PDP –11 — это серия 16-битных миникомпьютеров , продаваемых Digital Equipment Corporation (DEC) с 1970 по конец 1990-х годов, один из продуктов серии программируемых процессоров данных (PDP). Всего было продано около 600 000 PDP-11 всех моделей, что сделало эту линейку продуктов DEC одной из самых успешных. Некоторые эксперты считают PDP-11 самым популярным миникомпьютером. [1] [2]
PDP-11 включал в себя ряд инновационных функций в наборе команд и дополнительные регистры общего назначения , которые упрощали программирование, чем более ранние модели серии PDP. Кроме того, инновационная система Unibus позволила упростить подключение внешних устройств к системе с помощью прямого доступа к памяти , открывая систему для широкого спектра периферийных устройств . PDP-11 заменил PDP-8 во многих вычислительных приложениях реального времени , хотя обе линейки продуктов существовали параллельно более 10 лет. Простота программирования PDP-11 сделала его популярным для вычислений общего назначения.
Дизайн PDP-11 вдохновил на разработку микропроцессоров конца 1970-х годов , включая Intel x86 [1] и Motorola 68000 . Особенности конструкции операционных систем PDP-11 и других операционных систем от Digital Equipment повлияли на разработку таких операционных систем, как CP/M и, следовательно, также MS-DOS . Первая официально названная версия Unix работала на PDP-11/20 в 1970 году. Обычно утверждается, что язык программирования C использовал преимущества нескольких низкоуровневых функций программирования, зависящих от PDP-11, [3] , хотя изначально это не было задумано. . [4]
Попытка расширить PDP-11 с 16-битной до 32-битной адресации привела к созданию конструкции VAX-11 , которая взяла часть своего названия от PDP-11.
В 1963 году DEC представила первый коммерческий миникомпьютер PDP -5 . Это была 12-битная конструкция, адаптированная из машины LINC 1962 года , которая предназначалась для использования в лабораторных условиях. DEC немного упростила систему и набор команд LINC, нацелив PDP-5 на меньшие настройки, которым не требовалась мощность их более крупного 18-битного PDP-4 . PDP-5 имел успех: в конечном итоге было продано около 1000 машин. Это привело к созданию PDP-8 , еще одной недорогой 12-битной модели, проданной тиражом около 50 000 единиц.
В этот период компьютерный рынок переходил от длины компьютерного слова , основанной на 6-битных единицах, к 8-битным единицам после введения 7-битного стандарта ASCII . В 1967–1968 годах инженеры DEC разработали 16-битную машину PDP-X, [5] но руководство в конечном итоге отменило проект, поскольку он не давал существенного преимущества перед существующими 12- и 18-битными платформами.
Это побудило нескольких инженеров из программы PDP-X покинуть DEC и сформировать Data General . В следующем году они представили 16-битную Data General Nova . [6] Nova продала десятки тысяч единиц и выпустила то, что впоследствии стало одним из основных конкурентов DEC в 1970-х и 1980-х годах.
Кен Олсен , президент и основатель DEC, больше интересовался маленькой 8-битной машиной, чем более крупной 16-битной системой. Это стал проект «Настольный калькулятор». Вскоре после этого Datamation опубликовала заметку о разработке настольного калькулятора в DEC, что вызвало обеспокоенность у Wang Laboratories , которые вложили значительные средства в этот рынок. Вскоре стало ясно, что весь рынок переходит на 16-битную версию, и настольный калькулятор тоже начал использовать 16-битную версию. [7]
Команда решила, что лучшим подходом к новой архитектуре будет минимизация пропускной способности памяти, необходимой для выполнения инструкций. Ларри Макгоуэн написал серию программ на языке ассемблера , используя наборы команд различных существующих платформ, и исследовал, сколько памяти потребуется для их выполнения. Гарольд МакФарланд присоединился к этим усилиям и уже написал очень сложный набор инструкций, который команда отвергла, но второй был проще и в конечном итоге лег в основу PDP-11. [7]
Когда они впервые представили новую архитектуру, менеджеры были встревожены. В нем отсутствовали немедленные данные в виде одного командного слова и короткие адреса, которые считались важными для повышения производительности памяти. Макгоуэн и МакФарланд в конце концов смогли убедить их, что система будет работать так, как ожидалось, и внезапно «проект настольного калькулятора стал горячим». [7] Большая часть системы была разработана с использованием PDP-10 , где SIM-11 моделировал то, что впоследствии стало PDP-11/20, а Боб Бауэрс написал для нее ассемблер. [7]
На позднем этапе маркетинговая команда хотела выпустить систему с 2 КБ памяти [a] в минимальной конфигурации. Когда Макгоуэн заявил, что это будет означать, что ассемблер не сможет работать в системе, минимальный размер был расширен до 4K. Маркетинговая команда также хотела использовать косую черту для комментариев в ассемблерном коде, как это было в ассемблере PDP-8. Макгоуэн заявил, что тогда ему придется использовать точку с запятой для обозначения деления, и от этой идеи отказались. [7]
О семействе PDP-11 было объявлено в январе 1970 года, и поставки начались в начале того же года. В 1970-е годы DEC продала более 170 000 PDP–11. [8]
Одноплатная крупномасштабная интеграционная версия процессора, первоначально изготовленная на основе малогабаритной транзисторно-транзисторной логики , была разработана в 1975 году. Двух- или трехчиповый процессор J-11 был разработан в 1979 году.
Последними моделями линейки PDP-11 были одноплатные PDP-11/94 и PDP-11/93, представленные в 1990 году. [9]
Архитектура процессора PDP–11 имеет в основном ортогональный набор команд . Например, вместо таких инструкций, как загрузка и сохранение , PDP-11 имеет инструкцию перемещения , для которой любой операнд (источник и место назначения) может быть памятью или регистром. Конкретных инструкций ввода или вывода нет ; PDP-11 использует ввод-вывод с отображением в памяти , поэтому используется та же команда перемещения ; ортогональность даже позволяет перемещать данные непосредственно с устройства ввода на устройство вывода. Более сложные инструкции, такие как добавление, также могут иметь память, регистр, ввод или вывод в качестве источника или назначения.
Большинство операндов могут применять любой из восьми режимов адресации к восьми регистрам. Режимы адресации обеспечивают регистровую, немедленную, абсолютную, относительную, отложенную (косвенную) и индексированную адресацию и могут определять автоинкрементирование и автодекрементирование регистра на один (байтовые инструкции) или два (словные инструкции). Использование относительной адресации позволяет программе на машинном языке быть независимой от позиции .
Ранние модели PDP-11 не имели выделенной шины для ввода/вывода , а имели только системную шину, называемую Unibus , поскольку устройства ввода и вывода были сопоставлены с адресами памяти.
Устройство ввода/вывода определяло адреса памяти, на которые оно будет реагировать, и задавало собственный вектор прерывания и приоритет прерывания . Эта гибкая структура, обеспечиваемая архитектурой процессора, позволила необычайно легко изобретать новые шинные устройства, включая устройства для управления оборудованием, которые не были предусмотрены при первоначальной разработке процессора. DEC открыто опубликовала основные спецификации Unibus, даже предложила прототипы печатных плат интерфейса шины и поощряла клиентов разрабатывать собственное оборудование, совместимое с Unibus.
Unibus сделал PDP-11 пригодным для использования с нестандартными периферийными устройствами. Один из предшественников Alcatel-Lucent , компания Bell Telephone Manufacturing Company , разработала сеть с коммутацией пакетов BTMC DPS-1500 ( X.25 ) и использовала PDP-11 в системе управления региональной и национальной сетью, при этом Unibus напрямую подключался к аппаратура ДПС-1500.
Более производительные представители семейства PDP-11 отказались от подхода с одной шиной. PDP-11/45 имел выделенный путь данных внутри ЦП , соединяющий полупроводниковую память с процессором, при этом базовая память и устройства ввода-вывода подключались через Unibus. [10] В PDP-11/70 был сделан еще один шаг вперед с добавлением выделенного интерфейса между дисками, лентами и памятью через Massbus . Хотя устройства ввода/вывода по-прежнему отображались в адреса памяти, для настройки добавленных интерфейсов шины требовалось дополнительное программирование.
PDP–11 поддерживает аппаратные прерывания с четырьмя уровнями приоритета. Прерывания обслуживаются программными сервисными программами, которые могут указывать, могут ли они сами быть прерваны (достижение вложенности прерываний ). Событие, вызывающее прерывание, указывается самим устройством, так как оно сообщает процессору адрес собственного вектора прерывания.
Векторы прерываний представляют собой блоки из двух 16-битных слов в нижнем адресном пространстве ядра (которое обычно соответствует малому объему физической памяти) между 0 и 776. Первое слово вектора прерывания содержит адрес процедуры обслуживания прерывания, а второе слово — значение. загружаться в PSW (уровень приоритета) при входе в сервисную программу.
PDP-11 был разработан для облегчения изготовления полуквалифицированным персоналом. Размеры его частей были относительно некритичны. В нем использовалась объединительная плата с проволочной обмоткой .
.jpg/1280px-PDP-11_(459312210).jpg)
LSI-11 (PDP-11/03), представленная в феврале 1975 года [9] , является первой моделью PDP-11, созданной с использованием крупномасштабной интеграции ; весь ЦП содержится на четырех чипах LSI производства Western Digital ( набор микросхем MCP-1600 ; для расширения набора команд можно добавить пятый чип). Он использует шину, которая является близким вариантом Unibus, называемым LSI Bus или Q-Bus ; он отличается от Unibus прежде всего тем, что адреса и данные мультиплексируются на общий набор проводов, а не на отдельные наборы проводов. Он также немного отличается в том, как обращается к устройствам ввода-вывода, и в конечном итоге позволил использовать 22-битный физический адрес (тогда как Unibus допускает только 18-битный физический адрес) и операции блочного режима для значительного улучшения пропускной способности (чего Unibus не поддерживает). поддерживать).
Микрокод ЦП включает в себя отладчик : встроенное ПО с прямым последовательным интерфейсом ( RS-232 или токовая петля ) к терминалу . Это позволяет оператору выполнять отладку , вводя команды и считывая восьмеричные числа, вместо использования переключателей и лампочек для чтения, что было типичным методом отладки в то время. Таким образом, оператор может проверять и изменять регистры, память и устройства ввода-вывода компьютера, диагностируя и, возможно, исправляя сбои в программном обеспечении и периферийных устройствах (если сбой не приводит к отключению самого микрокода). Оператор также может указать, с какого диска загружаться . Оба нововведения повысили надежность и снизили стоимость БИС-11.
К LSI-11 можно добавить опцию записываемого хранилища управления (WCS) (KUV11-AA ) . Эта опция позволяла программировать внутреннюю 8-битную микромашину для создания расширений набора команд PDP-11 для конкретных приложений. WCS представляет собой плату с четырьмя Q-Bus и ленточным кабелем, подключаемым к третьему разъему ПЗУ микрокода. Исходный код микрокода EIS/FIS был включен, поэтому эти инструкции, обычно расположенные в третьем MICROM, при желании можно было загрузить в WCS. [11]
Более поздние системы на базе Q-Bus, такие как LSI–11/23, /73 и /83, основаны на наборах микросхем, разработанных компанией Digital Equipment Corporation. Более поздние системы PDP-11 Unibus были разработаны для использования аналогичных процессорных карт Q-Bus с использованием адаптера Unibus для поддержки существующих периферийных устройств Unibus , иногда со специальной шиной памяти для повышения скорости.
Были в линейке Q-Bus и другие существенные нововведения. Например, в системном варианте PDP-11/03 реализовано полное самотестирование системы при включении питания (POST).
Базовая конструкция PDP-11 была гибкой и постоянно обновлялась для использования новейших технологий. Однако ограниченная пропускная способность Unibus и Q-Bus стала узким местом в производительности системы, а ограничение 16-битного логического адреса препятствовало разработке более крупных программных приложений. В статье об архитектуре PDP–11 описаны аппаратные и программные методы, используемые для обхода ограничений адресного пространства.
32-битный преемник PDP-11 от DEC, VAX-11 (от «Virtual Address eXtension») преодолел 16-битное ограничение, но изначально представлял собой суперминикомпьютер, нацеленный на рынок высококлассного разделения времени . Ранние процессоры VAX обеспечивали режим совместимости PDP-11 , в котором можно было немедленно использовать большую часть существующего программного обеспечения параллельно с новым 32-битным программным обеспечением, но эта возможность была исключена с первым MicroVAX .
В течение десятилетия PDP-11 была самой маленькой системой, которая могла работать под управлением Unix , [12], но в 1980-х годах IBM PC и его клоны в значительной степени захватили рынок небольших компьютеров; В 1984 году компания BYTE сообщила, что микропроцессор Intel 8088 ПК может превосходить PDP-11/23 при работе под управлением Unix. [13] Новые микропроцессоры, такие как Motorola 68000 (1979 г.) и Intel 80386 (1985 г.), также включали 32-битную логическую адресацию. В частности, 68000 способствовал появлению рынка все более мощных научных и технических рабочих станций , на которых часто работали варианты Unix. В их число входили HP 9000 серии 200 (начиная с HP 9826A в 1981 году) и 300/400, при этом система HP-UX была перенесена на 68000 в 1984 году; Рабочие станции Sun Microsystems под управлением SunOS , начиная с Sun-1 в 1982 году; Рабочие станции Apollo/Domain , начиная с DN100 в 1981 году, под управлением Domain/OS , которая была проприетарной, но предлагала определенную степень совместимости с Unix; и линейка Silicon Graphics IRIS , которая к 1985 году превратилась в рабочие станции на базе Unix (IRIS 2000).
Персональные компьютеры на базе 68000, такие как Apple Lisa и Macintosh , Atari ST и Commodore Amiga , возможно, представляли меньшую угрозу для бизнеса DEC, хотя технически эти системы также могли работать на производных Unix. В частности, в первые годы Microsoft Xenix был портирован на такие системы, как TRS-80 Model 16 (с объемом памяти до 1 МБ) в 1983 году и на Apple Lisa с установленной оперативной памятью до 2 МБ . в 1984 году. Массовое производство этих чипов устранило любое ценовое преимущество для 16-битного PDP–11. Линия персональных компьютеров на базе PDP-11, серия DEC Professional , потерпела коммерческую неудачу, как и другие предложения ПК, отличные от PDP-11, от DEC.
В 1994 году DEC [14] продала права на системное программное обеспечение PDP-11 компании Mentec Inc., ирландскому производителю плат на базе LSI-11 для персональных компьютеров с архитектурой Q-Bus и ISA, а в 1997 году прекратила производство PDP-11. В течение нескольких лет Mentec выпускала новые процессоры PDP–11. Другие компании нашли нишу рынка для замены устаревших процессоров PDP-11, дисковых подсистем и т. д. В то же время стали доступны бесплатные реализации Unix для ПК на базе BSD или Linux .
К концу 1990-х годов не только DEC, но и большая часть компьютерной индустрии Новой Англии, построенная на мини-компьютерах, подобных PDP-11, рухнула перед лицом рабочих станций и серверов на базе микрокомпьютеров.
Процессоры PDP-11 обычно делятся на несколько естественных групп в зависимости от исходной конструкции, на которой они основаны, и какой шины ввода-вывода они используют. В каждой группе большинство моделей предлагалось в двух версиях: одна предназначена для OEM-производителей , а другая — для конечных пользователей. Хотя все модели используют один и тот же набор инструкций, в более поздних моделях были добавлены новые инструкции и некоторые инструкции интерпретировались немного по-другому. По мере развития архитектуры также существовали различия в обработке некоторых регистров состояния процессора и управления.
Следующие модели используют Unibus в качестве основной шины:
Следующие модели используют Q-Bus в качестве основной шины:
Серия PDT представляла собой настольные системы, продаваемые как «умные терминалы». /110 и /130 размещались в клеммном корпусе VT100 . /150 размещался в настольном блоке, который включал два 8-дюймовых дисковода для гибких дисков, три асинхронных последовательных порта, один порт принтера, один порт модема и один синхронный последовательный порт и требовал внешнего терминала. Во всех трех использовался тот же набор микросхем, что и в LSI-11/03 и LSI-11/2, в четырех микронах. Существует вариант, который объединяет два микрометра в один двойной держатель, освобождая один разъем для чипа EIS/FIS. /150 в сочетании с терминалом VT105 также продавался как MiniMINC, бюджетная версия MINC-11.
Серия DEC Professional — это настольные ПК, призванные составить конкуренцию более ранним персональным компьютерам IBM на базе 8088 и 80286 . Модели оснащены дисководами для гибких дисков диаметром 5 1 ⁄ 4 дюйма и жесткими дисками, за исключением модели 325, у которой нет жесткого диска. Исходной операционной системой была P/OS, которая по сути представляла собой RSX-11 M+ с системой меню сверху. Поскольку конструкция была призвана избежать обмена программного обеспечения с существующими моделями PDP-11, плохая реакция рынка неудивительна. Операционная система RT -11 в конечном итоге была портирована на серию PRO. Порт операционной системы RSTS/E на серию PRO также был выполнен внутри компании DEC, но не был выпущен. Устройства PRO-325 и -350 основаны на наборе микросхем DCF-11 («Fonz»), таком же, как и в 11/23, 11/23+ и 11/24. PRO-380 основан на наборе микросхем DCJ-11 («Челюсти»), таком же, как в 11/53,73,83 и других, но работает только на частоте 10 МГц из-за ограничений поддерживаемого набора микросхем.
PDP-11 был настолько популярен, что в странах Восточного блока производилось множество нелицензированных мини-компьютеров и микрокомпьютеров, совместимых с PDP-11 . Некоторые из них были совместимы по выводам с PDP-11 и могли использовать его периферийные устройства и системное программное обеспечение. К ним относятся:
Для PDP–11 было доступно несколько операционных систем .
Коммуникационный сервер DECSA представлял собой коммуникационную платформу, разработанную DEC на основе PDP-11/24, с возможностью установки пользователем карт ввода-вывода, включая асинхронные и синхронные модули. [44] Этот продукт использовался как одна из первых коммерческих платформ, на которых можно было создавать сетевые продукты, включая шлюзы X.25, шлюзы SNA , маршрутизаторы и терминальные серверы .
Также были доступны адаптеры Ethernet, такие как карта DEQNA Q-Bus .
Многие из самых ранних систем ARPANET были PDP-11.
Был доступен широкий спектр периферийных устройств; некоторые из них также использовались в других системах DEC, таких как PDP-8 или PDP-10 . Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных периферийных устройств PDP–11.
Семейство компьютеров PDP-11 использовалось для многих целей. Он использовался в качестве стандартного миникомпьютера для вычислений общего назначения, таких как вычисления с разделением времени , научные, образовательные, медицинские, правительственные или деловые вычисления. Другим распространенным применением было управление процессами в реальном времени и автоматизация производства .
Некоторые модели OEM также часто использовались в качестве встроенных систем для управления сложными системами, такими как системы светофоров, медицинские системы, станки с числовым программным управлением или для управления сетью. Примером такого использования PDP-11 было управление сетью с коммутацией пакетов Datanet 1. В 1980-х годах радиолокационная обработка управления воздушным движением в Великобритании проводилась с помощью системы PDP 11/34, известной как PRDS - Processed Radar Display System в RAF. Вест Дрейтон. Программное обеспечение медицинского линейного ускорителя частиц Therac - 25 также работало на 32K PDP 11/23. [45] В 2013 году сообщалось, что программисты PDP-11 потребуются для управления атомными электростанциями до 2050 года. [46]
Другое использование — хранение тестовых программ для оборудования Teradyne ATE в системе, известной как TSD (Test System Director). Таким образом, они использовались до тех пор, пока их программное обеспечение не стало неработоспособным из-за проблемы 2000 года . ВМС США использовали PDP-11/34 для управления своим многостанционным устройством пространственной дезориентации, симулятором, используемым при обучении пилотов, до 2007 года, когда он был заменен эмулятором на базе ПК, который мог запускать оригинальное программное обеспечение PDP-11 и интерфейс с пользовательскими платами контроллера Unibus. [47]
PDP-11/45 использовался для эксперимента по обнаружению J/ψ-мезона в Брукхейвенской национальной лаборатории . [48] В 1976 году Сэмюэл С.С. Тинг получил Нобелевскую премию за это открытие. Другой PDP-11/45 использовался для создания планов Звезды Смерти во время брифинга в «Звездных войнах» . [ нужна цитата ]
Ersatz-11, продукт компании D Bit, [49] эмулирует набор команд PDP-11, работающий под DOS, OS/2, Windows, Linux или на «голом железе» (без ОС). Его можно использовать для запуска RSTS или других операционных систем PDP–11.
SimH — это эмулятор, который компилируется и работает на ряде платформ (включая Linux ) и поддерживает аппаратную эмуляцию DEC PDP-1, PDP-8, PDP-10, PDP-11, VAX, AltairZ80, нескольких мэйнфреймов IBM и других. миникомпьютеры.
Все модели DEC Datasystem 350 оснащены процессорами PDP–11/10.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )