ЗЕБРА: Один из первых голландских компьютеров с барабанной памятью.

Введение

ZEBRA (Zeer Eenvoudige Binaire Reken Automaat, что переводится как Очень простой автоматический двоичный калькулятор) был одним из первых компьютеров, спроектированных в Нидерландах (первым был "ARRA") и одним из первых голландских компьютеров, поступивших в коммерческую продажу. Он был разработан Виллемом ван дер Поэлем из Нидерландской почты, телеграфа и телефонии и впервые поставлен в 1958 году. Серийный выпуск составил пятьдесят пять машин, изготовленных и продаваемых британской компанией Standard Telephones and Cables, Ltd. ZEBRA был двоичным компьютером с двумя адресами и 33-битной разрядностью слова. Память обеспечивалась магнитной барабанной памятью объемом 8К слов, организованной в 256 дорожек по 32 инструкции; аккумуляторы также были реализованы в виде циклических дорожек барабана, аналогично использованному в Bendix G 15. Периферийные устройства включали в себя считыватель и перфоратор бумажной ленты, а также телетайп. В 1967 году шесть компьютеров Zebra использовались в университетах и технических колледжах Великобритании.

Программирование

Большая часть кода и операционных систем для ZEBRA была написана глухонемым математиком Герритом ван дер Меем. В отличие от большинства процессоров, ZEBRA не имела различных типов инструкций. Вместо этого, выполнение инструкции контролировалось пятнадцатью битами в поле операции. Также, в ней не было счетчика программ в традиционном понимании. Инструкция ZEBRA состоит из 33 бит, включающих 13-битный адрес барабана, указывающий на один из 256 треков, содержащих 32 записи на барабане памяти, 5-битный адрес регистра (или ввода-вывода) и 15-битное поле операции. Каждый бит поля операции имел четкое значение и мог использоваться в практически любой комбинации, что позволяло реализовать множество элегантных приемов, которые сегодня можно отнести к области микропрограммирования. Биты операции определяли, например, знак используемых данных, очистку аккумулятора (преобразующую сложение в загрузку), необходимость выполнения вращения и так далее. Кроме того, существовали биты операции, определяющие, откуда будет взята следующая инструкция – из регистра, памяти или их суммы. Некоторые биты делали выполнение инструкции зависимым от состояния аккумулятора, как в машинах Zuse Z22 или Electrologica X1. Умножение, деление, извлечение квадратного корня, а также все операции с плавающей точкой выполнялись подпрограммами, использующими базовые арифметико-логические примитивы последовательного компьютера: сложение, вычитание, сдвиг вправо, сдвиг влево и инкремент. Благодаря продуманной конструкции, для умножения требовалось всего одно машинное действие на бит, а для деления – два, что обеспечивало относительно высокую скорость умножения и деления при минимальном объеме аппаратных средств. В качестве средств поддержки программирования предоставлялись Нормальный код (ассемблер), утилита трассировки, интерпретационная система с плавающей точкой, Простой код, Интерпретационная схема матриц и компилятор Algol. Поскольку магнитный барабан не поддерживает прямой доступ, некоторое время тратилось впустую в ожидании поступления инструкции или данных. В неоптимизированной программе среднее время ожидания могло составлять половину времени оборота барабана, но существовали способы его сократить. Одной из особенностей ZEBRA был счетчик, измерявший долю времени, в течение которого машина находилась не в состоянии ожидания; он назывался "измерителем эффективности". При работе с интерпретационной системой с плавающей точкой измеритель эффективности обычно показывал около 50%, но при посещении потенциальных клиентов загружалась более эффективная программа для демонстрации.

Large parts of the code and operating systems for ZEBRA were written by deafblind mathematician Gerrit van der Mey. In contrast to most processors, the ZEBRA didn't have different types of instructions. Instead, the operation of an instruction was controlled by fifteen bits in the operation field. Also, it didn't have a program counter in the traditional sense. The ZEBRA instruction word is 33 bits, consisting of a 13 bit drum address, referencing one of the 256 tracks of 32 entries on the memory drum, a five bit register (or I/O) address, and the 15 bit operation field. Each bit of the operation field had a distinct meaning and could be used in nearly any combination, leading to many elegant tricks that today might be considered the domain of microprogramming. The operation bits determined things as the sign of the data to be used; if the accumulator was cleared (changing an addition into a load), if a rotation was to be applied, and so on. Also, there was an operation bits that determined if the next instruction would come from register or memory, or the sum of both. Some bits made an instruction conditional on the accumulator state, as with the Zuse Z22 or Electrologica X1. Multiplication, division, square root, as well as all floating point operations, were performed by subroutines, using the underlying serial computer ALU primitives add, subtract, shift right, shift left, and increment. Thanks to a clever design, the multiplication routine needed only one instruction per bit, and the division routine two instructions per bit, so that multiplication and division were relatively fast, with a minimum of hardware. Programming aids included the Normal Code (assembler), trace utility, a floating point interpretive system, the Simple Code, the Matrix Interpretive Scheme, and an Algol compiler. Since a magnetic drum does not support random access, some time is lost waiting for an instruction or piece of data become available. In a poorly written program, the average wait time could be half the drum rotation time, but there were ways to reduce this. A notable feature of the ZEBRA was a meter that measured how much of the machine's time was spent in non wait states; this was called the "efficiency meter." When running the floating point interpretive system, the efficiency meter tended to show around 50%, but if prospective customers were visiting, a more efficient program could be loaded for demonstration purposes.