Компьютер Bendix G-15: конструкция и особенности 1956 года.

Введение

Компьютерная разработка 1956 года

Bendix G-15 – это компьютер, представленный в 1956 году корпорацией Bendix, компьютерное подразделение, Лос-Анджелес, Калифорния. Он имеет размеры около и весит около. G-15 оснащен барабанной памятью объемом 2160 29-битных слов, а также 20 слов, используемых для специальных целей и быстрого доступа к хранилищу. Базовая система, без периферийных устройств, стоила 49 500 долларов. Рабочая модель стоила около 60 000 долларов (60 000 долларов в 1956 году эквивалентны приблизительно <расчетной сумме> в последние годы). Его также можно было арендовать за 1485 долларов в месяц. Он предназначался для научных и промышленных рынков. Серия была постепенно снята с производства, когда корпорация Control Data Corporation приобрела компьютерное подразделение Bendix в 1963 году. Главным конструктором G-15 был Гарри Хаски, который работал с Аланом Тьюрингом над ACE в Великобритании и над SWAC в 1950-х годах. Он разработал большую часть конструкции, работая профессором в Беркли (где его аспирантами были, в частности, Никлаус Вирт) и других университетах. Дэвид С. Эванс был одним из инженеров Bendix, работавших над проектом G-15. Позже он прославился своими работами в области компьютерной графики и основанием компании Evans & Sutherland вместе с Иваном Сазерлендом.

Архитектура

G 15 был вдохновлен автоматической вычислительной машиной (ACE). Это машина последовательной архитектуры, в которой основная память реализована на магнитном барабане. Она использует барабан как рециркулирующую линию задержки, в отличие от аналоговой реализации линии задержки в других последовательных конструкциях. Каждый трек имеет набор головок чтения и записи; как только бит считывается с трека, он немедленно перезаписывается на тот же трек на определенном расстоянии. Длина задержки, а следовательно, и количество слов на треке, определяется расстоянием между головками чтения и записи, при этом задержка соответствует времени, необходимому для прохождения участка барабана от головки записи к соответствующей головке чтения. В нормальном режиме данные записываются обратно без изменений, но этот поток данных может быть перехвачен в любой момент, что позволяет машине обновлять участки трека по мере необходимости. Такая конструкция позволяет создавать "линии задержки" любой требуемой длины. Помимо двадцати "длинных линий" по 108 слов каждая, имеются четыре короткие линии по четыре слова каждая. Эти короткие линии рециркулируют в 27 раз быстрее, чем длинные, обеспечивая быстрый доступ к часто используемым данным. Даже аккумуляторы машины реализованы как линии барабана: три линии двойного слова используются для промежуточного хранения и операций сложения, умножения и деления двойной точности, в дополнение к одному аккумулятору одинарного слова. Использование барабана вместо триггеров для регистров позволило уменьшить количество вакуумных ламп. Следствием этой конструкции является то, что, в отличие от других компьютеров с магнитными барабанами, G 15 не сохраняет свою память при выключении. Единственными постоянными треками являются два трека синхронизации, записанные на барабане на заводе. Второй трек служит резервной копией, поскольку треки подвержены стиранию в случае короткого замыкания одной из их усилительных ламп. Последовательный характер памяти G 15 был перенесен в конструкцию его арифметических и управляющих схем. Сумматоры работают с одним двоичным разрядом за раз, и даже машинное слово инструкции было разработано для минимизации количества бит в инструкции, которые необходимо было сохранить в триггерах (вплоть до использования еще одной линии барабана на одно слово, предназначенной исключительно для генерации сигналов синхронизации адреса). G 15 содержит 180 блоков вакуумных ламп и 3000 германиевых диодов. Общее количество ламп составляет около 450 (в основном двойных триодов). Его магнитная барабанная память вмещает 2160 слов по 29 бит. Среднее время доступа к памяти составляет 14,5 миллисекунд, но его архитектура адресации команд может значительно сократить это время для хорошо написанных программ. Время сложения составляет 270 микросекунд (без учета времени доступа к памяти). Умножение одинарной точности занимает 2439 микросекунд, а умножение двойной точности – 16700 микросекунд.

The G 15 was inspired by the Automatic Computing Engine (ACE). It is a serial architecture machine, in which the main memory is a magnetic drum. It uses the drum as a recirculating delay line memory, in contrast to the analog delay line implementation in other serial designs. Each track has a set of read and write heads; as soon as a bit was read off a track, it is re written on the same track a certain distance away. The length of delay, and thus the number of words on a track, is determined by the spacing of the read and write heads, the delay corresponding to the time required for a section of the drum to travel from the write head to the corresponding read head. Under normal operation, data are written back without change, but this data flow can be intercepted at any time, allowing the machine to update sections of a track as needed. This arrangement allows the designers to create "delay lines" of any desired length. In addition to the twenty "long lines" of 108 words each, there are four more short lines of four words each. These short lines recycle at 27 times the rate of the long lines, allowing fast access to frequently needed data. Even the machine's accumulators are implemented as drum lines: three double word lines are used for intermediate storage and double precision addition, multiplication, and division in addition to a one single word accumulator. This use of the drum rather than flip flops for the registers helped to reduce vacuum tube count. A consequence of this design was that, unlike other computers with magnetic drums, the G 15 does not retain its memory when it is shut off. The only permanent tracks are two timing tracks recorded on the drum at the factory. The second track is a backup, as the tracks are liable to erasure if one of their amplifier tubes shorted out. The serial nature of the G 15's memory was carried over into the design of its arithmetic and control circuits. The adders work on one binary digit at a time, and even the instruction word was designed to minimize the number of bits in an instruction that needed to be retained in flip flops (to the extent of leveraging another one word drum line used exclusively for generating address timing signals). The G 15 has 180 vacuum tube packs and 3000 germanium diodes. It has a total of about 450 tubes (mostly dual triodes). Its magnetic drum memory holds 2,160 words of twenty nine bits. Average memory access time is 14.5 milliseconds, but its instruction addressing architecture can reduce this dramatically for well written programs. Its addition time is 270 microseconds (not counting memory access time). Single precision multiplication takes 2,439 microseconds and double precision multiplication takes 16,700 microseconds.

Периферийные устройства

Одним из основных устройств вывода G 15 является пишущая машинка со скоростью вывода около 10 символов в секунду для чисел (и строчных шестнадцатеричных символов u и z) и около трех символов в секунду для буквенных символов. Ограниченный объем памяти машины затрудняет вывод чего-либо, кроме чисел; иногда в пишущую машинку вставлялись бумажные формы с предварительно напечатанными полями или этикетки. Также была доступна более быстрая пишущая машинка. Высокоскоростной фотоэлектрический считыватель бумажной ленты (250 шестнадцатеричных цифр в секунду с пятиканальной бумажной ленты для PR 1; 400 символов с 5-8-канальной ленты для PR 2) считывал программы (и иногда сохранял данные) с лент, которые часто монтировались в картриджах для удобной загрузки и выгрузки. Подобно магнитной ленте, данные на бумажной ленте разбивались на блоки по 108 слов или меньше, поскольку это максимальный размер считываемого блока. Картридж мог содержать множество блоков, до 2500 слов (~10 килобайт). Хотя существует дополнительный высокоскоростной перфоратор бумажной ленты (PTP 1 со скоростью 60 цифр в секунду) для вывода, стандартный перфоратор работает со скоростью 17 шестнадцатеричных символов в секунду (510 байт в минуту). Опционально, AN 1 "Универсальный кодирующий адаптер" включал в себя "35-4" Friden Flexowriter, а также считыватель бумажной ленты HSR 8 и перфоратор бумажной ленты HSP 8. Механический считыватель и перфоратор могут обрабатывать бумажные ленты шириной до восьми каналов со скоростью 110 символов в секунду. CA 1 "Соединитель для перфокарт" может подключать один или два перфоратора карт IBM 026 (которые чаще использовались как ручные устройства) для считывания карт со скоростью 17 столбцов в секунду (приблизительно 12 полных карт в минуту) или перфорации карт со скоростью 11 столбцов в секунду (приблизительно 8 полных карт в минуту). Частично заполненные карты обрабатывались быстрее со скоростью пропуска 80 столбцов в секунду. Более дорогой CA 2 "Соединитель для перфокарт" считывает и перфорирует карты со скоростью 100 карт в минуту. Перовый плоттер PA 3 работает со скоростью 1 дюйм в секунду с 200 приращениями на дюйм на бумажном рулоне шириной 1 фут и длиной 100 футов. Опциональный выдвижной держатель пера устраняет "линии возврата". MTA 2 может подключать до четырех накопителей для полудюймовых магнитных лент из майлара, которые могут хранить до 300 000 слов (в блоках не более 108 слов). Скорость чтения/записи составляет 430 шестнадцатеричных цифр в секунду; скорость двунаправленного поиска составляет 2500 символов в секунду. Дифференциальный анализатор DA 1 облегчает решение дифференциальных уравнений. Он содержит 108 интеграторов и 108 постоянных умножителей, обеспечивающих 34 обновления в секунду.

One of the G 15's primary output devices is the typewriter with an output speed of about 10 characters per second for numbers (and lower case hexadecimal characters u z) and about three characters per second for alphabetical characters. The machine's limited storage precludes much output of anything but numbers; occasionally, paper forms with pre printed fields or labels were inserted into the typewriter. A faster typewriter unit was also available. The high speed photoelectric paper tape reader (250 hexadecimal digits per second on five channel paper tape for the PR 1; 400 characters from 5 8 channel tape for the PR 2) read programs (and occasionally saved data) from tapes that were often mounted in cartridges for easy loading and unloading. Not unlike magnetic tape, the paper tape data are blocked into runs of 108 words or less since that is the maximum read size. A cartridge can contain many multiple blocks, up to 2500 words (~10 kilobytes). While there is an optional high speed paper tape punch (the PTP 1 at 60 digits per second) for output, the standard punch operates at 17 hex characters per second (510 bytes per minute). Optionally, the AN 1 "Universal Code Accessory" included the "35 4" Friden Flexowriter and HSR 8 paper tape reader and HSP 8 paper tape punch. The mechanical reader and punch can process paper tapes up to eight channels wide at 110 characters per second. The CA 1 "Punched Card Coupler" can connect one or two IBM 026 card punches (which were more often used as manual devices) to read cards at 17 columns per second (approximately 12 full cards per minute) or punch cards at 11 columns per second (approximately 8 full cards per minute). Partially full cards were processed more quickly with an 80 column per second skip speed). The more expensive CA 2 Punched Card Coupler reads and punches cards at a 100 card per minute rate. The PA 3 pen plotter runs at 1 inch per second with 200 increments per inch on a paper roll 1 foot wide by 100 feet long. The optional retractable pen holder eliminates "retrace lines". The MTA 2 can interface up to four drives for half inch Mylar magnetic tapes, which can store as many as 300,000 words (in blocks no longer than 108 words). The read/write rate is 430 hexadecimal digits per second; the bidirectional search speed is 2500 characters per second. The DA 1 differential analyzer facilitates solution of differential equations. It contains 108 integrators and 108 constant multipliers, sporting 34 updates per second.

Программное обеспечение

Проблема, характерная для машин с последовательной памятью, – это задержка носителя информации: инструкции и данные не всегда доступны немедленно, и в худшем случае машина должна ждать полного оборота линии задержки, чтобы получить данные с заданного адреса памяти. Эта проблема решается в G15 с помощью того, что в документации Bendix называется "кодированием с минимальным временем доступа". Каждая инструкция содержит адрес следующей инструкции для выполнения, что позволяет программисту располагать инструкции таким образом, чтобы после завершения одной инструкции следующая уже находилась под считывающей головкой своей линии. Данные можно располагать аналогичным образом. Для упрощения этого процесса в листы кодирования включена таблица со всеми номерами адресов; программист может вычеркивать каждый адрес по мере его использования. Компания Bendix также разработала операционную систему с тем же названием. В конце 1950-х годов был представлен символический ассемблер, аналогичный Symbolic Optimal Assembly Program (SOAP) для IBM 650, который включает в себя подпрограммы для кодирования с минимальным временем доступа. Другие средства программирования включают программу-супервизор, интерпретационную систему для операций с плавающей точкой под названием "Интерком" и ALGO – алгебраический язык, разработанный на основе предварительного отчета комитета ALGOL 1958 года. Пользователи также разрабатывали собственные инструменты, и, по слухам, распространялась версия "Интеркома", адаптированная для нужд гражданских инженеров. Арифметика с плавающей точкой реализована программно. Серия языков "Интерком" предоставляет более удобную для программирования виртуальную машину, работающую с числами с плавающей точкой. Инструкции для "Интеркома" 500, 550 и 1000 – числовые, длиной шесть или семь цифр. Инструкции хранятся последовательно; главное здесь – удобство, а не скорость. "Интерком" 1000 даже имеет опциональную версию двойной точности. Как упоминалось выше, машина использует шестнадцатеричные числа, но пользователю обычно не приходится с ними работать при обычном программировании. Пользовательские программы используют десятичные числа, в то время как операционная система размещается в старших адресах.

Значение

G 15 иногда описывают как первый персональный компьютер из-за наличия в нём интерпретационной системы Intercom. Однако на звание первого претендуют и другие машины, такие как LGP 30 (поставлен в конце 1956 года), DEC LINC (март 1962 года) и PDP 8 (март 1965 года), а некоторые считают, что персональными компьютерами можно называть только микрокомпьютеры, появившиеся в 1970-х годах. Тем не менее, низкая стоимость приобретения и эксплуатации машины, а также отсутствие необходимости в выделенном операторе позволяли организациям предоставлять пользователям полный доступ к компьютеру. Всего было произведено более 400 машин G 15. Около 300 G 15 было установлено в Соединенных Штатах, а несколько экземпляров было продано в других странах, таких как Австралия и Канада. Машина нашла применение в области гражданского строительства, где использовалась для решения задач земляных работ. Некоторые экземпляры сохранились и сейчас экспонируются в компьютерных музеях и музеях науки и техники по всему миру. Хаски получил один из последних выпущенных G 15, с позолоченной передней панелью. Это был первый компьютер, с которым работал Кен Томпсон. Bendix G 15 использовался в средней школе Фримонт (Оклендский объединенный школьный округ) в 1964–65 учебном году на старшем семинаре по математике. Студентов обучали основам программирования, одним из упражнений было вычисление квадратного корня методом ньютоновских приближений. Bendix G 15 продолжал использоваться в 1970 году на летних курсах повышения квалификации UC Berkeley по программированию в Oakland Technical High School. Bendix G 15 использовался в Летней научной программе, по крайней мере, в 1962 и 1963 годах. Один из ассистентов преподавателя, аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, сообщил, что его использовали для проверки синтаксиса программ на Фортране перед отправкой их на ЭВМ 7094. Сын инженера, организовавшего использование компьютера, был студентом в 1963 году. Программа началась как шестинедельный интенсивный курс по естественным наукам для старшеклассников, поступающих в старшие классы, в школе Thacher в городе Охай, штат Калифорния, в сотрудничестве с директором школы, Стэнфордским университетом, Калифорнийским технологическим институтом и колледжем Харви Мадд в ответ на запуск Спутника. Учебная программа была сосредоточена на астрономии, а лабораторный проект заключался в фотографировании астероида трижды и вычислении его орбиты. В настоящее время это некоммерческая организация, полностью принадлежащая и управляемая выпускниками, предлагающая курсы по биохимии, геномике и синтетической химии в дополнение к первоначальной программе по астрономии (теперь астрофизике).

The G 15 is sometimes described as the first personal computer, because it has the Intercom interpretive system. The title is disputed by other machines, such as the LGP 30 (shipped in late 1956), and the DEC LINC (March 1962) and PDP 8 (March 1965), while some maintain that only microcomputers, such as those which appeared in the 1970s, can be called personal computers. Nevertheless, the machine's low acquisition and operating costs, and the fact that it does not require a dedicated operator, meant that organizations could allow users complete access to the machine. Over 400 G 15s were manufactured. About 300 G 15s were installed in the United States and a few were sold in other countries such as Australia and Canada. The machine found a niche in civil engineering, where it was used to solve cut and fill problems. Some have survived and have made their way to computer museums or science and technology museums around the world. Huskey received one of the last production G15s, fitted with a gold plated front panel. This was the first computer that Ken Thompson ever used. A Bendix G 15 was used at Fremont High School (Oakland Unified School District) in the 1964 65 school year for the senior seminar math class. Students were taught the fundamentals of programming. One such exercise was the calculation of a square root using the method of Newtonian approximation. A Bendix G 15 was still in use for the UC Berkeley extension summer class in programming, at Oakland Technical High School, in 1970. A Bendix G 15 was used at the Summer Science Program, at least in 1962 and 1963. One of the teaching assistants, a graduate student at UCLA, reported that one was used to check syntax of Fortran programs before they could be submitted to the 7094. The son of the engineer who arranged the use of the computer was a student in 1963. The program began as a six week residential science enrichment course for advanced rising high school seniors, at the Thacher School in Ojai, CA, as a collaboration between the Headmaster, Stanford University, Caltech, and Harvey Mudd College, in response to Sputnik. The curriculum was focused on astronomy, with a lab project that consists of photographing an asteroid three times and computing its orbit. It is now a nonprofit program wholly owned and operated by alumni, offering biochemistry, genomics, and synthetic chemistry, in addition to the original astronomy (now astrophysics) program.