Историята на ОС Windows за ARM процесори

Историята на ARM процесорите започна преди повече от 30 години, когато компанията Acorn Computers, след успеха на своя компютър BBC Micro, се замисли за обновяване на процесора в него: в оригиналния BBC се използваше процесора MOS Technology 6502 (познат от компютрите „Правец-82“ и други популярни устройства), възможностите на който в средата на 80-те години изглеждаха твърде скромни.

Разумен избор би бил процесорът Motorola 68k, но след тестовете се оказа, че операционната система на Acorn използва едва 30% от неговите възможности. Именно тогава Acorn реши да проектира и създаде свой процесор, от който се премахнати ненужните според парадигмата на Acorn ненужни блокове и оптимизации. Новата процесорна архитектура бе наречена Acorn RISC Machine или съкратено ARM. Тази архитектура се хареса на мнозина, понеже нейните възможности бяха напълно достатъчни за работата на палмтопите – компютрите, които се побираха в човешка длан. Тези компютри започнаха стремително да се развиват и разпространяват през 90-те години, като ярък пример е Apple Newton, който използваше процесора ARM 610 с тактова честота 20 MHz.

Windows CE

Палмтопите през 90-те на практика заменяха днешните лаптопи и бяха нещо като електронни бележници. Но да се пишат и редактират документи с тях, бе неудобно. Всъщност, и тогава имаше лаптопи, но но те имаха размери колкото куфарче и тежаха над 3-4 килограма. Тогава се появиха немалко портативни ноутбуци, които могат да се счита за прародители на днешните нетбуци, използващи процесори на Intel (обикновено 8088 или аналози), с монохромен дисплей, работещи с MS DOS. Пример за подобно устройство е Atari Portfolio:

За времето си това бе достатъчно мощно портативно устройство, работещо без проблеми с документи и друга текстова информация. Най-важното при тези устройства бе, че работят под управлението на стандартен DOS и процесори на Intel, тоест, съвместими са с персоналните компютри и дават възможност за работа с всичкия софтуер за DOS без каквото и да е прекомпилиране.

Но към средата на 90-те, в персоналните компютри вече царстваше ОС Windows с графичен интерфейс и портативните нетбуци с монохромен дисплей изглеждаха като анахронизъм. Именно тогава, през 1996 година, точно за подобни устройства Microsoft представи Windows CE. Външният вид на тази операционната система бе като излята Windows 95: бутон Start, експлорър, класическо меню, софтуерни прозорци, работа с мишка и т.н.

Но тази ОС вътрешно нямаше почти нищо общо с пълноценната Windows – нямаше дискове и вместо тях се използваше част от оперативната памет като RAM диск. Windows CE използва собствено ядро, написано на С, и освен това тя е ОС в реално време. Тези особености не позволяваха на софтуера за Windows 95 да се стартира на Windows CE.

От една страна, това бе от полза за потребителите, понеже вече не се налага да се знаят DOS командите, за да се работи с устройството. Но от друга страна, докато старите ноутбуци бяха IBM съвместими и за тях имаше океан от софтуер, програмите за Windows CE трябваше да се пишат от нулата. Но тези устройства се купуваха предимно от бизнесмени и ръководители на компании, за които необходимите програми, като текстов редактор, календар и т.н, бяха предварително инсталирани и проблемът със софтуера не стоеше така остро.

Но Windows CE 1.0 имаше съществен недостатък: можеше да работи само с MIPS процесори. След една година, с излизането на версия 2.0, Microsoft оправи този досаден недостатък и може да се каже, че CE 2.0 е първата ОС Windows, работеща с ARM процесори. След това софтуерният гигант сериозно увеличи възможностите на тази операционна система: добавен бе Internet Explorer с почти същите възможности като десктоп аналога, Direct3D Mobile (аналог на DirectX за Windows XP, добавена бе поддръжката на SATA хард дискове, портвани бяха Windows Media Player, .NET Framework и дори Visual Studio.

Но уви, съвместимост с x86 програмите, така и не се появи и на практика всички програми за CE трябваше да се пишат от нулата. Фенове на тази ОС портнаха за Windows Mobile (базирана на CE) игри като DOOM и Wolfenstein 3D, но това бяха редки изключения. С появата на пълноценните x86 процесори Celeron M и операционните системи Windows XP и Vista, ноутбуците с Windows CE окончателно останаха в миналото, а Windows CE започна да се използва като „телефонна“ ОС във вид на Windows Mobile и Phone, както и като ОС за навигатори.

Windows RT

Въпреки че ноутбуците под управлението на Windows CE бяха изтикани от пазара от лаптопите с x86 процесори, Microsoft много добре разбираше, че бъдещето на портативните устройства е в същите ARM процесори, които към 2012 година вече имаха внушителна производителност и даваха възможност за безпроблемно гледане на 1080р видео, бързо сърфиране в интернет, работа с документи, съхранение и обработка на фотографии чрез електронен облак и т.н., но при това ARM процесорите консумират значително по-малко енергия от x86 аналозите. Така например, консумацията на Apple A5 не превишава 1 W, докато процесорите Intel Atom изискват минимум 2-3 W, а в пиковите моменти и 5 W.

Разбирайки това, Microsoft реши да приложи стария трик и през 2012 година заедно с Windows 8 представи новата ОС – Windows RT. Точно както и при CE, външно RT изглежда съвсем като 8 – интерфейс с плочки, поддръжка на Microsoft Office 2013, същите стандартни програми, същите мениджъри – на практика без никакви разлики.

Но вътрешно, всичко е различно – x86 софтуерът няма как да се стартира в ОС Windows RT. Но този път Microsoft реши основния проблем на Windows CE – за Windows RT се появи електронен магазин с така наречените универсални приложения, които могат да работят както с ARM, така и с x86 процесори.

Потребителите не харесаха всичко това. Мнозина се подведоха по ниската цена и еднаквия с Windows 8 външен вид започнаха да купуват тези устройства, но бързо разбраха, че да инсталират Google Chrome например, не могат. Недоволните от Microsoft станаха много и продажбите на Windows RT стигнаха до нулата.

Но компютърни ентусиасти след като разровиха настройките на операционна система, намериха начин да стартират ARM програми, които не са от магазина на Microsoft. Така се появи първият джейлбрейк, който даде възможност за стартиране на x86 програми, компилирани за ARM. Появи се минимален външен софтуер – архиваторът 7-Zip, графичният редактор Paint.NET, DjVu WinDjVu, TexStudio, плеърът CoolPlayer и дори старите игри от типа Quake 3:

И този път ситуацията се повтори: през 2012 година на пазара излязоха таблети с Intel Atom Z2760 с пасивно охлаждане и пълноценен x86 процесор, а лаптопите с Windows RT имаха същата съдба като устройствата с Windows CE.

Само че тук има един нюанс. Microsoft обеща петгодишна поддръжка и обнови всички устройства с Windows 8 RT до Windows 8.1 RT. Преди година излезе ново допълнение за Windows 8.1 RT, което добави външния вид на Windows 10 (но отвътре всичко си остана същото). Този петгодишен срок изтича тази година и можем смело да кажем, че тази година Windows RT ще бъде погребана.

Windows 10

След втория неудачен опит за реализирането на собствена ОС за лаптопи и таблети, Microsoft се убеди, че основният проблем е, че няма поддръжката на x86 програми и то от типа – теглиш и инсталираш, стартираш и работиш. Windows магазинът също не се хареса, понеже предлага само браузърите IE и UC Browser – няма Chrome, нито Opera, нито Firefox. В крайна сметка, идеята за създаване на софтуер, съвместим едновременно с x86 и ARM тотално се провали и остана единствения вариант – създаването на бърз x86 емулатор за ARM процесори. Това е възможно, понеже няма сериозни проблеми с графиката – повечето ARM чипове са съвместими с DirectX 10 или 11, тоест за графиката емулатор не е необходим.

Този емулатор за ARM процесори бе наистина създаден: флагманският процесор Snapdragon 820 дава възможност с помощта на новия емулатор да се стартира доста тежкия съвременен софтуер като например Photoshop.

Какво е хубавото на този подход? На първо място, същият процесор Snapdragon 820 без проблеми се поставя и работи в обикновените смартфони, а това означава пълноценна Windows в джоба. Като се има предвид, че ОС Windows от около 5 години може да работи с най-различни сензори, няма да има проблеми с управлението, а производителността на ARM процесорите е достатъчна за стартирането на повечето x86 програми.

Минусите обаче, не са малко. Работи се с емулатор, а това означава, че част от ресурса се изразходва напразно. Според различните тестове, Snapdragon 820 е на ниво Atom Cherry Trail, но реалната производителност ще бъде по-ниска – да се прочете нещо в интернет може, Photoshop ще се стартира, но при отварянето на няколко програмни прозореца ще има проблеми със скоростта. Тоест, този ARM базираният компютър ще работи по-бавно от съвременните таблети с Intel Atom. Другият минус е графиката. Съвместимостта с DirectX решава проблемите с интерфейса и с някои програми. Но игрите, които не се предлагат в магазина, няма как да работят, понеже липсват специфичните програмни библиотеки и поддръжката на PhysX.

От друга страна обаче, устройствата с ARM процесори, работещи под управлението на Windows 10, се разработват предимно за бизнеса и като мултимедийни устройства и в тези сфери проблеми няма.

Изводи

Тази година историята на операционната система Windows за ARM процесори достига точно 20 години. През 1997 година излезе Windows CE 2.0 с поддръжката на ARM архитектури и през това време Microsoft свърши гигантски по обем работа – от Windows CE, която само външно прилича на пълноценна Windows, и Windows RT, под управлението на която все пак може да бъде стартиран x86 софтуер, до пълноценната работа на десктоп версията на Windows 10 на ARM процесори. Като се има предвид, че Microsoft активно работи върху проекта Surface Phone, идеята за пълноценна Windows в джоба съвсем скоро може да стане реалност.