DEC 模組與 PDP-7

最後更新: 2024-06-18 18:16:49 +0800 +0800
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Digital Equipment Corporation(DEC)使用目錄化邏輯模組,而不是自訂的單片處理器板來建造第一批電腦。實驗室產品、System Modules 與 FLIP CHIP 卡之間的模組封裝有很大變化,但工程方法仍可辨識:透過有線背板結合標準化閘、正反器、脈衝電路與驅動器。

實驗室模組 #

DEC 在 1950 年代末引入 Laboratory Modules,用於數位實驗與控制系統。金屬外殼內裝有電晶體電路,前方具有香蕉插頭連接。工程師可以在工作台上將模組互接,或將它們安裝在機架機箱中。目錄提供反相器、正反器、脈衝放大器、延遲、時脈與電源供應器等功能區塊,並分為針對不同切換速率的系列。

DEC Laboratory Module 手冊頁面

DEC 實驗室模組機箱

將經測試的電路封裝為可重複使用的區塊,降低每次安裝所需的電晶體層級設計量。然而,前面板接線仍然笨重,因此這種格式更適合實驗室,而不是包含數百個重複邏輯函數的處理器。

從 System Modules 到 FLIP CHIP #

System Building Blocks(後來稱為 System Modules)將電路移至帶有邊緣連接器的緊湊卡片上。卡片插入繞線背板上的插座;點對點繞線將其接腳連接成暫存器、計數器、匯流排與控制路徑。此處的「背板」是指連接器區域及其繞線,而不是承載標準化匯流排的現代多層印刷電路板。

FLIP CHIP 封裝以較小的形式延續卡片與背板方式。DEC 為邏輯、時序與周邊介面製造數個電氣上不同的系列。彩色抽取把手與印刷型號協助技術人員定位模組,而維護文件則追蹤模組接腳之間的訊號。目錄單元可能只實作幾個閘或一個暫存器位元,因此完整的處理器功能只有在許多副本接線後才會出現:

  1. 正反器模組保留暫存器的位元;
  2. 閘模組選取並組合暫存器輸出;
  3. 脈衝與時序模組排列傳輸順序;
  4. 電位轉換器與驅動器將處理器連接至記憶體與周邊。

模組化改善製造與現場維修,因為技術人員可以測試並替換卡片。它並沒有使模組成為指令集元件:ADD 指令取決於跨越許多卡片的組合資料路徑與控制繞線。

作為架構背景的 PDP-1 #

DEC 在 1959 年宣布 PDP-1。其 18 位元字組、以累加器為中心的設計、核心記憶體與非同步周邊介面,為後續 18 位元 PDP 系統建立背景。標準記憶體保存 4,096 個字,並使用 12 位元位址。記憶體參照指令包含操作碼、間接位址位元與 12 位元位址;操作與 I/O 指令則編碼控制功能,而非一般記憶體位址。

主要的程式設計師可見狀態包括 18 位元累加器、18 位元 I/O 暫存器、程式計數器與狀態或控制旗標。紙帶、主控台打字機與 Type 30 精密顯示器是其特徵周邊。Spacewar! 等互動圖形程式說明了 DEC 相對易於存取的互動機器與批次導向電腦使用方式的差異,儘管 PDP-1 仍佔用數個設備機架。

PDP-7 字組、指令與記憶體 #

DEC 在 1964 年推出 PDP-7,這是另一部 18 位元機器。其基本的同時電流核心記憶體保存 4,096 個字,週期為 1.75 µs,且可以擴充。處理器使用反碼算術,以及累加器與一個用於算術和移位的連結位元。

DEC 文件記載的重要內部暫存器包括:

暫存器寬度用途
AC18 位元算術與邏輯累加器
L1 位元算術與移位操作使用的連結
MB18 位元往返記憶體移動的字組
MA13 位元提供給基本記憶體系統的位址
PC13 位元下一個指令的位址
IR4 位元主要指令操作碼

記憶體參照字組將四個位元分配給主要操作、一個位元分配給間接定址,十三個位元分配給位址欄位。記憶體擴充硬體提供直接選取欄位以外的存取。指令集也包含用於周邊操作的 IOT 字組,以及微程式化的 OPR 字組,其中選定位元會啟用相容處理器功能。因此,不是每個 18 位元模式都以相同方式分成操作碼與記憶體位址。

指令執行透過由模組時序鏈實作的擷取與執行週期進行。對間接參照,處理器先擷取有效位址。對記憶體操作,記憶體位址與緩衝暫存器接著會調解核心記憶體週期。架構在主控台與維護介面公開足夠的這些階段,以支援硬體診斷。

不使用記憶體映射暫存器的 I/O #

PDP-7 周邊透過機器的 I/O 系統通訊,而不是透過一般記憶體映射裝置暫存器。IOT 指令會選取裝置並發出脈衝,其解讀由該介面負責。程式旗標與中斷功能讓軟體可以等待或回應完成。

基本安裝支援紙帶與電傳打字機設備。選用控制器可連接顯示器、磁帶與其他裝置。因此,裝置速度與協定取決於附加控制器;18 位元處理器字組不代表每個周邊都能一次傳輸 18 個有效位元。

PDP-7 與早期 Unix #

Bell Labs 為其他研究取得一部 PDP-7,而 Ken Thompson 在 1969 年利用這部未充分使用的機器實作第一個 Unix 系統。Thompson 先在 Multics 上撰寫 Space Travel 程式,接著將它移植至 PDP-7。檔案系統實驗、組合器、shell 與一小組工具逐漸成長為作業系統。Dennis Ritchie 與 Bell Labs 其他研究人員加入這項工作。

早期 Unix 以 PDP-7 組合語言撰寫,並受到機器小型核心記憶體的限制。較廣為人知的轉移至 C,發生在專案移至 PDP-11 之後。因此,PDP-7 的關係是程式碼來源事實,而不是後續 Unix 保留 PDP-7 指令集或模組組織的證據。

參考資料 #

評論

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