid olid tavaliselt suurarvutitest odavamad.

Termin "miniarvuti" tekkis 1960. aastatel, kui transistoride ja ferriitmälu abil sai võimalikuks luua varasemast oluliselt väiksemaid arvuteid. Tüüpiliselt olid miniarvutid ehitatud ühele või paarile seadmepüstikule. Võrdluseks olid suurarvutid, mis võisid täita terve toa.

Tuntumad miniarvutid on Digital Equipment Corporationi PDP-seeria arvutid (Programmed Data Processor), nt PDP-11 seeria arvutid, mis tulid kasutusele 1970. aastatel. Eestis valmis esimene miniarvuti STEM juba 1964. aastal.

Sellesse klassi kuuluvad arvutid olid tavaliselt teistest erineva tarkvaralise arhitektuuri ja operatsioonisüsteemiga. Seda tüüpi arvutid olid peamiselt süsteemide haldamiseks, kontrollimiseks või kommunikatsiooniks. See eristus selgelt levinud kalkulatsioonile ja andmehaldusele suunatud arvutitest. Tihti müüdi miniarvuteid ettevõtetele, mis vajasid arvutit mõne kindla tegevuse optimeerimiseks.

Väikseid arvuteid oli tehtud ka juba varem ning need olid saadaval ka juba 1950. aastatel. Eristavaks teguriks peetakse asjaolu, et miniarvutid olid laiatarbekaup (general purpose), s.t miniarvuteid võis kasutada paljudeks otstarveteks, kuid varasemaid väikseid arvuteid vaid mõneks spetsiifiliseks otstarbeks.

Olulised mõjud

Miniarvuti mõjul tekkisid mitmed uued firmad, mis pakkusid klientidele varasemast tunduvalt soodsamaid tehnilisi lahendusi. Tihti tulid sellised arvutid koos spetsiaalsete perifeeriaseadmetega, mis olid vajalikud arvuti konkreetseks kasutuseks. Mitmed juhtivad tehnoloogiaettevõtted tootsid algul miniarvuteid, näiteks DEC, Data General ja Hewlett-Packard.

Tarkvaralises kontekstis on tänapäevased mikroarvutid saanud palju inspiratsiooni miniarvutite operatsioonisüsteemidelt (nt CP/M-i sarnasus os/8-ga). UNIX oli algul miniarvutite operatsioonisüsteem, samas kui kõik praegused Microsoft Windowsi tarkvarad laenavad oma disainis OpenVMS lahendusi.

Ajalugu

Enne 1960. aastaid

Esimesed arvutid olid väga suured ja rohmakad, võttes enda alla terveid ruume. 1950. aastate lõpu poole leidsid firmad ja ülikoolid, et ferriitmälu ja transistorskeeme kasutades on võimalik rahuldada väiksemate firmade soove, kellel ei olnud küllalt ruumi. Nad disainisid ja programmeerisid väiksemaid arvuteid, mis maksid ka hulganisti vähem kui suurarvutid. Selliseid arvuteid said väiksemad firmad kasutusele võtta.

Esimesed sellised arvutid olid Bendix G-15 ja LGP-30, mis võeti kasutusele 1956. aastal. Nad olid mõlemad loodud isiklikuks kasutuseks ning maksid alla 50 000 dollarit. Nende populaarsus piirdus IBM 650-ga, mis oli sel ajal kõige populaarsem arvuti, sellele järgnesid 460 LGP-30 ja 300 G-15, mis olid sellel aastakümnel samuti päris populaarsed. 1961. aastal välja kuulutatud uuendatud mudelid peatasid nende varasemate mudelite müügi.

1960–1964

1960. aastate alguses leiti, et arvutite väiksematele firmadele ehitamine ja müümine on ohtlik äripraktika nende hinna tõttu. IBM ja teised rivaalfirmad, kes ehitasid suurarvuteid, olid selgeks saanud suurarvutite disaini. IBM oli ka selgeks saanud suure mahuga tootmistehnikad, mille tõttu nad domineerisid arvutite turu. IBM oli ka suutnud siseneda väiksemate arvutite turgu, mille tõttu eeldasid investeerijad, et IBM jääbki dominantseks jõuks arvutite turus nii väiksematele firmadele ning individuaalidele, kes soovisid väiksemaid arvuteid teha, ei jää ruumi sisenemiseks. Siiski nad ei märganud kiiresti kasvavat turgu ning langevaid hindu tänu arenvatele elektroonikalülitustele.

1960. aastal Control Data Corporation, Digital Equipment Corporation ja Packard Bell võtsid kasutusele miniarvutid, mis kasutasid diskreetse juhisignaaliga transistore võrguühenduseta töötamiseks ja protsesside juhtimiseks elektrijaamades. Control Data Corporationi 160A maksis 60 000 dollarit ning mahtus töölaua peale. Packard Belli PB250 maksis 49 500 dollarit, tänu hübriidarvutusele koos töölaua analoogarvutitega maksis ta vähem ning töötas kiiremini. Digital Equipment Corporation tõi turule enda PDP-1 ehk Programmed Data Processori, mis maksis 85 000 – 120 000 dollarit. PDP-1 oli 18-bitine, 4096-sõnalise mäluga, ning aitas valitsustel vältida pikki hankeprotsesse, mis on mõeldud suurarvutitele. Tüüpilises kontoris standardtoitel töötama loodud PDP-1 erines oma paigaldusnõuete poolest suurarvutitest, ta oli väiksem ning kasutajasõbralikum.

Wesley A. Clark, MIT-i Lincolni laborist töötas aastatel 1961–1962 välja teise lähenemisviisi personaalarvutitele. Sellel oli sobiv liides, klaviatuur ja ekraan ning see pakkus programmeerimis- ja andmefailisüsteeme, mis võimaldasid programmide loomist, testimist ja toimimist. Wesley Clarki arvuti jäi vabakasutusreeglite alla, mistõttu valmistasid neid 50–60 eri tootjat. Digital Equipment Corporation valmistas ja müüs neid 21 tükki hinnaga 43 600 dollarit.

Suur samm miniarvutite valdkonnas oli Digital Equipment Corporationi DECtape. Erinevalt magnetandmete töötlemise lintidest töötas see tänu bloki aadressi tehnoloogiaga, mis võimaldas personaalset kataloogide ja failisüsteemide kasutust.

Digital Equipment Corporationi järgmine areng oli PDP-5. 1963. aastal oli PDP-5 ühendatud Kanada Chalk River labori tuumareaktoriga. Seda oli tarvis tuumareaktori registrite stabiliseerimiseks ja sensorite ühenduseks. Kuna eelnevalt olnud põhiarvuti PDP-1 vahetus oli ilmne. PDP-5 demonstreeris andmetöötluse võimsust ja mitmekülgsust, 12-bitine 4096 sõna mäluga; see maksis 27 000 dollarit. PDP-5 trükkplaadil oli 900 transistori. Uuendatava disainiga PDP-5 oli disainitud just ühenduseks väliste seadmetega.

1965–1970

1965. aastal algas miniarvutite laiatarbekasutus. Esimene miniarvuti oli PDP-8. Selle 12-bitine arhitektuur oli disainitud Gordon Belli poolt ning implementeeritud Edson deCastro poolt. Seda müüdi hinnaga 18 500 dollarit ning see mahtus töölaudadele ja laborikappidesse. PDP-5 müüs rekordiliselt 50 000 eksemplari ning tõestas, et miniarvutitel on olemas turg suurarvutite seas. Siiski ei andnud jätkuvalt suurarvuti firmad miniarvutitele tähelepanu, nad oli pidevas müügivõistluses IBM-i System/360-ga. Digital Equipment Corporationi puudujääv 70 000 dollarit rahastus ei olnud küllalt, et köita olemasolevaid firmasid miniarvuteid kuulda võtma.

1967. aastal liikus DEC edasi miniarvutite arendusega, proovides leida järglast PDP-8-le. Võeti vastu otsus liikuda 8-bitiselt süsteemilt 16-bitisele süsteemile, milleks osutus PDP-X. PDP-X oleks olnud esimene miniarvuti mitte disainitud Gordon Belli poolt. Seadme disanini juhiks edutatud deCastro esitles PDP-X-i disaini DEC-i juhtkonnale. Lõpuks läbi juhtkonna otsuse, valiti PDP-X-i idee hüljata, mis andis deCastrole motivatsiooni alustada planeerimist enda firma asutada. 1968. aasta 15. aprillil lahkus DEC-ist deCastro, Henry Burkhardt ja Dick Sogge, et alustada uut firmat: Data General Corporation. 1969. aastal välja kuulutatud ning DG esimeseks seadmeks osutus 16-bitine Nova. Koheselt sai DG-st DEC-i suurim rivaalfirma deCastro tiimi lahkumise tõttu.

Pärast Data General Corporationi asutamist sai PDP-X-i meeskonna juhiks Nick Mazzarese, kes nägi vaeva, et lõpetada 16-bitine disain. 1969. aasta detsembris korraldas Mazzarese koosoleku Gordon Belliga Pittsburghis, koos PDP-X-i meeskonnaga, kus Bell näitas rahulolematust seadmega. Tänu Belli ja Harold MacFarlandile sai disainitud PDP-11, kõige edukam 16-bitine arvuti. Mõni nädal hiljem 1970. aasta jaanuaris kuulutas DEC välja PDP-11 disaini hinnaga 20 000 dollarit. PDP-11 müüs 600 000 eksemplari, mis sel ajal arvuti kohta oli ennekuulmatu. Seetõttu on PDP-11 saanud tiitli "Kõige eeskujulikum miniarvuti eales".

PDP-11/70 miniarvuti

1971–1980

1971. aastal kuulutas Intel välja enda 4004 kiibi, millest sai esimene mikroprotsessor, mis anti müügile komponendina. 1976. aastaks oli miniarvutitest saanud kõrge kasvuga turg. Miniarvutite müügitulu ulatus 1,8 miljardi dollarini, mis jäi endiselt alla 10 miljardi dollarise suurarvutite turu alla. Miniarvutid katsid enda alla 7 iga kümne paigaldatud arvutist. Valitsused olid sellest arvust vaid 5%, kuigi varem, 1950. aastatel olid 95% arvutitest paigaldatud nendele.

IBM tõi oma esimese miniarvuti Series 1 turule 1976. aastal, sisenedes turule esimest korda pärast 15-aastast kasvu. IBM ei tundnud ennast ohustatult varem asutatud firmadest enda 7 miljardi dollarise tulu tõttu, mis oli siiski veel 10 korda suurem kui DEC218 või teised konkurendid. Samal aastal üritas DEC järele jõuda 32-bitise arvutile. Olenemata nende 40% turukontrollist oli DEC jäänud Prime Computeri taha. Gordon Bell, kes oli nüüd tagasi DEC-is asepresidendina, üritas käiku tuua kõige parema 32-bitise miniarvuti. Ta üritas DEC täielikult ümber struktureerida. 1975. aastal pakkus Gordon Bell välja VAX-11-ne (Virtual Address Extension). Sama tehnoloogia oli turule toodud IBM-i poolt 1970. aastal. Gordon Bell organiseeris insenere töötama ühes suures grupis eesmärgiga toota VAX. 1977. aasta oktoobris kuulutas DEC välja VAX-11/780, 32-bitine "superminiarvuti". See võttis 2 ja pool aastat, 6 aastat hiljem Primei 32-bitise arvuti loomisest. VAX-11/780 kasutas uusimat pooljuhi loogikat ning toetas virtuaalmälu. Tänu VAX-11/780 haaras DEC kontrolli üle turu.

DEC-i soov haarata kontroll IBM-lt ei olnud siiski veel lõppenud. Gordon Belli nägemus DEC-ist tähendas uute seadmete arenduse täielikku lõpetamist peale VAX-i. Gordon Belli arvamus oli, et arvutite võime üksteisega suhelda tugevatel kiirusetel on arvutite teekond tulevikus.

1978. aastal viis Gordon Bell edasi oma plaani. Tema sõnade järgi nägi ta arvuteid kolmel viisil: suurarvutid, miniarvutid ning koduarvutid. Uued tehnoloogiad andmeedastusaladel viiks nad kõik kokku ühte. Üksik arvuti suhtleks ettevõtte arvutite vahel ning ühel päeval kogu maailma arvutitega.

Mikroprotsessorite jõudluse pidev kasv aitas kaasa miniarvutitele ja neid tootnud ettevõtete identiteedikriisile. 1977. aastal kuulutas DEC välja VT-78, mis oli PDP-8 luudelt ehitatud 6100 CMOS mikroprotsessoriga, kuid säilitades tarkvara ühilduvuse. 32-bitisel baasil mikroprotsessorid aitasid idufirmadel võistelda suurte tegijatega turul tänu kolmele arenguteele: odavamad mikroarvutid, koostatud plaadi komponentidest, tööjaamad nt. Apollo ja SunMicrosystem, mis tegelesid uue turu kui miniarvutite konkureerimisega ning lõpuks mitme protsessoriga arvutid.

1981–1995

1980. aastateks olid miniarvutite laine taanduma hakanud. Selle peamisteks põhjusteks oli turu mitmekesistamine. Esimeseks hangumisalaks miniarvutitel oli CMOS-i mikroprotsessor, mille disain arenes kiiremini kui bipolaarne pooljuhtarhitektuur, mida traditsiooniliselt miniarvutites kasutati. Enamus ettevõtteid hindas üleminekut valesti. Järgmiseks oli 1985. aastal kasutusele võetud mitme CMOS-i mikroprotsessor, mis ühendati ühismälu juurdepääsuks ühisesse siini. Multi- või mitmikarvuti oli peaaegu igast vaatenurgast parem. Selle jõudlus oli võimekam ja odavam kui üksikutel mudelitel põhinev arvutite kogum. Vähem kui 100 000 dollari eest sai multiarvuti toetada 50-100 kasutajat ühendatud lauaterminalidega, pakkudes samal ajal rohkem võrguühendust ning langetades kulusid. Kolmandaks oli kohandatud CMOS-i mitme mikroprotsessori arhitektuuri loomise ja DARPA strateegilise andmetöötluse algatus. Üle 40 firma võttis eesmärgiks kõrge jõudluse ja madala kuluga arvutid.

1995. aastal klaster ja pilveandmetöötlus vähendas miniarvutite mõju traditsionaalses rakenduses. Miniarvuti firmade pankrotid ei tähendanud siiski täieliku kaotust. Miniarvutite roll vähendati arvutiklastritesse nt. pilve või andmekasutuskeskustesse.