Кіріспе

Digital Equipment Corporation компаниясы сатқан компьютерлер желісі – 32-биттік нұсқаулар жиынтығы архитектурасы (ISA) және виртуалды жадыға ие компьютерлер сериясы. Бұл серияны 20-шы ғасырдың соңында Digital Equipment Corporation (DEC) компаниясы әзірлеп, сатты. VAX 11/780, 1977 жылдың 25 қазанында таныстырылып, VAX ISA-ны қолданатын, танымал және ықпалды компьютерлердің біріншісі болды. VAX отбасы DEC үшін үлкен табысқа жетті, соңғы үлгілері 1990 жылдардың басында пайда болды. VAX-ты DEC Alpha алмастырды, ол VAX жүйелерінен көшуді жеңілдету үшін VAX машиналарының бірнеше мүмкіндіктерін қамтыды. VAX, тарихындағы ең сәтті мини-компьютерлердің бірі – 16-биттік PDP 11 компьютерінің ізбасары ретінде әзірленді, шамамен 600 000 дана сатылды. Жүйе PDP 11-мен кері үйлесімділікті қамтамасыз ету, жадты толық 32-биттік жүзеге асыруға кеңейту және сұраныс бойынша виртуалды жадты қосу мақсатымен жасалды. VAX атауы Virtual Address eXtension тұжырымдамасына сілтеме жасайды, бұл тұжырымдама бағдарламаларға осы жаңа қолжетімді жадты пайдалануға, сонымен бірге өзгертілмеген пайдаланушы режиміндегі PDP 11 кодымен үйлесімді болуға мүмкіндік берді. Бұл мүмкіндікті көрсету үшін алғашқы үлгілерде "VAX 11" атауы қолданылды. VAX ISA күрделі нұсқаулар жиынтығының компьютерлік (CISC) дизайны болып саналады. DEC тез арада −11 брендін тоқтатты, себебі PDP 11 үйлесімділігі енді маңызды емес еді. Бұл желі VAX 9000 сияқты жоғары деңгейдегі мейнфреймдерге, сондай-ақ VAXstation сериясы сияқты жұмыс станцияларына дейін кеңейтілді. VAX отбасы ақырында он түрлі дизайнды және 100-ден астам жеке модельдерді қамтыды. Олардың барлығы бір-бірімен үйлесімді және көбінесе VAX/VMS операциялық жүйесінде жұмыс істеді. VAX, CISC ISA-ның классикалық үлгісі ретінде танылды, өте көптеген құрастыру тіліндегі бағдарламалаушыларға ыңғайлы адрестеу режимдері мен машиналық нұсқаулары, жоғары ортогональді нұсқаулар жиынтығы архитектурасы және кезекке қосу/жою, сандық форматтау және полиномды есептеу сияқты күрделі операцияларға арналған нұсқаулары бар.

Атауы

"VAX" атауы Virtual Address eXtension сөзінің аббревиатурасы ретінде туындады, себебі VAX ескі 16 биттік PDP 11-дің 32 биттік кеңейтілген нұсқасы ретінде қарастырылды, сондай-ақ ол (Prime Computer-ден кейін) осы үлкен адрес кеңістігін басқару үшін виртуалды жадты ерте пайдаланушылардың бірі болды. VAX процессорының алғашқы нұсқалары PDP 11-дің көптеген командаларын эмуляциялайтын "үйлесімділік режимін" іске асырды, осы үйлесімділікті көрсету үшін VAX 11 атауындағы "11" саны қолданылды. Кейінірек шыққан нұсқалар үйлесімділік режимін және сирек қолданылатын CISC командаларын операциялық жүйе бағдарламалық құралында эмуляциялауға көштірді.

Нұсқаулар жиынтығы

VAX нұсқаулар жиынтығы қуатты және ортогональды болу үшін жобаланды. Ол енгізілген кезде көптеген бағдарламалар тікелей кодта жазылғандықтан, «бағдарламашыға қолайлы» нұсқаулар жиынтығының болуы маңызды болды. Уақыт өте келе, жоғары деңгейдегі бағдарламалау тілдерінде жазылған бағдарламалардың саны артқан сайын, нұсқаулар жиынтығы көзден тасада қалды және оған тек компилятор жазушылар ғана қызығушылық танытты. VAX нұсқаулар жиынтығының ерекше бір жағы – әрбір кіші бағдарламаның басында тіркегіш маскаларының болуы. Бұл – басқару кіші бағдарламаға берілген кезде қандай тіркегіштерді сақтау керектігін көрсететін кездейсоқ биттік үлгілер. Көптеген архитектураларда қажетті деректерді сақтау үшін нұсқауларды жасау компилятордың міндеті, әдетте уақытша сақтау үшін шақыру стегін пайдаланады. VAX-та 16 тіркегіш болғандықтан, деректерді сақтау үшін 16 нұсқау, ал оны қалпына келтіру үшін тағы 16 нұсқау қажет болуы мүмкін. Масканы пайдалану арқасында, бір 16 биттік мән аппараттық деңгейде бірдей операцияларды орындайды, уақытты және жадты үнемдейді.

Операциялық жүйелер

VAX-тың түпкілікті операциялық жүйесі Digital-дың VAX/VMS (1991 жылы немесе 1992 жылдың басында Alpha-ға көшірілгенде, POSIX стандарттарына сәйкес өңделгенде және X/Open консорциумы XPG4 стандартымен сәйкес деп танығанда OpenVMS деп атауын алды) болып табылады. VAX архитектурасы мен VMS операциялық жүйесі бір-бірін толыққанды пайдалану үшін "бірге әзірленді", VAX кластерлік мүмкіндігінің алғашқы іске асырылуы да осылай болды. 1980-ші жылдары Digital компаниясында VAX архитектурасы үшін VMM (Virtual Machine Monitor) гипервизоры, сондай-ақ VAX Security Kernel деп те аталатын, жасалды. Оның мақсаты – бір аппараттық құралда VMS және ULTRIX жүйелерінің бірнеше жеке инстанцияларын іске қосуға мүмкіндік беру еді. VMM TCSEC A1 талаптарына сай болуы тиіс еді. 1980 жылдардың соңында ол VAX 8000 сериялы аппараттық құралдарда жұмыс істеді, бірақ клиенттерге жеткізілгенге дейін тоқтатылды. VAX операциялық жүйелеріне 4.3BSD-ге дейінгі Berkeley Software Distribution (BSD) UNIX-тің әртүрлі нұсқалары, Ultrix 32, VAXELN және Xinu кірді. Соңғы кезде NetBSD және OpenBSD әртүрлі VAX модельдерін қолдады, сондай-ақ Linux-ты VAX архитектурасына көшіру жұмыстары жүргізілді. OpenBSD 2016 жылдың қыркүйегінде бұл архитектураны қолдауды тоқтатты.

Тарих

VAX-тың ең алғашқы сатылатын моделі VAX 11/780 болды, ол 1977 жылғы 25 қазанда Digital Equipment Corporation акционерлерінің жылдық мәжілісінде таныстырылды. Билл Стрекер, К. Гордон Беллдің Карнеги-Меллон университетіндегі докторанты, архитектураны жасауға жауапты болды. Кейіннен әртүрлі бағалары, өнімділік деңгейлері және сыйымдылығы бар көптеген модельдер құрылды. VAX суперминикомпьютерлері 1980-жылдардың басында кең таралды. Біраз уақыт VAX 11/780 процессордың жылдамдығын өлшеу стандарты ретінде қолданылды. Ол бастапқыда 1 MIPS машинасы деп сипатталды, себебі оның өнімділігі 1 MIPS жылдамдығымен жұмыс істейтін IBM System/360 машинасына тең болды, ал System/360 жүзеге асырылымдары бұрын өнімділік стандарты болып саналды. 1 секунд ішінде орындалған нұсқаулардың нақты саны шамамен 500 000 болды, бұл маркетингтік асыра сілтеу туралы наразылықтарға әкелді. Соның нәтижесінде "VAX MIPS" анықтамасы пайда болды, ол VAX 11/780 машинасының жылдамдығын білдірді; 27 VAX MIPS жылдамдығымен жұмыс істейтін компьютер сол бағдарламаны VAX 11/780 машинасына қарағанда шамамен 27 есе жылдам орындайтын болар еді. Digital қауымдастығында VUP (VAX Unit of Performance) термині жиі қолданылды, себебі MIPS әртүрлі архитектуралармен салыстыру үшін қолайлы емес. VAX кластерінің жиынтық өнімділігін сипаттау үшін "кластерлік VUP" термині бейресми түрде қолданылды. (VAX 11/780 машинасының өнімділігі әлі де BRL CAD Benchmark-те базалық өлшем ретінде қолданылады, ол BRL CAD қатты модельдеу бағдарламалық жасақтамасының бөлігі болып табылатын өнімділікті талдау жиынтығы.) VAX 11/780 машинасы микрокодты жүктеу, жүктеу және диагностикалық функцияларды орындау үшін жеке LSI 11 компьютерімен жабдылды. Бұл мүмкіндік кейінірек VAX модельдерінен алынып тасталды. VAX 11/780 машинасының пайдаланушылары үш түрлі операциялық жүйені іске қоса алатын: VMS (қатты дискілерден), VAX процессорында, және RSX 11S немесе RT 11 (бір тығыздықты дискетадан) LSI 11 машинасының көмегімен. VAX көптеген түрлі жүзеге асырылымдардан өтті. Түпнұсқа VAX 11/780 машинасы TTL элементтерінде құрастырылды және бір процессормен жабдықталған төрт-бес фут шкафты толтырды. 1980-жылдары отбасының жоғары деңгейдегі машиналары үнемі жаңа, жылдам дискретті компоненттерді пайдалану арқылы жақсартылды, бұл эволюция 1989 жылғы қазанда VAX 9000 машинасының енгізілуімен аяқталды. Бұл конструкция тым күрделі және қымбат болып шықты және көп ұзамай тоқтатылды. Көптеген emitter coupled logic (ECL) gate array немесе макроселл array чиптерінен тұратын процессордың жүзеге асырылымдары VAX 8600 және 8800 суперминикомпьютерлерін, сондай-ақ VAX 9000 мейнфреймдер класының машиналарын қамтыды. Көптеген MOSFET бапталған чиптерінен тұратын процессордың жүзеге асырылымдары 8100 және 8200 сыныпты машиналарды қамтыды. VAX 11 730 және 725 төменгі деңгейдегі машиналары ALU үшін AMD Am2901 биттік кесінді компоненттерін пайдаланып құрастырылды. MicroVAX I VAX отбасының дамуында маңызды кезең болды. Оның жобаланған кезінде толық VAX архитектурасын бір VLSI чипі ретінде (немесе кейінірек VAX 8200/8300 машиналарындағы V 11 процессорымен істелгендей бірнеше VLSI чиптері) жүзеге асыру мүмкін емес еді. Оның орнына MicroVAX I VAX-тың кейбір күрделі нұсқауларын (мысалы, ондық және байланысты опкодтар) эмуляция бағдарламалық жасақтамасына көшірген алғашқы VAX машинасы болды. Бұл бөлу қажетті микрокодтың көлемін айтарлықтай азайтты және "MicroVAX" архитектурасы деп аталды. MicroVAX I машинасының ALU және регистрлері бір шлюз массиві чипі ретінде жүзеге асырылды, ал машинаның басқа бөліктері дәстүрлі логикамен басқарылды. MicroVAX архитектурасының толық VLSI (микропроцессор) жүзеге асырылуы MicroVAX II машинасының 78032 (немесе DC333) процессоры және 78132 (DC335) FPU-сымен бірге келді. 78032 - жадты басқару блогы бар алғашқы микропроцессор. MicroVAX II машинасы процессорлық чиптерді орналастыратын және MicroVMS немесе Ultrix 32 операциялық жүйелерін іске қосатын төрт өлшемді процессорлық тақтаға негізделген. Машинада 1 МБ жад және DMA берулері бар Q22 шина интерфейсі болды. MicroVAX II машинасынан кейін көптеген MicroVAX модельдері пайда болды, олардың өнімділігі мен жады жақсартылды. Кейін VLSI VAX процессорлары V 11, CVAX, CVAX SOC ("System On Chip", бір чипті CVAX), Rigel, Mariah және NVAX түрлерінде пайда болды. VAX микропроцессорлары архитектураны арзан жұмыс станцияларына дейін кеңейтті және кейін жоғары деңгейдегі VAX машиналарының орнын басты. Бір архитектураны қолданатын платформалардың (мейнфреймнен жұмыс станциясына дейін) кең ауқымы сол кездегі компьютер индустриясында бірегей болды. CVAX микропроцессорлық чипіне түрлі графикалық кескіндер салынған. CVAX сөз тіркесі "ең жақсысын ұрлауға қамқорлық жасаймын" деген Hallmark Cards лозунгысының пародиі ретінде бұзылған орыс тілінде жазылды, бұл DEC компьютерлерін әскери мақсаттар үшін ұрлап, олардың чиптерін кері инжинирингке айналдырған кеңес инженерлеріне хабарлама ретінде қарастырылды. 1980-жылдардың соңында VAX микропроцессорлары дискретті конструкциялармен бәсекелесе алатындай қуатқа ие болды. Бұл 8000 және 9000 серияларын тоқтатуға және оларды VAX 6000 машинасының Rigel процессорларымен, содан кейін VAX 7000 жүйелерінің NVAX процессорларымен алмастыруға әкелді. DEC өнімдерінің ұсынысында VAX архитектурасы ақырында RISC технологиясымен ысталды. 1989 жылы DEC Ultrix операциялық жүйесінде жұмыс істейтін жұмыс станциялары мен серверлердің қатарын ұсынды, DECstation және DECsystem аттарымен, MIPS Computer Systems процессорларын пайдалана отырып. 1992 жылы DEC өзінің RISC нұсқаулар жиын архитектурасын, Alpha AXP (кейінірек Alpha деп аталды) және өзінің Alpha негізіндегі микропроцессорын, DECchip 21064-ті ұсынды, бұл OpenVMS операциялық жүйесін іске қоса алатын жоғары өнімді 64 биттік конструкция. 2000 жылдың тамызында Compaq компаниясы жыл соңына дейін қалған VAX машиналарының өндірісін тоқтату туралы хабарлады, бірақ ескі жүйелер кеңінен қолданылуда. Stromasys CHARON VAX және SIMH бағдарламалық жасақтамасына негізделген VAX эмуляторлары қолжетімді болып қалады. VMS қазір VMS Software Incorporated компаниясымен әзірленуде, бірақ тек Alpha, HPE Integrity және x86 64 платформалары үшін.

Процессордың архитектурасы

+ DEC VAX тіркелгілері 31 23 15 07 00 (бит позициясы) Жалпы тіркелгілер R0 Тіркелгі 0 R1 Тіркелгі 1 R2 Тіркелгі 2 R3 Тіркелгі 3 R4 Тіркелгі 4 R5 Тіркелгі 5 R6 Тіркелгі 6 R7 Тіркелгі 7 R8 Тіркелгі 8 R9 Тіркелгі 9 R10 Тіркелгі 10 R11 Тіркелгі 11 R12 / AP Тіркелгі 12 / Аргумент көрсеткіші R13 / FP Тіркелгі 13 / Фрейм көрсеткіші R14 / SP Тіркелгі 14 / Стек көрсеткіші R15 / PC Тіркелгі 15 / Бағдарлама санағышы Процессордың күйі Ұзақ сөз (бит анықтамалары үшін жанындағы кестеге қараңыз) PSL

VAX-қа негізделген жүйелер

VAX 11-ге негізделген алғашқы жүйе VAX 11/780 болды, ол VAX 11 отбасының мүшесі еді. 1984 жылдың қазан айында жоғары деңгейдегі VAX 8600, VAX 11/780-ді ығыстырып шығарды, ал 1980-ші жылдардың ортасында кіріспе деңгейдегі MicroVAX мини-компьютерлері мен VAXstation жұмыс станциялары қосылды. MicroVAX, VAX 4000-мен алмастырылды, VAX 8000, 1980-ші жылдардың соңында VAX 6000-мен алмастырылды, ал VAX 9000 негізгі компьютер класы енгізілді. 1990-шы жылдардың басында қателерге төзімді VAXft және Альфамен үйлесімді VAX 7000/10000 жүйелері пайда болды. Әртүрлі VAX негізделген жүйелердің түрлері VAXserver ретінде сатылды.

Бір мезгілдегі машиналардың қатынасы (SIMACS)

System Industries бірнеше DEC процессорларына, бірақ бір уақытта емес, ортақ дискіге жазу мүмкіндігін ұсынды. Олар SImultaneous Machine ACceSs (SIMACS) деп аталатын жақсартуды енгізді, ол олардың арнайы дискілік контроллеріне дискіге қол жеткізу үшін семафор белгісін қоюға мүмкіндік берді, соның арқасында бірнеше жүйе бір файлға бірнеше жазу операциясын жүзеге асыра алды; дискіні бірнеше DEC жүйелері пайдаланды. SIMACS PDP 11 RSTS жүйелерінде де қолданылды.

Жойылған жүйелер

Жоюға ұшыраған жүйелерге BVAX, жоғары деңгейдегі эмитерлік логикалық (ECL) негізіндегі VAX және тағы екі ECL негізіндегі VAX үлгілері: Argonaut және Raven кіреді. Raven 1990 жылы жойылды. Сондай-ақ, LSI негізіндегі Scorpio сәтсіздікке ұшыраған жағдайда резервтік нұсқа болған Gemini атындағы VAX та жойылды. Ол ешқашан тікелей тұтынушыға жеткізілген жоқ.

Клондар

VAX-тың бірнеше клондары, лицензияланған және лицензияланбаған, өндірілді. Мысалдар: Ұлыбританияның Systime Computers Ltd компаниясы VAX 11/750-ге баламалы Systime 8750 сияқты алғашқы VAX модельдерінің клондарын жасады. Norden Systems компаниясы қатаң жағдайға төтеп бере алатын, әскери стандартқа сай MIL VAX сериясын өндірді. Чехословакиядан шыққан SM 52/12, VUVT Žilina (қазіргі Словакия) мекемесінде әзірленді және 1986 жылдан бастап ZVT Banská Bystrica (қазіргі Словакия) зауытында шығарылды. Шығыс Германияның VEB Robotron K 1840 (SM 1710) – VAX 11/780 клоны, ал Robotron K 1820 (SM 1720) – MicroVAX II-нің көшірмесі. SM 1700 – ВАКС 11/730-дың кеңестік клоны, SM 1702 – MicroVAX II-нің клоны, ал SM 1705 – ВАКС 11/785-тің клоны. Бұл жүйелер DEMOS (BSD Unix негізінде), MOS VP (VAX/VMS негізінде) немесе MOS VP RV (VAXELN негізінде) сияқты әртүрлі клондық операциялық жүйелерді қолдады. Солтүстік Қытай есептеу технология институтының (Пекин) әзірлеген NCI 2780 Super mini, сондай-ақ Taiji 2780 деп те сатылатын, VAX 11/780 клоны болып табылады.