Historia del BIOS y los clones del IBM PC

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La historia del BIOS y los clones del IBM PC es, literalmente, la crónica de cómo una plataforma abierta y un pequeño trozo de firmware terminaron moldeando la informática personal para siempre. Lo que empezó como un proyecto acelerado para no quedarse atrás frente a Apple, Commodore o Tandy, se convirtió en un estándar mundial gracias a una combinación de decisiones técnicas brillantes, pragmatismo industrial y, por qué no decirlo, una buena dosis de serendipia.

Entre 1981 y los años posteriores, el IBM PC pasó de ser una apuesta arriesgada a ser el corazón de un ecosistema gigantesco. El BIOS de IBM, los métodos de ingeniería inversa como la célebre “habitación limpia” y la aparición de fabricantes de BIOS independientes como Phoenix, AMI o Award, desencadenaron el nacimiento de los “compatibles IBM” y los clónicos, mientras Microsoft consolidaba su dominio con PC‑DOS y MS‑DOS.

Antes del IBM PC: el camino hacia la compatibilidad

En los 70 ya existían microordenadores como el Altair 8800 y el IMSAI 8080 basados en el bus S‑100, y en 1977 llegaron máquinas domésticas como Apple II, TRS‑80 y Commodore PET; todo ese caldo de cultivo allanó el terreno a un PC “serio” con vocación empresarial, pero asequible y ampliable para el gran público. El término “personal computer” estaba en el aire, y la chispa que prendió la mecha fue la popularización de aplicaciones clave como VisiCalc (1979) o WordStar (1978).

Mientras tanto, la filosofía de Gary Kildall con CP/M ya había introducido un concepto crucial: aislar las dependencias de hardware en un bloque mínimo, el BIOS, para que el resto del sistema operativo y las aplicaciones fuesen más portables. Aquella idea, más tarde, sería adoptada por IBM con una consecuencia inesperada: se transformaría en el punto de apoyo de toda una industria de compatibles.

Project Chess: arquitectura abierta y piezas “off‑the‑shelf”

IBM, con Don Estridge y Lewis Eggebrecht a la cabeza, lanzó el 12 de agosto de 1981 el IBM PC 5150. ¿La clave? Un enfoque de arquitectura abierta y, en lugar del tradicional desarrollo interno de cada componente, el uso intensivo de piezas disponibles en el mercado: CPU Intel 8088 a 4,77 MHz, temporizadores, PIC, DMA y PPI de la propia Intel, el controlador de vídeo Motorola 6845, disqueteras Tandon, controladora NEC µPD765, y un teclado con microcontrolador Intel 8048.

El equipo apostó por “tener algo en la calle” rápido: reutilizó un monitor desarrollado en IBM Japón, adoptó una impresora de Epson (la MX‑80 reetiquetada) y documentó el sistema como pocos fabricantes habían hecho, con un Technical Reference que incluía esquemas, especificaciones e incluso el código fuente del ROM BIOS.

Componentes y subsistemas del IBM PC 5150

En la placa base residía el 8088 (con bus de datos externo de 8 bits), acompañado de un generador de reloj 8284 con cristal a 14,31818 MHz, el 8288 para las señales de bus, el 8259A como controlador de interrupciones (IRQ0‑IRQ7), el PIT 8253 con sus tres temporizadores, el DMA 8237 con cuatro canales y la PPI 8255 para los puertos 60h‑63h. También había un zócalo para el coprocesador Intel 8087, muy útil si el software necesitaba coma flotante por hardware.

La ROM del sistema almacenaba el POST (autotest de encendido), el cargador de arranque y las rutinas del BIOS, todo en 8 KiB, además de un ROM BASIC (32 KiB en cuatro chips) que tomaba el control si no había un disco de arranque válido. La placa base incluía 4 bancos de RAM (hasta 64 KiB inicialmente, luego placas capaces de 256 KiB), ampliables mediante tarjetas para alcanzar los ya míticos 640 KiB de RAM convencional.

Bus de expansión, tarjetas y vídeo

El PC ofrecía 5 ranuras de expansión de 62 contactos (el “Canal de E/S”), que exponían el bus de datos de 8 bits, 20 líneas de direcciones y señales de control, además de IRQ, DMA, reloj y alimentación (+5, −5, +12, −12 V). De ahí surgiría el estándar ISA de 8 bits (y más tarde ISA de 16 bits con el AT), decisivo para el auge de tarjetas de terceros.

IBM comercializó dos tarjetas de vídeo: MDA (texto 80×25 de gran nitidez, 720×350, con atributos como subrayado o parpadeo) y CGA (modos gráficos 320×200 a 4 colores, 640×200 a 2 colores, texto 40×25 u 80×25, salida compuesta, RGBI y soporte para light pen). Pronto llegaron alternativas más potentes como la Hercules Graphics Card (720×348 mono), que se convirtió en estándar de facto para monocromo, o tarjetas como la Plantronics ColorPlus que ampliaban modos sobre CGA.

Almacenamiento: casete, disquetes y discos duros

El 5150 soportaba una interfaz de casete con codificación por modulación de frecuencia peculiar (unos y ceros con periodos distintos), pero la realidad del mercado fue otra: casi todos los equipos se vendieron con disqueteras de 5,25 pulgadas. Inicialmente SS/DD (160 KiB), luego DS/DD (320 KiB), y, con la actualización de DOS a 9 sectores por pista, 180/360 KiB según una o dos caras.

Las unidades eran MFM con sectores lógicos de 512 bytes, 40 pistas por lado y 48 TPI. La controladora (NEC µPD765) permitía hasta dos unidades internas y dos externas; la tarjeta de disquete original de IBM incluso incluía un conector D‑sub de 37 pines externo. El PC “puro” no montaba disco duro por limitaciones de la fuente de 63,5 W, pero IBM ofreció la 5161 Expansion Unit con ranuras extra y un HDD de 10 MB (luego 20 MB) con su propia PSU.

Mapa de memoria y direcciones clave

El 8088 direccionaba 1 MiB, pero los 384 KiB superiores (A0000h‑FFFFFh) estaban reservados para ROM de sistema, ROM de adaptadores y memoria de vídeo, lo que dejaba el famoso tope de 640 KiB para DOS y programas. El mapa típico del 5150 se distribuía así:

Rango (Hex)	Tamaño	Uso
00000h–003FFh	1024 B	Vectores de interrupción
00400h–004FFh	256 B	Área de datos del BIOS
00500h–9FFFFh	~640 KiB	DOS y aplicaciones
A0000h–AFFFFh	64 KiB	Reservado para adaptadores
B0000h–B0FFFh	4 KiB	RAM MDA
B8000h–BBFFFh	16 KiB	RAM CGA
F4000h–F5FFFh	8 KiB	Socket ROM de usuario
F6000h–FDFFFh	32 KiB	IBM PC ROM BASIC
FE000h–FFFFFh	8 KiB	IBM PC ROM BIOS

Este esquema, con la memoria de vídeo en B0000h/B8000h y las ROMs arriba del espacio, marcó a fuego el desarrollo del software de la época. Muchas utilidades, para ir “más finas”, escribían directamente en memoria de vídeo en lugar de usar las llamadas de la BIOS, por pura eficiencia.

Puertos de E/S e interrupciones

El 8088 gestionaba un espacio de E/S de 64 Ki direcciones. Algunas de las más características del IBM PC original fueron: 00h–0Fh (DMA 8237), 20h–21h (PIC 8259), 40h–43h (PIT 8253), 60h–63h (PPI 8255), 3B0h–3BFh (MDA + LPT1), 3D0h–3DFh (CGA), 3F0h–3F7h (FDC), 3F8h–3FFh (COM1). Para juegos, el joystick vivía en 200h–20Fh.

• IRQ0: temporizador (18,2 Hz)
• IRQ1: teclado
• IRQ2: libre en PC/XT; en AT encadena el 8259 esclavo
• IRQ3/IRQ4: puertos serie (COM2/COM1)
• IRQ5: sin uso en PC; HDD en XT; LPT2 en AT
• IRQ6: disquetera
• IRQ7: impresora

En el IBM AT se añadieron RTC con NVRAM (70h–71h), un segundo PIC (A0h–BFh) y un segundo DMA (C0h–DFh), además de registros de página para DMA (80h–83h). Esta ampliación permitió crecer en dispositivos y afinar la temporización del sistema.

Teclado: robusto, ruidoso y técnicamente exquisito

El legendario teclado del 5150, heredero del System/23 Datamaster, destacó por su durabilidad y por un tacto muy apreciado. Su microcontrolador 8048 escaneaba teclas y enviaba scancodes de presión y liberación; implementaba autorrepetición y permitía detectar múltiples teclas simultáneas con fiabilidad.

Hubo críticas, claro: la posición de ENTER y Shift izquierdo en el modelo de 84 teclas no gustó a mecanógrafos, y el “clic” se hacía notar si había varias máquinas en la misma sala. Con el tiempo llegaron el teclado AT (1984) y el “Enhanced” de 101 teclas (1986), separando teclado numérico y cursores, y cambiando la distribución de las teclas de función.

BIOS, ROM BASIC y el papel del DOS

El BIOS de 8 KiB ejecutaba el POST, inicializaba hardware y lanzaba el cargador de arranque. Si fallaba el arranque desde disquete, el equipo se iba al IBM Cassette BASIC en ROM. IBM ofreció tres sabores: Cassette BASIC (en ROM), Disk BASIC y Advanced BASIC (BASICA, que dependía del ROM BASIC).

Los clones no podían usar ese ROM BASIC, así que Microsoft comercializó GW‑BASIC, funcionalmente equivalente a BASICA pero sin dependencia del ROM. Paralelamente, IBM distribuyó PC‑DOS (versión OEM de MS‑DOS), mientras Microsoft vendía MS‑DOS a terceros, un movimiento estratégico que consolidó su posición cuando estalló el boom de compatibles.

ASCII extendido y páginas de códigos

Con el IBM PC se popularizó el uso de 8 bits para caracteres, creando el llamado ASCII extendido (códigos 128–255) con acentos, eñe, símbolos griegos y de dibujo de cajas. En modos de texto, las tarjetas MDA/CGA podían representar estos glifos, lo que permitió interfaces “ricas” incluso sin gráficos. Más tarde, las necesidades lingüísticas llevaron a variantes en forma de páginas de códigos, y finalmente a estándares como ISO‑8859‑1 y Unicode.

La “habitación limpia”: clonar sin copiar

IBM pensó que reteniendo derechos sobre su BIOS mantendría el timón del mercado. Sin embargo, Columbia Data Products lanzó en junio de 1982 el MPC 1600, primer compatible funcional, con una BIOS obtenida por ingeniería inversa legal. Poco después, Compaq anunció su Portable (envíos en 1983) y ganó en tribunales defendiendo su BIOS creada con metodología de “clean room”.

La técnica separaba un equipo que analizaba el comportamiento del BIOS original de otro que, sin ver el código de IBM, implementaba desde cero una BIOS funcionalmente equivalente. Más tarde, Phoenix Technologies empaquetó y licenció su BIOS a todo el que quisiera fabricar compatibles, y ahí nació, de verdad, el diluvio de “PC compatibles con IBM” que barrió el mercado. AMI y Award siguieron el mismo camino (Award acabaría en Phoenix en 1998).

Clónicos y compatibles MS‑DOS de primera hornada

Entre 1982 y 1983 aparecieron nombres clave: Columbia Data Products con el MPC 1600 (después el Columbia VP), Eagle (Eagle PC y Spirit), Dynalogic Hyperion (portable canadiense), Seequa Chameleon (Z80+8086), Corona Data Systems (PC y PPC‑400), o soluciones integradas con impresora como el Panasonic Senior Partner. El Compaq Portable fue el éxito más sonado, hasta el punto de que IBM respondió con su propio Portable.

En paralelo, hubo equipos “compatibles MS‑DOS” pero no 100% compatibles a nivel BIOS/hardware (Olivetti M20, Apricot PC, algunos Xerox, Sanyo, Tandy, TI, Tulip o Wang). Y coexistieron máquinas híbridas con múltiples CPUs (Z80/8086 o incluso 6809) como los Fujitsu Micro 16s o el Goupil 3, que podían ejecutar CP/M, MS‑DOS e incluso Uniflex, aunque con limitaciones de compatibilidad práctica.

Por qué el software saltaba la BIOS

MS‑DOS ofrecía una API básica, y el BIOS completaba lo esencial, pero la realidad es que las aplicaciones más ambiciosas fueron directas al hardware por rendimiento y capacidades: escritura directa a memoria de vídeo (hasta 5–20x más rápido que vía BIOS), gráficos avanzados, acceso a UART para comunicaciones a 19.200 bps, o mecanismos de protección anticopia que requerían hablar con el controlador de disquete a bajo nivel.

El duelo entre Context MBA (portado, pero lento) y Lotus 1‑2‑3 (ensamblador puro y afinado al hardware) ejemplifica ese pragmatismo: ganó el que mejor exprimió la plataforma. Y, por si faltaban hitos, ejecutar Lotus 1‑2‑3 o Microsoft Flight Simulator se convirtió en la prueba de fuego para verificar la “compatibilidad IBM PC”.

Del AT al PS/2: buses, memoria y nuevas guerras

El IBM AT (1984) trajo el 80286, bus de 16 bits y acceso a hasta 16 MiB, pero DOS seguía anclado al modo real. De ahí surgió la EMS (memoria expandida con ventana de 64 KiB) y más tarde la XMS (memoria extendida), con utilidades como EMM386 para emular EMS sobre XMS. Todo para superar, con apaños, los límites del diseño original.

En 1987 IBM lanzó PS/2 con el bus MCA, técnicamente avanzado pero propietario. La industria respondió con EISA (1988), abierto y retrocompatible con ISA. Desde entonces, la “norma de facto” se definió más por Microsoft y los consorcios de hardware que por IBM, y la plataforma evolucionó hacia el ecosistema Wintel (con matices), mientras surgían estándares como VBE para domar la selva de modos SVGA.

Mercado, documentos y el papel de Microsoft

El “IBM PC Technical Reference Manual” fue un arma de doble filo: posibilitó, en pocas semanas, que Tecmar presentase una veintena de expansiones en COMDEX 1981, pero también sembró el terreno para clónicos. Con los compatibles disparados, el acuerdo de IBM permitió a Microsoft vender MS‑DOS fuera de IBM, consolidando su hegemonía: el gran ganador de la compatibilización no fue IBM, fue Microsoft.

Ya en los 90, IBM intentó rentabilizar patentes y licencias, pero el mercado había cambiado: HP, Dell, Acer, Toshiba y un ejército de “cajas blancas” dominaban, y, a la postre, IBM vendió su división de PC a Lenovo en 2005. El estándar, mientras tanto, quedó grabado en silicio en forma de compatibilidad hacia atrás, hoy encapsulada en chipsets y Southbridges.

Modelos clave de la familia IBM PC

• IBM PC 5150 (1981): el original, 8088 @ 4,77 MHz, 5 ranuras ISA, CGA/MDA, ROM BASIC.
• IBM XT 5160 (1983): añade HDD de 10 MB (ST‑412), 8 ranuras, y mayor capacidad base de RAM.
• IBM AT 5170 (1984): 80286 (6/8 MHz), bus ISA 16‑bit, RTC, NVRAM, discos de 20 MB, más “serio”.
• IBM PCjr 4860 (1983/84): orientado al hogar, teclado IR y cartuchos, pero con incompatibilidades.
• IBM Portable 5155 (1984): el “transportable” con CRT integrado; respuesta al éxito del Compaq Portable.
• IBM Convertible 5140 (1986): primer portátil de IBM con 3,5″, 80C88 y gestión de energía primitiva.

La rivalidad con Apple… y el significado de “PC”

A menudo se contraponen “PC” y “Mac” como si fuesen categorías excluyentes, pero “PC” significa literalmente ordenador personal. Apple dominó en educación y creatividad con Macintosh, mientras IBM y los compatibles copaban empresa y, más tarde, el hogar. Curiosamente, cuando Apple adoptó x86 en 2006, sus Macs pasaron a ser, a todos los efectos, “PCs” a nivel de arquitectura.

Con todo, el legado del 5150 pervive: buses, puertos históricos, el mapa de memoria, las IRQ “de siempre”, la ciencia de la compatibilidad hacia atrás y la costumbre de ampliar y personalizar equipos, aunque hoy muchas funciones vivan embebidas en un único PCH.

Mirando el cuadro completo, se entiende por qué un firmware de 8 KiB y una decisión de arquitectura abierta dieron lugar a un estándar mundial: el IBM PC democratizó el hardware, la “habitación limpia” democratizó el BIOS, y el software—con DOS primero y Windows después—terminó de fijar el terreno de juego para toda una era de la informática personal.