PC-Technologie im Wandel der Zeit 25 Jahre PC-Geschichte bei Beckhoff

Im Bereich der Technik stellen 25 bzw. 30 Jahre einen sehr langen Zeitraum dar; bei der Betrachtung hat dies jedoch den Vorteil, dass mehrere Generationen die Entwicklung sozusagen \’am eigenen Leibe\‘ miterlebt haben und aus persönlicher Sichtweise berichten können. Ich bin überzeugt, dass die Leser dieses Artikels an vielen Stellen nicken und ihre eigenen Erfahrungen bestätigt finden werden. Die Entwicklung der PC-basierten Steuerungen ging bei Beckhoff Hand in Hand mit dem allgemeinen Fortschritt in der PC-Technik und fand ihre Ausprägung in einer Vielzahl von Geräten, die die Flexibilität und Allgemeingültigkeit dieser Plattform der industriellen Welt zur Verfügung stellte. PC-\’Urknall\‘ vor 30 Jahren Ende der 70er/Anfang der 80er-Jahre erblühte die Rechnerlandschaft und brachte eine Reihe von Computern hervor, die irgendwie alle die Bezeichnung \’Personal Computer\‘ für sich beanspruchten, weil es auch wirklich so gemeint war: Man nannte eine erschwingliche elektronische Rechenmaschine sein Eigen, die aus einem ehemals \’normalen\‘ Menschen einen technikbegeisterten Enthusiasten machte. Zu diesen \’privaten\‘ Rechnern gehörten z.B.: – 1979: Atari 400 (mit MOS-6502-CPU, 1,77MHz) – 1980: Sinclair Z80 (mit Z80-CPU, 3,25MHz) – 1981: Commodore VC 20 (mit MOS-6502- CPU, 1,10MHz) – 1982: Commodore 64 (mit MOS-6510-CPU, 985kHz) Als Geburtsstunde des PCs, wie wir ihn heute kennen, gilt jedoch das Jahr 1981. Es war das Jahr, als das Unternehmen IBM den ersten PC mit einer x86-CPU auf den Markt brachte: Der IBM-PC Typ 5150 hatte einen 8088-Prozessor mit 4,77MHz. IBM entschied sich aus Kostengründen für diesen Prozessor, da er im Gegensatz zu dem bereits existierenden und leistungsfähigeren 8086 den Anschluss einer kostengünstigen 8Bit-Peripherie erlaubte. Zudem sollte wohl den zunehmenden Markterfolgen der Z80- und Motorola-68000-Prozessoren etwas entgegengestellt werden. Der IBM-PC mit x86-Prozessor koexistierte in den 80er-Jahren mit Konkurrenten im Privat- und Bürobereich (z.B. Atari, Apple Macintosh, Commodore Amiga); die x86-Architektur setzte sich aber zunehmend durch. Ich kann mich sehr lebendig an den Tag erinnern, als sich unser Z80-Computerclub schlagartig auflöste, weil alle Mitglieder in Scharen zum IBM-PC XT überliefen. Die Gründe waren damals (im Jahr 1984) in etwa die, die heute als selbstverständlich angenommen werden: Der PC versprach eine zahlreich aufgestellte Gemeinschaft mit kompatibler und einfach zu benutzender Hardware und Software, einschließlich einer gigantischen 10MB-Festplatte als Massenspeicher. Damit war endlich das mühsame Abspeichern der Programme auf Tonkassetten Vergangenheit. Zum Erfolg trug sicherlich auch das neue Betriebssystem DOS von Microsoft bei, welches angeblich nur deswegen seinen Weg auf den IBM-PC fand, weil IBM und Digital Research (der Hersteller von CP/M) sich nicht auf die Unterzeichnung eines sogenannten NDA (Non-Disclosure Agreement) einigen konnten. Intel: der PC-Taktgeber Neben IBM gibt es noch einen zweiten Namen, der einem sofort im Zusammenhang mit dem PC einfällt: Es ist die 1968 von Gordon Moore und Robert Noyce gegründete Firma Intel. Zu den beiden Erstgründern gesellte sich wenig später noch Andy Grove, der Intel bis 1998 als CEO vorstand und bis 2004 als \’Chairman of the Board\‘ fungierte. Er leitete den entscheidenden Wechsel der Firma Intel vom Hersteller von Speicherchips zur Entwicklung und Fertigung von Prozessoren ein. Das Kürzel des Firmennamens leitet sich übrigens aus \’INTegrated ELectronics\‘ ab. Heute ist Intel ein Unternehmen mit 93.000 Mitarbeitern, verteilt auf 151 Standorte in 62 Ländern, und einem Jahresumsatz von 43,6Mrd.US$ (Quelle: Intel Corporate Overview June 2011). Dafür hat Intel einen weiten Weg zurückgelegt: beginnend mit dem ersten Prozessor 4004 (4Bit, 1971) über den 8Bit-Nachfolger 8008 (1972) bis zum ersten PC-Prozessor 8080 (1974). Als erster x86-Prozessor gilt der 1978 erschienene 16Bit-Prozessor 8086, der jedoch aus Kostengründen (die 16Bit-Peripherie war damals noch zu teuer) erst ab 1979 im abgespeckten 8Bit-Format, als 8088-Prozessor, seinen Weg in den PC-Massenmarkt fand. Schaut man auf die Strukturbreiten und die Anzahl der verbauten Transistoren der einzelnen Prozessoren, so kann man die Gültigkeit der von Gordon Moore postulierten Behauptung erahnen, der zufolge sich die Anzahl der Transistoren in einem Chip ungefähr alle 18 Monate verdoppelt. Die exakte Beweisführung ist allerdings durch die Vielzahl der in den Markt gebrachten Derivate einzelner Prozessorfamilien erschwert. Eine detaillierte Übersicht der von Intel seit Anbeginn hergestellten Prozessoren findet sich unter www.intel.com. Eine schnelle Referenz zu technischen Daten von Prozessoren und Chipsätzen stellt Intel unter ark.intel.com zur Verfügung. Intel war und ist auch maßgeblich beteiligt an der Erfindung und Spezifikation wichtiger PC-Technologien, wie ISA, PCI, PCI-Express und USB. Es gibt aber auch wichtige Schnittstellen, wie DIE, ATA, ATAPI (Western Digital) und SATA (SATA International Org.), die anderen Unternehmen zugeschrieben werden. Obwohl früher zahlreiche Unternehmen x86-kompatible Prozessoren hergestellt haben (z.B. IDT, Texas Instruments, SGS Thomson, Cyrix, National Semiconductor, Transmeta, UMC), sind heute nur noch die Unternehmen AMD und VIA – als ernst zu nehmende Wettbewerber zu Intel – übrig geblieben. Beckhoff: der Industrie-PC wird 25 Heute eine Selbstverständlichkeit, damals eine für die industrielle Steuerungstechnik bahnbrechende Idee, begann Beckhoff 1986 mit der Fertigung und dem Einsatz von Industrie-PCs. Damit wurde ein Wendepunkt in der Beckhoff-Geschichte eingeleitet: weg von den bis dahin hergestellten Steuerungen, auf Basis der 8Bit-Motorola-6809-Prozessoren, hin zu x86-basierten IPC-Steuerungen. Eng verbunden mit dieser Entwicklung war auch die Frage der Signalerfassung und Signalausgabe zwischen PC und Maschine. Daher wird die Entwicklung einiger markanter I/O-Technologien und -Baugruppen in der nachfolgenden chronologischen Aufzählung ebenfalls berücksichtigt. 1986 Erste Beckhoff PC-XT-basierte Steuerungen im Bereich Holzbearbeitungsmaschinen. Es handelte sich einerseits um Steuerungen für Doppelgehrungssägen, das heißt es wurden an beiden Seiten einer Profilleiste die Sägeblätter auf die gewünschte Länge verfahren und Winkelschnitte angebracht, und andererseits um Kantenbearbeitungsmaschinen. Zuerst wurden die PCs als Bedien-, Rechen- und Speichereinheit eingesetzt; die tatsächliche Echtzeitsteuerung erfolgte noch mittels der Motorola-Hardware. Aber man erkannte schnell, dass der PC die vollständige Funktion einer Steuerung übernehmen konnte. Somit wurde die separate 6809-Hardware überflüssig und die Idee der multifunktionalen, echtzeitfähigen PC-Steuerung war geboren. 1987 B5000 – PC-Einsteckkarte für das Einlesen und Ausgeben elektrischer Signale für die Maschinensteuerung. Die Karte war auf Memory- oder Portadressen konfigurierbar und bot dem PC den direkten Zugriff auf das Prozessabbild der Signale als treiber-entkoppeltes Parallel-I/O an. 1989 C1210 – Lightbus-Interface-Karte und erste Lightbus-Module M1000. Interessanterweise war die C1210-Karte mit einem Motorola-6809-Prozessor ausgestattet, der aber nur noch für den Betrieb des Lichtwellenleiter-Feldbusses zuständig war. Der PC-Prozessor übernahm die Master-Rolle. 1990 C2000 – All-in-one-PC-Mother­board mit Intel 386SX, Cirrus-Chipsatz und Lightbus-Interface on-board 1993 C1110 – Single-Board-PC mit Interface zur Siemens S5 (kompletter PC mit 80486DX, Video-Controller, Festplatte und Disk, Lightbus-Interface, DPR zur S5) 1994 C1120 – Lightbus-Interfacekarte für Siemens S5 mit Infineon-80C166-Prozessor und einfacher Baubreite 2002 Entwicklung eines Motherboards für den CX1000-Embedded-PC mit Pentium-MMX-kompatiblem National-Semiconductor (später AMD)-Prozessor SC2200. Die Motherboard-Entwicklung für dieses Gerät markierte – nach mehrjähriger Pause – den Wiedereinstieg von Beckhoff in die eigene Motherboard- und BIOS-Entwicklung, und den Beginn einer Embedded-PC-Baureihe für die Hutschienenmontage, mit direkter Anbindung von I/O-Busklemmen. 2003 Ethercat, der schnelle Ethernet-Feldbus, wird geboren. 2004 Entwicklung von Motherboards in den Formaten CX, 3½\“, Slot, ATX und PC/104 mit 855er-Chipsatz und Intel-Celeron-M-/Pentium-M-Prozessoren 2006 Entwicklung von Motherboards in den Formaten 3½\“, Slot, ATX und PC/104 mit 945er-Chipsatz und Intel-Core-Duo-/Core2-Duo-Prozessoren 2009 Entwicklung von Motherboards in den Formaten 3½\“, ATX und PC/104 mit GS45er-Chipsatz und Intel-Core2-Duo-Prozessoren. Der Slot-Formfaktor entfiel. In den Formfaktoren CX, 3½\“ und PC/104 wurde Intel Atom mit US15W-Chipsatz eingesetzt. 2011 Hier stehen weitere Mother­board-Entwicklungen in den Formaten 3½\“, ATX und PC/104, mit neueren CPUs und Chipsätzen der \’Sandy Bridge\‘-Generation, an. Im Bereich der Atom-CPUs werden der \’Pineview D\‘ sowie \’Cedarview\‘ in Beckhoff-Produkten Einzug halten. Die PC-Zukunft? Bleibt spannend!