ЛГП-30

Либраскоп ЛГП-30

LGP-30 используется в Манхэттенском колледже в 1965 году.

LGP-30 в Компьютерном музее в Бостоне со снятой крышкой. Панель управления находится вверху по центру, слева от барабана памяти.

LGP -30 , что означает Librascope General Purpose , а затем Librascope General Precision , представляет собой ранний серийный компьютер. Он был изготовлен компанией Librascope из Глендейла, Калифорния (подразделение General Precision Inc. ), а продавался и обслуживался компанией Royal Precision Electronic Computer Company, совместным предприятием с Royal McBee подразделением компании Royal Typewriter Company . ЛГП-30 впервые был изготовлен в 1956 году. по розничной цене 47 000 долларов США, что эквивалентно 530 000 долларов США в 2023 году.

LGP-30 обычно называли настольным компьютером. Его высота, ширина и глубина без учета полки для пишущей машинки составляли 33 на 44 на 26 дюймов (84 на 112 на 66 см). Он весил около 800 фунтов (360 кг), и был установлен на прочных роликах, которые облегчали перемещение устройства.

Дизайн

Пульт управления ЛГП-30

Немецкий пульт управления

Главным консультантом по проектированию компьютера Librascope был Стэн Франкель , ветеран Манхэттенского проекта и один из первых программистов ENIAC . Он разработал удобный компьютер с минимальным количеством аппаратного обеспечения. с одним адресом Набор команд содержал всего 16 команд. В памяти магнитного барабана находится основная память , а также центрального процессора (ЦП) регистры процессора , временная информация и тактовый сигнал главного бита, каждый на отдельной дорожке. Количество электронных ламп было сведено к минимуму за счет использования твердотельной диодной логики и последовательной архитектуры. и многократное использование каждого из 15 шлепанцев.

Это был двоичный с 31-битным словом компьютер на 4096 слов и барабанной памятью . Стандартными вводами были клавиатура Flexowriter и бумажная лента (десять шестибитных символов в секунду). Стандартным выходом был принтер Flexowriter ( пишущая машинка , работающая со скоростью 10 символов в секунду). Дополнительное высокоскоростное устройство чтения бумажной ленты и перфоратор были доступны в качестве отдельного периферийного устройства.

Консольная пишущая машинка ЛГП-30 в Музее истории компьютеров . Обратите внимание, что, как это было принято в пишущих машинках того времени, здесь нет клавиши для цифры 1 (вместо этого использовалась строчная буква L).

Компьютер содержал 113 электронных ламп и 1450 диодов . Лампы были смонтированы на 34 съемных картах с вытравленными схемами, которые также содержат соответствующие компоненты. 34 карты были всего 12 разных типов. Были доступны расширители карт, позволяющие проводить динамическое тестирование всех функций машины. 680 из 1450 диодов были установлены на одной сменной материнской плате .

LGP-30 требовал 1500 Вт при полной нагрузке. Шнур питания можно подключить к любой стандартной напряжением 115 В, однофазной линии 60 циклов. Компьютер оснащен регулятором напряжения, подходящим для изменения напряжения в сети от 95 до 130 вольт. Помимо регулирования мощности, компьютер также содержал схему для этапа прогрева, которая сводила к минимуму тепловой удар по лампам и обеспечивала более длительный срок службы. Компьютер имел охлаждающий вентилятор, который направлял отфильтрованный воздух через каналы к лампам и диодам, чтобы продлить срок службы компонентов и обеспечить правильную работу. не требовалось дорогостоящего кондиционирования воздуха Если LGP-30 эксплуатировался при разумных температурах, .

На одно барабанное слово приходилось 32 бита, но использовалась только 31, что позволяло «восстановить магнитный поток в головке» на 32-м битовом времени. Поскольку в каждой инструкции был только один адрес, требовался метод оптимизации распределения операндов . В противном случае каждая инструкция будет ожидать полного оборота барабана (или диска) каждый раз, когда будет сделана ссылка на данные. LGP-30 обеспечивал операндов оптимизацию расположения путем чередования логических адресов на барабане так, чтобы два соседних адреса (например, 00 и 01) были разделены девятью физическими ячейками. Эти пробелы позволяли располагать операнды рядом с инструкциями, которые их используют. Всего было 64 дорожки, каждая по 64 слова (сектора). Время между двумя соседними физическими словами составляло около 0,260 миллисекунды (мс), а время между двумя соседними адресами — 9 x 0,260 или 2,340 мс. Время доступа в худшем случае составило 16,66 мс.

Половина инструкции (15 бит) не использовалась. Неиспользованную половину можно было использовать для дополнительных инструкций, индексации, косвенной адресации или второго (+1) адреса для поиска следующей инструкции, каждая из которых увеличивала бы производительность программы. Ни одна из этих функций не была реализована в LGP-30, но некоторые были реализованы в его преемнике 1960 года, RPC-4000.

Регистровый дисплей LGP-30, в котором за этой маской использовался осциллограф.

Уникальной особенностью ЛГП-30 была встроенная функция умножения, несмотря на ее невысокую стоимость. Поскольку это был драм-компьютер, биты обрабатывались последовательно по мере их считывания с барабана. Выполняя каждое сложение, связанное с умножением, он эффективно сдвигал операнд вправо, действуя так, как если бы двоичная точка находилась на левой стороне слова, а не на правой стороне, как на большинстве других компьютеров. Операция разделения работала аналогично.

Для дальнейшего снижения затрат традиционные индикаторы на передней панели, показывающие внутренние регистры, отсутствовали. небольшой осциллограф Вместо этого Librascope установила на передней панели , который отображал выходные данные трех считывающих головок регистров, расположенных одна над другой, что позволяло оператору видеть и считывать биты. Элементы управления размером по горизонтали и вертикали позволяют оператору настраивать дисплей так, чтобы он соответствовал пластиковой накладке, на которой выгравированы номера битов. Для чтения битов оператор подсчитывал переходы вверх и вниз на кривой осциллографа.

В отличие от других компьютеров того времени, внутренние данные были представлены в шестнадцатеричном формате , а не в восьмеричном , но, будучи очень недорогой машиной, он использовал физические клавиши пишущей машинки, которые соответствуют позициям с 10 по 15 в корзине типов для шести недесятичных символов (в отличие от других компьютеров того времени). к теперь уже нормальному A – F), чтобы представить эти значения, в результате чего получилось 0–9 fgjkqw, что запомнилось по фразе «Дротики из стекловолокна убивают довольно хорошо».

Технические характеристики

Взгляд внутрь LGP-30 в Штутгартском компьютерном музее . Барабанная память находится слева, процессор — справа.

Барабанная память ЛГП-30

• Длина слова: 31 бит, включая знаковый бит, но без пустого разделителя.
• Объем памяти: 4096 слов.
• Скорость: время доступа 0,260 миллисекунды между двумя соседними физическими словами; время доступа между двумя соседними адресами 2,340 миллисекунды.
• Время сложения: 0,26 мс без учета времени доступа
• Время умножения или деления: 17 мс без учета времени доступа
• Тактовая частота: 120 кГц
• Потребляемая мощность: 1500 Вт
• Тепловыделение: 5000 БТЕ/ч (1500 Вт)
• Арифметический элемент: три рабочих регистра: C — регистр счетчика, R — регистр инструкций и A — регистр аккумулятора.
• Формат инструкции: Шестнадцать инструкций в формате полуслова.
• Технология: 113 электронных ламп и 1350 диодов.
• Количество произведенных; 320~493
• Первая поставка: сентябрь 1956 г.
• Цена: 47 000 долларов США.
• Преемник: ЛГП-21
• Достижения: LGP-30 был одним из первых настольных компьютеров, предлагающих небольшие научные вычисления. LGP-30 был довольно популярен: было продано «полтысячи» единиц, в том числе один Дартмутскому колледжу , где студенты внедрили Дартмутский АЛГОЛ 30 и DOPE (Дартмутский эксперимент по упрощенному программированию) . на машине

Программирование

Набор инструкций

LGP-30 имеет 16 инструкций. Каждая инструкция занимает 31-битное слово, хотя около половины битов не используются и установлены в ноль. Инструкция состоит из «приказа», такого как буква b для «вынести из памяти», и части адреса, такой как число 2000, для обозначения ячейки памяти. Все инструкции в слове LGP-30 имеют одинаковый вид. Биты порядка занимают позиции с 12 по 15 слова, а биты адреса занимают позиции с 18 по 29 слова. Биты адреса далее делятся по дорожкам и секторам. Хотя все инструкции имеют адрес, некоторые не используют его. В этих инструкциях принято вводить адрес 0000.

00											11	12			15	16	17	18					23	24					29	30
000000000000												Заказ				00		Отслеживать						Сектор						0

Пример	Заказ	Операция
б 2000 г.	0001	Bring from Memory: Замените содержимое аккумулятора содержимым ячейки памяти 2000. Содержимое ячейки памяти 2000 не изменится.
ч 2000 г.	1100	Hold and Store: Замените содержимое ячейки памяти 2000 содержимым аккумулятора. Содержимое аккумулятора не изменяется.
около 2000 г.	1101	Clear and Store: Замените содержимое ячейки памяти 2000 содержимым аккумулятора и замените содержимое аккумулятора нулем.
и 2000 г.	0010	Store Address: Замените содержимое адресной части слова в ячейке памяти 2000 содержимым адресной части слова в аккумуляторе. Содержимое аккумулятора не изменяется. LGP-30 не имеет индексного регистра. Y можно использовать для самостоятельного изменения кода для индексации массива.
в 2000 году	1010	Unconditional transfer: Замените число в регистре счетчика (программы) содержимым адресной части инструкции безусловной передачи.
2000 р.	0011	Return address: Добавьте единицу к содержимому регистра счетчика (программы) и замените адресную часть ячейки памяти 2000 содержимым регистра счетчика. Эта инструкция используется для исправления unconditional transfer инструкция в конце подпрограммы, направляющая ее вернуться к вызывающей стороне. Сразу за R следует инструкция перехода к началу подпрограммы. R также можно использовать для исправления Test инструкция по созданию условного возврата.
т 2000	1011	Test: (Условная передача) Если в знаковом бите слова в аккумуляторе находится единица, тестовая инструкция имеет эффект безусловной передачи. Если в знаковом бите слова в аккумуляторе находится ноль, то в нормальной последовательности выполняется следующая инструкция.
с 0000	0000	Stop: Остановить вычисления. Если вычисление должно быть остановлено, адресная часть команды остановки обычно не имеет значения. Однако стоп-приказ имеет особую характеристику. Если в третьем бите с правого конца дорожки команды остановки есть единица, вычисления не прекращаются, если нажат переключатель точки останова 4 на консоли компьютера. Инструкцией z поддерживаются четыре переключателя точек останова.
р 2000	1000	Print: Выполните функцию клавиатуры пишущей машинки, обозначенную 6 битами дорожки. Порядок печати не влияет на содержимое любой ячейки памяти, аккумулятора или регистра счетчика. Например, p 2000 имеет 010100 в битах дорожки, что является кодом пробела на пишущей машинке. Выполнение р 2000 приводит к смещению задней части машинки.
я 0000	0100	Input: Адресная часть инструкции, построенной на основе этого порядка, всегда равна 0000. Ей всегда предшествует инструкция p 0000. После того, как инструкция ap 0000 запускает считыватель ленты, инструкция i 0000 переносит в последние 4 бита аккумулятора первые 4 бита. биты кода пишущей машинки для первого символа, прочитанного на ленте. Когда считывается второй символ, биты, представляющие первый символ, смещаются влево на предпоследние четыре битовые позиции аккумулятора, а первые четыре бита машинописного кода второго символа на ленте помещаются в последние четыре битовые позиции. аккумулятора. Этот процесс продолжается до восьми раз для заполнения всего аккумулятора, пока на ленте не появится код остановки (100000). Код остановки останавливает устройство чтения ленты и отправляет сигнал запуска компьютеру, чтобы была выполнена инструкция, следующая за i 0000 в памяти. Часто следующей инструкцией является команда ah или c, так что символы, считанные в аккумулятор, могут быть сохранены в некоторой ячейке памяти.
2000 год	1110	Add: Добавьте содержимое ячейки памяти 2000 к содержимому аккумулятора и поместите результат в аккумулятор. Содержимое ячейки памяти 2000 не затрагивается.
2000 год	1111	Subtract: Вычтите содержимое ячейки памяти 2000 из содержимого аккумулятора и поместите результат в аккумулятор. Содержимое ячейки памяти 2000 не затрагивается.
м 2000	0111	Multiply upper: Умножьте число в аккумуляторе на число в ячейке памяти 2000 и поместите тридцать старших бит произведения в аккумулятор. Содержимое ячейки памяти 2000 не затрагивается.
н 2000 г.	0110	Multiply lower: Умножьте число в аккумуляторе на число в ячейке памяти 2000 и поместите тридцать один младший бит величины произведения в знаковый бит и тридцать бит величины аккумулятора. Содержимое ячейки памяти 2000 не затрагивается.
г. 2000 г.	0101	Divide: Разделите число в аккумуляторе на число в ячейке памяти 2000 и поместите частное, округленное до тридцати бит, в аккумулятор. Содержимое ячейки памяти 2000 не затрагивается.
и 2000 г.	1001	Extract: Поместите нули в слово в аккумуляторе везде, где есть нули в позиции 2000, но в противном случае оставьте слово в аккумуляторе без изменений. Содержимое местоположения 2000 не затрагивается. Это эквивалент инструкции AND на большинстве компьютеров.

Язык программирования ACT-III

LGP-30 имел язык высокого уровня под названием ACT-III. Каждый токен должен был отделяться апострофом, что затрудняло чтение и еще больше усложняло подготовку лент:

s1'dim'a'500'm'500'q'500''
index'j'j+1'j-1''
daprt'e'n't'e'r' 'd'a't'a''cr''
rdxit's35''
s2'iread'm'1''iread'q'1''iread'd''iread'n''
1';'j''
0'flo'd';'d.''
s3'sqrt'd.';'sqrd.''
1'unflo'sqrd.'i/'10';'sqrd''
2010'print'sqrd.''2000'iprt'sqrd''cr''cr''
...

АЛГОЛ 30

Дартмутский колледж разработал две реализации АЛГОЛА 60 для LGP-30. Дартмутский АЛГОЛ 30 представлял собой трехпроходную систему (компилятор, загрузчик и интерпретатор), которая обеспечивала почти все функции АЛГОЛа, за исключением тех, которые требовали выделения памяти во время выполнения. SCALP, автономный процессор Алгола, представлял собой однопроходную систему для небольшого подмножества Алгола (без блоков, кроме всей программы), без объявлений процедур, условных операторов, но без условных выражений, без каких-либо конструкций, кроме while в for оператор, без вложенности switch объявления (допускаются вложенные вызовы) и никаких логических переменных и операторов. Как и в ACT-III, каждый токен должен был быть разделен апострофом.

ДИКТАТОР

болезненная аббревиатура D ODCO интерпретационного от кода для трех адресов оптимальным с техническим диапазоном это — ДИКТАТОР . ДИКТАТОР, представленный в 1959 году, представляет собой интерпретатор, предназначенный для сокрытия деталей машины ЛГП-30 от программиста. Язык программирования напоминает ассемблерный код с тремя операндами: двумя исходными операндами и одним целевым операндом. Все числа имеют формат с плавающей запятой, восьмизначную мантиссу и двухзначный показатель степени. Натуральные журналы и показатели степени поддерживаются наряду с sin, cos и arctan . Поддерживается до четырех вложенных циклов. Реализованы операции поиска по таблице и перемещения блоков в памяти. Чуть больше половины всей памяти LGP-30 используется интерпретатором; Загрузка бумажной ленты через Flexowriter занимает около 30 минут. Сложение, вычитание, умножение и деление операций с плавающей запятой занимают менее 455 миллисекунд каждое. Косинус рассчитывается за 740 миллисекунд.

Запуск машины

Процедура запуска или « загрузки » LGP-30 была одной из самых сложных, когда-либо разработанных. Сначала бумажная лента была прикреплена к консольной пишущей машинке Friden Flexowriter . Оператор нажимал рычаг на флексописателе, чтобы прочитать поле адреса, и нажимал кнопку на передней панели, чтобы перенести адрес в компьютерный регистр. Затем нажимался рычаг на флексописателе для считывания поля данных и нажимались еще три кнопки на передней панели для сохранения его по указанному адресу. Этот процесс повторялся, может быть, шесть-восемь раз, и выработался ритм:

burrrp, clunk, 
burrrp, clunk, clunk, clunk, 
burrrp, clunk, 
burrrp, clunk, clunk, clunk,
burrrp, clunk, 
burrrp, clunk, clunk, clunk, 
burrrp, clunk, 
burrrp, clunk, clunk, clunk, 
burrrp, clunk, 
burrrp, clunk, clunk, clunk, 
burrrp, clunk, 
burrrp, clunk, clunk, clunk.

Затем оператор удалил загрузочную ленту, вставил ленту с обычным загрузчиком, аккуратно расположив ее так, чтобы она не застряла, и нажал еще несколько кнопок, чтобы запустить программу начальной загрузки. Как только штатный загрузчик был включен, компьютер был готов к чтению программной ленты. Обычный загрузчик читал ленту более компактного формата, чем загрузчик начальной загрузки. Каждый блок начинался со стартового адреса, чтобы ленту можно было перемотать и повторить попытку в случае возникновения ошибки. Если в процессе были допущены какие-либо ошибки или программа падала и повредила программу-загрузчик, процесс приходилось начинать заново.

ЛГП-21

В 1963 году Librascope выпустила транзисторную версию LGP-30, получившую название LGP-21. В новом компьютере было около 460 транзисторов и около 375 диодов. Он стоил всего 16 250 долларов, что составляет треть цены его предшественника. К сожалению, он был примерно на треть быстрее предыдущего компьютера.

Центральный компьютер весил около 90 фунтов (41 кг). базовая система (включая принтер и подставки) около 155 фунтов (70 кг).

РПК 4000

Другой, более мощной машиной-преемником стал General Precision RPC 4000, анонсированный в 1960 году. Подобный LGP-30, но транзисторный, он имел 8008 32-битных слов барабанной памяти. Он имел 500 транзисторов и 4500 диодов, продавался за 87 500 долларов и весил 500 фунтов (230 кг).

Известные применения

Эдвард Лоренц использовал LGP-30 в своей попытке смоделировать изменяющиеся погодные условия. Его открытие того, что огромные различия в прогнозах могут быть результатом крошечных различий в исходных данных, привело к тому, что он придумал термины «странный аттрактор» и «эффект бабочки» , ключевые концепции теории хаоса . RPC-4000 (преемник LGP-30) также помнят как компьютер, на котором Мел Кэй выполнял легендарную задачу программирования в машинном коде , пересказанную Эдом Натером в хакерской эпопее «История Мела» .

См. также

• ИБМ 650
• Список ламповых компьютеров

Дальнейшее чтение

• Кайслер, Стивен Х. (2017). «Глава вторая – Машины Royal McBee/Librascope» . Рождение компьютера: от барабанов к ядрам . Издательство Кембриджских ученых. ЛГП-30: стр. 25–34, ЛГП-21: стр. 34–43. ISBN  9781443896252 .
• «RPC 4000, ЛГП 30» (PDF) . Стандартные отчеты AUERBACH EDP . 3 . РПК-4000: стр. 570-649; ЛГП-30: стр. 651-741.

Внешние ссылки

• Рабочий LGP-30 на выставке в Штутгарте, Германия.
• Описание ЛГП-30
• Описание ЛГП-21
• Реклама 1962 года, показывающая LGP-30 и RPC-4000.
• Рассказ Стэна П. Франкеля, конструктора LGP-30, с фотографиями.
• Руководство по программированию
• Прогрев ЛГП-30 на YouTube
• техникум 29: ЛГП 30
• 1950-1959 Либразетты - информационные бюллетени компании на ЛГП-30:

• Ноябрь 1955 г. Выпуск на рынок нового удивительного компьютера общего назначения Librascope.
• Декабрь 1955 г. LGP-30 получает широкое признание на выставке автоматизации в Чикаго.
• Июль 1956 г. Планы Royal Precision - продвижение LGP-30.
• Март 1957 г. Коммерческое подразделение Librascope проделывает выдающуюся работу по производству LGP-30.

• «Документы ЛГП-21» . www.bitsavers.org .
• «Документы ЛГП-30, РПК-4000 и РПК-9000» . www.bitsavers.org .