Войти
 | |
 PDP-8 на выставке в Блетчли-парке в Блетчли, Англия. Этот пример относится к первому поколению PDP-8, построенных на дискретных транзисторах и позже известных как Straight 8. | |
| Разработчик | Корпорация цифрового оборудования |
|---|---|
| Семейство продуктов | Программируемый процессор данных |
| Тип | Миникомпьютер |
| Дата выхода | 22 марта 1965 г. ; 56 лет назад (1965-03-22) |
| Начальная цена | 18 500 долларов США, что эквивалентно примерно 151 900 долларам США в 2020 году |
| Проданных единиц | 50 000+ |
| Платформа | 12-битный DEC |
| Предшественник | PDP-5 |
| Преемник | PDP-12 |
PDP-8 представляет собой 12-битный миникомпьютер, который был произведен Digital Equipment Corporation (DEC). Это был первый коммерчески успешный миникомпьютер, за время эксплуатации которого было продано более 50 000 единиц. Его базовая конструкция соответствует новаторскому LINC, но имеет меньший набор команд, который является расширенной версией набора команд PDP-5. Аналогичные машины от DEC - это PDP-12, которая является модернизированной версией концепций PDP-8 и LINC, и система промышленного контроллера PDP-14.
Открытый PDP-8 / E с логическими модулями за передней панелью и одним двойным TU56 DECtape наверху Самая ранняя модель PDP-8, неофициально известная как «Straight-8», была представлена 22 марта 1965 года по цене 18 500 долларов (что эквивалентно примерно 150 000 долларов в 2020 году). В нем использовалась диодно-транзисторная логика, размещенная на флип-чипах в машине размером с небольшой домашний холодильник. Это был первый компьютер, который был продан менее чем за 20 000 долларов, что сделало его самым продаваемым компьютером в истории того времени. Straight-8 был вытеснен в 1966 году PDP-8 / S, который был доступен в настольных и стоечных моделях. Использование однобитового последовательного арифметико-логического устройства (ALU) позволило PDP-8 / S быть меньше и дешевле, хотя и медленнее, чем исходный PDP-8. Базовая модель 8 / S была продана менее чем за 10 000 долларов и стала первой машиной, достигшей этого уровня.
Более поздние системы (PDP-8 / I и / L, PDP-8 / E, / F и / M, а также PDP-8 / A) вернулись к более быстрой, полностью параллельной реализации, но используют гораздо менее дорогие транзисторы - транзисторная логика (TTL) Логика MSI. Большинство уцелевших PDP-8 относятся к этой эпохе. PDP-8 / E широко распространен и хорошо известен, потому что для него было доступно множество типов устройств ввода-вывода. Последние коммерческие модели PDP-8, представленные в 1979 году, называются «CMOS-8», основанные на микропроцессорах CMOS. Их цена была неконкурентоспособной, и предложение провалилось. Intersil продавала интегральные схемы на коммерческой основе до 1982 года как семейство Intersil 6100. Благодаря своей технологии CMOS они имели низкое энергопотребление и использовались в некоторых встроенных военных системах.
Главным инженером, разработавшим первоначальную версию PDP-8, был Эдсон де Кастро, который позже основал Data General.
PDP-8 сочетает в себе низкую стоимость, простоту, расширяемость и тщательную инженерию для достижения оптимальной стоимости. Наибольшее историческое значение имело то, что низкая стоимость и большой объем PDP-8 сделали компьютер доступным для многих новых клиентов для многих новых применений. Его непреходящее значение - как исторический пример компьютерного дизайна, основанного на ценностях.
Низкая сложность повлекла за собой другие затраты. Это сделало программирование громоздким, как видно из примеров в этой статье и из обсуждения «страниц» и «полей». Большая часть кода выполняет требуемую механику, а не устанавливает алгоритм. Например, вычитание числа включает в себя вычисление его дополнения до двух, а затем его сложение; запись условного перехода включает в себя запись условного перехода вокруг перехода, при этом пропуск кодирует отрицательное условие на желаемое. Некоторые амбициозные программные проекты не умещались в памяти или имели конструктивные дефекты, которые не могли быть решены. Например, как указано ниже, непреднамеренная рекурсия подпрограммы приводит к дефектам, которые трудно отследить до рассматриваемой подпрограммы.
По мере того, как прогресс в дизайне сокращал затраты на логику и память, время программиста становилось относительно более важным. Последующие разработки компьютеров подчеркивали простоту программирования, как правило, с использованием более крупных и интуитивно понятных наборов команд.
В конце концов, большая часть машинного кода была сгенерирована компиляторами и генераторами отчетов. Компьютер с сокращенным набором команд вернулся полный круг к PDP-8 акцент на простом наборе команд и достижение нескольких действий в течение одного цикла инструкции для того, чтобы максимально увеличить скорость выполнения, хотя новые компьютеры имеют гораздо более длинные слова команд.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PDP-8 использовал идеи из нескольких 12-битных предшественников, прежде всего ЛИНК разработан WA Clark и CE Молнар, которые были вдохновлены Seymour Cray «s CDC 160 миникомпьютер.
PDP-8 / e в Музее живых компьютеров. PDP-8 использует 12 битов для размера слова и арифметики (для целых чисел без знака от 0 до 4095 или целых чисел со знаком от -2048 до +2047). Однако программное обеспечение может выполнять арифметические операции с высокой точностью. Например, для операций с плавающей запятой был доступен интерпретатор, который использовал 36-битное представление с плавающей запятой с двухсловным (24-битным) значащим (мантисса) и однословным показателем. С учетом ограничений по скорости и памяти PDP-8 может выполнять вычисления, аналогичные более дорогим современным электронным компьютерам, таким как IBM 1130 и различные модели IBM System / 360, при этом его легче взаимодействовать с внешними устройствами.
Адресное пространство памяти также составляет 12 бит, поэтому в базовой конфигурации PDP-8 основная память состоит из 4096 (2 12) двенадцатибитовых слов. Дополнительный блок расширения памяти может переключать банки памяти с помощью инструкции IOT. Память представляет собой память с магнитным сердечником с временем цикла 1,5 микросекунды (0,667 МГц ), так что типичная двухцикловая (выборка, выполнение) команда обращения к памяти выполняется со скоростью 0,333 MIPS. Карманная справочная карта 1974 года для PDP-8 / E дает базовое время выполнения инструкций 1,2 микросекунды или 2,6 микросекунды для инструкций, обращающихся к памяти.
PDP-8 был частично разработан для работы с современными телекоммуникациями и текстовыми сообщениями. Шестибитные коды символов были широко распространены в то время, и двенадцатибитовые слова PDP-8 могут эффективно хранить два таких символа. Вдобавок, шестибитный код телетайпа, называемый телетайпом или кодом TTS, широко использовался новостными агентствами, и раннее приложение для PDP-8 было типографским с использованием этого кода.
Инструкции PDP-8 имеют 3-битный код операции, поэтому их всего восемь. Ассемблер предоставляет программисту больше мнемоники инструкций, переводя инструкции ввода-вывода и режима работы в комбинации кодов операций и полей инструкций. Он также имеет только три видимых программисту регистра : 12-битный аккумулятор (AC), программный счетчик (PC) и флаг переноса, называемый «регистром связи» (L).
Для ввода и вывода PDP-8 имеет одно прерывание, совместно используемое всеми устройствами, шину ввода-вывода, доступную для инструкций ввода-вывода, и канал прямого доступа к памяти (DMA). Запрограммированы шины ввода / вывода, как правило, проходит от низкого до среднего скоростных периферийных устройств, таких как принтеры, телетайпов, бумажной ленты пуансонов и читателей, в то время как DMA используется для электронно - лучевой трубки экранов с световым пером, аналого-цифровые преобразователи, цифро аналоговые преобразователи, ленточные накопители и дисководы.
Чтобы сэкономить деньги, в конструкции использовалась недорогая основная память для многих целей, которые обслуживаются более дорогими триггерными регистрами в других компьютерах, например вспомогательными счетчиками и связью подпрограмм.
Базовые модели используют программное обеспечение для умножения и деления. Для более быстрой математики расширенный арифметический элемент (EAE) предоставляет инструкции умножения и деления с дополнительным регистром, регистром умножителя / частного (MQ). EAE был опцией для оригинальных PDP-8, 8 / I и 8 / E, но он является неотъемлемой частью микропроцессора Intersil 6100.
PDP-8 оптимизирован для простоты конструкции. По сравнению с более сложными машинами, ненужные функции были удалены, а логика по возможности используется совместно. Инструкции используют автоинкремент, автоочистку и непрямой доступ для увеличения скорости работы программного обеспечения, уменьшения использования памяти и замены дорогих регистров недорогой памятью.
Электроника основного PDP-8 CPU имеет только четыре 12-битных регистров: аккумулятор, программный счетчик, память буфера регистров и памяти адреса регистра. Чтобы сэкономить деньги, они служили нескольким целям на разных этапах рабочего цикла. Например, буферный регистр памяти предоставляет арифметические операнды, является частью регистра команд и хранит данные для перезаписи основной памяти. (Это восстанавливает основные данные, уничтоженные чтением.)
Из-за своей простоты ранние модели PDP-8 были дешевле, чем большинство других коммерчески доступных компьютеров. Однако они использовали дорогостоящие методы производства, которые часто использовались для изготовления прототипов. Они использовали тысячи очень маленьких, стандартизированных логических модулей с золотыми разъемами, интегрированных в дорогостоящую, сложную объединительную плату с обмоткой проводов в большом шкафу.
В более поздней модели 8 / S, представленной в августе 1966 года, два разных логических напряжения увеличивали разветвление недорогой диодно-транзисторной логики. 8 / S также сократил количество логических вентилей за счет использования последовательного однобитового тракта данных для выполнения арифметических операций. ЦП PDP-8 / S имеет всего около 519 логических вентилей. Для сравнения, у маленьких микроконтроллеров (по состоянию на 2008 год) обычно их 15 000 или больше. Уменьшение количества электроники позволило сделать корпус гораздо меньшего размера, размером с хлебную корзину. Модель 8 / S была разработана Саулом Динманом.
Еще более поздний PDP-8 / E - это более крупный и более мощный компьютер, но он был подвергнут дальнейшей переработке для повышения стоимости. В интегральных схемах используется более быстрая транзисторно-транзисторная логика. Основная память была переработана. Это позволяет расширение с меньшими затратами, поскольку в более ранних моделях используется OMNIBUS вместо объединительной платы с обмоткой проводов. (Личный отчет о разработке PDP-8 / E можно прочитать на вики-сайте Engineering and Technology History.)
Передняя панель PDP-8 / S 
Передняя панель PDP-8 / L 
Передняя панель PDP-8 / I 
Передняя панель PDP-8 / E 
Передняя панель PDP-8 / F 
Передняя панель PDP-8 / A 400 Общий объем продаж семейства PDP-8 оценивается в более чем 300 000 машин. Были изготовлены следующие модели:
| Модель | Описание | Год | Цена | Количество произведенных | Масса |
|---|---|---|---|---|---|
| PDP-8 | Полудискретные компоненты. Использовали некоторые гибридные ИС. DTL. | 1965 г. | 18 000 долл. США | 1450 | 250 фунтов (113 кг) |
| ЛИНК-8 | Может запускать код LINC или PDP-8 | 1966 г. | 38 500 долл. США | 142 | |
| PDP-8 / S | Удешевленная серийная версия ПДП-8 | 1966 г. | 10 000 долл. США | 1024 | 84 фунта (38 кг) |
| PDP-8 / I | Первый PDP-8 из стандартных TTL- микросхем | 1968 г. | 12 800 долл. США | 3698 | 250 фунтов (110 кг) |
| PDP-8 / L | Более дешевый аналог PDP-8 / I | 1968 г. | 8 500 долл. США | 3902 | 80 фунтов (36 кг) |
| PDP-12 | PDP-8 / I с поддержкой инструкций LINC (заменил LINC-8) | 1969 г. | 27 900 долл. США | 755 | |
| PDP-8 / E | Меньше досок большего размера для повышения цены и эффективности | 1970 г. | 6 500 долл. США | 90 фунтов (41 кг) (номинал) | |
| PDP-8 / F | Более дешевый аналог PDP-8 / E | 1972 г. | 57 фунтов (26 кг) (номинал) | ||
| ПДП-8 / М | OEM PDP-8 / F с измененной передней панелью | 1972 г. | 5 000 долл. США | 57 фунтов (26 кг) (номинал) | |
| PDP-8 / A | Логика LSI позволила ЦП поместиться на одной плате | 1974 г. | 1835 долл. США | ||
| Интерсил 6100 | Однокристальный микропроцессор, совместимый с PDP-8 (используется в VT78 ) | 1975 г. | |||
| Харрис 6120 | Однокристальный CMOS-совместимый микропроцессор PDP-8 (используется в текстовых процессорах DECmate ) | 1976 г. |
PDP-8 легко эмулируется, поскольку его набор команд намного проще, чем в современных архитектурах. Энтузиасты создали целые PDP-8, используя отдельные устройства FPGA.
В Интернете доступны несколько программных симуляций PDP-8, а также повторные реализации аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом. Лучшие из них правильно работают с операционными системами и диагностическим программным обеспечением DEC. Программное обеспечение часто моделирует PDP-8 последней модели со всеми возможными периферийными устройствами. Даже они используют лишь крошечную долю мощности современного персонального компьютера.
Одна из первых коммерческих версий виртуальной машины PDP-8 / S работала на Kaypro 386 (компьютер на базе 80386) и была написана на компьютерном языке C (до того, как был завершен стандарт ANSI-C) и ассемблером Дэвидом Бичером. Денвера, Колорадо. Он заменил вышедший из строя компьютер PDP-8 / S, который управлял машиной для обработки топлива на реакторе № 85, Платтевилл, Колорадо, Электрогенерирующая станция, работающая на ядерном топливе, в Футах. Санкт-Врайн. Она была проверена Rockwell International и безупречно работала в течение 2,5 лет во время работы машины для обработки топлива, когда она использовалась для удаления топлива из активной зоны реактора и вывода станции из эксплуатации. Он включал в себя загрузчик с имитацией бумажной ленты и переднюю панель.
Системы ввода-вывода претерпели огромные изменения в эпоху PDP-8. Ранние модели PDP-8 используют интерфейс передней панели, устройство чтения бумажной ленты и телетайп с дополнительным перфоратором для бумажной ленты. Со временем были добавлены системы ввода-вывода, такие как магнитная лента, терминалы RS-232 и токовой петли, устройства чтения перфокарт и диски с фиксированной головкой. Ближе к концу эры PDP-8, дискеты и перемещение головкой патронные диски были популярными устройствами ввода / вывода. Современные энтузиасты создали стандартные адаптеры жестких дисков IDE в стиле ПК для реальных и смоделированных компьютеров PDP-8.
Поддерживаются несколько типов ввода-вывода:
Поддерживается упрощенная и недорогая форма прямого доступа к памяти, называемая «трехцикловым прерыванием данных»; для этого требуется помощь процессора. Метод «прерывания данных» перемещает часть общей логики, необходимой для реализации ввода-вывода DMA с каждого устройства ввода-вывода, в одну общую копию логики в процессоре. «Разрыв данных» возлагает ответственность за поддержание адреса DMA и регистров подсчета слов на процессор. В трех последовательных циклах памяти процессор обновляет счетчик слов, обновляет адрес передачи и сохраняет или извлекает фактическое слово данных ввода / вывода.
Однократный разрыв данных эффективно утроил скорость передачи данных по прямому доступу к памяти, потому что в оперативную память и из нее должны передаваться только целевые данные. Однако устройствам ввода-вывода требуется больше электронной логики для управления собственным счетчиком слов и адресными регистрами передачи. К тому времени, когда был представлен PDP-8 / E, электронная логика стала дешевле, и «однопериодный разрыв данных» стал более популярным.
Ранние системы PDP-8 не имели операционной системы, только переднюю панель с переключателями запуска и остановки. Системы разработки программного обеспечения для серии PDP-8 начинались с самого простого ввода на передней панели исходного двоичного машинного кода ( загрузочного ввода).
В средние века были разработаны различные «операционные системы» с бумажной лентой. Многие служебные программы стали доступны на бумажной ленте. Исходный код языка ассемблера PAL-8 часто сохранялся на бумажной ленте, считывался в память и сохранялся на бумажной ленте. PAL собран из бумажной ленты в память. Были доступны бумажные ленточные версии ряда языков программирования, включая интерпретатор DEC FOCAL и компилятор 4K FORTRAN и среду выполнения.
К концу эры PDP-8 операционные системы, такие как OS / 8 и COS-310, позволяли использовать традиционный редактор в строчном режиме и систему разработки компилятора командной строки с использованием таких языков, как язык ассемблера PAL-III, FORTRAN, BASIC и DIBOL..
Были доступны довольно современная и продвинутая операционная система реального времени (RTOS) и многопользовательские системы с вытесняющей многозадачностью : была доступна система реального времени (RTS-8), а также многопользовательские коммерческие системы (COS-300 и COS-310) и специализированная однопользовательская система обработки текстов (WPS-8).
Также была доступна система разделения времени TSS-8. TSS-8 позволяет нескольким пользователям входить в систему через терминалы со скоростью 110 бод, а также редактировать, компилировать и отлаживать программы. Языки включают специальную версию BASIC, подмножество FORTRAN, подобное FORTRAN-1 (без написанных пользователем подпрограмм или функций), подмножество ALGOL, FOCAL и ассемблер под названием PAL-D.
Изрядное количество пожертвованного пользователями программного обеспечения для PDP-8 было доступно от DECUS, Сообщества пользователей Digital Equipment Corporation, и часто поставлялось с полными списками источников и документацией.
Три старших бита 12-битового командного слова (помеченные битами от 0 до 2) представляют собой код операции. Для шести операций, относящихся к памяти, биты с 5 по 11 обеспечивают 7-битный адрес. Бит 4, если он установлен, говорит о завершении адресации с использованием 5 старших битов регистра программного счетчика (ПК), что означает, что адресуемая ячейка находилась в тех же 128 словах, что и инструкция. Если бит 4 очищен, используются нули, поэтому адресуемая ячейка находится в пределах первых 128 слов памяти. Бит 3 указывает косвенное обращение; если установлен, адрес, полученный, как описано выше, указывает на 12-битное значение в памяти, которое дает фактический эффективный адрес для инструкции; это позволяет операндам находиться где угодно в памяти за счет дополнительного слова. JMP инструкция не работает на слове памяти, за исключением, если указано окольный, но имеет те же битовые поля.
| 0 | 2 | 3 | 4 | 5 | 11 | ||||||
| Операция | я | Z | Компенсировать | ||||||||
Это использование командного слова делит память объемом 4096 слов на страницы из 128 слов ; бит 4 команды выбирает либо текущую страницу, либо страницу 0 (адреса 0000–0177 в восьмеричном формате). Память на странице 0 имеет большое значение, поскольку размещенные здесь переменные могут быть адресованы непосредственно с любой страницы. (Более того, с адреса 0000 должна начинаться любая подпрограмма обслуживания прерывания, а адреса 0010–0017 имеют специальное свойство автоинкремента перед любой косвенной ссылкой через них.)
Стандартный ассемблер помещает постоянные значения для арифметики на текущую страницу. Точно так же переходы между страницами и вызовы подпрограмм используют косвенный адрес на текущей странице.
Было важно написать процедуры так, чтобы они помещались на страницах из 128 слов, или упорядочить подпрограммы, чтобы минимизировать переходы между страницами, поскольку ссылки и переходы за пределы текущей страницы требуют дополнительного слова. Следовательно, много времени было потрачено на умное сохранение одного или нескольких слов. Программисты намеренно помещали код в конец страницы, чтобы обеспечить свободный переход к следующей странице по мере увеличения ПК.
Процессор PDP-8 определил несколько инструкций IOT, но просто обеспечил основу. Большинство инструкций IOT определялись отдельными устройствами ввода-вывода.
| 0 | 2 | 3 | 8 | 9 | 11 | ||||||
| 6 = IOT | Устройство | Функция | |||||||||
Биты с 3 по 8 инструкции IOT выбирают устройство ввода-вывода. Некоторые из этих адресов устройств стандартизированы по соглашению:
Инструкции для устройства 0 влияют на процессор в целом. Например, ION (6001) включает обработку прерывания, а IOFF (6002) отключает ее.
Биты с 9 по 11 инструкции IOT выбирают функцию (ы), которые выполняет устройство. Простые устройства (такие как устройство чтения и перфорации бумажной ленты, клавиатура консоли и принтер) используют биты стандартными способами:
Эти операции выполняются в четко определенном порядке, который дает полезные результаты, если установлено более одного бита.
Более сложные устройства, такие как дисководы, используют эти 3 бита в зависимости от устройства. Обычно устройство декодирует 3 бита, чтобы получить 8 возможных кодов функций.
Многие операции выполняются с использованием OPR, включая большинство условных операторов. OPR не обращается к ячейке памяти; условное выполнение достигается путем условного пропуска одной инструкции, которая обычно является JMP.
Считается, что инструкция OPR «микрокодирована». Это не означало то, что слово означает сегодня (что программа нижнего уровня извлекает и интерпретирует инструкцию OPR), но означало, что каждый бит командного слова определяет определенное действие, и программист может выполнить несколько действий за один цикл команд. установив несколько бит. При использовании программист может написать несколько мнемоник инструкций рядом друг с другом, и ассемблер объединит их с оператором ИЛИ, чтобы разработать фактическое слово инструкции. Многие устройства ввода-вывода поддерживают "микрокодированные" инструкции IOT.
Действия, закодированные в микрокоде, выполняются в четко определенной последовательности, призванной максимизировать полезность многих комбинаций.
Инструкции OPR входят в группы. Биты 3, 8 и 11 идентифицируют группу инструкции OPR, поэтому невозможно объединить микрокодированные действия из разных групп.
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 0| | | | | | | | | |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA CMA RAR BSW CLL CML RAL IAC Execution order 1 1 2 2 4 4 4 3
В большинстве случаев операции упорядочены так, чтобы их можно было комбинировать наиболее удобными способами. Например, объединение CLA (CLear Accumulator), CLL (CLear Link) и IAC (Increment ACcumulator) сначала очищает AC и Link, затем увеличивает аккумулятор, оставляя его равным 1. Добавление RAL к миксу (так что CLA CLL IAC RAL) вызывает очистку аккумулятора, увеличение на единицу, затем поворот влево, оставляя его равным 2. Таким образом, небольшие целочисленные константы помещались в аккумулятор с помощью одной инструкции.
Комбинация CMA IAC, которую ассемблер позволяет вам сокращать до CIA, дает арифметическое обратное AC: отрицание с дополнением до двух. Поскольку нет инструкции вычитания, только сложение с дополнением до двух (TAD), вычисляющее разность двух операндов, требует сначала отрицания вычитания.
Команда OPR группы 1, для которой не установлен ни один из микропрограммированных битов, не выполняет никаких действий. Программист может написать NOP (Нет операции), чтобы собрать такую инструкцию.
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 1| | | | | 0| | | 0| |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA SZA OSR SMA SNL HLT 2 1 1 1 3 3
Когда бит 8 сброшен, выполняется пропуск, если выполняется какое-либо из указанных условий. Например, «SMA SZA», код операции 7540, пропускается, если AC ≤ 0.
Команда OPR группы 2, в которой не установлен ни один из микропрограммированных битов, является другой командой No-Op.
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 1| | | | | 1| | | 0| |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA SNA OSR SPA SZL HLT 2 1 1 1 3 2
Когда бит 8 установлен, условие группы 2 или пропуска инвертируется в соответствии с законами Де Моргана : пропуск не выполняется, если выполняется какое-либо из условий группы 2 или 2, что означает, что все указанные условия пропуска должны быть истинными. Например, «SPA SNA», код операции 7550, пропускается, если ACgt; 0. Если ни один из битов 5–7 не установлен, пропуск является безусловным.
Неиспользуемые битовые комбинации OPR определяются как третья группа микропрограммированных действий, в основном влияющих на регистр MQ (множитель / коэффициент). Команды регистра MQ и расширенного арифметического элемента (EAE) являются необязательными и существуют только при покупке опции EAE.
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 1| | | | | | | | 1| |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA SCA \_ _/ | MQA MQL CODE 1* 2 2 2 3
Обычно CLA и MQA объединяли для перевода MQ в AC. Еще одна полезная комбинация - MQA и MQL для обмена двумя регистрами.
Три бита задали инструкцию умножения / деления, которую нужно выполнить:
Стек основной памяти PDP-8 / I 
Один из трех взаимосвязанных модулей, составляющих плоскость основной памяти PDP-8. 
Один из трех взаимосвязанных модулей, составляющих плоскость основной памяти PDP-8. Это средний из трех и содержит массив настоящих ферритовых сердечников. 
Один из трех взаимосвязанных модулей, составляющих плоскость основной памяти PDP-8. 12-битное слово может иметь 4096 различных значений, и это максимальное количество слов, которое исходный PDP-8 может адресовать косвенно через указатель слова. 4096 12-битных слов представляют 6144 байта в современной терминологии, или 6 кБ. По мере того, как программы становились более сложными, а стоимость памяти падала, этот предел желательно расширить.
Чтобы поддерживать совместимость с уже существующими программами, новое оборудование вне оригинальной конструкции добавляло старшие биты к эффективным адресам, генерируемым программой. Контроллер расширения памяти расширяет адресуемую память в 8 раз до 32 768 слов. Это расширение было сочтено достаточным, потому что при том, что основная память тогда стоила около 50 центов за слово, полные 32 КБ памяти были бы равны стоимости ЦП.
Каждый 4 КБ памяти называется полем. Контроллер расширения памяти содержит два трехразрядных регистра: DF (поле данных) и IF (поле инструкций). Эти регистры определяют поле для каждой ссылки на память ЦП, что позволяет иметь в общей сложности 15 бит адреса. Регистр IF определяет поле для выборки инструкций и прямых ссылок на память; регистр DF определяет поле для косвенного доступа к данным. Программа, работающая в одном поле, может ссылаться на данные в том же поле путем прямой адресации и ссылаться на данные в другом поле путем косвенной адресации.
Набор инструкций ввода-вывода в диапазоне от 6200 до 6277 обрабатывается контроллером расширения памяти и предоставляет доступ к регистрам DF и IF. Инструкция 62X1 (CDF, Изменить поле данных) устанавливает поле данных в X. Аналогично 62X2 (CIF) устанавливает поле инструкции, а 62X3 устанавливает оба. Существующие ранее программы никогда не будут выполнять CIF или CDF; регистры DF и IF будут указывать на одно и то же поле, одно поле, которым были ограничены эти программы. Действие инструкции CIF было отложено до совпадения со следующей инструкцией JMP или JMS, чтобы выполнение CIF не приводило к переходу.
Многополевым программам было сложнее иметь дело с границами полей и регистрами DF и IF, чем если бы они могли просто генерировать 15-битные адреса, но конструкция обеспечивала обратную совместимость и согласовывалась с 12-битной архитектурой. используется на протяжении всей PDP-8. Сравните более поздний Intel 8086, чьи 16-битные адреса памяти расширены до 20 битов путем объединения их с содержимым указанного или подразумеваемого сегментного регистра.
Схема расширенной памяти позволяет существующим программам обрабатывать увеличенную память с минимальными изменениями. Например, 4K FOCAL обычно содержал около 3 КБ кода и только 1 КБ оставалось для пользовательской программы и данных. С помощью нескольких патчей FOCAL может использовать второе поле 4K для пользовательской программы и данных. Более того, дополнительные поля 4K могут быть выделены отдельным пользователям, что превратит 4K FOCAL в многопользовательскую систему с разделением времени.
На PDP-8 / E и более поздних моделях контроллер расширения памяти был расширен для обеспечения виртуализации машин. Программа, написанная для использования всех ресурсов PDP-8, может сосуществовать с другими такими программами на том же PDP-8 под управлением администратора виртуальной машины. Менеджер может заставить все инструкции ввода-вывода (включая те, которые работают с контроллером расширения памяти) вызывать прерывание (прерывание, обрабатываемое менеджером). Таким образом, менеджер может отображать ссылки на память, отображать поля данных или инструкций и перенаправлять ввод-вывод на разные устройства. Каждая исходная программа имеет полный доступ к «виртуальной машине», предоставляемой менеджером.
Новые инструкции ввода-вывода для контроллера расширения памяти извлекают текущее значение полей данных и инструкций, позволяя программному обеспечению сохранять и восстанавливать большую часть состояния машины через прерывание. Однако программа не может определить, находится ли ЦП в процессе отсрочки действия инструкции CIF (выполнила ли она CIF, но еще не выполнила соответствующую инструкцию перехода). Менеджер должен включать в себя полный эмулятор PDP-8 (нетрудно для машины с 8 командами). Всякий раз, когда инструкция CIF перехватывает диспетчер, он должен эмулировать инструкции до следующего перехода. К счастью, поскольку переход обычно является следующей инструкцией после CIF, эта эмуляция не сильно замедляет программы, но это большой обходной путь для, казалось бы, небольшого недостатка дизайна.
К моменту появления PDP-8 / A цены на память упали настолько, что желательно было использовать память, превышающую 32 КБ. В 8 / A добавлен новый набор инструкций для обработки более восьми полей памяти. Номер поля теперь можно было поместить в AC, а не жестко запрограммировать в инструкции. Однако к этому времени PDP-8 находился в упадке, поэтому для использования этих новых функций было изменено очень мало стандартного программного обеспечения.
В следующих примерах показан код на языке ассемблера PDP-8, который можно было бы написать для ассемблера PAL-III.
Следующий фрагмент кода показывает, что нужно просто для сравнения двух чисел:
/Compare numbers in memory at OPD1 and OPD2 CLA CLL /Must start with 0 in AC and link TAD OPD1 /Load first operand into AC (by adding it to 0); link is still clear CIA /Complement, then increment AC, negating it TAD OPD2 /AC now has OPD2-OPD1; if OPD2≥OPD1, sum overflows and link is set SZL /Skip if link is clear JMP OP2GT /Jump somewhere in the case that OPD2≥OPD1; /Otherwise, fall through to code below.
Как показано, большая часть текста типичной программы PDP-8 сосредоточена не на алгоритме, задуманном автором, а на механике низкого уровня. Дополнительная проблема удобочитаемости заключается в том, что в условных переходах, подобных показанному выше, условная инструкция (которая пропускает JMP) выделяет противоположность интересующему вас условию.
Эта полная программа на ассемблере PDP-8 выводит "Hello, world!" к телетайпу.
*10 / Set current assembly origin to address 10, STPTR, STRNG-1 / An auto-increment register (one of eight at 10-17) *200 / Set current assembly origin to program text area HELLO, CLA CLL / Clear AC and Link again (needed when we loop back from tls) TAD I Z STPTR / Get next character, indirect via PRE-auto-increment address from the zero page SNA / Skip if non-zero (not end of string) HLT / Else halt on zero (end of string) TLS / Output the character in the AC to the teleprinter TSF / Skip if teleprinter ready for character JMP.-1 / Else jump back and try again JMP HELLO / Jump back for the next character STRNG, 310 / H 345 / e 354 / l 354 / l 357 / o 254 /, 240 / (space) 367 / w 357 / o 362 / r 354 / l 344 / d 241 / ! 0 / End of string $HELLO /DEFAULT TERMINATOR
Процессор PDP-8 не реализует стек для хранения регистров или другого контекста при вызове подпрограммы или возникновении прерывания. (Стек может быть реализован программно, как показано в следующем разделе.) Вместо этого инструкция JMS просто сохраняет обновленный компьютер (указывающий за JMS на адрес возврата) по эффективному адресу и переходит к эффективному адресу плюс один. Подпрограмма вернулась к вызывающему с помощью косвенной инструкции JMP, которая обращается к первому слову подпрограммы.
Например, вот "Hello, World!" переписан для использования подпрограммы. Когда инструкция JMS переходит к подпрограмме, она изменяет 0, закодированный в местоположении OUT1:
*10 / Set current assembly origin to address 10, STPTR, STRNG-1 / An auto-increment register (one of eight at 10-17) *200 / Set assembly origin (load address) LOOP, TAD I STPTR / Pre-increment mem location 10, fetch indirect to get the next character of our message SNA / Skip on non-zero AC HLT / Else halt at end of message JMS OUT1 / Write out one character JMP LOOP / And loop back for more OUT1, 0 / Will be replaced by caller's updated PC TSF / Skip if printer ready JMP.-1 / Wait for flag TLS / Send the character in the AC CLA CLL / Clear AC and Link for next pass JMP I OUT1 / Return to caller STRNG, "H / A well-known message "e / "l / NOTE: "l / "o / Strings in PAL-8 and PAL-III were "sixbit" ", / To use ASCII, we spell it out, character by character " / "w / "o / "r / "l / "d / "! / 015 / 012 / 0 / Mark the end of our null-terminated string (.ASCIZ hadn't been invented yet!)
Тот факт, что инструкция JMS использует слово непосредственно перед кодом подпрограммы для внесения адреса возврата, предотвращает повторный вход и рекурсию без дополнительной работы со стороны программиста. Это также затрудняет использование ПЗУ с PDP-8, потому что память обратного адреса чтения-записи смешана с хранением кода только для чтения в адресном пространстве. Программы, предназначенные для размещения в ПЗУ, решают эту проблему несколькими способами:
JUMPL, DCA TEMP / Deposit the accumulator in some temporary location TAD JUMPL+3 / Load the return address into the accumulator: hard coded JMP SUBRO / Go to the subroutine, and have it handle jumping back (to JUMPL+3)
Использование инструкции JMS затрудняет отладку. Если программист совершает ошибку, вызывая подпрограмму непосредственно или посредством промежуточной подпрограммы, то адрес возврата для внешнего вызова уничтожается адресом возврата последующего вызова, что приводит к бесконечному циклу. Если один модуль закодирован с неправильным или устаревшим адресом для подпрограммы, он не просто не сможет выполнить всю кодовую последовательность подпрограммы, он может изменить слово кода подпрограммы, внося адрес возврата, который процессор может интерпретировать как инструкция во время последующего правильного вызова подпрограммы. Оба типа ошибок могут проявиться во время выполнения правильно написанного кода.
Хотя PDP-8 не имеет аппаратного стека, стеки могут быть реализованы программно. Вот примеры подпрограмм PUSH и POP, упрощенные для исключения таких проблем, как тестирование переполнения и потери стека:
*100 /make routines accessible for next example PUSH, 0 DCA DATA CLA CMA / -1 TAD SP DCA SP TAD DATA DCA I SP JMP I PUSH /Return POP, 0 CLA CLL TAD I SP ISZ SP JMP I POP DATA, 0 SP, 0
А вот и «Hello World» с реализованным «стеком» и подпрограмма «OUT»:
*200 MAIN, CLA CLL /Set the message pointer TAD (MESSG /To the beginning of the message (literal) DCA SP LOOP, JMS POP SNA /Stop execution if zero HLT JMS OUT /Otherwise, output a character JMP LOOP MESSG, "H "e "l "l "o ", " "w "o "r "l "d "! 015 012 0 OUT, 0 / Will be replaced by caller's updated PC TSF / Skip if printer ready JMP.-1 / Wait for flag TLS / Send the character in the AC CLA CLL / Clear AC and Link for next pass JMP I OUT / Return to caller
Другой возможной подпрограммой для PDP-8 является связанный список.
GETN, 0 /Gets the number pointed to and moves the pointer CLA CLL /Clear accumulator TAD I PTR /Gets the number pointed to DCA TEMP /Save current value ISZ PTR /Increment pointer TAD I PTR /Get next address DCA PTR /Put in pointer JMP I GETN /return PTR, 0 TEMP, 0
На шине ввода-вывода PDP-8 имеется единственная линия прерывания. Процессор обрабатывает любое прерывание, блокируя дальнейшие прерывания и выполняя a JMSв ячейке 0000. Поскольку трудно писать повторно входящие подпрограммы, трудно вкладывать прерывания, и это обычно не делается; каждое прерывание выполняется до завершения и повторно разрешает прерывания непосредственно перед выполнением JMP I 0инструкции, которая возвращается из прерывания.
Поскольку на шине ввода-вывода имеется только одна линия прерывания, возникновение прерывания не сообщает процессору об источнике прерывания. Вместо этого процедура обслуживания прерывания должна последовательно опрашивать каждое активное устройство ввода-вывода, чтобы определить, является ли оно источником. Код, который делает это, называется цепочкой пропуска, потому что он состоит из серии инструкций ввода-вывода PDP-8 "и пропуска, если установлен флаг". (Не было ничего удивительного в том, что цепочка пропуска достигла своего конца, не обнаружив какое-либо устройство, нуждающееся в обслуживании.) Относительный приоритет прерывания устройств ввода-вывода определяется их положением в цепочке пропуска: если несколько устройств прерывают прерывание, устройство, протестированное ранее в цепочке пропуска, обслуживается в первую очередь.
Популярный в 1980-х годах инженерный учебник «Искусство цифрового дизайна » Дэвида Винкеля и Франклина Проссера содержит пример задачи, охватывающий несколько глав, в которых авторы демонстрируют процесс проектирования компьютера, совместимого с PDP-8 / I. Объясняется функция каждого компонента. Хотя это не производственная разработка, так как в нем используются более современные компоненты SSI и MSI, в упражнении приводится подробное описание работы компьютера.
СССР производил миникомпьютеры Саратов-1 и Саратов-2, соответственно, PDP-8 и PDP-8 / Е.
