Бык Гамма 60

Бык Гамма 60

Масштабная модель мэйнфрейма Bull Gamma 60.
Разработчик	Компания Bull Machine
Тип	Крупномасштабный мэйнфрейм ​
Поколение	2
Дата выпуска	1960
Начальная цена	10 миллионов франков (1960 год, около 18 миллионов долларов США в 2023 году)
Продано единиц	17
Операционная система	ГГЗ, ГГУ
Процессор	Транзисторный, распределенный и многопоточный. До 25 процессоров. 24-битные слова с типами данных от 1 до 4 слов. @ 100 кГц
Память	Центральная память: 32 кслова (основная память). До четырех расширений барабанной памяти (по 25 килослов каждое).
Хранилище	До 48 считывателей магнитных лент
Вход	Магнитная лента, перфокарты, бумажная лента, телетайпы.
Власть	200-400 кВА
Размеры	Обычно 3000-4000 кв. футов.
Предшественник	Бык Гамма 3
Преемник	Серия GE-600

Bull Gamma 60 — большой транзисторный мейнфрейм, разработанный компанией Compagnie des Machines Bull . Первоначально анонсированный в 1957 году, первый компьютер был поставлен в 1960 году. Он стал первым в мире многопоточным компьютером и первым, имеющим архитектуру, специально разработанную для параллелизма .

Gamma 60 стала инициатором многочисленных новаторских технологий в начале 1960-х годов, особенно в области мультипрограммирования, с использованием инструментов, которые все еще находились на зачаточной стадии. После выпуска его архитектура привлекла значительное внимание конструкторов машин, стала предметом изучения наряду с современными суперкомпьютерами и была приведена в качестве примера прогресса в компьютерном проектировании.

Несмотря на свои инновации, большая площадь Gamma 60 (около 4000 кв. футов), высокая стоимость, энергопотребление и сложность в конечном итоге привели к ограниченному коммерческому успеху: по всему миру было продано всего около двадцати единиц. Его основными конкурентами были IBM 7070, 7090 и 7030 «Stretch». Последняя Gamma 60 оставалась на вооружении до 1974 года.

Дизайн

Gamma 60 ознаменовал выход Bull на рынок оперативной памяти , твердотельной логики и магнитной ленты . возможностей Его архитектурное ядро ​​основывалось на большой высокоскоростной центральной памяти с арбитром (известным как распространитель программ), ответственным за распределение данных и инструкций по различным блокам компьютера. Процессор был разделен на центральный блок и ряд дискретных специализированных процессоров. Такая конструкция позволяла одновременно работать до пяти кластеров, каждый из которых содержал пять процессоров.

Каждый блок компьютера, будь то процессор или периферийное устройство, работал автономно и запрашивал данные и инструкции у центрального блока, когда они становились доступными. Передача данных к блокам обработки и обратно происходила через две независимые шины — одну для передачи, а другую для извлечения.

Процессор

Процессор работал в 24-битной параллельной конфигурации, при этом его основные типы данных содержали одно, два или четыре слова, также называемые «катенами», шириной от 24 до 96 бит. Более простые и медленные внешние устройства часто использовали внутреннюю 8-битную параллельную логику. Эти устройства обменивались данными с центральным блоком посредством последовательных битовых сообщений для запросов на передачу инструкций и данных. Все сообщения были асинхронными, и машина с помощью классов приоритета была спроектирована так, чтобы при необходимости справляться с очень высокими задержками устройства, даже от АЛУ ( арифметико-логического устройства ).

Процессор был разделен на четыре типа обрабатывающих элементов:

• Логический калькулятор (двоичный АЛУ): способен выполнять двоичные арифметические и логические операции.
• Арифметический калькулятор (BCD ALU): предназначен для операций с десятичными числами, включая сложение, вычитание, умножение и деление.
• Блок сравнения: используется для сравнения строк, сравнения строк с константами, передачи данных между областями памяти и стирания областей памяти.
• Переводчик: отвечает за перевод между кодом устройства ввода-вывода и внутренним кодом символов, а также за редактирование записей для вывода.

Несмотря на то, что одновременно могло работать до двадцати пяти таких специализированных процессоров, в машине существовал только один центральный блок (функционирующий как диспетчер), который не классифицируется как архитектура SMP ( симметричная многопроцессорная обработка ).

Учитывая распределение блоков обработки по отдельным шкафам, выбор более медленной тактовой частоты в 100 кГц, половины от изначально предусмотренной, был направлен на смягчение влияния задержек распространения . Хотя это накладывало ограничение на производительность отдельных процессоров, стратегия Булла заключалась в том, чтобы уравновесить это за счет параллелизма и возможности легкого добавления дополнительных процессоров. Интересно, что хотя логика Gamma 60 была транзисторной, рабочее напряжение германиевых транзисторов было слишком низким, чтобы противостоять импедансу больших расстояний, которые иногда могли возникать между некоторыми шкафами и периферийными устройствами. В результате в некоторых случаях для управления часами и некоторыми сигналами ввода-вывода приходилось использовать электронные лампы.

Говоря современным языком, ЦП Gamma 60 можно было бы описать как центральный процессор с аппаратным разделением времени для асинхронных параллельных процессов, использующий явный параллелизм разветвления-соединения на уровне инструкций.

Gamma 60 предвосхитил архитектуру суперскалярных процессоров , где роль центральной памяти теперь частично берут на себя кэши. Кроме того, он имел сходство с архитектурами EPIC , такими как Intel Itanium , в том, что каждая инструкция представляла собой отдельный поток, а управление параллелизмом выполнения и согласованностью доступа к памяти было возложено на программиста.

Память

Основная память Gamma 60

Центральная память была реализована в виде стека основной памяти с базовым циклом памяти 10 мкс, что делало ее самым быстрым компонентом Gamma 60 (для сравнения, сложение фиксированной точки требовало 100 микросекунд). Адреса основной памяти были закодированы 15-битами, что позволяло хранить в центральной памяти 32 768 слов или 96 КБ.

Карта памяти была непрерывной и использовалась всеми устройствами, за исключением первых 128 байт, которые были специфичными для устройства и содержали набор локальных регистров. Поскольку центральная память имела самую низкую задержку среди всех компонентов, она составляла сердце Gamma 60. Отныне у процессоров не было рабочей памяти, кроме их регистров, вместо этого Распространитель программ отправлял им данные и инструкции. путем загрузки указателей на центральную память в их регистры.

Память объемом 128 байт каждого процессора была реализована с использованием планарной памяти ядра и соответствовала следующей карте:

• 15-битный регистр адреса программы (PAR).
• Однобитовый статус доступности (занят/доступен)
• 15-битный указатель заголовка очереди (регистр B).
• 15-битный указатель хвоста очереди (регистр C)
• От одного до четырех 15-битных регистров адреса данных (DAR), в зависимости от устройства.
• Регистр анализа (AR), который давал информацию распространителю программы о состоянии процессора.
• Регистр фактического адреса программы (APAR). Когда дистрибьютор программы выбирал конкретный процессор, PAR этого блока загружался в APAR. APAR использовался для выборки командных слов для этого устройства и увеличивался после каждой выборки. Когда устройство было выпущено дистрибьютором программы, текущее содержимое APAR сохранялось в PAR для этого устройства.

Единственным исключением был Дистрибьютор программ, у которого был собственный набор регистров.

Периферийные устройства

Периферийные устройства Gamma 60 были разделены на четыре отдельных класса в зависимости от их задержки и характеристик производительности.

Класс 0

Консоль Bull Gamma 60

Класс 0 включал самые быстрые и критичные ко времени периферийные устройства. Распространитель программы предпочитал этот класс любому другому для передачи инструкций и данных. Он состоял из двух устройств: логического устройства (двоичного АЛУ) и пульта оператора.

Класс 1

Класс 1 включал арифметический блок (BCD ALU), общий компаратор и транскодер (блок перевода).

Класс 2

Класс 2 включал устройства хранения данных, в частности:

• Магнитные барабаны:

Магнитные барабаны действовали как большие запоминающие устройства с более медленным временем доступа, чем центральная память (10 миллисекунд против 10 микросекунд). К Gamma 60 можно было добавить до четырех барабанов, каждый емкостью 128 дорожек по 200 слов (по 150 КБ каждая). Их память не была сопоставлена ​​с пространством имен основной памяти, но к ней обращались так же, как к магнитной ленте.

• Магнитные ленты:

Каждый из десяти специализированных процессоров ввода-вывода Uniselectors мог управлять до двенадцати ленточных накопителей. Однако одновременно можно было подключить только 48 ленточных накопителей.

Магнитные ленты имели плотность записи 200 бит на дюйм и длину 730 или 1100 м. В устройствах с магнитной лентой использовалась фазовая модуляция, а не NRZ (невозврат с нуля), технология, которая ранее была разработана для барабанной памяти Gamma 3 .

Класс 3

Класс 3 включал более медленное записывающее оборудование, такое как:

• Перфораторы и картридеры (300 карт в минуту), до четырех каждого вида.
• Считыватели бумажной ленты (200 символов в секунду)
• Высокопроизводительные принтеры (5 строк в секунду), до восьми штук. В принтерах Gamma 60 в качестве буфера использовалась собственная основная память.

Класс 4

Наконец, в класс 4 вошли самые медленные периферийные устройства, такие как телетайпы и пишущие машинки.

Цикл исполнения

Блок-схема Gamma 60

Механизм секвенирования, используемый Gamma 60, включал в себя оркестрацию выборки и распределения инструкций, контроль выполнения, доступ к памяти и межпроцессное взаимодействие. Следующая последовательность описывает полный цикл выполнения инструкции:

1. Распространитель программ просканировал процессор с наивысшим приоритетом, запрашивающий инструкцию (сигнал ITR).
2. Распространитель программы отправил сигнал процессору с наивысшим приоритетом, который затем вернул свое слово состояния, которое впоследствии было помещено в регистр адреса (AR).
3. а ) Если устройство было занято, но в данный момент не выполняло директиву, дистрибьютор программы извлекал и выполнял инструкцию, адресованную регистром адреса программы (PAR) этого устройства. Когда встречалась новая директива, она отправлялась в процессор, и распространитель программы сканировал ее в поисках другой работы. б ) Если процессор с наивысшим приоритетом был доступен, распространитель программы проверял очередь устройства на наличие ожидающих процессов. Если он найден, PAR загружается с адресом указателя заголовка очереди процессорного устройства плюс один, указатель заголовка очереди обновляется, и для этого устройства начинается выборка и выполнение инструкций до тех пор, пока не встретится директивное (или вырезанное) слово. Как и раньше, после отправки директивы распространитель программы сбросил сигнал запроса инструкций и просканировал другую работу.
4. Когда процессор был готов принять или передать данные в/из памяти, он подал сигнал арбитру памяти.
5. Арбитр памяти удовлетворил запрос памяти, используя адрес из соответствующего DAR (регистра адреса данных).
6. Процессор продолжал передачу данных до тех пор, пока инструкция не была завершена. Затем он отправил дистрибьютору программы сигнал запроса новой инструкции.

Программирование

Программирование Gamma 60 было утомительным, поскольку в то время не существовало адекватных инструментов разработки для параллельного программирования. Языки высокого уровня появились только через два года после появления Gamma 60.

Существовали два типа машинных языков:

• Код A представлял собой настоящий машинный код, написанный очень похоже на Gamma 3 , с типом операции и аргументами. В коде A использовалась фиксированная конструкция, позволяющая перфорировать карты и облегчать визуальный осмотр. Его предполагалось передать непосредственно в Центральную память для исполнения.
• Код B был более современным ассемблером (тогда он назывался autocode ), поддерживающим мнемонику, десятичные адреса (полезные в режиме BCD) и символические имена. Код B должен был быть передан в программу ассемблера, которая записывала полученный машинный код на магнитную ленту. Булл разработал библиотеку, содержащую около 300 подпрограмм кода B для Gamma 60, большинство из которых связаны с арифметическими вычислениями и операциями ввода-вывода.

Осознав необходимость языка высокого уровня, Булл начал разработку нового языка для Gamma 60 под названием AP3. Однако в конечном итоге от этой инициативы отказались в пользу АЛГОЛА , в который Булл вложил значительные средства, начиная с конца 1950-х годов. Компилятор ALGOL 60 был выпущен в декабре 1962 года.

Хотя Algol решил множество сложных проблем при программировании Gamma 60, он плохо подходил для бизнес-приложений. Кроме того, COBOL еще не существовал на момент разработки Gamma 60, и на протяжении всего срока службы компьютера он все еще находился на ранней стадии своего развития. Кроме того, в Gamma 60 использовалась модель вилочного соединения. для которого COBOL не был разработан. В результате у разработчиков не было альтернативы, кроме как использовать код B для программирования Gamma 60 в бизнес-приложениях.

Отсутствие продвинутых инструментов высокого уровня для разбиения задач на небольшие параллельные потоки означало, что большинство программ использовали лишь часть возможностей оборудования.

Инструкция

Полная инструкция Gamma 60 состояла из серии 24-битных слов четырех типов:

• A — Адрес: для идентификации операнда используется 15-битный адрес. Адресное слово может загружать регистр адреса данных (DAR), изменять его значение посредством индексации или косвенности или сохранять его в памяти.
• B — Филиал: адрес филиала был указан в 15-битном адресном поле.
• C  – Cut: включена многопроцессорность (как показано ниже).
• D – Директива: отдал приказ на обработку
• Е (или 0 ) — пусто. Не имеет эффекта обработки, использовался для предоставления поля адреса для организации очереди.

Полная инструкция всегда должна завершаться директивой.

Форматы инструкций могли различаться в зависимости от процессора и поддерживали прямую, относительную и косвенную адресацию памяти. Gamma 60 в основном выполнял операции с памятью посредством операций загрузки-сохранения в основной памяти или использовал инструкции обработки для управления регистрами в процессорах. Многопроцессорность достигалась с помощью двух инструкций: Cut («coupure») активировала процессор, указав адрес программы, а simu («simultané») включала асинхронную ветвь для другого устройства.

В качестве примера рассмотрим следующее выражение:

$a=b*c$
$d=a+d$

Это можно реализовать с помощью следующего псевдокода Gamma 60:

[C] cut to multiplication unit:
    [A]  address (load)  b
    [A]  address (load)  c
    [A]  address (store) a
    [D]  directive (mult)

[C] cut to arithmetic unit:
    [A]  address (load)  a
    [A]  address (load)  d
    [A]  address (store) d
    [D]  directive (add)

Распределение инструкций по процессорам, а также обработка синхронизации выполнялись автоматически дистрибьютором программ.

Ранняя операционная система GGZ ( Gestion Générale Zéro , или версия General Management Zero) была разработана для Gamma 60. Она поставлялась в виде компактного резидентного супервизора, хранящегося на магнитной ленте и содержащего загрузчик, таблицу ресурсов, обработчик ошибок и оператор. командный интерпретатор. Загрузчик был способен инициализировать несколько переменных во время загрузки или принимать их от оператора.

Позже была выпущена более совершенная операционная система, GGU ( Gestion Générale des Unités ), но она осталась незавершенной, поскольку срок службы компьютера приближался к концу. GGU представил такие функции, как управление памятью, улучшенное восстановление ошибок, а также автоматическое управление и планирование заданий. В частности, он использовался в RTT в Бельгии.

К сожалению, программные инструменты, доступные в конце пятидесятых и начале шестидесятых годов, такие как компиляторы, операционные системы и отладчики, были все еще слишком примитивны, чтобы полностью использовать возможности Gamma 60. Только появились компиляторы, позволяющие автоматически использовать параллелизм для архитектуры EPIC. в конце 1990-х, после периода разработки, превысившего весь срок службы Gamma 60.

Из-за серьезных проблем при разработке программ с использованием грубых инструментов того времени Булл потерял нескольких клиентов из-за IBM, чьи машины, хотя и были однопроцессорными, были проще и экономичнее.

Клиенты

Около двадцати крупных компаний и организаций проявили интерес к Gamma 60 в конце пятидесятых — начале шестидесятых годов, хотя не все из них совершили покупку. Устройство, отправленное AG Vie, было первым, произведенным, но у него возникли проблемы с надежностью, поскольку некоторые аппаратные проблемы все еще обнаруживались и решались. Поскольку терпение компании закончилось, компьютер был преждевременно выведен из эксплуатации. Gaz de France (ныне Engie ) также выразила заинтересованность, но позже отказалась из-за сложностей реализации и эксплуатации. В конечном итоге контракт был заключен на IBM 7070. Другие клиенты перечислены в таблице ниже:

Клиент	Страна	Год заказа	Год ввода в эксплуатацию	Год вывода из эксплуатации	Преемник
АГВи	Франция	1957	1960	1962	Гамма 30
ЭДФ	Франция	1957	1960	1964	ИБМ 7090
КНЕП (ныне BNP Paribas )	Франция	1957	1961	1969	ГЭ 600
Союз	Франция	1957	1963	1969	ГЭ 600
СНЦФ	Франция	1958	1960	1966
РТТ	Бельгия	1958	1961	1974	Сименс 4004
Городская Сена	Франция	1959	1961	1970	ГЭ 600
ГМФ	Франция	1959	1962	1973	ГЭ 615
Итальянский кредит	Италия	1960	1961	Неизвестный
ТО	Франция	1960	1962	1964	КДЦ 3600
Трудовой Банк	Италия	1960	1962	Неизвестный
Весна	Франция	1961	1962	1965
ХБНПК	Франция	1961	1963	1970
ТЕЛ.	Франция	1962	1964	1971
Мицубиси	Япония	1963	1965	1971	ГЭ 635
РТТ Б	Бельгия	1964	1966	1974

Масштабная модель SNCF Gamma 60, ранее выставленная на железнодорожной станции Отей под Парижем.

Régie des Télégraphes et Phones , позже известная как Belgacom, а теперь Proximus , могла похвастаться одной из крупнейших установок Gamma 60, включающей в среднем двадцать процессоров. Установка занимала два этажа: на нижнем этаже располагался генератор переменного тока мощностью 400 кВА, который подавал стабилизированный ток на компьютер, а также надежные системы кондиционирования воздуха, поддерживающие постоянную температуру термочувствительной германиевой электроники 18 °C. Верхний этаж был разделен на три комнаты: одну для основного компьютера, другую для операторской консоли и считывателей ленты и последнюю комнату для перфораторов и считывателей карт.

«Гамма-60», прослужившая дольше всех, также находилась в РТТ, где она проработала непрерывно 13 лет. Решение заменить две системы Gamma 60 в середине 1970-х годов на несколько компьютеров Siemens 4004 было политически мотивированным, поскольку бельгийское правительство заключило пятилетний контракт, связывающий их информационные системы с Siemens и Phillips.

Наследие

Булл выделил значительные ресурсы на разработку Gamma 60, хотя практическое использование ее архитектурных инноваций стало возможным только в 1980-х или даже 1990-х годах, что сильно повлияло на ее коммерческий успех. Проблемы, с которыми компания столкнулась на рынке, привели к финансовым трудностям, которые помешали созданию более доступной и уменьшенной версии, подходящей для небольших компаний. Вместо этого Gamma 30 среднего класса перешла на лицензионную версию более простого и традиционного компьютера RCA 301 , который, хотя и успешно конкурировал с IBM 1401 , не смог извлечь выгоду из инноваций Gamma 60.

В 1963 году Bull была в конечном итоге куплена General Electric , а основным преемником Gamma 60 стало семейство GE 600, начиная с 1965 года.

На сегодняшний день не существует сохранившихся экземпляров Gamma 60, за исключением некоторых его компонентов, выставленных в некоторых музеях. Компьютерный музей NAM в Намюре, Бельгия, демонстрирует подробную масштабную модель Gamma 60, представленную на выставке RTT. Гамма 60 также была показана в Жана-Люка Годара фильме «Альфавиль» (1965), где изображался компьютер-антагонист Альфа 60.

По состоянию на 2024 год не известно о существовании эмулятора Gamma 60. .

См. также

• История вычислительной техники
• Список продуктов Groupe Bull
• Многопоточность компьютера
• Многопроцессорность
• Серия GE-600
• ИБМ 7090

Внешние ссылки

• Gamma 60 в Компьютерном музее Намюра, Бельгия (на французском языке), с различными оригинальными изображениями.
• Bull Gamma 60 , от Марка Смотермана, Университет Клемсона.
• Оценка конструкции Gamma 60 , сравнение архитектуры Gamma 60 с параллельным RISC.
• Иллюстрации некоторых компонентов Gamma 60