SDS-940¶

SDS-940 — это 24-разрядная мини-ЭВМ (малая электронно-вычислительная машина), разработанная и выпускавшаяся американской компанией Scientific Data Systems (SDS) в середине 1960-х годов. Она стала первой в мире коммерческой вычислительной системой, поддерживающей разделение времени (time-sharing) на аппаратном уровне, и оказала значительное влияние на развитие операционных систем и интерактивных вычислений.

¶История

¶Разработка и предшественники

Компания SDS, основанная в 1961 году Максом Пэйли и Робертом Беком, специализировалась на производстве относительно недорогих, но мощных для своего времени компьютеров для научных и инженерных задач. В 1963 году была выпущена модель SDS 930, 24-разрядная машина, ставшая основой для последующих разработок. В 1965 году инженеры SDS, включая Гордона Белла (впоследствии известного архитектора DEC), начали работу над модификацией, которая могла бы эффективно обрабатывать запросы от нескольких пользователей одновременно.

¶Проект GENIE и появление SDS-940

Ключевым импульсом для создания SDS-940 стал исследовательский проект GENIE в Калифорнийском университете в Беркли (UC Berkeley). Под руководством профессора Дэвида Эванса и при участии аспирантов, в том числе Батлера Лэмпсона и Чарльза Такера, разрабатывалась система разделения времени для SDS 930. Для этого потребовалось внести существенные изменения в аппаратную часть: добавить блок управления памятью (memory management unit, MMU) для защиты процессов и переключения контекстов, а также модифицировать систему прерываний. В 1966 году SDS, увидев коммерческий потенциал, выпустила модифицированную версию под названием SDS-940. Первый экземпляр был установлен в Беркли для продолжения исследований.

¶Коммерциализация и влияние

SDS-940 была дороже базовой модели 930 (стоимость составляла около 100–150 тысяч долларов США), но предлагала уникальные для того времени возможности. Она использовалась в университетах, исследовательских центрах и правительственных учреждениях. В 1969 году компания SDS была приобретена корпорацией Xerox и переименована в Xerox Data Systems (XDS). Под этим брендом выпускались модификации SDS-940, в частности XDS 940, до начала 1970-х годов, пока не были вытеснены более производительными машинами, такими как PDP-10.

¶Архитектура и характеристики

¶Центральный процессор

SDS-940 использовала 24-разрядное слово (3 байта). Адресация памяти была пословной, что позволяло адресовать до 2^24 слов (16 777 216 слов, или около 48 мегабайт в современных терминах, хотя реально устанавливалось гораздо меньше — до 64 000 слов в ранних версиях). Процессор работал на тактовой частоте около 1 МГц, выполняя до 300 000 операций в секунду. Набор команд был ориентирован на научные вычисления: включал арифметику с фиксированной и плавающей запятой (аппаратно не поддерживалась, эмулировалась), логические операции, работу с регистрами общего назначения (их было 8, каждый 24-битный).

¶Подсистема памяти

Основная память строилась на ферритовых сердечниках. Цикл обращения к памяти составлял около 1,8 микросекунды. Для разделения времени критически важным был блок управления памятью, который обеспечивал:

• Аппаратную защиту памяти: каждому пользовательскому процессу выделялась своя область памяти, доступ к которой был ограничен. Попытка обращения за её пределы вызывала прерывание.
• Перемещение (relocation): виртуальные адреса, генерируемые программой, автоматически преобразовывались в физические с помощью регистров базы и границы.
• Переключение контекста: быстрая смена активного процесса с сохранением состояния регистров.

¶Периферия и ввод-вывод

SDS-940 могла подключать до 16 каналов ввода-вывода. Стандартный набор включал:

• Накопители на магнитной ленте (например, IBM-совместимые 9-дорожечные ленты).
• Накопители на магнитных барабанах (например, модель SDS 9360, ёмкостью до 4 миллионов слов).
• Позднее — накопители на жёстких магнитных дисках (например, Diablo 31, ёмкостью 1,2 миллиона слов).
• Устройства ввода-вывода: телетайпы (ASR-33), перфокарточные считыватели и перфоленточные устройства.

Для пользователей, работающих в режиме разделения времени, основным интерфейсом служил телетайп, который обеспечивал скорость печати до 10 символов в секунду.

¶Программное обеспечение

¶Операционная система

Основной операционной системой для SDS-940 была SDS 940 Time-Sharing System (также известная как Berkeley Time-Sharing System). Она была разработана в UC Berkeley на основе проекта GENIE и поддерживала многопользовательский режим (до 16–32 пользователей одновременно). Ключевые особенности ОС:

• Интерактивный интерфейс: пользователи вводили команды через телетайп, получая ответы в реальном времени.
• Мультипрограммирование: система могла держать в памяти несколько процессов, переключаясь между ними по прерываниям от таймера или ввода-вывода.
• Файловая система: поддерживалась иерархическая структура каталогов, хранение файлов на барабане или диске.
• Командный интерпретатор: пользователи могли запускать программы, редактировать тексты, компилировать код на Фортране или ассемблере.

¶Языки программирования

Для SDS-940 были доступны:

• FORTRAN II (компилятор, адаптированный для разделения времени).
• ALGOL 60 (частичная реализация).
• Ассемблер (SDS Assembler).
• BASIC (позднее, в 1970-х годах, появились версии для XDS 940).

¶Применение

¶Научные и исследовательские центры

SDS-940 активно использовалась в университетах для обучения программированию и проведения научных расчётов. Например, в Стэнфордском университете она работала в лаборатории искусственного интеллекта (SAIL), где на ней разрабатывались ранние экспертные системы. В Калифорнийском университете в Беркли она служила платформой для экспериментов с операционными системами и языками программирования.

¶Государственные учреждения

Машины SDS-940 устанавливались в правительственных агентствах США, включая Министерство обороны и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), где использовались для обработки данных с аэродинамических труб и моделирования.

¶Коммерческое использование

Несмотря на высокую стоимость, SDS-940 находила применение в корпоративном секторе — например, в банках для обработки транзакций в режиме реального времени, а также в авиакомпаниях для систем бронирования (хотя в этой нише доминировали IBM и UNIVAC).

¶Историческое значение

¶Первая коммерческая система с разделением времени

SDS-940 считается первой коммерчески доступной ЭВМ, изначально спроектированной для работы в режиме разделения времени. Это отличало её от предшественников, таких как IBM 7090 с системой CTSS (которая требовала модификаций) или DEC PDP-1 (которая не имела аппаратной защиты памяти). SDS-940 доказала, что интерактивные вычисления могут быть экономически эффективными.

¶Влияние на последующие разработки

Архитектурные решения SDS-940, особенно в области управления памятью и защиты процессов, были заимствованы и развиты в более поздних системах, таких как:

• PDP-10 (DEC) — её 36-битная архитектура и операционная система TOPS-10.
• Xerox Alto (1973) — первая рабочая станция с графическим интерфейсом, также использовавшая идеи разделения времени.
• Операционные системы общего назначения — принципы SDS-940 легли в основу многих современных ОС, включая Unix и её потомков.

¶Ограничения и критика

Несмотря на инновационность, SDS-940 имела ряд недостатков:

• Высокая стоимость (по сравнению с PDP-8 или PDP-11).
• Ограниченная производительность при большом числе пользователей (из-за медленного телетайпного ввода-вывода).
• Сложность программирования — ассемблерный код требовал глубокого понимания архитектуры.
• Недостаточная надёжность — ферритовая память и механические накопители часто выходили из строя.

¶Интересные факты

• В 1968 году на SDS-940 в Стэнфордском университете была запущена одна из первых программ для игры в шахматы (Mac Hack VI), которая впоследствии участвовала в турнирах.
• Машина использовалась в проекте ARPANET (предшественнике интернета) — в 1969 году один из первых узлов сети был установлен на SDS-940 в Стэнфордском исследовательском институте (SRI).
• Всего было выпущено около 100–150 экземпляров SDS-940 и её модификаций XDS 940, что делает её редкой коллекционной системой.

¶Источники

• Bell, C. G., & Newell, A. (1971). Computer Structures: Readings and Examples. McGraw-Hill.
• Ceruzzi, P. E. (2003). A History of Modern Computing. MIT Press.
• Lampson, B. W. (1968). A Scheduling Philosophy for Multiprogramming Systems. Communications of the ACM.
• SDS 940 Time-Sharing System Reference Manual (1966). Scientific Data Systems.
• Oral history interviews with Butler Lampson and Charles Thacker (Computer History Museum).