VAX - VAX

VAX
Dec-vax-logo.png
Návrhář Digital Equipment Corporation
Bity 32bitové
Představeno 1977 ; Před 44 lety ( 1977 )
Design CISC
Typ Registrovat-Registrovat
Registrovat-Paměť
Paměť-Paměť
Kódování Proměnná (1 až 56 bajtů)
Větvení Kód podmínky
Endianness Málo
Velikost stránky 512 bajtů
Rozšíření Režim kompatibility PDP-11, VAX Vector Extensions, VAX VM Extensions
Otevřeno Ne
Registry
Obecný účel 16 × 32 bitů
Plovoucí bod není k dispozici, používá GPR
Vektor 16 × 4096 bitů (512 bajtů)

VAX je architektura instrukčních sad CISC (ISA) a řada superminipočítačů a pracovních stanic vyvinutých společností Digital Equipment Corporation (DEC) v polovině 70. let minulého století. VAX-11/780 , který byl zaveden 25.října 1977, byl prvním z řady populárních a vlivných počítačů provádějících VAX ISA. Během životnosti konstrukce bylo představeno více než 100 modelů, přičemž poslední členové dorazili na začátku 90. let. VAX byl následován DEC Alpha , který zahrnoval několik funkcí od strojů VAX, aby bylo přenesení z VAX jednodušší.

VAX byl navržen jako nástupce 16bitového PDP-11 , jednoho z nejúspěšnějších minipočítačů v historii s přibližně 600 000 prodanými příklady. Systém byl navržen tak, aby nabízel zpětnou kompatibilitu s PDP-11 a současně rozšiřoval paměť na plnou 32bitovou implementaci a přidával virtuální stránkovanou virtuální paměť . Název VAX odkazuje na jeho koncept „ Virtual Address eXtension “, který umožňoval programům využívat tuto nově dostupnou paměť a přitom být stále kompatibilní s nemodifikovaným kódem PDP-11. Název „VAX-11“, používaný na raných modelech, byl vybrán pro zvýraznění této schopnosti.

Pozdější modely v sérii upustily od značky -11, protože kompatibilita PDP -11 již nebyla velkým problémem. Linka rozšířen na obou špičkových strojích jako VAX 9000 , stejně jako na pracovní stanice -scale systémů, jako je VAXstation série. Rodina VAX nakonec obsahovala deset odlišných designů a celkem přes 100 jednotlivých modelů. Všechny tyto byly navzájem kompatibilní a normálně běžely na dobře známém operačním systému VAX/VMS .

VAX byl vnímán jako typický CISC ISA s velmi velkým počtem režimů adresování, které jsou přátelské pro programátory a strojové instrukce, vysoce ortogonální architektura a pokyny pro složité operace, jako je vkládání nebo mazání front , formátování čísel a polynom hodnocení.

název

VAX-11/780

Název „VAX“ vznikl jako zkratka pro Virtual Address eXtension , a to jednak proto, že VAX byl považován za 32bitové rozšíření staršího 16bitového PDP-11, jednak proto, že byl (po Prime Computer ) raným osvojitelem virtuální paměti. spravovat tento větší adresní prostor.

Starší verze procesoru VAX implementují „režim kompatibility“, který emuluje mnoho pokynů PDP-11, což mu dává 11 v VAX-11, aby tuto kompatibilitu zvýraznilo. Novější verze uvolnily režim kompatibility a některé méně používané pokyny CISC k emulaci v softwaru operačního systému.

Instrukční sada

Instrukční sada VAX byla navržena tak, aby byla silná a ortogonální . Když to bylo představeno, mnoho programů bylo psáno v jazyce sestavení, takže mít instrukční sadu „přátelskou k programátorům“ bylo důležité. Časem, jak bylo napsáno více programů v jazyce vyšší úrovně, byla sada instrukcí méně viditelná a jediní, koho to hodně znepokojovalo, byli autoři kompilátorů.

Jedním neobvyklým aspektem instrukční sady VAX je přítomnost registrových masek na začátku každého podprogramu. Jedná se o libovolné bitové vzory, které při předání řízení podprogramu určují, které registry mají být zachovány. Protože masky registrů jsou formou dat vložených do spustitelného kódu, mohou ztěžovat lineární analýzu strojového kódu. To může komplikovat optimalizační techniky, které jsou aplikovány na strojový kód.

Operační systémy

Stylizované „VAX/VMS“ používané společností Digital

„Nativním“ VAX operační systém je Digital VAX / VMS (přejmenována na OpenVMS roku 1991 nebo začátkem roku 1992, kdy byl portován na Alpha , upravený v souladu s POSIX standardy, a „značkové“, jak v souladu s XPG4 podle X / Open konsorcia) .

Architektura VAX a operační systém OpenVMS byly „navrženy souběžně“ tak, aby navzájem maximálně využívaly, stejně jako počáteční implementace zařízení VAXcluster . Ostatní operační systémy VAX zahrnovaly různé úniky BSD UNIX4.3BSD , Ultrix -32, VAXELN a Xinu . Nověji NetBSD a OpenBSD podporovaly různé modely VAX a byla provedena určitá práce na portování Linuxu do architektury VAX. OpenBSD ukončila podporu architektury v září 2016.

Dějiny

Pohled zepředu VAX 8350 s odstraněným krytem

Prvním prodaným modelem VAX byl VAX-11/780 , který byl představen 25. října 1977 na výročním zasedání akcionářů Digital Equipment Corporation. Za architekturu byl zodpovědný Bill Strecker, doktorand C. Gordona Bella na univerzitě Carnegie Mellon . Následně bylo vytvořeno mnoho různých modelů s různými cenami, úrovněmi výkonu a kapacitami. Superminipočítače VAX byly na začátku 80. let velmi populární.

Na chvíli byl VAX-11/780 používán jako standard v benchmarcích CPU . Původně byl popisován jako stroj s jedním MIPS , protože jeho výkon byl ekvivalentní systému IBM System/360, který běžel na jednom MIPS, a implementace System/360 dříve byly de facto výkonnostními standardy. Skutečný počet instrukcí provedených za 1 sekundu byl asi 500 000, což vedlo ke stížnostem na marketingovou nadsázku. Výsledkem byla definice „VAX MIPS“, rychlosti VAX-11/780; počítač s výkonem 27 VAX MIPS by běžel stejný program zhruba 27krát rychleji než VAX-11/780.

V digitální komunitě byl termín VUP ( VAX Unit of Performance ) běžnějším termínem, protože MIPS se mezi různými architekturami špatně srovnává. Související termín VUP klastru byl neformálně použit k popisu agregovaného výkonu VAXclusteru . (Výkon VAX-11/780 stále slouží jako základní metrika v BRL-CAD Benchmark, sadě pro analýzu výkonu, která je součástí distribuce softwaru pro modelování těles BRL-CAD.) VAX-11/780 obsahoval podřízený standard- samotný počítač LSI-11, který prováděl načítání mikrokódů, spouštění a diagnostické funkce pro nadřazený počítač. To bylo upuštěno od následujících modelů VAX. Podnikaví uživatelé VAX-11/780 proto mohli provozovat tři různé operační systémy Digital Equipment Corporation: VMS na procesoru VAX (z pevných disků) a buď RSX-11S nebo RT-11 na LSI-11 (z jediné hustoty single disketu).

VAX prošel mnoha různými implementacemi. Původní VAX 11/780 byl implementován v TTL a zaplnil skříňku čtyři na pět stop jediným CPU . Implementace CPU, které se skládaly z několika čipů pole brány ECL nebo čipů makrobuněk, zahrnovaly supermini VAX 8600 a 8800 a nakonec stroje třídy mainframe VAX 9000 . Implementace CPU, která se skládala z více vlastních čipů MOSFET, zahrnovaly stroje třídy 8100 a 8200. Stroje nižší třídy VAX 11-730 a 725 byly postaveny s využitím komponent AMD Am2901 bit-slice pro ALU.

MicroVAX I představuje hlavní přechod v rodině VAX. V době svého návrhu ještě nebylo možné implementovat plnou architekturu VAX jako jeden VLSI čip (nebo dokonce několik VLSI čipů, jak bylo později provedeno s CPU V-11 VAX 8200/8300). Místo toho byla MicroVAX I první implementací VAX, která přesunula některé složitější instrukce VAX (například zabalené desetinné číslo a související operační kódy) do emulačního softwaru. Toto rozdělení podstatně snížilo množství požadovaného mikrokódu a bylo označováno jako architektura „MicroVAX“. V MicroVAX I byly ALU a registry implementovány jako čip s jediným hradlovým polem, zatímco zbytek řízení stroje byl konvenční logikou.

Plná implementace architektury MicroVAX pomocí VLSI ( mikroprocesoru ) přišla s procesorem MicroVAX II 78032 (nebo DC333) a 78132 (DC335) FPU. 78032 byl prvním mikroprocesorem s integrovanou jednotkou pro správu paměti . MicroVAX II byl založen na jediné čtyřjádrové procesorové desce, která nesla procesorové čipy a provozovala operační systémy MicroVMS nebo Ultrix -32 . Stroj měl 1 MB vnitřní paměti a rozhraní sběrnice Q22 s přenosy DMA . Po MicroVAX II vystřídalo mnoho dalších modelů MicroVAX s výrazně vylepšeným výkonem a pamětí.

Následovaly další procesory VLSI VAX ve formě implementací V-11, CVAX , CVAX SOC („System On Chip“, jednočipový CVAX), Rigel , Mariah a NVAX . Mikroprocesory VAX rozšířily architekturu na levné pracovní stanice a později také nahradily špičkové modely VAX. Tato široká škála platforem (sálových počítačů na pracovní stanice) využívajících jednu architekturu byla v té době v počítačovém průmyslu jedinečná. Různé grafiky byly vyleptány do matrice mikroprocesoru CVAX. Fráze CVAX ... když se staráte natolik, abyste ukradli to nejlepší, byla vryta lámanou ruštinou jako hra na slogan Hallmark Cards , zamýšlený jako zpráva sovětským technikům, kteří byli známí jak pro purloiningové počítače DEC pro vojenské aplikace, tak pro reverzní inženýrství jejich čipového designu.

V nabídkách produktů DEC byla architektura VAX nakonec nahrazena technologií RISC . V roce 1989 DEC představil řadu pracovních stanic a serverů, které provozovaly Ultrix , DECstation a DECsystem, respektive na základě procesorů, které implementovaly architekturu MIPS . V roce 1992 DEC představil svou vlastní architekturu instrukčních sad RISC, Alpha AXP (později přejmenovanou na Alpha) a svůj vlastní mikroprocesor na bázi Alpha, DECchip 21064 , vysoce výkonný 64bitový design schopný provozovat OpenVMS.

V srpnu 2000 společnost Compaq oznámila, že zbývající modely VAX budou do konce roku ukončeny, ale staré systémy zůstávají v širokém používání.

Softwarové emulátory VAX založené na softwaru Stromasys CHARON-VAX a SIMH zůstávají k dispozici a VMS nyní spravuje společnost VMS Software Incorporated, přestože nabízejí pouze OpenVMS pro systémy Alpha a servery HPE Integrity , přičemž se vyvíjí podpora x86-64 a nenabízejí to pro VAX.

Architektura procesoru

MicroVAX 3600 (vlevo) s tiskárnou (vpravo)
Registry DEC VAX
3 1 . . . 2 3 . . . 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 (bitová pozice)
Obecné registry
R0 Zaregistrujte se 0
R1 Registrace 1
R2 Registrace 2
R3 Registrace 3
R4 Registrace 4
R5 Zaregistrujte se 5
R6 Zaregistrujte se 6
R7 Registrace 7
R8 Registrace 8
R9 Zaregistrujte se 9
R10 Zaregistrujte se 10
R11 Registrace 11
R12 / AP Zaregistrujte ukazatel 12 / argument
R13 / FP Zaregistrujte 13 / rámeček ukazatele
R14 / SP Zaregistrujte 14 / Stack Pointer
R15 / PC Registrace 15 / počítadlo programů
Stavové příznaky
N. Z PROTI C Podmínka Kód Registrace

Mapa virtuální paměti

Virtuální paměť VAX je rozdělena do čtyř sekcí. Každý má velikost jeden gigabajt (v kontextu adresování 2 30 bajtů):

Sekce Rozsah adres
P0 0x00000000 - 0x3fffffff
P1 0x40000000 - 0x7fffffff
S0 0x80000000 - 0xbfffffff
S1 0xc0000000 - 0xffffffff

Pro VMS byl P0 použit pro prostor uživatelského procesu, P1 pro zásobník procesů, S0 pro operační systém a S1 byl rezervován.

Režimy oprávnění

VAX má čtyři hardwarově implementované režimy oprávnění:

Ne. Režim Využití VMS Poznámky
0 Jádro Jádro OS Nejvyšší úroveň oprávnění
1 Výkonný Souborový systém
2 Dozorce Shell (DCL)
3 Uživatel Normální programy Nejnižší úroveň oprávnění

Stavový registr procesoru

Register stavu procesu má 32 bitů:

CM TP MBZ FD JE cmod pmod MBZ IPL MBZ DV FU IV T N. Z PROTI C
31 30 29 27 26 25 23 21 20 15 7 6 5 4 3 2 1 0
Bity Význam
31 Režim kompatibility PDP-11
30 nevyřízená stopa
29:28 MBZ (musí být nula)
27 první část hotová (přerušená instrukce)
26 zásobník přerušení
25:24 aktuální režim oprávnění
23:22 předchozí režim oprávnění
21 MBZ (musí být nula)
20:16 IPL (úroveň priority přerušení)
15: 8 MBZ (musí být nula)
7 povolit přesah desítkové soustavy
6 Povolit odtokový plovák s plovoucí desetinnou čárkou
5 povolit celočíselnou přetokovou past
4 stopa
3 záporný
2 nula
1 přetékat
0 nést
SPEC-1 VAX, VAX 11/780 používaný pro benchmarking , zobrazující interní zařízení

Systémy založené na VAX

Prvním systémem založeným na VAX byl VAX-11/780 , člen rodiny VAX-11 . Špičkový VAX 8600 nahradil VAX-11/780 v říjnu 1984 a byl spojený na vstupní úrovně MicroVAX minipočítače a VAXstation pracovní stanice v polovině-1980. MicroVAX byl nahrazen VAX 4000 , VAX 8000 byl nahrazen VAX 6000 na konci 80. let a byl představen mainstreamový VAX 9000 . Na začátku devadesátých let byl představen VAXft odolný vůči chybám , stejně jako VAX 7000/10000 kompatibilní s Alpha . Jako server VAX byla prodána varianta různých systémů založených na VAX .

SIMACS (SÍŤOVÉ PŘÍSTROJE SOUČASNÝCH strojů)

System Industries vyvinula schopnost mít více než jeden procesor DEC, ale ne současně, mít přístup pro zápis na sdílený disk. Implementovali vylepšení nazvané SIMACS (SImallelous Machine ACceSs), které umožnilo jejich speciálnímu řadiči disků nastavit příznak semaforu pro přístup na disk, což umožnilo více WRITES do stejných souborů; disk je sdílen více systémy DEC. SIMACS existoval také nasystémechPDP-11 RSTS .

Zrušené systémy

Zrušené systémy zahrnují „ BVAX “, špičkový VAX na bázi ECL a dva další modely VAX na bázi ECL: „ Argonaut “ a „ Raven “. Raven byl zrušen v roce 1990. Zrušen byl také VAX známý jako „ Gemini “, což byl záložní případ pro případ, že by Štír se sídlem v LSI selhal. Nikdy nebylo odesláno.

Klony

Byla vyrobena řada klonů VAX, autorizovaných i neautorizovaných. Mezi příklady patří:

  • Společnost Systime Computers Ltd ze Spojeného království vyrobila klony raných modelů VAX, jako je Systime 8750 (ekvivalent VAX 11/750).
  • Společnost Norden Systems vyrobila robustní řadu vojenských specifikací MIL VAX.
  • Maďarský Centrální Výzkumný ústav pro fyziky (KFKI) produkoval sérii klonů časných modelů VAX, TPA-11/540, 560 a 580.
  • SM 52/12 z Československa , vyvinutý ve VUVT Žilina (dnes Slovensko ) a vyráběný od roku 1986 ve ZVT Banská Bystrica (dnes Slovensko ).
  • Východoněmecká VEB Robotron K 1840 (SM 1710) je klon VAX-11/780 a Robotron K 1820 (SM 1720) je kopie MicroVAX II.
  • SM-1700 je sovětský klon VAX-11/730, SM-1702 byl klon MicroVAX II a SM-1705 byl klon VAX-11/785. Tyto systémy provozovaly různé klonové operační systémy - DEMOS (založené na BSD Unix), MOS VP (založené na VAX/VMS) nebo MOS VP RV (založené na VAXELN).
  • NCI-2780 Super-mini, také prodávaný jako Taiji-2780, je klon VAX-11/780 vyvinutý Severočínským institutem výpočetní techniky v Pekingu.

Další čtení

  • Coy, Peter (6. ledna 2021). „Kdo si pamatuje minipočítač VAX, ikonu osmdesátých let?“ . Bloomberg News . Získaný 9. ledna 2021 .

Reference

externí odkazy