GEC 4000 серии - GEC 4000 series

Компьютеры серии GEC 4000 в Центре разработки GEC Computers Dunstable, 1991 г.
Передняя панель GEC 4080[1]

В GEC 4000 была серия 16 /32-битный миникомпьютеры произведено GEC Computers Ltd в Соединенном Королевстве в 1970-х, 1980-х и начале 1990-х годов.

История

Компьютеры GEC была образована в 1968 году как подразделение GEC конгломерат. Он унаследован от Elliott Automation стареющей серии Elliott 900, и потребовалось разработать новую линейку систем. Были определены три диапазона, известные как альфа, бета и гамма. Альфа появилась первой и стала GEC 2050 8-битный миникомпьютер. Затем последовала бета-версия и стала GEC 4080. Гамма так и не была разработана, поэтому некоторые из ее расширенных функций были возвращены в 4080. Основным дизайнером GEC 4080 был доктор Майкл Меллиар-Смит и главный конструктор 4060 и 4090 был Питер Макли.

Системы серии 4000 были разработаны и изготовлены в Великобритании на заводе GEC Computers. Borehamwood офисы в Elstree Way. Разработка и производство перенесены на новые фабрики компании в Woodside Estate, Dunstable в конце 1970-х гг. В 1979 году компания GEC Computers получила награду Премия Королевы за технические достижения для разработки серии 4000, особенно Nucleus.[2] К 1991 году количество выпускаемых систем сокращалось, и производство было перенесено в GPT Бистон, Ноттингемшир завод, и разработка вернулась в Борехамвуд. Последние системы были произведены примерно в 1995 году, хотя в 2018 году все еще работает несколько систем GEC 4220, техническое обслуживание которых обеспечивает Telent, а некоторые GEC 4310 работали до 2013 года.

Ядро

Серия GEC 4000 оборудование и прошивка включала новаторский объект, известный как Ядро.[3] Nucleus реализует ряд функций, которые обычно реализуются в Операционная система ядро, и, следовательно, операционные системы, работающие в системах серии GEC 4000, не должны напрямую предоставлять эти функции. Прошивка Nucleus не может быть перепрограммирована каким-либо кодом, работающим в системе, и это сделало системы особенно привлекательными для ряда приложений безопасности.

Nucleus выполняет:[4]

Нет никаких условий для запуска какого-либо кода режима супервизора / привилегированного режима / ядра в системах 4000 - весь код операционной системы выполняется как процессы. Следовательно, драйверы устройств, файловая система код и другие функции, которые часто встречаются в ядрах операционных систем, должны запускаться в процессах в 4000 системах. Неотъемлемой частью этого является то, что все они работают в своих собственных адресных пространствах, защищенных от действий друг друга, как и все процессы.

Ядро конфигурируется набором системных таблиц, а процессы, которым необходимо изменить работу ядра, получают доступ к соответствующим системным таблицам. Это относится к процессам, которые напрямую изменяют состояние других процессов, процессам, которые выделяют и удаляют сегменты памяти, процессам, которые могут изменять маршрутизацию сообщений между другими процессами или изменять отображение устройств ввода-вывода на процессы и т. Д. Обычно доступ к системной таблице ограничен относительно небольшим количеством доверенных процессов, а другие процессы, которым необходимо выполнять такие операции, как процессы загрузки, выделения памяти и т. д., будут передавать сообщение соответствующему доверенному процессу, которое он проверит перед выполнением действия и ответом.

Набор инструкций

Серия 4000 имеет CISC Набор инструкций. Она имеет 8 бит байты, прямой порядок байтов, байт-адресный объем памяти, два дополнения арифметика и формат с плавающей запятой base-16, избыток-64 (такой же как IBM System / 360 ).[5]

Номера моделей ниже 4090 - это 16-битные процессоры, а номера моделей от 4090 и выше - смешанные 16-битные и 32-битные. Это относится к размерам указателей, доступных для программ. Все системы поддерживают 16-битные указатели, которые известны как адресация CST (Current Segment Table). 32-разрядные системы также поддерживают 32-разрядные указатели, известные как адресация PAS (страничное адресное пространство). У каждого процесса есть PAST (таблица доступных для программы сегментов), в которой перечислены сегменты системной памяти, к которым программе разрешен доступ. Адресация CST позволяет сопоставить четыре записи PAST по адресам 0, 16 КБ, 32 КБ и 48 КБ, что дает адресное пространство 16 бит / 64 КБ. Программы, которые используют более 64 КБ памяти, должны явно отображать записи PAST, которые им требуются в любой момент, в свои 4 записи CST, хотя Nucleus автоматически отображает различные сегменты кода в CST. Адресация PAS позволяет программам рассматривать свое адресное пространство как плоское 32-битное адресное пространство, при этом последовательные записи PAST появляются каждые 16 КБ, а Nucleus автоматически выполняет сопоставление сегментов записи PAST. 32-битные системы поддерживают смешивание адресов CST и PAS в одном процессе. Все инструкции имеют ширину 16 бит, за исключением некоторых инструкций адресации PAS, которые имеют длину 32 бита. Инструкции можно запускать только из адресного пространства CST.

32-битный регистр A является основным регистром-накопителем. Существует также 32-битный регистр B, который чаще всего используется вместе с регистром A в качестве 64-битного регистра BA для операций с плавающей запятой двойной точности. 16-разрядный регистр X используется в основном для индексации массива, а два 16-разрядных регистра Y и Z используются в качестве 16-разрядных указателей. 16-битный регистр L указывает на локальные данные функции, а регистр G всегда содержит ноль, который может использоваться как 16-битный глобальный указатель, а также 8-битное, 16-битное или 32-битное нулевое значение. 16-битный регистр S (последовательность) указывает на следующую инструкцию, которую нужно выполнить. 8-битный регистр EC содержит биты кода состояния. (Некоторые из них проиллюстрированы в гораздо более простом наборе инструкций GEC 2050.) Доступный только для чтения регистр «ключей» позволяет программам считывать значение, установленное на тумблерах на передней панели операционным персоналом. 32-битного регистра указателя PAS не существует - 32-битные указатели PAS находятся в памяти в 16-битном адресном пространстве CST, и доступ к ним осуществляется с помощью 16-битного указателя. Нет поддержки набора инструкций для стек. Есть ряд регистров, недоступных для программ, которые используются Nucleus, например, регистры аппаратных сегментов, которые указывают на четыре CST текущего процесса, главный сегмент и сегменты PAS, а также на системные таблицы.

Набор команд содержит инструкции, которые управляют регистром-регистром, хранилищем-регистром, регистром-хранилищем и хранилищем-хранилищем. Существует набор инструкций по манипулированию строками, которые работают с переменной длиной сохранения, копирования, сравнения или сканирования шаблона. Существует ряд инструкций Nucleus для таких задач, как отправка сообщения другому процессу или периферийному устройству, получение сообщения или прерывания, изменение записи CST, указывающей на другой сегмент, доступный процессу, и т. Д.

4080 имеет двухступенчатую конвейер команд. Это становится четырехступенчатым конвейером для 4220, самой производительной системы в серии. Системы начального уровня 415x и 4x6x имеют только одноступенчатый конвейер.

Нормальный режим работы ЦП называется Полное ядро. Все системы также поддерживают ограниченный режим работы, называемый Базовый тест. В режиме базового тестирования Nucleus отключен, ввод-вывод выполняется по-другому, и может работать только одна программа, ограниченная нижними 64 КБ хранилища, но все остальные инструкции, не относящиеся к ядру и не относящиеся к PAS, работают нормально. Этот режим используется очень рано во время загрузки для настройки системных таблиц, необходимых Nucleus, прежде чем подчиняться Переключить полное ядро инструкция. После того, как система перешла в режим Full Nucleus, она не может вернуться в режим базового тестирования без вмешательства оператора с передней панели, что приводит к прекращению работы любой работающей операционной системы. Базовый тестовый режим также используется для запуска определенного тестового программного обеспечения (отсюда и название).

Ввод, вывод

Конструкция на 4000 входов / выходов основана на ряде Процессоры ввода / вывода известный как ВГД, каждый из которых взаимодействует между хранилищем и набором контроллеров ввода-вывода. Операции ввода-вывода контролируются функцией Nucleus в ЦП, но после запуска события ввода-вывода они работают автономно без взаимодействия с ЦП до завершения ввода-вывода. В Нормальный интерфейс Каждая IOP может поддерживать до 255 или 256 одновременных операций ввода-вывода, каждая на отдельном Путь. Контроллеры ввода-вывода на каждом IOP будут занимать один или несколько способов, в зависимости от того, сколько одновременных операций ввода-вывода им необходимо обработать. IOP контролирует каждый доступ к основному хранилищу, разрешая доступ только к последовательным ячейкам памяти, определенным для операции ввода-вывода, которую Way выполняет в настоящее время. Более ранние IOP выполняли доступ к хранилищу шириной 8 и 16 бит, с пакетным режимом для выполнения до 8 передач вместе для контроллеров ввода-вывода с более высокой пропускной способностью. Более поздние IOP добавили доступ к хранилищу шириной 32 бита.

Во всех системах есть хотя бы один IOP. В 4080 этот первый IOP назывался базовым каналом мультиплексора,[6] или BMC, а передняя панель 4080 обеспечивает управление как CPU, так и BMC. Системы начального уровня 415x и 4x6x имеют свой первый IOP (Integral Multiplexer Channel, или IMC), интегрированный в прошивку Nucleus, и, таким образом, операции ввода-вывода на IMC оказали некоторое влияние на производительность ЦП, хотя системы 4x6x могли иметь внешние IOP. добавлен. Инструкции ввода-вывода Nucleus серии 4000 и системные таблицы допускают до 8 операций ввода-вывода в секунду, хотя большинство моделей серии 4000 имели некоторые аппаратные ограничения, которые уменьшали это. Системы 408x имели хранилище с 4 портами, причем ЦП и первый IOP совместно использовали один из них, а к остальным портам хранилища было подключено до трех дополнительных IOP. (Ранняя документация показывает, что эти дополнительные порты магазина также были предназначены для подключения дополнительных процессоров, хотя это не была конфигурация, которая когда-либо продавалась с процессорами 4080.) Более поздние модели имели больше портов магазина, в зависимости от того, сколько плат портов магазина могло быть установлено в система. 4190 может поддерживать полный набор из восьми операций ввода-вывода в секунду, а 4190D поддерживает восемь операций ввода-вывода в секунду с двумя процессорами.

Некоторые часто используемые контроллеры ввода / вывода: интервальный таймер, системная консоль контроллер перфолента считыватели и контроллеры перфорации, линейный принтер контроллер (все они используют один способ), ряд SMD (и ранее диск интерфейс шины) контроллеры дисков для управления четырьмя дисками (все двумя способами), Pertec PPC магнитная лента контроллеры для четырех ленточных накопителей ½ дюйма и ряда многопортовых синхронный и асинхронный последовательная связь контроллеры (с использованием от 4 до 32 способов). Плата цифрового ввода / вывода (с использованием четырех способов) обычно использовалась для прямого взаимодействия управления технологическим процессом и для обеспечения быстрой параллельной связи между системами. А КАМАК Контроллер ящиков также был доступен (опять же, использовался для интерфейса управления технологическим процессом). Шина нормального интерфейса, к которой подключаются эти контроллеры, является опубликованным интерфейсом,[7] и многие клиенты также создали свои собственные контроллеры для своих собственных требований к управлению технологическим процессом. Более ранний миникомпьютер GEC 2050 использовал 8-битную версию нормального интерфейса, и большинство контроллеров ввода-вывода можно было использовать в обоих диапазонах систем.

Все IOP, спроектированные и построенные в 1970-х годах, обеспечивали одну и ту же шину обычного интерфейса для контроллеров ввода-вывода, и контроллеры ввода-вывода обычно могли использоваться в любом из них. В 1980-х годах было разработано несколько более специализированных IOP. Директор прямого доступа к памяти (DMAD) IOP позволил создать новый тип контроллера ввода-вывода, который имел больше свободы для доступа к основной памяти и позволил разработать более интеллектуальные контроллеры связи. А SCSI IOP генерировал шину SCSI для подключения более современных дисков, а также включал встроенный интервальный таймер, контроллер системной консоли и часы календаря, так что дополнительный IOP обычного интерфейса и отдельные контроллеры не требовались для поддержки только этих функций.

Клиенты

Пользователи систем серии GEC 4000 включали многие британские университетские факультеты физики и инженерии, центральную вычислительную службу Университетский колледж Лондона (Евклид) и Кильский университет, то ДЖАНЕТ академическая / исследовательская сеть X.25 коммутационная магистраль, Лаборатория Резерфорда-Эпплтона,[8] Лаборатория Дарсбери, Лаборатория Харвелла, НКРЭ, Метеорологический офис, ЦЕРН, ICI, British Telecom, ГЛОТОК (Итальянский телекоммуникационная компания ), и Плесси. British Steel Corporation и BHP Steel использовали их для управления сталепрокатными заводами в реальном времени, Британская железная дорога и Лондонское метро для планирования движения поездов в реальном времени, Лондонская пожарная команда и Durham Fire Brigade для систем командования и управления. Компьютеры контролировали большую часть мировых национальных Видеотекс системы, включая Prestel просмотр данных оказание услуг.

В лаборатории Резерфорда-Эпплтона система GEC 4000 использовалась для управления синхротроном и инжекторами, используемыми для ИГИЛ нейтрон источник скола до 1998 г.

GEC 4080M использовался в качестве центрального процессора для радарной системы злополучной Нимрод AEW.3 воздушное раннее предупреждение самолет.[9]

В Центральное генерирующее управление использовали процессоры GEC 4080 в трех своих Центрах управления сетью. Известные как GI74, они использовались для сбора данных с подстанций и отображения их на настенных схемах и табличных дисплеях.

Модели

Было выпущено несколько вариантов процессора GEC 4000, в том числе (в примерном хронологическом порядке):

  • 4080: оригинальная модель 1973 года с 64–256 КиБ основная память
  • 4082: 4080 с объемом памяти до 1 МБ
  • 4070: модель начального уровня без чередования памяти
  • 4085: 4082 с полупроводник объем памяти
  • 4060: модель начального уровня на базе AMD Am2900 бит-ломтик процессоры
  • 4062/4065: 4060 с поддержкой до 1 МБ памяти
  • 4080M: компактный усиленный 4080 для военного применения
  • 4090: На базе Am2900 с 32-битными расширениями адресации и до 4 МБ памяти
  • 4190: переработанный 4090 с памятью до 16 МБ
  • 4180: более дешевая, более медленная версия 4190 (без кеша памяти, без блока быстрого умножения)
  • 4060M: компактный усиленный 4060 для военного применения
  • 4160: 4065 с 32-битными расширениями адресации 4090
  • 4150: рабочий стол 4160
  • 4162: 4160 с DMAD IOP для контроллеров высокоскоростной связи
  • 4195: компактный 4190
  • 4185: более дешевая и медленная версия 4195 (без кеша памяти, без блока быстрого умножения)
  • 4151: монтаж в стойку 4150
  • 4190D: двухпроцессорный 4190
  • 4193: 4195 с SCSI IOP заменяет стандартный IOP интерфейса по умолчанию
  • 4220: Реализуйте 4190 заново, используя массив ворот технология процессора
  • 4310: Motorola 88100 MVME187 система, имитирующая GEC 4220

Программного обеспечения

Для серии GEC 4000 было доступно несколько операционных систем, в том числе:

Доступные языки программирования включены Бэббидж (а язык ассемблера высокого уровня ), FORTRAN IV, КОРАЛЛ 66, АЛГОЛ, APL и БАЗОВЫЙ.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "Управление и мониторинг центрального процессора" (PDF). Компьютер GEC 4000. Декабрь 1977 г.. Получено 15 июн 2009.
  2. ^ «GEC Computers выигрывает премию Queens Award» (PDF). 21 апреля 1979 г.. Получено 15 января 2011.
  3. ^ "Руководство по ядру центрального процессора" (PDF). Компьютер GEC 4000. Декабрь 1977 г.. Получено 15 июн 2009.
  4. ^ П. Дж. Деннинг, «Письмо президента ACM: компьютерная архитектура: некоторые старые идеи, которые еще не реализованы», Коммуникации ACM, 24 (9), 1981, стр. 553.
  5. ^ "Набор команд центрального процессора (GEC 4080)" (PDF). Компьютер GEC 4000. Декабрь 1977 г.. Получено 15 июн 2009.
  6. ^ "Основной канал мультиплексора C.P.U." (PDF). Компьютер GEC 4000. Декабрь 1977 г.. Получено 15 июн 2009.
  7. ^ «Руководство пользователя по аппаратному обеспечению - интерфейсы (GEC 4080)» (PDF). Компьютер GEC 4000. Апрель 1977 г. С. 4–25.. Получено 15 июн 2009.
  8. ^ «Последний из британских миниатюр». Информационный бюллетень по инженерным вычислениям. Получено 7 января 2017.
  9. ^ "BAe Nimrod AEW 3". spyflight.co.uk. Архивировано из оригинал 2 мая 2012 г.. Получено 17 мая 2009.