36-битное машинное слово

36-битное машинное слово — это единица данных, обрабатываемая центральным процессором (ЦП) за один такт, имеющая фиксированную длину в 36 бит. В истории вычислительной техники 36-битная архитектура занимает особое место, являясь доминирующим стандартом для мейнфреймов и суперкомпьютеров в 1950-х — 1960-х годах, прежде чем уступить место более распространённым 32-битным и 64-битным системам. Выбор длины слова в 36 бит был обусловлен историческими, техническими и экономическими факторами, в первую очередь — удобством представления чисел и символов.

История

Происхождение и ранние реализации

Концепция 36-битного слова возникла в эпоху первых электронных вычислительных машин, когда разработчики искали компромисс между разрядностью, необходимой для точных вычислений, и сложностью аппаратной реализации. В 1940-х годах, при создании первых компьютеров, таких как ENIAC (использовавший десятичную арифметику), не было единого стандарта на длину слова. Однако к началу 1950-х годов, с появлением коммерческих машин, 36 бит стали популярным выбором.

Одним из первых компьютеров, использовавших 36-битное слово, стал IBM 701 (1952 год), предназначенный для научных и инженерных расчётов. За ним последовали IBM 704 (1954), IBM 709 (1958) и IBM 7090 (1959) — серия машин, ставших основой для ранних систем автоматизированного проектирования и ядерных исследований. Параллельно, в Массачусетском технологическом институте (MIT) разрабатывался компьютер TX-0 (1956), также 36-битный, который оказал влияние на проектирование более поздних систем.

Расцвет в 1960-х годах

Наибольшего распространения 36-битная архитектура достигла в 1960-х годах, когда её использовали несколько ведущих производителей вычислительной техники. Ключевыми игроками на этом рынке были:

• Digital Equipment Corporation (DEC): Выпустила серию машин PDP-6 (1964) и PDP-10 (1966). PDP-10 стал одной из самых влиятельных 36-битных систем, используемой в университетах, исследовательских центрах и для ранней работы в области искусственного интеллекта. Операционная система TOPS-10 и её преемница TOPS-20 (также 36-битная) стали стандартом для многих академических и коммерческих вычислений.
• Honeywell: Производила компьютеры серии Honeywell 6000 (1960-е), которые также использовали 36-битную архитектуру. Эти машины были ориентированы на бизнес-приложения и государственные нужды.
• Sperry Rand (UNIVAC): Выпустила UNIVAC 1107 (1962) и последующие модели серии UNIVAC 1100, которые также были 36-битными. Эти системы активно использовались в правительственных и военных структурах США.
• Burroughs Corporation: Разработала Burroughs B5000 (1961) и его преемников, которые, хотя и не были строго 36-битными в классическом понимании (использовали стековую архитектуру), оперировали словами, кратными 48 битам, что также было связано с эволюцией от 36-битных систем.

Закат эпохи (1970-е — 1980-е)

Снижение стоимости полупроводниковой памяти и микропроцессоров привело к тому, что 36-битные системы стали вытесняться более дешёвыми и компактными 32-битными архитектурами. Микропроцессоры, такие как Intel 8086 (1978) и Motorola 68000 (1979), предлагали 16- и 32-битные слова, что было достаточно для большинства задач. Кроме того, 32-битная адресация (до 4 ГБ) была более чем достаточной для того времени, в то время как 36-битная адресация (до 64 ГБ) была избыточной и дорогой.

К середине 1980-х годов производство новых 36-битных машин практически прекратилось. Последние модели, такие как DECSYSTEM-20 (1980), были сняты с производства к концу десятилетия. Однако, некоторые системы, например, PDP-10, продолжали эксплуатироваться в исследовательских и образовательных учреждениях вплоть до начала 1990-х годов.

Технические особенности

Представление чисел

36-битное слово позволяло эффективно представлять как целые, так и вещественные числа. Основные форматы включали:

• Целые числа: Обычно использовался прямой или дополнительный код для представления чисел от -2^35 до 2^35-1 (примерно от -34,4 миллиарда до 34,4 миллиарда).
• Числа с плавающей запятой: Наиболее распространённым был формат с одним словом (36 бит), где старшие биты отводились под знак и порядок, а младшие — под мантиссу. В некоторых системах (например, IBM 7090) использовался двойной формат (два слова — 72 бита) для повышения точности.
• Двоично-десятичные числа (BCD): Некоторые машины, особенно ориентированные на коммерцию, поддерживали упаковку десятичных цифр в 36-битное слово. 36 бит позволяли упаковать до 9 десятичных цифр (по 4 бита на цифру) или 7 цифр с дополнительным битом для знака.

Представление символов

36-битное слово было удобно для кодирования текста. В то время как 8-битные байты ещё не стали стандартом, 36-битные системы использовали различные схемы кодирования:

• 6-битный код: 36 бит делились на 6 символов по 6 бит каждый. Это позволяло кодировать 64 различных символа (заглавные буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания и управляющие символы). Такой подход был характерен для машин IBM и DEC.
• 7-битный код: 36 бит могли вмещать 5 символов по 7 бит (с одним неиспользуемым битом) или 5 символов по 7 бит с одним битом чётности. Это позволяло кодировать 128 символов, включая строчные буквы, что было шагом к ASCII.
• 9-битный код: Использовался в некоторых системах, таких как UNIVAC 1107, где 36 бит делились на 4 символа по 9 бит. Это давало 512 возможных символов, что было избыточно, но позволяло включать специальные символы и управляющие коды.

Адресация памяти

36-битная архитектура накладывала ограничения на адресацию памяти. Обычно адресное пространство составляло 2^18 = 262 144 слов (256 К слов) или 2^19 = 524 288 слов (512 К слов) в зависимости от реализации. При размере слова в 36 бит (4,5 байта) это соответствовало объёму памяти от 1,125 МБ до 2,25 МБ. Для сравнения, 32-битная архитектура может адресовать до 4 ГБ. В некоторых системах (например, PDP-10) использовалась виртуальная память, что позволяло расширить адресное пространство.

Применение

Научные и инженерные расчёты

36-битные машины были идеальны для задач, требующих высокой точности вычислений, таких как:

• Ядерная физика: Моделирование ядерных реакций, расчёт критической массы.
• Аэродинамика: Расчёт обтекания крыла самолёта, моделирование турбулентности.
• Космические программы: Траекторные расчёты для запуска ракет и спутников (например, в программе «Аполлон» использовались 36-битные машины IBM).

Системы управления и обработка данных

• Управление производством: Компьютеры Honeywell 6000 использовались для автоматизации заводов и управления технологическими процессами.
• Обработка транзакций: UNIVAC 1100 применялись в банковской сфере и для обработки заказов.
• Государственное управление: Машины IBM 7090 использовались для переписи населения и обработки данных социального страхования.

Разработка программного обеспечения

36-битные системы, особенно PDP-10, стали платформой для разработки многих ключевых программных продуктов:

• Операционные системы: TOPS-10, TOPS-20, ITS (Incompatible Timesharing System) — одна из первых систем разделения времени.
• Языки программирования: Lisp, MacLisp, Interlisp, а также ранние версии Pascal и C.
• Игры: На PDP-10 были созданы первые компьютерные игры, такие как «Spacewar!» (1962) и «Zork» (1977).

Наследие и влияние

Влияние на архитектуру

36-битная архитектура оказала значительное влияние на последующие разработки. Многие концепции, такие как виртуальная память, разделение времени, многозадачность и многопользовательские операционные системы, были впервые реализованы именно на 36-битных машинах. Кроме того, 36-битный формат чисел с плавающей запятой повлиял на стандарт IEEE 754, который, хотя и использует 32-битные и 64-битные форматы, сохраняет принципы, заложенные в 36-битных системах.

Эмуляция и сохранение

В настоящее время 36-битные системы являются объектом интереса для историков вычислительной техники и энтузиастов. Существуют эмуляторы, позволяющие запускать оригинальное программное обеспечение (например, TOPS-10, ITS) на современных компьютерах. Наиболее известные проекты:

• SIMH — эмулятор множества старых машин, включая PDP-10.
• KLH10 — эмулятор PDP-10.
• ITS — операционная система, которая до сих пор поддерживается сообществом и может быть запущена на эмуляторе.

Культурное значение

36-битные машины, особенно PDP-10, стали символом эпохи ранних компьютерных хакеров и исследователей искусственного интеллекта. В Массачусетском технологическом институте (MIT) и Стэнфордском университете на PDP-10 работали такие личности, как Ричард Столлман, Джон Маккарти и Марвин Минский. Эта культура оказала глубокое влияние на развитие движения за свободное программное обеспечение и интернет-сообщества.

Интересные факты

• «36-битная эра» длилась около 30 лет — с начала 1950-х до конца 1980-х годов.
• Первый в мире видеоредактор был создан на PDP-10 в 1970-х годах.
• Самая мощная 36-битная машина — DEC PDP-10, модель KL-10, могла выполнять до 1 миллиона операций в секунду.
• 36-битная архитектура использовалась в некоторых ранних суперкомпьютерах, таких как CDC 6600 (1964), который, хотя и был 60-битным, имел 36-битные регистры для целочисленных операций.
• В России 36-битные машины не производились, но использовались в научных институтах (например, в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова) для импортных систем IBM и DEC.

Источники

• Bell, C. G., & Newell, A. (1971). Computer Structures: Readings and Examples. McGraw-Hill.
• Levy, S. (1984). Hackers: Heroes of the Computer Revolution. Doubleday.
• Ritchie, D. M. (1993). The Development of the C Language. ACM SIGPLAN Notices.
• PDP-10 System Reference Manual. Digital Equipment Corporation, 1970.
• IBM 7090 Data Processing System. IBM Corporation, 1960.