Пирамида: История и архитектура мини-компьютеров Pyramid Technology

Введение

Pyramid Technology Corporation была компьютерной компанией, производившей ряд высокопроизводительных мини-компьютеров на базе RISC. Она располагалась в районе залива Сан-Франциско, штат Калифорния.

В 1985 году компания стала второй, выпустившей на рынок многопроцессорную UNIX-систему (под брендом DC/OSx), которая легла в основу их продуктовой линейки до начала 1990-х годов. OSx от Pyramid была UNIX-системой с двойной средой, поддерживающей программы и системные вызовы как из 4.xBSD, так и из UNIX System V от AT&T.

История

Pyramid Technology была основана в 1981 году группой бывших сотрудников Hewlett Packard, заинтересованных в разработке высококачественных миникомпьютеров на архитектуре RISC. В марте 1995 года компания Pyramid была приобретена Siemens AG и интегрирована в подразделение Siemens Computer Systems US. В 1998 году это подразделение было разделено, при этом направление сервисных услуг стало Wincor Nixdorf. В 1999 году Siemens и Fujitsu объединили свои компьютерные подразделения, образовав Fujitsu Siemens Computers, а в 2000 году к ним присоединилась Amdahl.

90x

Первая серия миникомпьютеров Pyramid Technology была выпущена в августе 1983 года как суперминикомпьютер 90x, который использовал собственный 32-битный скалярный процессор с тактовой частотой 8 МГц. Хотя архитектура позиционировалась как RISC, она фактически была реализована с помощью микропрограмм. В ней использовалась модель регистров с "движущимся окном", основанная на процессоре Berkeley RISC, но инструкции доступа к памяти имели сложные режимы работы, требующие множества циклов для выполнения. Многие скалярные регистровые инструкции выполнялись за один машинный цикл. Первоначально инструкции с плавающей точкой выполнялись полностью в микрокоде, однако позже была выпущена опциональная плата с блоком операций с плавающей точкой. Микропрограммирование также обеспечивало другие возможности, не характерные для RISC, такие как инструкции по перемещению блоков. Программы имели доступ к 64 регистрам, и многие инструкции были триадическими. Шестнадцать регистров (48–63) назывались "глобальными регистрами" и соответствовали регистрам типичного ЦП, поскольку они были статичными и всегда видимыми. Остальные 48 регистров фактически представляли собой вершину стека подпрограмм. Тридцать два из них (0–31) были локальными регистрами для текущей подпрограммы, а регистры 32–47 использовались для передачи до 16 параметров следующей вызываемой подпрограмме. При вызове подпрограммы стек регистров сдвигался вверх на 32 слова, так что регистры 32–47 вызывающей программы становились регистрами 0–15 вызванной подпрограммы. Инструкция возврата сдвигала стек вниз на 32 слова, чтобы параметры возврата были видны вызывающей программе в регистрах 32–47. Кэш стека содержал 16 уровней в ЦП, а переполнение и опустошение стека автоматически обрабатывались микрокодом ЦП. Модель программирования имела два стека: один для стека регистров и один для локальных переменных подпрограммы. Один рос от выделенного адреса в середине адресного пространства, а другой – вниз от вершины адресного пространства пользовательского режима. В 90x можно было установить четыре платы памяти, первоначально объемом 1 МБ каждая. Это считалось большим объемом памяти для того времени, но архитектура, подобная RISC, приводила к созданию более крупных программ, чем в предыдущих архитектурах, поэтому большинство машин продавались с полностью заполненными слотами памяти. К счастью, на платах памяти объемом 1 МБ оперативная память была установлена в разъемы, поэтому их можно было модернизировать до 4 МБ, когда вскоре после первоначального выпуска 90x стали доступны более крупные устройства динамической оперативной памяти. 90x конкурировал с VAX 11/780 от Digital Equipment Corporation (DEC), который в начале 1980-х годов был предпочтительной платформой для запуска UNIX. Производительность процессора 90x была примерно в два раза выше, чем у VAX, а цена составляла около половины стоимости. Pyramid косвенно выиграла от нежелания DEC продавать машины VAX без операционной системы VMS, за которую они взимали значительную плату. Многие университеты хотели запускать UNIX, а не VMS, поэтому более высокая производительность и более низкая цена Pyramid, в сочетании с искусственными задержками поставки или надбавками от DEC, помогли им принять рискованное решение о покупке у нового производителя. Одним из главных преимуществ 90x перед конкурентами был его асинхронный контроллер последовательного порта (ITS или Intelligent Terminal Server), основанный на 16-битном процессоре с фиксированной разрядностью. ITS подключался к 16 последовательным портам и мог работать на очень высоких скоростях, используя DMA для передачи данных из последовательно соединенных блоков выходных данных. К одной машине можно было подключить несколько ITS, каждый со своим собственным процессором ввода-вывода. Другим машинам того времени (включая 11/780) требовалось вмешательство ЦП каждые несколько байтов для интерактивных пользователей, что значительно увеличивало нагрузку на ЦП. В результате 90x показал очень хорошие результаты в тестах с реалистичным объемом последовательного ввода-вывода. Контроллеры дисков и магнитных лент фактически представляли собой 16-битные контроллеры Multibus сторонних производителей, установленные в разъем на U-образной адаптерной плате шины. Большинство ранних систем поставлялись с дисководом Fujitsu Eagle емкостью 470 МБ и ленточным накопителем с катушкой. Как и VAX 11/780, который имел PDP 11/03 с дискетой в качестве консольного процессора, 90x имел "Процессор системной поддержки", основанный на Motorola 68000, который загружал микрокод с дискеты при запуске системы. Он также мог выполнять набор диагностических тестов системы. Он был оснащен модемом, который позволял удаленно анализировать систему производителем. Программное обеспечение, работающее на административном процессоре, первоначально называлось Totally Unrealistic Remote Diagnostic. Это название было изменено несколько лет спустя. Минимальная система поставлялась в одной стойке высотой около [указать высоту] с картой расширения внизу, дисководом в середине, ленточным накопителем над ним, а затем контрольной панелью высотой 2 дюйма с дисководом и ключом зажигания наверху. Для того времени это считалось очень компактным. По крайней мере, одна машина в Австралии шесть месяцев была установлена в старой уличной уборной, где кондиционер заменил жалюзийное окно, а терминал системной консоли был установлен на шкафу. Административные задачи выполнялись на свежем воздухе. Единким индикатором на контрольной панели был светодиодный индикатор с 8 сегментами, который отображал среднюю загрузку ЦП во время работы машины и рисунок "Cylon Eye", когда машина неожиданно останавливалась. Машина была достаточно низкой, чтобы консоль (монохромный асинхронный терминал) можно было установить сверху.

The first Pyramid Technology series of minicomputers was released in August 1983 as the 90x superminicomputer, which used their custom 32 bit scalar processor running at 8 MHz. Although the architecture was marketed as a RISC machine, it was actually microprogrammed. It used a "sliding window" register model based on the Berkeley RISC processor, but memory access instructions had complex operation modes that could require many cycles to run. Many register to register scalar instructions were executed in a single machine cycle. Initially, floating point instructions were executed totally in microcode, although an optional floating point unit on a separate circuit board was released later. Microprogramming also allowed other non RISC luxuries such as block move instructions. Programs had access to 64 registers, and many instructions were triadic. Sixteen registers (registers 48 to 63) were referred to as "global registers" and they correspond to the registers of a typical CPU, in that they are static and always visible. The other 48 registers were actually the top of the subroutine stack. Thirty two of them (0–31) were local registers for the current subroutine, and registers 32–47 were used to pass up to 16 parameters to the next subroutine called. During a subroutine call, the register stack moved up 32 words, so the caller's registers 32–47 became the called subroutine's registers 0–15. The return instruction dropped the stack by 32 words so return parameters would be visible to the caller in registers 32–47. The stack cache held 16 levels in the CPU and stack overflow and underflow was automatically handled by the microcode of the CPU. The programming model had two stacks, one for the register stack, and one for subroutine local variables. One grew up from a designated address in the middle of the address space, and the other grew down from the top of the user mode address space. The 90x could accommodate four memory boards, initially holding 1 MB each. This was considered to be a lot of memory at the time, but the RISC like architecture resulted in bigger programs than earlier architectures so most machines were sold with the memory slots full. Fortunately, the 1 MB memory boards had RAM in sockets, so they could be upgraded to 4 MB units when bigger dynamic RAM devices became available shortly after the 90x's initial release. The 90x competed with the Digital Equipment Corporation (DEC) VAX 11/780 which was the preferred platform for running UNIX in the early 1980s. The 90x processor benchmarked at roughly twice the speed of the VAX, and sold for about half the price. Pyramid was indirectly assisted by DEC's reluctance to sell VAX machines without the VMS operating system, for which they charged a considerable amount of money. Many universities wanted to run UNIX rather than VMS, so Pyramid's higher performance and lower price, coupled with artificial delivery delays or surcharges from DEC, helped them to make the risky decision to buy from a new manufacturer. One of the 90x's biggest advantages over the competition was its asynchronous serial port controller (the ITS or Intelligent Terminal Server) based on a 16 bit bit slice processor. The ITS interfaced to 16 serial ports, and it could run them at very high speeds, using DMA to feed from daisy chained output data blocks. A machine could have many ITSs installed, each one with its own I/O processor. Other machines at the time (including the 11/780) required CPU intervention every few bytes for interactive users, which added significantly to the system component of the CPU load. As a result, the 90x scored very well on benchmarks with a realistic amount of serial I/O. The disk and magnetic tape controllers were actually 16 bit third party Multibus controllers fitted into a socket in a U shaped bus adapter board. Most early systems were delivered with the 470 MB Fujitsu Eagle disk drive and a slot loading reel to reel streaming tape drive. Just like the VAX 11/780, which had a PDP 11/03 with a floppy disk as its console processor, the 90x had a "System Support Processor", based on a Motorola 68000, that loaded the microcode from an floppy disk when the system was started. It was also able to run a suite of diagnostics over the system. It had a modem which allowed remote analysis by the manufacturer. The software run by the administrative processor was initially called the Totally Unrealistic Remote Diagnostic. This name was changed some years later. A minimal system was delivered in a single rack about high with the card cage in the bottom, the disk drive in the middle, the tape drive above it, then the 2 inch high control panel with a floppy disk drive and ignition key on the top. This was considered very compact at the time. At least one machine in Australia spend six months installed in a retired outdoor lavatory with an air conditioner replacing the louvered window and the system console terminal sitting on top of the cabinet. Administration tasks were performed al fresco. The only indicator on the control panel was an 8 segment bar graph LED display that displayed average CPU usage when the machine was running and a "Cylon Eye" pattern when the machine stopped unexpectedly. The machine was low enough that the console (a monochrome asynchronous terminal) could rest on top.

98х

За 90x довольно быстро последовал 98x, который был идентичен, за исключением того, что тактовая частота процессора была увеличена до 10 МГц. Изначально система с одним процессором, как и ее предшественник, 98x стала первым SMP-компьютером от Pyramid в 1986 году. За период с 1985 по 1987 год было выпущено несколько машин серии, от 9805 с 1 процессором до 9845 с 4 процессорами. Полностью оснащенный 9845 работал со скоростью около 25 MIPS, что было достойным показателем для того времени, хотя и не могло конкурировать с высокопроизводительными суперкомпьютерами. Для удовлетворения растущего, но чувствительного к стоимости рынка рабочих станций/серверов, Pyramid представила WorkCenter в 1986 году – по сути, версию 98x в половинном корпусе и по более низкой цене, с горизонтально установленным 9-трековым накопителем на магнитной ленте и дисковым накопителем (дисками). Все ранние системы Pyramid 9xxx, от 90x до 9810, использовали одну и ту же физическую шину и могли быть модернизированы непосредственно у заказчика.

MIServer

Как и многие из первых производителей многопроцессорных систем, Pyramid перешла на "коммерчески доступные" RISC-процессоры, когда они стали достаточно практичными. Pyramid продолжала использовать собственную RISC-архитектуру до выпуска линейки продуктов MIServer S. Pyramid выпустила серию машин с регистровыми окнами, как продолжение линейки 9000. С 1989 года они стали известны как MIServer. Они поддерживали до десяти процессоров с производительностью около 12 МИПС каждый. В 1991/2 году MIServer был заменен на MIServerT, а затем на MIServer S и ES – первые машины Pyramid на базе R3000. Первые машины серии поставлялись с 4–12 процессорами R3000, работающими на частоте 33 МГц, с пиковой производительностью около 140 МИПС. Более поздние высокопроизводительные машины MIServer ES имели до 24 процессоров, также на частоте 33 МГц. Операционной системой для систем на базе MIPS была DC/OSx, порт AT&T System V Release 4 (SVR4).

Нильская серия

Выпуск 150 МГц 64-битного процессора R4400 привел к появлению серии CPU Nile 2–16 в конце 1993 года. Каждый процессор, способный на 92 MIPS, делал системы Nile настоящими суперкомпьютерами. Их последний продукт, Reliant RM 1000, внутренне известный как Meshine, только начинал поступать на рынок, когда компания Siemens его приобрела. RM1000 был компьютером с массивно-параллельной обработкой (MPP). Каждый узел запускал собственную инстанцию Reliant UNIX DC/OSx. Эта система имела двухосную сетчатую архитектуру. RM1000 использовал программное обеспечение ICF для управления межсоединениями кластера. ICF впоследствии стала основой для программного обеспечения PrimeCluster HA, которое до сих пор разрабатывается и доступно от Fujitsu Siemens. Каждый вычислительный узел в сетке использовал один процессор MIPS R10000, однако усовершенствования RM1000 позволили включать машины NILE SMP в сетку как "толстые" узлы. Вычислительные узлы физически устанавливались в фреймы HAAS 3, которые поставлялись как массивы дисков вместе с более ранним продуктом Nile. Каждый вычислительный узел управлял шестью дисками SCSI в качестве основного контроллера и еще шестью дисками в качестве вторичного контроллера. Фрейм, содержащий до шести вычислительных узлов или четыре вычислительных узла и два шлюза подключения Nile, соединялся с соседними фреймами короткими плоскими кабелями. Фрейм HAAS 3 с установленными вычислительными узлами назывался ячейкой. Ячейки соединялись между собой и могли быть установлены в два яруса и соединены в линию, насколько позволяло пространство. Четыре ячейки вместе назывались тонной, а системы определялись по количеству содержащихся в них тонн. Самая большая сетка, построенная в Pyramid, была тестовой системой, содержащей 214 процессоров, включая четыре узла Nile SMP. Хотя RM1000 в конечном итоге был снят с производства и не был заменен Siemens, клиентам с крупными установками, таким как крупная британская телекоммуникационная компания, потребовалось много времени, чтобы найти подходящую замену этим массово-параллельным системам из-за их огромных возможностей ввода-вывода и вычислений.