Comment un bloc de firmware appelé BIOS a ouvert la voie aux périphériques compatibles L'histoire de cette entreprise, qui a donné naissance à une industrie de plusieurs milliards de dollars, mêle génie technique, sens des affaires et quelques rebondissements juridiques inattendus. En quelques années seulement, ce qui n'était au départ qu'un PC IBM est devenu la base d'une norme mondiale. Au cœur de cette réussite, le BIOS et la rétro-ingénierie en salle blanche ont joué un rôle crucial.
Alors qu'IBM cherchait à contrôler son écosystème avec un seul composant propriétaire, Le reste du PC était une architecture ouverte Assemblé à partir de composants standard : processeur Intel, système d’exploitation Microsoft et périphériques tiers. Cet équilibre fragile a été rompu lorsque les premiers compatibles sont parvenus à reproduire les fonctionnalités du firmware sans le copier, puis lorsque Phoenix et d’autres ont commencé à commercialiser des BIOS légalement compatibles. démocratiser la fabrication de clones et déclenchant la consolidation de la norme PC.
Du changement de cap d'IBM au seul maillon faible : le BIOS
En 1980, IBM décida de contrer le succès de l'Apple II en lançant au plus vite un ordinateur personnel. L'IBM 5150 fut commercialisé en août 1981. L'ordinateur qui allait tout changer.L'accord avec Microsoft fut décisif : PC DOS, une version sous licence de MS-DOS, et la liberté pour Microsoft de vendre sa propre version de MS-DOS à tout fabricant autre qu'IBM. Cette clause allait se révéler explosive par la suite. Cependant, ce système comportait une faille : le BIOS, le système d'entrée/sortie de baseLe firmware initialise le matériel, exécute le POST, recherche le secteur de démarrage et expose les services de base à DOS et aux applications.
Durant ces premières années, de nombreux ordinateurs étaient fabriqués avec des processeurs 8086 et 8088, mais avec des architectures très différentes. L'IBM PC, grâce à sa taille et à sa documentation technique complète, Il a attiré le logiciel sur mesure pour son matérielLe seul élément véritablement propriétaire était le BIOS, et sur ce point, IBM entendait conserver son contrôle sur la norme, même si elle proposait des manuels avec des schémas, des plans et même la liste des pièces démontées pour faciliter l'utilisation de cartes et de périphériques tiers.
Pourquoi tant d'applications ont-elles devancé DOS et BIOS ?
Les attentes d'IBM et de Microsoft L'idée était que les développeurs utilisent les API DOS et les routines du firmware comme couche d'abstraction. Mais les réalités du marché ont imposé une approche différente. Plusieurs raisons techniques et de performance expliquent pourquoi les logiciels, notamment les plus ambitieux, ont commencé à accéder directement au matériel :
- Le BIOS vidéo des versions MDA et CGA était très basique et lent ; L'écriture directe dans la mémoire vidéo a permis d'augmenter les performances de 5 à 20 %.et a permis d'éviter l'effet de neige gênant en CGA.
- MS-DOS ne proposait pas d'API graphique et le BIOS ne comprenait que des fonctions rudimentaires ; Les lignes, les arcs et les points nécessitaient leurs propres implémentations. en accédant à la mémoire vidéo.
- La communication série à 19200 bauds a submergé les appels standard ; Nous devions parler directement à l'UART, sans intermédiaires..
- La performance pure était un avantage concurrentiel : Lotus 1-2-3, en assembleur et en utilisant du matérielIl a balayé ses concurrents plus portables mais plus lents, comme Context MBA.
- Les protections anti-copie des disquettes nécessitaient la lecture de motifs non standard ; Là encore, accès direct au contrôleur ou rien.
Cette dérive a eu un puissant effet secondaire : être véritablement compatible Il ne suffisait plus de simplement imiter le niveau DOS/BIOS. Les ordinateurs compatibles qui ne reproduisaient pas parfaitement le comportement de la machine IBM étaient incapables d'exécuter des jeux phares comme Lotus 1-2-3 ou Microsoft Flight Simulator, qui constituaient les tests ultimes.
Premiers compatibles et le bond qualitatif : Columbia, Compaq et la salle blanche
Peu après le 5150, des machines imitant étroitement le PC firent leur apparition. Columbia Data Products apparut en juin 1982 avec une machine hautement compatible ; Eagle Computer, puis Compaq. Ils emboîtèrent le pas. En novembre 82, le Compaq Portable fut annoncé, dont la commercialisation débuterait en 1983 : une mallette de la taille d’une machine à coudre. essentiellement 100% compatible.
Le problème juridique était évident : après l'affaire Apple contre Franklin, La copie de ROM était illégale.Compaq utilise la technique de conception en salle blanche : l’équipe A démonte et documente le fonctionnement de chaque service et de chaque appel ; l’équipe B, isolée et sans accès au code IBM, réimplémenter la même fonctionnalité à partir de zéroLe résultat fut un BIOS fonctionnellement équivalent et conforme à la loi. IBM porta plainte, mais perdit : la méthodologie était valable.
Phoenix commercialise le BIOS et la frénésie des clones explose.
L'étape finale de l'explosion du marché a été franchie par Phoenix Technologies au milieu des années 80 : Il a créé son propre BIOS pour une utilisation en salle blanche. Contrairement à Compaq, IBM accordait des licences à tous. American Megatrends (AMI) et Award suivirent le mouvement ; des années plus tard, Award fusionna avec Phoenix. Des dizaines de fabricants purent ainsi commercialiser leurs compatibles sans craindre les poursuites judiciaires d'IBM, qui remporta néanmoins des procès contre ceux qui copiaient des ROM sans être protégés par le système chinois. Avec Phoenix et ses concurrents, le monopole de fait a pris fin. d'IBM sur PC.
Le grand gagnant, comme le destin l'a voulu, fut Microsoft : l'accord initial lui permettait de vendre MS-DOS à des plateformes autres qu'IBM, et Chaque nouveau clone nécessitait un DOSL'effet boule de neige du PC a fait de DOS, puis de Windows, la norme de facto, tandis qu'IBM a perdu du terrain en tant que fabricant sur son propre territoire.
Architecture du PC IBM 5150, étape par étape
Le 5150 est un véritable catalogue vivant de la micro-informatique du début des années 80. En son cœur bat un Intel 8088 à 4,77 MHz (Dérivé du 8086, mais avec un bus de données 8 bits). Il est entouré d'une famille de circuits intégrés Intel et d'une logique TTL d'interface : le 8284A comme générateur d'horloge, le 8288 comme contrôleur de bus, le 8259A comme contrôleur d'interruptions, le 8237A pour l'accès direct à la mémoire (DMA), le 8253 comme minuterie programmable et le 8255A comme interface périphérique.
Le firmware résidait dans la ROM : 8 KiB pour le BIOS et 32 Kio pour la cassette BASIC (quatre modules de 8 Kio). À la mise sous tension, le BIOS exécute le POST, initialise les périphériques, recherche un secteur de démarrage et cède le contrôle ; en cas d’échec, il passe au BASIC stocké en ROM. Ce ROM était l'âme propriétaire qu'IBM a tenté de protéger.
La mémoire de base sur la carte mère variait de 16 Kio à 64 Kio, avec 4116 banques de DRAM de 16 Kio chacune et un bit de parité. L'espace d'adressage du 8088 est de 1 Mio ; sur PC les 384 KiB supérieurs Ces zones sont réservées à la ROM, à la mémoire vidéo et aux ROM de cartes, laissant la fameuse limite de 640 Kio de mémoire conventionnelle pour DOS et les programmes. Cette carte a marqué une époque : la pagination EMS, une mémoire étendue (avec une fenêtre de 64 Kio), créée par Lotus-Intel-Microsoft. et ensuite XMS pour la mémoire étendue lorsque les processeurs disposant de plus d'adresses sont apparus.
Le bus d'extension, composé de cinq emplacements à 62 broches, était le point de départ de Bus ISA 8 bitsL'AT a étendu le concept à 16 bits et à davantage de lignes ; l'industrie l'a normalisé sous le nom d'ISA, puis, plus tard, l'EISA a porté le bus à 32 bits tout en maintenant la compatibilité. L'alternative fermée d'IBM, le Architecture de micro-canal Le projet PS/2 a échoué en raison du coût élevé des licences ; le marché préférait les bus ouverts.
Vidéo et texte ont combiné deux mondes : le MDA avec Texte net 80×25 dans 720×350 Il disposait également d'un port parallèle, d'une sortie CGA avec modes 320×200 quadrichromie et 640×200 bicolore, d'une sortie RGBI et d'une entrée vidéo composite. L'Hercules suivit rapidement avec sa résolution monochrome 720×348, devenue la norme de facto au bureau, et des options comme le Plantronics ColorPlus. L'ordinateur personnel IBM a popularisé l'ASCII étendu. Graphismes 8 bits avec caractères accentués, symboles graphiques et cases ; en mode texte, cette carte offrait de nombreuses possibilités.
Le stockage et le démarrage ont connu une transition : le 5150 avait connecteur de cassette avec une modulation particulière où les zéros et les uns utilisaient des fréquences différentes, mais la réalité du marché l'a reléguée au rang de simple anecdote. Les lecteurs de disquettes 5,25 pouces SS/DD de 160 Kio, puis DS/DD de 320 Kio, ont évolué avec DOS vers 180 et 360 Kio (neuf secteurs). Le contrôleur NEC µPD765 Il dominait le marché ; plus tard, le XT introduirait des disques durs internes de 10 Mo et 20 Mo, et le PC d'origine pouvait être étendu avec l'unité d'extension 5161.
Les ports et les interruptions étaient un orchestre coordonné par 8259A et 8253 : IRQ0 correspond à un tic de minuterie à 18,2 HzL'IRQ1 était dédiée au clavier, l'IRQ6 au lecteur de disquettes, l'IRQ7 à l'imprimante, et des lignes étaient réservées aux communications, puis ultérieurement au disque dur. L'AT ajoutait un microcontrôleur PIC esclave pour les IRQ8 à 15 et une horloge temps réel Motorola MC146818 avec NVRAM pour la configuration, remplaçant ainsi les commutateurs DIP. Les adresses d'E/S comprenaient 0x3F8 pour COM1, 0x378 pour LPT et 0x3F0 à 0x3F7 pour le lecteur de disquettes. y 0x3B0/0x3D0 Les adaptateurs MDA et CGA faisaient partie des bases de tout programmeur de l'époque.
Des normes graphiques à la mémoire : douleur et apprentissage
Avec l'arrivée de VGA puis SVGAL'accès unifié s'est avéré inefficace : chaque constructeur exposait les banques et les modes à sa manière ; VBE a tenté d'uniformiser les choses, mais sans succès. Le mode protégé du 286 a permis de gérer davantage de mémoire, mais la compatibilité avec DOS était un véritable casse-tête. De nombreux logiciels accédaient au matériel et utilisaient des interruptions qu'Intel avait marquées comme réservées.Le 386 a introduit le mode virtuel 8086 et il était possible de mieux coexister avec des modèles de mémoire tels que VCPI et, surtout, DPMI.
Cette décennie fut pleine de duels de normesMémoire étendue ou non, bus propriétaires ou ouverts, SVGA non uniforme et API DOS limitées pour le graphisme : malgré tout, la plateforme PC a progressé à un rythme irrégulier mais irrésistible, principalement parce que le volume du marché a imposé une convergence.
Stratégie à long terme : d’IBM à Wintel, en passant par MCA, EISA et le 386
IBM s'est pénalisée elle-même en sous-estimant la valeur de la compatibilité lors de son lancement. machines avec des aspects incompatibles comme les séries PCjr et PS/2 avec MCA. Parallèlement, Compaq a franchi des étapes importantes : le premier ordinateur 100 % compatible ; première équipe avec 80386 En 1986, la légalisation des clones par les entreprises a eu lieu. L'industrie a réagi à la MCA en lançant l'EISA en 1988, et le prix des XT compatibles est tombé sous la barre des 1 000 $ dès 1989, attirant ainsi le grand public.
Au début des années 90, plus personne n'osait être incompatible avec la dernière version de WindowsMicrosoft a utilisé WinHEC pour orienter efficacement sa stratégie matérielle, et la presse a inventé le terme Wintel pour désigner le partenariat entre Windows et Intel. Avec le temps, ce terme a perdu de son attrait : Linux a pris le dessus. Intel a perdu son monopole sur la direction technique AMD a imposé le cap à l'architecture x86 avec Athlon et, surtout, AMD64, l'extension 64 bits adoptée par Intel. Après NetBurst et le Pentium 4, Intel a concentré ses efforts sur les performances avec Core. De son côté, le monde Mac a abandonné PowerPC en 2006. x86 adoptéPour des raisons pratiques, son matériel est devenu compatible avec les PC.
Marché, marques et le tournant d'IBM
Les années 80 se sont terminées sur un paysage très différent : HP et Dell Ils allaient dominer l'Amérique du Nord ; Acer, Lenovo et Toshiba allaient connaître un grand succès mondial ; et des millions d'ordinateurs génériques allaient inonder le marché local. IBM a perdu sa position de leader sur le marché des ordinateurs compatibles en 1990 et, bien qu'elle ait monétisé les licences de brevets PC pendant des années, elle a finalement été vendue. sa division PC à Lenovo en 2005À cette époque, rares étaient ceux qui parlaient de compatibilité IBM : le marché était presque entièrement dominé par le PC.
Voici comment un PC était démarré et programmé : de la ROM au secteur de démarrage
Lorsqu'un 5150 était allumé, le BIOS exécutait le POST, initialisait les pilotes et les données système, et recherchait un secteur de démarrage valide sur une disquette ou un disque dur. Si le système le trouvait, il prenait le contrôle et DOS commençait à se charger. Sinon, il chargeait le BASIC sur cassette en ROM. interruptions du BIOS Ils offraient des services pour clavier, vidéo, disquettes, imprimante et sortie série, et géraient les interruptions (IRQ) pour les temporisateurs, les claviers et les lecteurs de disquettes, entre autres. Mais comme expliqué précédemment, des applications ambitieuses allaient au-delà de ce cadre pour communiquer avec des puces comme l'UART 8250 ou pour effectuer un rendu graphique à haute vitesse.
La configuration mémoire et les limitations du 8088 (adresses 20 bits) ont conduit à des solutions créatives telles que l'EMS avec pagination de fenêtre de 64 KiB, puis vers XMS lorsque les 286 et 386 ont ouvert de l'espace. Des outils comme EMM386 simulaient EMS à partir de XMS ; gestionnaires de mémoire Ils étaient devenus un art de récupérer des kilo-octets en mode conventionnel et de charger des pilotes en mode haute performance.
Modèles clés de la famille IBM PC
Après 5150 vint le IBM PC XT 5160 avec 8 emplacements et un disque dur de 10 Mo ; le PCjr, ordinateur portable à usage domestique au destin malheureux et souffrant de problèmes de compatibilité ; le Portable 5155, une réponse à l’essor des ordinateurs portables de type porte-documents ; le Convertible 5140, Le premier ordinateur portable 3,5 pouces d'IBML'AT 5170, avec son microcontrôleur 80286, son bus ISA 16 bits et son horloge temps réel (RTC), a marqué une avancée significative. La série PS/2 a tenté de révolutionner le marché avec le MCA ; le marché a réagi avec l'EISA, puis avec d'autres bus ouverts.
Une note locale et la culture du clone
En Espagne, des marques telles que Amstrad et Investrónica Ils ont largement contribué à la démocratisation du PC à la fin des années 80. L'Amstrad PC 1512, avec son format semi-compact, son alimentation intégrée au moniteur et ses ports intégrés, a popularisé l'environnement graphique GEM alors que Windows en était encore à ses balbutiements. Investrónica, soutenu par El Corte Inglés, a intégré des systèmes dotés du BIOS Phoenix et a mis l'appareil compatible à la disposition du grand publicÀ cette époque, le terme « clone » était déjà synonyme d'un PC abordable, réparable et évolutif.
De là, il s'est tourné vers le bricolage informatique : au milieu et à la fin des années 90, construire un PC à la maison C'est devenu tendance. La configuration de 1998 incluait les débats Intel contre AMD : Pentium II en Slot 1 contre AMD K6-2 en Super Socket 7 ; FSB de 66 ou 100 MHz réglable par cavaliers ; chipsets Triton 430VX/430HX ou équivalents ; modules SDRAM 168 broches ; AGP avec des accélérateurs 3D de rêve comme 3dfx vaudouLes cartes graphiques Matrox Mystique ou Millennium, ainsi que des options plus abordables comme la S3 Virge ou l'ATI 3D Rage, offraient un large choix. Le stockage était assuré par l'interface IDE, le lecteur de disquettes 3,5 pouces et les lecteurs de CD-ROM. Les cartes mères commençaient à intégrer le son, puis, peu après, la connectivité réseau.
Les détails pratiques étaient assez complexes : montants métalliques et isolateurs en plastique Pour fixer la carte mère ; un panneau avant avec des broches pour les LED et des boutons dont l’agencement pouvait s’avérer complexe ; des dissipateurs thermiques et des ventilateurs pour les processeurs gourmands en énergie ; et un bracelet antistatique pour éviter les mauvaises surprises. Le PCI Plug and Play simplifiait la vie, même si les pilotes pouvaient transformer un après-midi tranquille en véritable marathon. Le canal n’était pas toujours parfait : cartes et modems défectueux Elles apparaissaient assez fréquemment ; plusieurs assembleurs conservaient un stock de pièces fiables pour éviter les pannes par remplacement.
Normes multimédias, vidéo et tests de compatibilité
Afin de guider le consommateur, la norme a été définie en 1990. PC multimédia MPC avec des exigences minimales progressives aux niveaux suivants, bien que la norme n'ait pas perduré. En vidéo, la coexistence des formats MDA, CGA, Hercules, VGA et SVGA a nécessité que les logiciels analysent et s'adaptent, dans le but de VBE comme interface commune pour les modes étendus. En termes de compatibilité, faire tourner Lotus 1-2-3 ou Flight Simulator était quasiment un sésame pour toute machine se disant compatible.
Clavier, ASCII étendu et petits détails importants
Le clavier du 5150, hérité des terminaux professionnels, était extraordinairement robusteLe microcontrôleur 8048, les codes à appui et relâchement, la répétition typographique gérée par le clavier et une sensation de frappe légendaire étaient des atouts majeurs, même si certains choix de conception étaient discutables. Finalement, IBM a lancé le clavier amélioré à 101 touches. L'écosystème a adopté ce nouveau modèle. ASCII étendu 8 bits, avec des accents et des symboles graphiques qui donnaient tant de vie aux interfaces en mode texte.
Pourquoi le BIOS a été le tournant qui a permis le clonage
Le concept de BIOS en tant que couche spécifique à la machine n'est pas né chez IBM : C'est Gary Kildall qui l'a inventé. Pour CP/M sur les systèmes S-100, le matériel était isolé dans un module reprogrammable par le fabricant. Tim Paterson, avec son 86-DOS, l'a adapté à l'architecture x86, et Microsoft l'a repris. IBM a adopté ce modèle pour le PC, avec une différence : La ROM du BIOS serait propriétaireIls pensaient que cela suffirait à stopper les clones. La rétro-ingénierie en salle blanche a prouvé qu'on pouvait obtenir les mêmes fonctionnalités sans copier le code, et lorsque Phoenix a acquis une licence pour son BIOS, le barrage a cédé. Avec DOS, puis Windows, comme système d'exploitation, le reste n'était qu'une question de volume, de standardisation de facto et de concurrence féroce.
Cet engagement en faveur de la modularité a également laissé un héritage pratique : mise à niveau progressiveDes bus ouverts, une documentation publique et une forte inertie en matière de rétrocompatibilité. Aujourd'hui encore, des modes de démarrage et d'émulation évoquant ces 16 bits existent, bien qu'ils ne soient utilisés que pendant la phase de démarrage, avant la prise en charge par un système moderne.
La trajectoire du PC depuis 1981 C'est l'histoire de la façon dont un simple composant propriétaire est devenu le catalyseur d'un marché ouvert. Le processeur 5150 assemblé à partir de composants standard, le BIOS protégé, la salle blanche, Columbia, Compaq puis Phoenix, l'essor des clones, le leadership de Microsoft et la concurrence entre Intel et AMD, la guerre des bus et de la mémoire, la cristallisation de la norme et le phénomène des clones internes : tous ces éléments convergent vers un point commun évident : la combinaison d'une architecture ouverte, d'une documentation complète et d'un firmware réplicable a permis à des milliers de fabricants de construire sur la même base.
Sur le chemin, Le PC a évolué sans perdre sa compatibilité essentielleEt bien que les noms sur les boîtes aient changé, l'écosystème a continué à se développer jusqu'à devenir synonyme d'informatique personnelle. Partagez cette information afin que davantage de personnes soient sensibilisées à ce problème..