Компьютер PDP-10¶

PDP-10 — это серия 36-битных миникомпьютеров, выпускавшаяся компанией Digital Equipment Corporation (DEC) с 1966 по 1983 год. Машины этой серии, также известные как DECsystem-10, стали одними из первых коммерчески успешных компьютеров, поддерживающих многопользовательскую работу в режиме разделения времени (time-sharing), и оказали значительное влияние на развитие операционных систем, языков программирования и компьютерных сетей, в частности, сети ARPANET — предшественницы современного Интернета.

¶История

¶Предпосылки и разработка

В середине 1960-х годов компания DEC уже имела успешный опыт производства 12-битных машин PDP-5 и PDP-8, а также 18-битных PDP-1, PDP-4 и PDP-7. Однако для задач, требующих большей разрядности и объёмов адресуемой памяти, требовалась новая архитектура. В 1963 году в DEC началась работа над проектом «Programmed Data Processor — 10» (PDP-10), который должен был стать 36-битной машиной. Выбор 36-битного слова был обусловлен, в частности, влиянием архитектуры IBM 7090 и других мейнфреймов того времени, а также удобством представления чисел с плавающей запятой и адресации памяти.

¶Модели и хронология

Первая модель, PDP-10 KA10, была анонсирована в 1966 году и начала поставляться в 1968 году. Она использовала дискретные транзисторы и диоды, а также магнитную память на ферритовых сердечниках. В 1970 году вышла модель KI10, построенная на интегральных схемах (IC) с использованием технологии TTL. KI10 была более компактной и надёжной, чем KA10.

В 1972 году DEC представила модель KL10, которая стала основой для серии DECsystem-10. KL10 использовала микропрограммное управление (микрокод) и была значительно быстрее предшественниц. В 1975 году вышла модель KS10 — младшая, более дешёвая версия, ориентированная на образовательные учреждения и небольшие организации. Последней моделью стала KL10-B (также известная как DECsystem-1090), выпущенная в 1977 году и остававшаяся в производстве до 1983 года.

¶Закат эпохи

К началу 1980-х годов архитектура PDP-10 начала устаревать. 36-битная архитектура уступала 32-битным системам, таким как VAX от самой DEC, а также растущему рынку микрокомпьютеров. DEC прекратила производство PDP-10 в 1983 году, сосредоточившись на семействе VAX. Тем не менее, многие системы PDP-10 продолжали эксплуатироваться в университетах и исследовательских центрах до середины 1990-х годов.

¶Архитектура и характеристики

¶36-битное слово

Ключевой особенностью PDP-10 была 36-битная разрядность слова. Это позволяло:

• Адресовать до 2^18 (262 144) 36-битных слов памяти (или 1 048 576 байт, если рассматривать 8-битные байты, хотя байтовая адресация была реализована не на всех моделях).
• Представлять целые числа в диапазоне от -2^35 до 2^35-1 (около ±34 миллиардов).
• Хранить два 18-битных адреса или четыре 9-битных символа в одном слове, что было удобно для работы с текстом.

¶Система команд

Система команд PDP-10 была относительно простой и ортогональной. Она включала:

• Арифметические операции (сложение, вычитание, умножение, деление) над целыми числами и числами с плавающей запятой.
• Логические операции (И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, сдвиги).
• Команды пересылки данных.
• Команды управления (условные и безусловные переходы, вызов подпрограмм).
• Команды ввода-вывода, которые выполнялись через специальные регистры и шину.

Особенностью архитектуры была поддержка стековой организации памяти и эффективная работа с массивами.

¶Регистры

PDP-10 имел 16 регистров общего назначения (R0–R15), каждый из которых был 36-битным. Регистр R0 часто использовался как аккумулятор, а R15 — как указатель стека. Кроме того, имелись регистры состояния (Program Status Word, PSW) и регистры управления памятью.

¶Память и адресация

Память PDP-10 была организована как массив 36-битных слов. Адресация была 18-битной, что позволяло адресовать до 262 144 слов. Для расширения памяти использовалась страничная организация (paging), которая позволяла отображать виртуальные адреса на физические. В моделях KL10 и KS10 была реализована виртуальная память, что позволяло запускать программы, размер которых превышал объём физической памяти.

¶Операционные системы

¶TOPS-10

Основной операционной системой для PDP-10 была TOPS-10 (Timesharing Operating System for PDP-10), разработанная DEC. Она была одной из первых многопользовательских ОС с разделением времени. TOPS-10 предоставляла:

• Многозадачность и многопользовательский режим.
• Файловую систему с иерархической структурой (каталоги).
• Мощные средства командной строки (командный интерпретатор DCL — Digital Command Language).
• Поддержку удалённого доступа через терминалы.
• Систему управления памятью (виртуальная память).
• Развитые средства отладки и профилирования.

TOPS-10 была очень популярна в академической среде и исследовательских центрах, таких как Массачусетский технологический институт (MIT) и Стэнфордский университет.

¶ITS (Incompatible Timesharing System)

В MIT была разработана альтернативная операционная система ITS (Incompatible Timesharing System), которая использовалась на PDP-10 в лаборатории искусственного интеллекта (AI Lab). ITS отличалась от TOPS-10 более гибкой архитектурой, поддержкой множества пользователей и развитыми средствами для разработки программного обеспечения. Она стала платформой для многих инноваций, включая первые реализации языка Lisp и системы Emacs.

¶TENEX

В 1972 году в Bolt, Beranek and Newman (BBN) была разработана операционная система TENEX (Tenex Executive), которая позже была адаптирована DEC как TOPS-20. TENEX/TOPS-20 была известна своим удобным интерфейсом командной строки, поддержкой виртуальной памяти и развитыми средствами работы с сетью. Она стала основой для многих систем ARPANET.

¶Применение и значение

¶Научные и исследовательские центры

PDP-10 широко использовались в университетах, исследовательских лабораториях и государственных учреждениях. Они были основой для:

• Разработки операционных систем (TOPS-10, ITS, TENEX).
• Создания языков программирования (Lisp, Maclisp, Interlisp, Pascal, C).
• Развития компьютерных сетей (ARPANET).
• Вычислительных задач в физике, химии, биологии и других науках.

¶ARPANET и Интернет

PDP-10 сыграли ключевую роль в создании сети ARPANET. Многие узлы ARPANET были построены на PDP-10, работающих под управлением TOPS-10 или TENEX. Именно на PDP-10 были реализованы первые протоколы TCP/IP, а также такие приложения, как электронная почта, файловый обмен (FTP) и удалённый доступ (Telnet). В 1971 году на PDP-10 была отправлена первая электронная почта по сети ARPANET.

¶Развитие программного обеспечения

На PDP-10 были созданы многие важные программные продукты:

• Emacs — один из первых и наиболее влиятельных текстовых редакторов, разработанный Ричардом Столлманом в MIT AI Lab на базе ITS.
• Maclisp — диалект языка Lisp, ставший основой для многих систем искусственного интеллекта.
• Interlisp — ещё один диалект Lisp, разработанный в BBN.
• Pascal — компилятор языка Pascal, разработанный Никлаусом Виртом и его командой.
• C — язык программирования C, разработанный Деннисом Ритчи и Кеном Томпсоном, хотя его первоначальная реализация была на PDP-11, но на PDP-10 были созданы первые компиляторы C для Unix.

¶Игры и развлечения

На PDP-10 были созданы одни из первых компьютерных игр, включая:

• Spacewar! — одна из первых видеоигр, портированная на PDP-10.
• Adventure (Colossal Cave Adventure) — текстовая приключенческая игра, разработанная Уильямом Кроутером и Доном Вудсом на PDP-10.
• Zork — текстовая игра, созданная в MIT AI Lab на PDP-10 под управлением ITS.

¶Интересные факты

• Название «PDP» расшифровывалось как «Programmed Data Processor», что было маркетинговым ходом: DEC избегала слова «компьютер», чтобы не конкурировать напрямую с IBM, которая доминировала на рынке мейнфреймов.
• Эмуляция: В настоящее время существуют эмуляторы PDP-10, такие как SIMH, которые позволяют запускать TOPS-10, ITS и другое программное обеспечение на современных компьютерах.
• Культурное влияние: PDP-10 и его операционные системы стали культовыми в сообществе хакеров (в первоначальном, положительном смысле этого слова) и оказали огромное влияние на философию открытого программного обеспечения и движения за свободное ПО.
• Последняя система: Одна из последних работающих систем PDP-10, известная как «PDP-10 at the Computer History Museum», была выключена в 2000 году.

¶Критика

Несмотря на свои достоинства, PDP-10 подвергалась критике за:

• Высокую стоимость: Системы PDP-10 были дорогими, что ограничивало их распространение.
• Сложность обслуживания: Требовались квалифицированные инженеры для настройки и ремонта.
• Устаревшую архитектуру: К концу 1970-х годов 36-битная архитектура стала неэффективной по сравнению с 32-битными системами, которые предлагали лучшую производительность на единицу стоимости.
• Отсутствие совместимости: Разные модели PDP-10 не всегда были полностью совместимы друг с другом, что создавало проблемы при переносе программного обеспечения.

¶Источники

• Bell, C. Gordon; Mudge, J. Craig; McNamara, John E. (1978). Computer Engineering: A DEC View of Hardware Systems Design. Digital Press.
• Levy, Steven (1984). Hackers: Heroes of the Computer Revolution. Doubleday.
• Ritchie, Dennis M. (1984). The Evolution of the Unix Time-sharing System. AT&T Bell Laboratories Technical Journal.
• Salus, Peter H. (1994). A Quarter Century of UNIX. Addison-Wesley.
• Документация DEC: PDP-10 System Reference Manual, TOPS-10 User's Guide.