stringtranslate.com

ГЭ 645

Идеальная конфигурация GE-645

Мейнфрейм GE 645 был развитием GE 635 для использования в проекте Multics . Это был первый компьютер, в котором реализована настраиваемая аппаратно защищенная система памяти. Он был разработан для удовлетворения требований Project MAC по разработке платформы, на которой будет размещена предложенная ими операционная система разделения времени следующего поколения ( Multics ), а также для удовлетворения требований теоретической компьютерной утилиты . [1] Система была первой по-настоящему симметричной многопроцессорной машиной, использовавшей виртуальную память , она также была одной из первых машин, реализовавших то, что сейчас известно как резервный буфер трансляции , [2] [3] [4] основополагающий патент, на который был предоставлен Джону Кулеру и Эдварду Глейзеру. [5]

General Electric первоначально публично анонсировала GE 645 на Осенней совместной компьютерной конференции [1] [3] в ноябре 1965 года. На последующей пресс-конференции в декабре [6] [7] того же года было объявлено, что они будут работать над « широкая коммерческая доступность» [8] системы. Однако впоследствии в конце 1966 года они сняли его с активного маркетинга. [8] Всего в период с 1967 по 1975 год системы GE 645 использовались как минимум на 6 предприятиях. [9]

Конфигурация системы

Базовая конфигурация системы состояла из комбинации 4 базовых модулей [4] [10] :

US3525080 Патент, показывающий GE-645.

Модули системного контроллера (SCM) фактически выступали в качестве сердца системы. Это были пассивные устройства, которые подключались к каждому активному устройству (процессору, GIOC, EMU) и обеспечивали следующее: [4] [11]

По сравнению с остальной частью серии 600, в 645 не использовались стандартные IOC (контроллеры ввода-вывода) для ввода-вывода. Для связи он также не использовал внешний процессор DATANET-30 . Вместо этого оба набора функций были объединены в один блок, называемый GIOC (обобщенный контроллер ввода-вывода), который предоставлял выделенные каналы как для периферийных устройств (дисков/лент), так и для терминального ввода-вывода. [4] [12] GIOC действовал как активное устройство и был напрямую подключен к памяти через выделенные каналы связи с каждым системным контроллером, который присутствовал в определенной конфигурации.

Блок расширенной памяти, хотя и назывался барабаном , на самом деле представлял собой большой жесткий диск с фиксированной головкой, по одной головке на дорожку, [13] это был OEM-продукт от Librascope . [13] [14] EMU состоял из 4096 дорожек, обеспечивающих 4 МВт (мегаслова) памяти (что эквивалентно 16 МБ). Каждая дорожка имела отдельную головку чтения/записи, они были организованы в группы по 16 «наборов дорожек», которые используются для чтения/записи сектора. Сектор является единицей распределения данных по умолчанию в EMU и состоит из 80 слов, из которых 64 слова являются данными, а остальные 16 используются в качестве защитной полосы. [4] Средняя скорость передачи данных между EMU и памятью составляла 470 000 слов в секунду, все передачи имели ширину 72 бита (два слова), при этом для передачи 4 слов требовалось 6,7 мкс. [4] Устройство имело скорость вращения 1725 об/мин, что обеспечивало среднюю задержку 17,4 миллисекунды. [4]

Архитектура

Режимы процессора

GE-645 имеет два режима выполнения инструкций (главный и подчиненный), унаследованные от GE-635, однако он также добавляет еще одно измерение, имея два режима адресации памяти (абсолютный и добавляющий). Когда процесс выполняется в абсолютном режиме, адресация ограничена 2 18 словами памяти, и любые инструкции выполняются в главном режиме. Для сравнения, в режиме добавления адрес вычисляется с использованием «добавления слов» с адресным пространством 2 24 слова и выполнением инструкций в режиме ведущего или ведомого. [15]

Ведомый режим

По умолчанию это обычный режим, в котором процессор должен работать в любой момент времени. Почти все инструкции будут выполняться в этом режиме, за исключением небольшого набора привилегированных инструкций, которые не могут выполняться в этом режиме. Выполнение таких инструкций вызовет недопустимую ошибку процедуры, а также запрещена возможность запрета прерываний (бит 28 командного слова). Формат адресов команд осуществляется посредством процесса добавления.

Мастер-режим

В этом режиме процессор может выполнять все инструкции и при этом блокировать прерывания. Как и в ведомом режиме, форма формирования адреса по умолчанию осуществляется через процесс добавления.

Абсолютный режим

В этом режиме могут выполняться все инструкции и предоставляется полный доступ к любым привилегированным функциям оборудования. Прерывания могут быть запрещены, а выборка команд ограничена абсолютным адресом длиной 2 18 (18 бит), что ограничивает процессор возможностью доступа только к нижним 256 КВт физической памяти ядра. Процессор перейдет в этот режим в случае неисправности или прерывания и останется в нем до тех пор, пока не выполнит инструкцию передачи, адрес операнда которой был получен в процессе добавления.

Режим добавления

По умолчанию это обычный режим адресации памяти, в этом режиме обычно работают как главный, так и подчиненный режимы. Доступ к косвенным словам и операндам осуществляется через механизм добавления посредством помещения 1 в бит 29 исполняемой инструкции. Таким образом, эффективные адреса либо добавляются к базовому адресу, либо смещение привязывается к базовому адресу.

Функциональные единицы

Функциональные блоки процессора GE 645

Процессор 645 был разделен на четыре основных функциональных блока: [15]

Одним из ключевых отличий от GE 635 было добавление «добавляющего блока» (APU), который использовался для реализации гибридной модели виртуальной памяти «Постраничная сегментация» . APU также использовался для реализации одноуровневого хранилища , которое является одной из фундаментальных абстракций, вокруг которых построен Multics. Формат команды также был расширен за счет ранее не использовавшегося бита 29, определяющего, использует ли адрес операнда инструкции 18-битный формат (бит 29 = 0) или формат, состоящий из 3-битного адреса базового регистра с 15-битным адресом. битовое смещение (бит 29 = 1). [4] : 18, 22  [15]

Формат инструкции с битом 29, установленным в 1:

 1 1 2 2 2 2 3 3 0 2 3 7 8 6 7 8 9 0 5 +---+---------------+---------+-+-+-+------+ |БР | Ю | ОП |0|I|1| Тег | +---+---------------+---------+-+-+-+------+

Базовые регистры адресов

GE 645 имел 8 базовых регистров адреса (abr), [17] они могли работать как в «парном», так и в «неспарном» режимах. [18] Более поздний Honeywell 6180 изменил их на 8 регистров-указателей. Каждый abr имел ширину 24 бита и состоял из 18 бит для адреса и 6 бит для функций управления. [19]

Один бит поля функций управления указывает, где abr является «внутренним» или «внешним». Если abr является внутренним, другое 3-битное подполе поля функций управления указывает другое abr, с которым это abr связано; этот другой abr является внешним: внешний abr содержит номер сегмента в поле адреса, а внутренний abr содержит смещение внутри сегмента, заданного внешним abr. [15] : 4–4  Если инструкция или косвенное слово ссылается на внешнее abr, поле адреса в инструкции или косвенном слове используется как смещение в сегменте, заданном внешним abr. Если оно относится к внутреннему abr, поле адреса в инструкции или косвенном слове добавляется к смещению в abr, а полученное значение используется как смещение в сегменте, указанном внешним abr, с которым соединено внутреннее abr. . [15] : 6–26 

Регистры имеют следующие форматы в зависимости от того, как установлен бит 21. [19]

Форматировать как «внешнюю» базу с установленным битом 21:

 1 1 2 2 22 0 7 8 0 1 23 +------------------+---+-+--+ | ПДВ |\\\|1|\\| +------------------+---+-+--+

Форматировать как компонент эффективного «внутреннего» адреса с указателем на «внешнюю» базу, с очищенным битом 21:

 1 1 2 2 22 0 7 8 0 1 23 +------------------+---+-+--+ | PY |PB |0|\\| +------------------+---+-+--+ 


В Multics abr с четным номером и следующий за ним abr с нечетным номером были объединены в пары. При записи на ассемблере (EPLBSA/ALM) [NB 1] стандартная практика Multics заключалась в том, чтобы маркировать эти регистры следующим образом: [20]

Схема именования основана на следующем: [21]

8 регистров-указателей в Honeywell 6180 и его преемниках служили той же цели, что и 4 парных базовых регистра в GE-645, ссылаясь на смещение внутри сегмента.

История

CTSS был разработан в Вычислительном центре Массачусетского технологического института на базе IBM 709 и впервые был продемонстрирован в ноябре 1961 года, [22] впоследствии он был модернизирован до 7090 в 1962 году, [23] и, наконец, до 7094 в 1963 году . [24] Это потребовало модификации. к этим стандартным системам путем добавления ряда RPQ, которые, среди прочего, добавляли два банка памяти и переключение банков между режимом пользователя и супервизора, то есть программы, работающие в банке памяти ядра A, имели доступ к инструкциям, которые программы, работающие в банке памяти B, имели доступ к инструкциям. -базовый банк этого не сделал. [25]

Формально проект MAC начался с подписания контракта с ARPA 1 июля 1963 года. К октябрю 1963 года они получили специальный 7094 для запуска CTSS, который был назван «Красной машиной» из-за наличия красных боковых панелей. [24] Это обеспечит среду разделения времени для проекта MAC и впоследствии будет активно использоваться для разработки Multics. В течение этого периода проводилась исследовательская работа над тем, как будет выглядеть замена CTSS и какой тип оборудования потребуется для ее работы. Был сформирован комитет, состоящий из Фернандо Дж. Корбато , Теда Глейзера, Джека Денниса и Роберта Грэма, которому было поручено посетить производителей компьютеров, чтобы оценить уровень интереса к отрасли к участию в тендерах на аппаратную платформу. [26] [27] Стало ясно, что проект MAC искал партнера по разработке, учитывая значительные модификации оборудования, которые потребуются для удовлетворения их требований, которые были указаны как: [28]

  1. Пользовательские программы, имеющие защиту от чтения/записи.
  2. Эти привилегированные инструкции не будут доступны программам конечного пользователя.
  3. По крайней мере, возможность напрямую обращаться к 256кВт памяти.
  4. Встроенные возможности многопроцессорной обработки, при которых все процессоры имеют эквивалентный функциональный уровень.
  5. Эффективная поддержка телекоммуникаций, которые могут работать как с обычными телефонными линиями, так и с высокоскоростными каналами передачи данных, на которых могут работать терминалы с графическим дисплеем, такие как графический терминал Kludge [29], разработанный Массачусетским технологическим институтом .
  6. Накопители большой емкости, включая быстрый барабан, который можно использовать в качестве пейджингового устройства.
  7. Аппаратная поддержка как сегментации, так и подкачки с поддержкой памяти, адресуемой к содержимому (CAM), чтобы уменьшить накладные расходы на виртуальную память.

Они посетили, в частности, компании Burroughs , CDC , DEC , General Electric , IBM и Sperry Univac . Из них наибольший интерес проявили GE и IBM. [26] К лету 1964 года были получены предложения от DEC, IBM и GE, после оценок Технического комитета было принято единогласное решение принять предложение GE по GE 645, которое представляло собой конструкцию, основанную на GE 635, но модифицированную для соответствовать требованиям, изложенным выше. [28]

Пока аппаратное обеспечение GE 645 проектировалось и отлаживалось в Фениксе, была создана система, в которой GE 635 можно было использовать для запуска симулятора, известного как 6.36, [30] , чтобы разработка и проверка Multics могли происходить параллельно. Этот процесс включал создание ленты в системе CTSS, которая будет вводиться в GECOS в системе 635 в Массачусетском технологическом институте, чтобы она могла работать под управлением симулятора 6.36; результирующий вывод будет перенесен на ленте в CTSS для отладки/анализа. [31] Эта моделируемая среда была заменена первым аппаратным обеспечением 645 в 1967 году. Операционная система GECOS была полностью заменена Multics в 1969 году с супервизором Multics [3] , разделенным защитными кольцами с «воротами», обеспечивающими доступ из пользовательского режима. [32]

Более позднее поколение в виде 645F (F для последующего) не было завершено к моменту продажи подразделения Honeywell и стало известно как Honeywell 6180 . Первоначальный механизм контроля доступа GE/Honeywell 645 оказался неадекватным для высокоскоростного перехвата инструкций доступа, и повторная реализация в 6180 решила эти проблемы. [33] Большая часть этих компьютеров с разделением времени на Multics была установлена ​​в АНБ и аналогичных правительственных учреждениях. Их использование было ограничено крайними мерами безопасности и имело ограниченное влияние на последующие системы, за исключением защитного кольца. [34]

Аппаратная защита, представленная на этом компьютере и модифицированная на 6180, позже была реализована в компьютерном процессоре Intel 286 в виде четырехуровневого защитного кольца, но четыре кольца оказались слишком громоздкими для программирования и слишком медленными в работе. Архитектура защитного кольца теперь используется только для защиты режима ядра от кода пользовательского режима, как это было при первоначальном использовании 645. [3]

Смотрите также

дальнейшее чтение

Примечания

  1. ^ EPL BootStrap Ассемблер / Язык ассемблера для Multics

Рекомендации

  1. ^ Аб Корбато, Ф.Дж.; Высоцкий, В.А. (30 ноября 1965 г.). «Введение и обзор системы multics». Материалы осенней совместной компьютерной конференции, состоявшейся 30 ноября — 1 декабря 1965 г., Часть I по XX — AFIPS '65 (Осень, часть I) . Ассоциация вычислительной техники. стр. 185–196. дои : 10.1145/1463891.1463912. ISBN 9781450378857. S2CID  11197018.
  2. ^ Джон Кулер (зима 1995 г.). «Ядро компьютерной корпорации Black Canyon» (PDF) . IEEE Анналы истории вычислений . 17 (4): 56–60. дои : 10.1109/85.477436.
  3. ^ abcd Глейзер, Эл; Кулер, Дж. Ф.; Оливер, Джорджия (30 ноября 1965 г.). «Системное проектирование компьютера для приложений с разделением времени». Материалы осенней совместной компьютерной конференции, состоявшейся 30 ноября — 1 декабря 1965 г., Часть I по XX — AFIPS '65 (Осень, часть I) . Ассоциация вычислительной техники. стр. 197–202. дои : 10.1145/1463891.1463913. ISBN 9781450378857. S2CID  15819355.
  4. ^ abcdefghij «Системное руководство GE-645» (PDF) . Дженерал Электрик. Январь 1968 года . Проверено 26 сентября 2023 г.
  5. ^ Патент США 3412382, COULEUR JOHN F & GLASER EDWARD L, «Система обработки данных с общим доступом», передан Массачусетскому технологическому институту. 
  6. ^ Смит, Уильям Д. (2 декабря 1965 г.). «Новый компьютер, разработанный в GE», The New York Times . Проверено 20 октября 2023 г.
  7. ^ «Система разделения времени GE-645» . Цифровой компьютерный журнал . Управление военно-морских исследований - Отдел математических наук. 18 (2): 5–6. 1966.
  8. ^ ab «США против IBM_Exhibit 14971 — Историческое повествование 1960-х годов» (PDF) . стр. 434, 510 . Проверено 21 октября 2023 г.
  9. ^ "Хронология мультисайта" . multicians.org . Проверено 21 октября 2023 г.
  10. ^ Кайслер (2020), соч. цит., с. 274
  11. ^ Кайслер (2020), соч. цит., с. 275
  12. ^ Оссанна, JF ; Микус, Л.Э.; Дунтен, SD (30 ноября 1965 г.). «Связь и коммутация ввода/вывода в мультиплексной вычислительной системе». Материалы осенней совместной компьютерной конференции, состоявшейся 30 ноября — 1 декабря 1965 г., Часть I по XX — AFIPS '65 (Осень, часть I) . Ассоциация вычислительной техники. стр. 231–241. дои : 10.1145/1463891.1463916. S2CID  15847853.
  13. ^ Аб Ван Флек, Том. «Низкое давление в бутылке». multicians.org . Проверено 29 октября 2023 г.
  14. ^ "Либразетта, том 10, № 9" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 мая 2022 года.
  15. ^ abcde «СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО ПО ПРОЦЕССОРУ МОДЕЛИ 645» (PDF) . Honeywell Information Systems Inc., май 1972 г. Проверено 26 сентября 2023 г.
  16. ^ Шредер, Майкл Д. (1971). «Производительность ассоциативной памяти GE-645 во время работы Multics». Материалы семинара SIGOPS по оценке производительности системы . Ассоциация вычислительной техники. стр. 227–245. дои : 10.1145/800024.808361. ISBN 9781450373821. S2CID  44850627.
  17. ^ Органик (1972), соч. цит., с. 18
  18. ^ Грин, Пол. «Виртуальная память Multiks - Учебное пособие и размышления». multicians.org . Проверено 20 декабря 2023 г.
  19. ^ ab Organick (1972), op. цит., с. 19
  20. ^ Органик (1972), соч. цит., с. 20-21
  21. ^ Органик (1972), соч. цит., с. 22-23
  22. ^ Пью (1991), соч. цит., с. 356
  23. ^ Корбато, Фернандо Дж.; Мервин Даггетт, Марджори; Дейли, Роберт К. (3 мая 1962 г.). «Экспериментальная система разделения времени». Материалы весенней совместной компьютерной конференции (AIEE-IRE '62 (весна)), состоявшейся 1–3 мая 1962 г. Ассоциация вычислительной техники. стр. 335–344. дои : 10.1145/1460833.1460871 . ISBN 9781450378758. S2CID  234039583.
  24. ^ Аб Ван Флек, Том. «IBM 7094 и CTSS». www.multicians.org . Проверено 30 октября 2023 г.
  25. ^ Крисман, Пенсильвания, изд. (31 декабря 1969 г.). «Совместимая система разделения времени, Руководство программиста» (PDF) . Вычислительный центр Массачусетского технологического института . Проверено 10 марта 2022 г.
  26. ^ аб Деннис, Джек Б. (Джек Боннелл); О'Нил, Джуди Э. (31 октября 1989 г.). «Устное историческое интервью с Джеком Боннеллом Деннисом». hdl : 11299/107244 . Проверено 31 октября 2023 г.
  27. Корбато, Ф.Дж. (14 ноября 1990 г.). «Устное историческое интервью с Фернандо Х. Корбато». hdl : 11299/107230 . Проверено 31 октября 2023 г.
  28. ^ аб Фано (1979), соч. цит., с. 348
  29. ^ «Коллекция: Массачусетский технологический институт, Лаборатория компьютерных исследований, записи исследований | MIT ArchivesSpace» . archivesspace.mit.edu .
  30. ^ "GE-635 в проекте MAC и BTL" . multicians.org . Проверено 19 октября 2023 г.
  31. ^ «Отчет о ходе реализации проекта MAC III, 1966-67» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июня 2016 г.
  32. ^ «Отчет о ходе проекта MAC V, 1966-68» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июня 2016 г.
  33. ^ Майкл Д. Шредер и Джером Х. Зальцер. «Аппаратная архитектура для реализации защитных колец» . Проверено 27 сентября 2012 г.
  34. ^ Дональд А. Маккензи (2001). Механизация доказательства: вычисления, риск и доверие . Массачусетский технологический институт Пресс. ISBN 0-262-13393-8.

Внешние ссылки