КДЦ 6600

КДЦ 6600
3D-рендеринг с фигурой в качестве масштаба
Дизайн
Производитель	Корпорация Control Data
Дизайнер	Сеймур Крэй
Дата выпуска	Сентябрь 1964 г.
Проданных единиц	100+
Цена	2 370 000 долларов США (эквивалент 23 280 000 долларов США в 2023 году)
Корпус
Размеры	Высота: 2000 мм (79 дюймов) Ширина шкафа: 810 мм (32 дюйма) Длина шкафа: 1710 мм (67 дюймов) Общая ширина: 4190 мм (165 дюймов)
Масса	около 12 000 фунтов (6,0 коротких тонн; 5,4 т)
Власть	30 кВт при 208 В 400 Гц
Система
Операционная система	ОБЪЕМ , КРОНОС
Процессор	60-битный процессор @ 10 МГц
Память	До 982 килобайт (131 000 x 60 бит)
МИПС	2 MIPS
Предшественник	ЦКД 1604
Преемник	КДЦ 7600

Ортогональный чертеж CDC 6600 в двух проекциях с масштабированием

CDC 6600. За системной консолью расположены два «руки» шкафа в форме знака плюс с открытыми крышками. Внутри можно увидеть отдельные модули. Стойки, на которых закреплены модули, шарнирно закреплены для обеспечения доступа к стойкам, расположенным за ними. Каждая рука машины имела до четырех таких стоек. Справа — система охлаждения.

CDC 6600 Системная консоль . Этот дизайн был крупным нововведением, поскольку экраны и клавиатура заменили сотни переключателей и мигающих индикаторов, обычных в современных системных консолях. Дисплеи . управлялись с помощью программного обеспечения, в первую очередь для обеспечения отображения текста в трех размерах на выбор Он также предоставил возможность рисовать простую графику. В отличие от более современных дисплеев, консоль представляла собой систему векторного рисования , а не растровую систему . Консоли имели один шрифт , где каждый глиф представлял собой серию векторов. Автозаполнение частей ключевых слов позволило ускорить ввод команд.

CDC 6600 был флагманом серии 6000 мейнфреймов , выпускаемых Control Data Corporation . Обычно считающийся первым успешным суперкомпьютером , он превзошел по производительности предыдущего рекордсмена отрасли IBM 7030 Stretch в три раза. С производительностью до трёх мегафлопс , CDC 6600 был самым быстрым компьютером в мире с 1964 по 1969 год, когда он уступил этот статус своему преемнику CDC 7600.

Первые CDC 6600 были доставлены в 1965 году в Ливермор и Лос-Аламос . Они быстро стали незаменимой системой в сфере высокопроизводительных научных и математических вычислений, и системы были доставлены в Институт математических наук Куранта , ЦЕРН . Лоуренса Радиационная лаборатория , и многие другие. Всего было доставлено не менее 100 штук.

CDC 6600 выставлен в Музее истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния . Единственная работающая машина серии CDC 6000 была восстановлена ​​компанией Living Computers: Museum + Labs .

и

Основная статья: Корпорация Control Data

Первые продукты CDC были основаны на машинах, разработанных в Engineering Research Associates (ERA), которые Сеймура Крея попросили обновить после перехода в CDC. После экспериментальной машины, известной как Маленький Персонаж , в 1960 году они выпустили CDC 1604 , один из первых коммерческих компьютеров на транзисторах и одну из самых быстрых машин на рынке. Руководство было в восторге и планировало выпустить новую серию машин, более приспособленную для использования в бизнесе; например, они будут включать инструкции по работе с персонажами и ведению учета. Крей не был заинтересован в таком проекте и поставил перед собой цель создать новую машину, которая была бы в 50 раз быстрее, чем 1604. Когда его спросили Чтобы составить подробный отчет о планах на год и пять лет вперед, он ответил, что его пятилетняя цель заключалась в том, чтобы «выпустить самый большой компьютер в мире», причем «крупнейший» в то время был синонимом «самого быстрого», и что его годовой план состоял в том, чтобы «пройти одну пятую пути».

Переведя свою основную команду в новые офисы рядом с первоначальной штаб-квартирой CDC, они начали экспериментировать с более качественными версиями «дешевых» транзисторов , которые Крей использовал в 1604 году. После долгих экспериментов они обнаружили, что просто невозможно использовать германиевые транзисторы . Транзисторы могли работать намного быстрее, чем те, которые использовались в 1604. «Бизнес-машина», которую первоначально хотело руководство, теперь сформировавшаяся как серия CDC 3000 , подтолкнула их настолько далеко, насколько это было возможно. Затем Крэй решил, что решение состоит в том, чтобы работать с новыми на тот момент кремниевыми транзисторами от Fairchild Semiconductor , которые только появлялись на рынке и предлагали значительно улучшенные характеристики переключения.

За этот период CDC превратилась из стартапа в крупную компанию, и Крей все больше разочаровывался в том, что он считал нелепыми требованиями руководства. Ситуация стала значительно более напряженной в 1962 году, когда новый CDC 3600 начал приближаться к качеству производства и оказался именно тем, чего хотело руководство, и тогда, когда оно этого хотело. В конце концов Крэй сказал генеральному директору CDC Уильяму Норрису , что что-то должно измениться, иначе он покинет компанию. Норрис чувствовал, что он слишком важен, чтобы его потерять, и дал Крэю зеленый свет на создание новой лаборатории там, где он пожелает.

После недолгих поисков Крэй решил вернуться в свой родной город Чиппева-Фолс, штат Висконсин , где он купил участок земли и открыл новую лабораторию.

Хотя этот процесс привел к довольно длительной задержке в проектировании его новой машины, в новой лаборатории, без вмешательства руководства, дело пошло быстро. К этому времени новые транзисторы становились достаточно надежными, и модули, построенные на их основе, обычно работали правильно с первой попытки. 6600 начал обретать форму, когда Крей работал вместе с Джимом Торнтоном , системным архитектором и «скрытым гением» 6600.

За время существования машины (с 1964 по 1969 год) было продано более 100 CDC 6600. Многие из них попали в различные лаборатории, связанные с ядерным оружием , а немалое количество попало в университетские вычислительные лаборатории. CDC 6600 использовался для опровержения гипотезы Эйлера о сумме степеней в раннем примере прямого числового поиска.

Крей немедленно обратил внимание на его замену, на этот раз поставив перед собой цель увеличить производительность в десять раз по сравнению с 6600, поставляемым как CDC 7600 . Позже Компьютеры CDC Cyber ​​70 и 170 были очень похожи на CDC 6600 по общей конструкции и были почти полностью обратно совместимы.

Модель 6600 была в три раза быстрее предыдущего рекордсмена IBM 7030 Stretch ; это встревожило IBM . 28 августа 1963 года тогдашний генеральный директор Томас Уотсон-младший написал своим сотрудникам служебную записку: «На прошлой неделе компания Control Data… объявила о системе 6600. Насколько я понимаю, в лаборатории, разрабатывающей систему, работает всего 34 человека, включая уборщика». . Из них 14 инженеров и 4 программиста... Сопоставляя эти скромные усилия с нашей обширной деятельностью в области разработок, я не понимаю, почему мы потеряли лидирующие позиции в отрасли, позволив кому-то другому предложить самый мощный компьютер в мире». Ответ Крея был сардоническим: «Похоже, мистер Ватсон сам ответил на свой вопрос».

Описание

Типичные машины 1950-х и 1960-х годов использовали один центральный процессор (ЦП) для управления всей системой. Типичная программа сначала загружает данные в память (часто используя заранее подготовленный библиотечный код), обрабатывает их, а затем записывает обратно. Это требовало, чтобы процессоры были достаточно сложными, чтобы обрабатывать полный набор инструкций, которые они должны были выполнять. Сложный ЦП подразумевал наличие большого ЦП, что приводило к задержкам передачи сигналов при обмене информацией между отдельными модулями, составляющими его. Эти задержки устанавливают максимальный верхний предел производительности, поскольку машина могла работать только с такой скоростью цикла, которая позволяла сигналам успеть дойти до следующего модуля.

Крэй применил другой подход. В 1960-е годы процессоры обычно работали медленнее, чем основная память , к которой они были подключены. Например, процессору может потребоваться 15 циклов для умножения двух чисел, в то время как каждый доступ к памяти занимает всего один или два цикла. Это означало, что в течение значительного времени основная память простаивала. Именно этим простоем и воспользовался 6600.

В CDC 6600 использовался упрощенный центральный процессор (CP), который был разработан для максимально быстрого выполнения математических и логических операций, что требовало его создания как можно меньшего размера, чтобы уменьшить длину проводки и связанные с ней задержки передачи сигналов. Это привело к тому, что основное шасси машины (обычно) имело крестообразную форму, а печатные платы для ЦП были расположены близко к центру, что привело к созданию ЦП гораздо меньшего размера. В сочетании с более высокой скоростью переключения кремниевых транзисторов новый ЦП работал на частоте 10 МГц (время цикла 100 нс), что примерно в десять раз быстрее, чем у других машин на рынке. Помимо того, что тактовая частота была быстрее, простой процессор выполнял инструкции за меньшее количество тактов; например, ЦП может выполнить умножение за десять циклов.

ЦП поддерживали десять 12-разрядных периферийных процессоров емкостью 4 КиБ (PP), каждый из которых имел доступ к общему пулу из 12 каналов ввода-вывода (I/O) , которые обрабатывали ввод и вывод, а также контролировали, какие данные были отправлены в центральная память для обработки CP. PP были разработаны для доступа к памяти в то время, когда ЦП был занят выполнением операций. Это позволило им выполнять ввод/вывод практически бесплатно с точки зрения времени центральной обработки, максимально заставляя ЦП быть загруженным.

В CP 6600 использовалось 60-битное слово и представление целых чисел в виде дополнения до единиц, что в более поздних машинах CDC будет использоваться до конца 1980-х годов, что делает их последними системами, помимо некоторых процессоров цифровых сигналов, которые используют эту архитектуру.

Позже, CDC предлагал варианты количества и типа CP, PP и каналов, например, CDC 6700 имел два центральных процессора: 6400 CP и 6600 CP.

В то время как другие машины того времени имели сложные передние панели для управления ими, 6600 имеет только панель запуска с мертвой точки . Существует консоль с двойной ЭЛТ-системой, но она управляется операционной системой и не управляет и не отображает оборудование напрямую.

Вся машина 6600 содержала примерно 400 000 транзисторов.

Периферийные процессоры

ЦП мог выполнять только ограниченное количество простых инструкций. Типичный процессор той эпохи имел сложный набор инструкций , который включал инструкции для выполнения всех обычных задач «домашнего хозяйства», таких как доступ к памяти и ввод/вывод . Вместо этого Крей реализовал эти инструкции в отдельных, более простых процессорах, предназначенных исключительно для этих задач, оставив ЦП с гораздо меньшим набором инструкций. Это был первый проект, который позже стал называться проектом компьютера с сокращенным набором команд (RISC).

Позволяя центральному процессору, периферийным процессорам (PP) и устройствам ввода-вывода работать параллельно, конструкция значительно повысила производительность машины. В обычных условиях машина с несколькими процессорами стоила бы намного дороже. Ключевой момент в конструкции 6600 заключался в том, чтобы сделать процессоры ввода-вывода, известные как периферийные процессоры (PP), максимально простыми. PP были основаны на простом 12-битном CDC 160-A , который работал намного медленнее, чем ЦП, собирая данные и передавая их в виде пакетов в основную память на высокой скорости через специальное оборудование.

10 ПП были реализованы виртуально; там было аппаратное обеспечение ЦП только для одного ПП. Это аппаратное обеспечение ЦП было общим и работало с 10 наборами регистров PP, которые представляли каждое из 10 состояний PP (аналогично современным многопоточным процессорам). PP Цилиндр регистра будет «вращаться», при этом каждый набор регистров PP будет помещен в «слот», который занимает фактический ЦП PP. Общий ЦП будет выполнять всю или некоторую часть инструкции PP, после чего ствол снова «вращается», представляя следующий набор регистров (состояние) PP. Для выполнения инструкции требовалось несколько «поворотов» ствола. Полный «поворот» ствола происходил за 1000 наносекунд (100 наносекунд на PP), а для завершения инструкция могла потребовать от одного до пяти «поворотов» ствола или больше, если это была инструкция передачи данных.

инструкций

В основе ЦП 6600 лежит то, что позже будет называться RISC- системой. тот, в котором процессор настроен на выполнение сравнительно простых инструкций с ограниченным и четко определенным доступом к памяти. Философия многих других машин заключалась в использовании сложных инструкций — например, одной инструкции, которая извлекала операнд из памяти и добавляла его к значению в регистре. В 6600 для загрузки значения из памяти потребовалась бы одна инструкция, а для его добавления — вторая. Хотя теоретически это происходит медленнее из-за дополнительного доступа к памяти, тот факт, что в хорошо спланированном коде несколько инструкций могут обрабатываться параллельно, снимает эти затраты. Это упрощение также заставило программистов внимательно следить за доступом к памяти и, следовательно, сознательно писать код, чтобы максимально сократить его. CDC 6600 CP, будучи трехадресной машиной, позволяет указывать все три операнда.

Модели

Серия CDC 6000 включала четыре базовые модели: CDC 6400 , CDC 6500 , CDC 6600 и CDC 6700. Модели серии 6000 различались только процессорами, которые были двух типов: ЦП 6400 и ЦП 6600. ЦП 6400 имел единый арифметический блок, а не дискретные функциональные блоки . Таким образом, время выполнения инструкций не могло перекрываться. Например, в процессоре 6400, если инструкция сложения следовала сразу за инструкцией умножения, инструкция сложения не могла быть запущена до тех пор, пока не завершится инструкция умножения, поэтому чистое время выполнения двух инструкций будет суммой времени их индивидуального выполнения. ЦП 6600 имел несколько функциональных блоков, которые могли работать одновременно, то есть « параллельно », что позволяло ЦП перекрывать время выполнения инструкций. Например, ЦП 6600 может начать выполнение инструкции сложения в следующем цикле ЦП, следующем за началом инструкции умножения (при условии, конечно, что результат инструкции умножения не был операндом инструкции сложения), поэтому чистая время выполнения двух инструкций будет просто (более продолжительным) временем выполнения инструкции умножения. Процессор 6600 также имел стек инструкций , своего рода кэш инструкций , который помог увеличить пропускную способность ЦП за счет сокращения времени простоя ЦП, вызванного ожиданием ответа памяти на запросы выборки инструкций. Оба типа процессоров были совместимы по инструкциям, так что программа, работавшая на любом из типов процессоров, работала бы так же на другом типе, но работала бы быстрее на процессоре 6600. Действительно, все модели серии 6000 были полностью совместимы. У CDC 6400 был один ЦП (ЦП 6400), у CDC 6500 было два ЦП (оба ЦП 6400), у CDC 6600 был один ЦП (ЦП 6600), а у CDC 6700 было два ЦП (один ЦП 6600 и один ЦП 6400). ПРОЦЕССОР).

Центральный процессор (ЦП)

Регистры CDC 6x00

5 9 . . . 1 7 . . . 0 0 (битовая позиция) Регистры операндов (60 бит) Х0 Зарегистрироваться 0 X1 (читать) Зарегистрироваться 1 Х2 (читать) Зарегистрироваться 2 Х3 (читать) Зарегистрироваться 3 Х4 (читать) Зарегистрироваться 4 Х5 (читать) Зарегистрироваться 5 X6 (запись) Зарегистрироваться 6 X7 (запись) Зарегистрироваться 7 Адресные регистры (18 бит)   А0 Адрес 0   A1 (прочитать адрес) адрес 1   A2 (прочитать адрес) Адрес 2   A3 (прочитать адрес) Адрес 3   А4 (прочитать адрес) Адрес 4   A5 (прочитать адрес) Адрес 5   A6 (записать адрес) Адрес 6   A7 (записать адрес) Адрес 7 Регистры приращения (18 бит)   B0 (все биты равны нулю) Приращение 0   Б1 Шаг 1   Би 2 Шаг 2   Б3 Шаг 3   Б4 Шаг 4   Б5 Шаг 5   Б6 Шаг 6   Б7 Шаг 7 Адрес программы (18 бит)   п

Центральный процессор (ЦП) и основная память машин 6400, 6500 и 6600 имели длину слова 60 бит. Центральный процессор имел восемь 60-битных регистров общего назначения от X0 до X7, восемь 18-битных адресных регистров от A0 до A7 и восемь 18-битных «инкрементных» регистров от B0 до B7. B0 постоянно удерживался на нулевом уровне аппаратным обеспечением. Многие программисты сочли полезным установить B1 равным 1 и также считают его неприкосновенным.

У CP не было инструкций для ввода и вывода, которые выполнялись с помощью периферийных процессоров (ниже). Никакие коды операций не были специально предназначены для загрузки или хранения памяти; это произошло как побочный эффект присвоения определенным регистрам A. При настройке от A1 до A5 слово по этому адресу загружается в X1–X5 соответственно; установка A6 или A7 сохраняет слово из X6 или X7. Никаких побочных эффектов не было связано с А0. Отдельный аппаратный блок загрузки/сохранения, называемый каскадным блоком , обрабатывал фактическое перемещение данных независимо от работы потока команд, позволяя выполнять другие операции во время доступа к памяти, что в лучшем случае требовало восьми циклов.

6600 CP включал десять параллельных функциональных блоков, позволяющих одновременно обрабатывать несколько инструкций. Сегодня, это известно как конструкция суперскалярного процессора , но для своего времени она была уникальной. В отличие от большинства современных ЦП, функциональные блоки не были конвейерными; функциональный блок становится занятым, когда ему «выдается» инструкция, и остается занятым в течение всего времени, необходимого для выполнения этой инструкции. (Напротив, CDC 7600 ввел конвейерную обработку своих функциональных блоков.) В лучшем случае инструкция может быть выдана функциональному блоку каждые 100 нс тактового цикла. Система считывала и декодировала инструкции из памяти как можно быстрее, обычно быстрее, чем они могли быть выполнены, и передавала их устройствам для обработки. Единицы были:

• умножение с плавающей запятой (две копии)
• деление с плавающей запятой
• добавление с плавающей запятой
• "длинное" целое число добавить
• инкрементеры (две копии; выполняют загрузку/сохранение в памяти)
• сдвиг
• булева логика
• ветвь

Операциям с плавающей запятой отводилось почетное место в этой архитектуре : CDC 6600 (и его родственники) практически единственный, способный выполнять 60-битное умножение с плавающей запятой за время, сравнимое с тем, что требуется для ветки программы. Недавний анализ книги Джеймса Торнтона «Дизайн компьютера», проведенный Митчем Олсапом, выяснилось, что модуль с плавающей запятой в процессоре 6600 представляет собой двухступенчатую конвейерную конструкцию.

Сложение и вычитание 60-битных чисел с фиксированной точкой выполнялось в модуле длинного сложения с использованием дополнения до единиц для отрицательных чисел. Умножение с фиксированной запятой выполнялось как особый случай в модуле умножения с плавающей запятой: если показатель степени был равен нулю, модуль FP выполнял бы 48-битное умножение с плавающей запятой одинарной точности и очищал часть с высоким показателем, в результате чего получалось 48. -битовый целочисленный результат. Целочисленное деление выполнялось с помощью макроса, преобразующего число с плавающей запятой в обратное.

Ранее выполненные инструкции сохранялись в кэше из восьми слов , называемом «стеком». Переходы внутри стека выполнялись быстрее, чем переходы вне стека, поскольку не требовалась выборка из памяти. Стек очищался инструкцией безусловного перехода, поэтому безусловные переходы на концах циклов традиционно записывались как условные переходы, которые всегда завершались успешно.

В системе использовалась тактовая частота 10 МГц с четырехфазным сигналом . Умножение с плавающей запятой заняло десять тактов, деление — 29, а общая производительность с учетом задержек памяти и других проблем составила около 3 MFLOPS . Используя лучшие доступные компиляторы, в конце истории машины программы FORTRAN могли рассчитывать на поддержку около 0,5 MFLOPS.

Организация памяти

Пользовательские программы могут использовать только непрерывную область основной памяти. Часть памяти, к которой имеет доступ исполняемая программа, контролируется регистрами RA (относительный адрес) и FL (длина поля), которые недоступны пользовательской программе. Когда пользовательская программа пытается прочитать или записать слово в центральную память по адресу a , процессор сначала проверяет, что a находится между 0 и FL-1. Если да, то процессор обращается к слову в центральной памяти по адресу RA+a. Этот процесс известен как с привязкой к базе перемещение ; каждая пользовательская программа видит основную память как непрерывный блок слов длиной FL, начиная с адреса 0; на самом деле программа может находиться где угодно в физической памяти. Используя этот метод, каждая пользовательская программа может быть перемещена («перемещена») в основной памяти операционной системой, при условии, что регистр RA отражает ее положение в памяти. Пользовательская программа, которая пытается получить доступ к памяти за пределами разрешенного диапазона (то есть с адресом не меньше FL), вызовет прерывание и будет завершена операционной системой. В этом случае операционная система может создать дамп ядра , который записывает содержимое памяти программы и регистрирует в файле, позволяя разработчику программы узнать, что произошло. Обратите внимание на разницу с системами виртуальной памяти ; в этом случае все адресное пространство процесса должно находиться в основной памяти, должно быть непрерывным, а его размер не может превышать реальный объем памяти.

кроме первых семи, Все машины серии CDC 6000, могли быть оснащены дополнительной системой расширенного основного хранилища (ECS). ECS была построена на основе другой основной памяти, чем та, которая использовалась в центральной памяти. Эта память была медленнее, но достаточно дешевой, чтобы иметь гораздо больший объем. Основная причина заключалась в том, что память ECS была подключена только с двумя проводами на ядро ​​(в отличие от пяти для центральной памяти). Поскольку он выполнял очень большие передачи, его скорость последовательной передачи была такой же, как и у небольшой основной памяти. ЦП 6000 может напрямую выполнять передачу блоков памяти между программой пользователя (или операционной системой) и устройством ECS. Использовались широкие пути передачи данных, поэтому операция прошла очень быстро. Границы памяти поддерживались аналогично центральной памяти, с механизмом RA/FL, поддерживаемым операционной системой. ECS можно было использовать для различных целей, включая хранение массивов пользовательских данных, которые были слишком велики для центральной памяти, хранение часто используемых файлов, обмен и даже в качестве канала связи в комплексе с несколькими мейнфреймами.

Периферийные процессоры (ПП)

Для решения «хозяйственных» задач, которые в других проектах возлагались на ЦП, Крэй включил десять других процессоров, частично основанных на его более раннем процессоре. компьютер CDC 160-A. Эти машины, называемые периферийными процессорами, или PP, сами по себе были полноценными компьютерами, но были настроены для выполнения задач ввода-вывода и запуска операционной системы. (Значительные части операционной системы работали на PP; таким образом, большая часть мощности центрального процессора оставалась доступной для пользовательских программ.) Только PP имели доступ к каналам ввода-вывода . Один из PP (PP0) осуществлял общий контроль над машиной, включая управление программой, работающей на главном процессоре, в то время как другие были предназначены для различных задач ввода-вывода; PP9 был посвящен системной консоли. Когда программе CP необходимо было выполнить функцию операционной системы, она помещала запрос в известное место ( ссылочный адрес + 1), контролируемое. по ПП0. При необходимости PP0 назначит другой PP для загрузки необходимого кода и обработки запроса. Затем PP очистит RA+1, чтобы сообщить программе CP, что задача выполнена.

Уникальная роль PP0 в управлении машиной была потенциальной единственной точкой отказа, поскольку неисправность здесь могла привести к отключению всей машины, даже если девять других PP и ЦП все еще работали нормально. Крей исправил это в конструкции преемника 7600, когда контроллером мог быть любой из ПП, а ЦП мог переназначить на эту роль любого.

Каждый ПП включал в себя собственную память на 4096 12-битных слов. Эта память служила как для буферизации ввода-вывода, так и для хранения программ, но исполнительные блоки разделялись десятью PP в конфигурации, называемой « Бочка и слот» . Это означало, что исполнительные блоки («слот») будут выполнять один цикл команд из первого PP, затем один цикл команд из второго PP и т. д. в циклическом порядке. Это было сделано как для снижения затрат, так и потому, что для доступа к памяти CP требовалось 10 тактов PP: когда PP обращается к памяти CP, данные доступны в следующий раз, когда PP получает свое время слота.

Доступ к центральному процессору

Помимо обычного набора команд, ПП имеют несколько инструкций, специально предназначенных для связи с центральным процессором.

• CRD d - переносит одно 60-битное слово из центральной памяти по адресу, указанному регистром PP A , в пять последовательных слов PP, начинающихся с адреса d .
• CRM d,m — аналогично CRD, но переносит блок слов, длина которого ранее была сохранена в ячейке d, в память PP, начиная с адреса PP m .
• CWD d - собирает пять последовательных слов PP, начинающихся с ячейки d , и передает их в центральную ячейку памяти, указанную A. регистром
• CWM d,m- переносит блок, начинающийся с адреса памяти PP m, в центральную память. Адрес центральной памяти хранился в регистре A , а длина сохранялась в ячейке d до выполнения.
• RPN ПП - передает содержимое регистра адреса программы центрального процессора в регистр А .
• EXN- Exchange Jump передает адрес из регистра A и сообщает процессору выполнить Exchange Jump, используя указанный адрес. CP Exchange Jump прерывает работу процессора, загружает его регистры из указанного места и сохраняет предыдущее содержимое в том же месте. При этом выполняется переключение задач.

Длина слов, символов

Центральный процессор имеет 60-битные слова, а периферийные процессоры — 12-битные слова. CDC использовал термин «байт» для обозначения 12-битных объектов, используемых периферийными процессорами; символы являются 6-битными, а инструкции центрального процессора - 15-битными или 30-битными с 18-битным адресным полем со знаком, причем последнее позволяет использовать напрямую адресуемую область памяти размером 128 КБ слов центральной памяти (преобразованной в современные термины, с 8 -битовые байты, это чуть меньше 1 МБ). Подписанный характер адресных регистров ограничивает размер отдельной программы 128 тыс. слов. (Более поздние машины, совместимые с CDC 6000, могли иметь 256 КБ или более слов центральной памяти, если позволял бюджет, но отдельные пользовательские программы все еще были ограничены 128 КБ слов CM.) Инструкции центрального процессора начинаются на границе слова, когда они являются целью перехода. оператор или инструкция возврата из подпрограммы, поэтому иногда требуются пустые инструкции для заполнения последних 15, 30 или 45 бит слова. Опытные программисты на ассемблере могли усовершенствовать свои программы, заполнив эти пустые пространства с различными инструкциями, которые понадобятся позже в программе.

6 -битные символы в кодировке, называемой кодом отображения CDC , можно использовать для хранения до 10 символов в слове. Они разрешили набор символов из 64 символов, чего достаточно для всех букв верхнего регистра, цифр и некоторых знаков препинания. Конечно, этого было достаточно, чтобы писать на FORTRAN или печатать финансовые или научные отчеты. На самом деле использовались два варианта набора символов кода дисплея CDC — 64-символьный и 63-символьный. Набор из 64 символов имел тот недостаток, что символ «:» (двоеточие) игнорировался (интерпретировался как заполнение нулями), если это был последний символ в слове. Дополнительный вариант, называемый кодом дисплея 6/12 , также использовался в системах разделения времени Kronos и NOS , чтобы обеспечить полное использование набора символов ASCII способом, несколько совместимым со старым программным обеспечением.

Поскольку инструкций по адресации байтов вообще не было, приходилось писать код для упаковки и преобразования символов в слова. Очень большие слова и сравнительно небольшой объем памяти означали, что программистам часто приходилось экономить память, упаковывая данные в слова на битовом уровне.

Из-за большого размера слова и 10 символов в слове часто было быстрее обрабатывать символы, содержащиеся в слове, вместо их распаковки/обработки/переупаковки. Например, COBOL- компилятор CDC на самом деле неплохо справлялся с обработкой десятичных полей с использованием этого метода. Сейчас такие методы обычно используется в «мультимедийных» инструкциях современных процессоров.

Физический дизайн

CDC 6600, Логический модуль содержащий 64 кремниевых транзистора. Коаксиальные разъемы являются контрольными точками. Модуль охлаждается кондуктивно через переднюю панель. Модель 6600 содержала около 6000 таких модулей.

Машина была построена в шкафу в форме знака плюс с насосом и теплообменником на крайних 18 дюймах (46 см) каждого из четырех плеч. Охлаждение осуществлялось за счет циркуляции фреона внутри машины и передачи тепла внешнему источнику охлажденной воды. На каждом рычаге можно было разместить четыре шасси, каждое толщиной около 8 дюймов (20 см), шарнирно закрепленных в центре и открывающихся как книга. Пересечение «плюса» было заполнено кабелями, соединявшими шасси. Шасси были пронумерованы от 1 (содержащее все 10 PPU и их память, а также 12 довольно минимальных каналов ввода-вывода) до 16. Основная память ЦП была распределена по многим шасси. В системе, имеющей всего 64 тыс. слов основной памяти, одно из плеч «плюса» было опущено.

Логика машины была упакована в модули площадью около 2,5 дюйма (64 мм) и толщиной около 1 дюйма (2,5 см). Каждый модуль имел разъем (30 контактов, два вертикальных ряда по 15) на одном краю и шесть контрольных точек на противоположном краю. Для отвода тепла модуль был помещен между двумя алюминиевыми холодными пластинами. Модуль состоял из двух параллельных печатных плат, компоненты которых монтировались либо на одной из плат, либо между двумя платами. Это обеспечило очень плотную упаковку; вообще не подлежит ремонту, но с хорошими характеристиками теплопередачи. Это было известно как строительство из кордвуда .

Операционная система и программирование

Был болевой вопрос с поддержкой операционной системы 6600 — срыв сроков. Машины изначально использовалась очень простая система управления заданиями, известная как COS ( Операционная система Chippewa ), которую быстро «собрали» на основе более ранней операционной системы CDC 3000 , чтобы иметь что-то работающее для тестирования систем на предмет поставки. Однако предполагалось, что машины будут поставляться с гораздо более мощной системой, известной как SIPROS (операционная система одновременной обработки), которая разрабатывалась в подразделении системных наук компании в Лос-Анджелесе . Клиенты были впечатлены списком функций SIPROS, и многие из них включили SIPROS в свои контракты на поставку.

SIPROS обернулся крупным фиаско. Сроки разработки продолжали сдвигаться, что стоило CDC значительной прибыли в виде штрафов за задержку доставки. После нескольких месяцев ожидания готовности машин к отправке проект в конечном итоге был отменен. Программисты, работавшие над COS, мало верили в SIPROS и продолжали работать над улучшением COS.

Затем разработчики операционных систем разделились на два лагеря. Санкционированная CDC эволюция COS была предпринята в лаборатории разработки программного обеспечения Саннивейл, Калифорния . Многие клиенты в конечном итоге получили свои системы с этим программным обеспечением, известным тогда как SCOPE (диспетчерский контроль выполнения программ). SCOPE версии 1, по сути, представлял собой разобранную COS; SCOPE версии 2 включала поддержку новых устройств и файловой системы; SCOPE версии 3 включала постоянную поддержку файлов, поддержку удаленных пакетных операций EI/200 и разделения времени поддержку INTERCOM. У SCOPE всегда были серьезные проблемы с надежностью и ремонтопригодностью.

CDC 6000 серии SCOPE 3.1 строится при работе на настольном эмуляторе CYBER

Подземная эволюция COS происходила на сборочном заводе в Арден-Хиллз, штат Миннесота . MACE ([Грег] Мэнсфилд и [Дэйв] Каландер-руководители) была написана в основном одним программистом в нерабочее время, когда машины были доступны. Его набор функций был по существу таким же, как у COS и SCOPE 1. Он сохранил более раннюю файловую систему COS, но внес значительные улучшения в модульность кода для повышения надежности системы и адаптивности к новым устройствам хранения. MACE никогда не был официальным продуктом, хотя многие клиенты могли получить копию от CDC.

Неофициальное программное обеспечение MACE позже было выбрано вместо официального продукта SCOPE в качестве основы следующей операционной системы CDC, Kronos , названной в честь греческого бога времени . История идет что Дэйв Мэнсфилд позвонил в библиотеку Университета Миннесоты и попросил древнее слово, означающее «время». Он записал «Кронос» вместо «Хронос». Основной маркетинговой причиной его принятия была разработка функции разделения времени TELEX и функции удаленной пакетной обработки BATCHIO. Kronos продолжал использовать файловую систему COS/SCOPE 1 с добавлением функции постоянного файла.

Попытка унифицировать продукты операционной системы SCOPE и Kronos привела к появлению NOS , (Network Operating System). NOS задумывалась как единственная операционная система для всех компьютеров CDC, и CDC активно продвигал этот факт. Многие клиенты SCOPE оставались программно-зависимыми от архитектуры SCOPE, поэтому CDC просто переименовал ее в NOS/BE (Batch Environment) и мог утверждать, что таким образом все используют NOS. На практике было гораздо проще изменить базу кода Kronos для добавления функций SCOPE, чем наоборот.

В среде сборочного завода также были созданы другие операционные системы, которые никогда не предназначались для использования клиентами. В их число входили инженерные инструменты SMM для тестирования аппаратного обеспечения и KALEIDOSCOPE для дымового тестирования программного обеспечения . Еще одним часто используемым инструментом полевых инженеров CDC во время тестирования был MALET (язык приложений для технического обслуживания для тестирования оборудования), который использовался для стресс-тестирования компонентов и устройств после ремонта или обслуживания инженерами. В условиях тестирования часто использовались жесткие диски и магнитные ленты, на которых намеренно были отмечены ошибки, чтобы определить, будут ли ошибки обнаружены MALET и инженером.

Названия SCOPE и COMPASS использовались CDC как для серии CDC 6000 , включая 6600, так и для серии CDC 3000 :

• Название COMPASS использовалось CDC для языков ассемблера обоих семейств.
• Название SCOPE использовалось для его реализации в сериях 3000 и 6000.

CDC 7600

Основная статья: CDC 7600

CDC 7600 изначально был также предназначен для полной совместимости с существующими машинами серии 6000; он начал свою жизнь, известный как CDC 6800. Но во время его разработки конструкторы решили, что сохранение полной совместимости с существующими машинами серии 6000 ограничит возможности повышения производительности, и решили пожертвовать совместимостью ради производительности. Хотя ЦП CDC 7600 был в основном совместим с ЦП 6400 и 6600, обеспечивая переносимость кода на уровне исходного кода языка высокого уровня , аппаратное обеспечение CDC 7600, особенно его периферийные процессорные модули (PPU), было совершенно другим, и для CDC 7600 требовалась другая операционная система. Это оказалось в некоторой степени случайным, поскольку позволило разработчикам улучшить некоторые характеристики конструкции серии 6000, такие как полная зависимость последней от периферийных процессоров (PP), особенно первого (так называемого PP0), для управления работой. всей компьютерной системы, включая процессор(ы). В отличие от ЦП 6600, ЦП CDC 7600 мог управлять своей собственной работой с помощью инструкции перехода центрального обмена (XJ), которая заменяла все содержимое регистров основной памятью. Фактически, машины серии 6000 были дооснащен этой возможностью.

См. также

• История суперкомпьютеров

Дальнейшее чтение

• Гришман, Ральф (1974). Программирование на языке ассемблера для управляющих данных серии 6000 и серии Cyber ​​70 . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Algorithmics Press. [2]
• Справочное руководство по компьютерным системам Control Data 6400/6500/6600
• Торнтон, Дж. (1963). Аспекты компьютерного проектирования – на пути к Control Data 6600 [3]
• Торнтон, Дж. (1970). Проектирование компьютера. Управляющие данные 6600 . Гленвью, Иллинойс: Скотт, Форесман и компания [4]
• (1990) Понимание компьютеров: скорость и мощность, серия Time Life ISBN   0809475863

Внешние ссылки

• Нил Р. Линкольн с 18 инженерами Control Data Corporation (CDC) по компьютерной архитектуре и дизайну , Институт Чарльза Бэббиджа , Университет Миннесоты. В число инженеров входят Роберт Мо, Уэйн Спекер, Деннис Гринна, Том Роуэн, Морис Хатсон, Курт Александр, Дон Пейгелкопф, Марис Бергманис, Долан Тот, Чак Хоули, Ларри Крюгер, Майк Павлов, Дэйв Резник, Говард Крон, Билл Бенд, Кент Штайнер, Рэймон Корт и Нил Р. Линкольн. Темы обсуждения включают CDC 1604 , CDC 6600, CDC 7600 , CDC 8600 , CDC STAR-100 и Seymour Cray .
• Параллельная работа в Control Data 6600, Джеймс Торнтон
• Презентация CDC 6600 и других машин, разработанных Сеймуром Крэем – К. Гордоном Беллом из Microsoft Research (ранее из DEC)
• «Пятилетнее правление CDC 6600» . Музей истории компьютеров. 2003. Модель 6600 имела 400 000 транзисторов и более 100 миль проводов. — обзор с картинками