LSI-11/23

LSI-11/23 — это 16-разрядный миникомпьютер, выпускавшийся компанией Digital Equipment Corporation (DEC) с 1979 года. Относится к семейству PDP-11, являясь одной из первых реализаций архитектуры PDP-11 на основе микропроцессорного набора LSI-11. Предназначался для использования в качестве встраиваемого контроллера, рабочей станции и сервера начального уровня, а также как основа для самодельных компьютеров и промышленных систем управления.

История

Разработка LSI-11/23 началась в середине 1970-х годов как продолжение линейки LSI-11, которая была выпущена в 1975 году и базировалась на четырёхкристальном наборе микросхем (процессор, микропрограммное управление, шинный интерфейс и буфер). К концу 1970-х DEC стремилась повысить производительность и снизить стоимость, перейдя к однокристальной реализации. В 1979 году был представлен микропроцессор KDJ11-A, который стал основой LSI-11/23. Он объединял в одном кристалле все основные блоки процессора PDP-11/23: арифметико-логическое устройство (АЛУ), микропрограммное управление, регистры, шинный интерфейс и контроллер прерываний.

Первые системы LSI-11/23 поставлялись в виде одноплатного компьютера (SBC) на плате M8190 (также известной как KDJ11-A). Плата содержала процессор, 4 КБ кэш-памяти (по другим данным — 8 КБ), контроллер последовательного порта (RS-232) и интерфейс для подключения до 256 КБ оперативной памяти через шину Q-bus. В 1980 году была выпущена модификация LSI-11/23+ (плата M8191), которая отличалась увеличенным до 256 КБ объёмом встроенной памяти и поддержкой до 4 МБ внешней памяти через Q-bus.

В 1982 году DEC представила LSI-11/73 (на процессоре KDJ11-B), который стал более производительным, но LSI-11/23 оставался в производстве до середины 1980-х годов, пока не был полностью вытеснен моделями на базе микропроцессора J-11 (например, PDP-11/53 и PDP-11/73). Всего было выпущено несколько десятков тысяч систем LSI-11/23, значительная часть из которых использовалась в промышленности и научных лабораториях.

Архитектура и устройство

Процессор

Центральный процессор LSI-11/23 — KDJ11-A — представлял собой 16-разрядный микропроцессор, реализованный по NMOS-технологии. Тактовая частота составляла 15 МГц (для LSI-11/23) и 18 МГц (для LSI-11/23+). Процессор поддерживал полный набор команд PDP-11, включая операции с плавающей запятой (опционально — аппаратный сопроцессор FP11), а также режимы адресации: прямой, косвенный, индексный, с автоинкрементом и автодекрементом.

Память

Базовая плата M8190 содержала 4 КБ статической оперативной памяти (SRAM), которая использовалась как кэш для ускорения доступа к медленной динамической памяти. Основная память подключалась через шину Q-bus, которая поддерживала до 4 МБ адресного пространства (для LSI-11/23+ — до 4 МБ, для базовой модели — до 256 КБ). Для хранения данных использовались магнитные диски (например, RL02 на 10 МБ) и ленточные накопители (например, TU58).

Шина Q-bus

LSI-11/23 использовал шину Q-bus (также известную как LSI-11 Bus), которая была упрощённой версией шины Unibus от PDP-11. Q-bus имела 16 линий данных, 16 линий адреса, линии управления и прерываний. Скорость передачи данных составляла около 1 МБ/с. Шина поддерживала до 20 периферийных устройств, включая контроллеры дисков, последовательные и параллельные порты, аналого-цифровые преобразователи и т.д.

Периферия

Стандартный набор периферии включал:

• Два последовательных порта RS-232 (для подключения терминала и принтера)
• Параллельный порт (для принтера или внешнего устройства)
• Контроллер дисков (RL01/RL02, RK05, RX02)
• Контроллер ленточного накопителя (TU58)
• Часы реального времени (опционально)

Программное обеспечение

LSI-11/23 работал под управлением операционной системы RT-11 (Real-Time Operating System), которая была основной для PDP-11. RT-11 поддерживала многозадачность в реальном времени, файловую систему и драйверы для периферии. Также были доступны:

• RSX-11M — многопользовательская ОС реального времени
• RSTS/E — многопользовательская ОС с разделением времени
• UNIX (версия 7) — портирована на PDP-11, но не была официально поддержана DEC

Программирование велось на ассемблере MACRO-11, FORTRAN, BASIC, COBOL и C (через компилятор PCC).

Применение

LSI-11/23 нашёл широкое применение в различных областях:

• Промышленная автоматизация — использовался как программируемый логический контроллер (ПЛК) для управления станками, конвейерами и химическими процессами.
• Научные исследования — применялся для сбора данных, управления экспериментами и обработки результатов (например, в ядерной физике и астрономии).
• Образование — в университетах и техникумах использовался для обучения программированию и архитектуре ЭВМ.
• Медицина — входил в состав диагностического оборудования (например, томографов и анализаторов).
• Военная техника — устанавливался в системы управления оружием и радиолокационные станции.

В СССР и России LSI-11/23 был известен благодаря клонам, выпускавшимся на предприятиях электронной промышленности. Например, Электроника-60 (модель 60-23) и Электроника-100 были прямыми аналогами LSI-11/23 и использовались в системах управления и вычислительных центрах.

Критика и ограничения

Несмотря на успех, LSI-11/23 имел ряд недостатков:

• Низкая производительность — по сравнению с современными ему 16-разрядными микропроцессорами (например, Intel 8086), LSI-11/23 уступал в тактовой частоте и производительности (около 0,5 MIPS против 1 MIPS у 8086).
• Ограниченная память — базовая модель поддерживала только 256 КБ, что было мало для сложных задач.
• Сложность программирования — архитектура PDP-11 требовала глубокого понимания аппаратного обеспечения, что затрудняло разработку для неподготовленных программистов.
• Высокая стоимость — система в базовой конфигурации стоила около 10 000 долларов США (в ценах 1980 года), что делало её недоступной для малого бизнеса и частных лиц.

Наследие

LSI-11/23 оказал значительное влияние на развитие микрокомпьютеров. Он стал одной из первых систем, реализовавших архитектуру миникомпьютера на одном кристалле, что предвосхитило появление современных микроконтроллеров. Многие инженеры и программисты, работавшие с LSI-11/23, впоследствии перешли на архитектуру ARM, которая также использует 16-разрядные инструкции (Thumb) и похожую систему адресации.

В настоящее время LSI-11/23 представляет исторический интерес. Сохранившиеся экземпляры являются предметом коллекционирования, а эмуляторы (например, SIMH) позволяют запускать оригинальное программное обеспечение на современных компьютерах.

Источники

1. Digital Equipment Corporation. LSI-11/23 Technical Manual. DEC, 1980.
2. PDP-11 Architecture Handbook. DEC, 1979.
3. Bell, C. Gordon; Mudge, J. Craig; McNamara, John E. Computer Engineering: A DEC View of Hardware Systems Design. Digital Press, 1978.
4. Шапошников, И. В. Архитектура микропроцессорных систем на базе PDP-11. М.: Машиностроение, 1985.
5. Корнеев, В. В. Микропроцессорные системы реального времени. М.: Энергоатомиздат, 1987.