FP 6000: Ранний канадский мэйнфрейм с многозадачностью

Введение

Тип мейнфрейм-компьютера

FP 6000 был мейнфрейм-компьютером второго поколения, разработанным и собранным канадским подразделением Ferranti Packard в начале 1960-х годов. Он особенно известен поддержкой многозадачности, являясь одной из первых коммерческих машин, реализовавших эту функцию. Было продано всего шесть FP 6000 до того, как компьютерное подразделение Ferranti Packard было продано британской штаб-квартирой Ferranti в 1963 году. FP 6000 послужил основой для машин среднего класса серии ICT 1900, которые были проданы в количестве тысяч экземпляров в Европе.

Предыстория

То, что в итоге стало FP 6000, берет свое начало в проекте Королевского канадского флота, начатом в 1949 году под названием DATAR. Для DATAR компания Ferranti Packard (тогда еще известная как Ferranti Canada) построила экспериментальный компьютер для обмена информацией между кораблями в конвое. Хотя прототип оказался успешным, высокая частота отказов вакуумных ламп вызывала обеспокоенность у всех, и Ferranti предложила перестроить машину с использованием транзисторов. DATAR исчерпал финансирование до того, как это преобразование могло быть осуществлено, но Ferranti использовал полученный опыт при создании серии уникальных транзисторизированных машин. Одним из примеров была система сортировки чеков, разработанная для Федерального резервного банка, которая, в свою очередь, являлась модификацией системы, разработанной для сортировки почты для Канадской почты. Эта серия разработок в конечном итоге привела к созданию ReserVec. ReserVec стала первой компьютеризированной системой бронирования, вступившей в эксплуатацию, когда в 1961 году она взяла на себя все бронирования для Air Canada. Ferranti изначально возлагала большие надежды на эту машину, полагая, что она может добиться успеха в Европе, если ее будут продавать сотрудники отдела продаж британской штаб-квартиры. Однако, как это уже не раз случалось в прошлом, британская компьютерная команда страдала от синдрома "не изобретено здесь", и решила, что лучше разработать собственную систему. Их проект так и не был завершен, и ReserVec пришел в упадок. Ferranti Packard не желала просто терять вложенные в разработку усилия и начала искать способы коммерциализации аппаратного обеспечения ReserVec в виде универсального мейнфрейма. Ferranti Packard нуждался в стартовом клиенте, чтобы обеспечить хотя бы одну продажу, и снова обратился в Федеральный резервный банк, предложив значительно расширенную и более гибкую систему, призванную заменить более раннюю специализированную машину, поставленную ими всего несколько лет назад, в 1958 году.

Концепция

В конце 1950-х годов отдел разработки компьютеров Ferranti в Великобритании активно занимался разработкой компьютерных схем на основе магнитных усилителей. Они были призваны заменить транзисторы в 1950-х годах, поскольку транзисторы в то время стоили очень дорого и всё ещё имели проблемы с надёжностью. Магнитные усилители были больше транзисторов, но позволяли использовать один усилитель в нескольких схемах, что снижало количество компонентов. Когда появились более доступные по цене новые транзисторы, интерес к магнитным усилителям практически мгновенно угас. Кен Джонсон, инженер компьютерного подразделения Ferranti в Манчестере, заметил, что новые транзисторы можно подключить так же, как и магнитные усилители, тем самым повторно используя один транзистор для нескольких задач и значительно снижая стоимость компонентов. Эта концепция, которую он назвал «нейроном» из-за многовходной/многовыходной схемы, напоминающей нейроны мозга, могла бы позволить Ferranti производить компьютеры по ценам ниже, чем у конкурентов. После успешного тестирования концепции нейрона на небольшой экспериментальной машине под названием «Ньют», в 1959 году компания представила две коммерческие модели на основе нейрона: одну для начального уровня и другую – среднего класса. В 1960 году была выпущена меньшая модель – Ferranti Sirius, настольная система для малого бизнеса. Она сразу же добилась успеха, предложив более низкую цену, чем у любых аналогичных моделей. Параллельно разрабатывалась более крупная машина, Ferranti Orion, которая была официально представлена в 1960 году, а первая партия поступила в продажу в 1961 году. Несколько инженеров из канадского офиса были отправлены в Великобританию для работы над этим проектом. В конечном итоге Orion показал, что концепция нейрона не работает в больших масштабах: электрический ток, необходимый для переключения, был настолько высоким, что при прохождении по длинным проводам большой машины создавал помехи в схемах, и решение этой проблемы найти не удалось. Orion позиционировался как основное предложение Ferranti на 1960-е годы, и его провал привёл к дезорганизации компьютерного подразделения компании. В то же время в Ferranti была сформирована отдельная группа для разработки замены успешной ламповой модели Ferranti Pegasus. Результатом этих усилий стала спецификация, разработанная осенью 1961 года и иногда известная как «Harriac» по имени руководителя исследовательской группы, Гарри Джонсона. Harriac по сути представлял собой транзисторизованный Pegasus с более современными функциями и мог бы занять в продуктовой линейке Ferranti примерно ту же нишу, что и Orion. После долгих внутренних обсуждений компания решила выпустить транзисторизованную версию Orion – Orion 2, а о Harriac забыли. Когда проект Orion был закрыт, канадский контингент вернулся в Канаду, взяв с собой спецификацию Harriac. Они решили объединить спецификацию Harriac со своей собственной успешной транзисторизованной схемой, разработанной для ReserVec.

During the late 1950s, Ferranti's UK computer development department was heavily involved in the development of computer circuitry based on the use of magnetic amplifiers. These were a 1950s replacement for transistors; at that time transistors were extremely expensive and still had reliability issues. Magnetic amplifiers were larger than transistors but had the advantage of allowing a single amplifier to be shared among several circuits, lowering component counts. When newer transistors were introduced at lower price points, interest in magnetic amplifiers disappeared almost overnight. Ken Johnson, an engineer at Ferranti's computer division in Manchester, noticed that it would be possible to wire these new transistors in the same way as the magnetic amplifiers, thereby reusing a single transistor for several tasks, and in turn, greatly lowering component costs. It appeared this concept, which he called "neuron" due to its multi input/multi output wiring being similar to the brain's neurons, would allow Ferranti to build computers at lower price points than their competition. After the neuron concept was successful in a small test machine known as "Newt", in 1959 the company introduced two commercial machines based on neuron, one for the low end and another midrange design. In 1960, the smaller design was delivered as the Ferranti Sirius, a desk sized system for small businesses. It was an immediate success, undercutting the price of any similar design. The larger machine, the Ferranti Orion, was developed in parallel and formally announced in 1960 with the first unit shipping in 1961. A number of engineers from the Canadian office were sent to the UK to work on this machine. Orion ultimately demonstrated that the neuron concept simply didn't work at larger sizes, the electrical current needed to activate the switching was high enough that when pushed through the long wires of a large machine they produced noise in the circuits and no solution could be found to eliminate it. Orion was being positioned as Ferranti's main offering for the 1960s, and its failure threw the company's computer division into disarray. While this was taking place, a separate group within Ferranti was formed to consider a replacement for the successful tube based Ferranti Pegasus. These efforts resulted in an autumn 1961 specification sometimes known as "Harriac" after the study group's manager, Harry Johnson. Harriac was essentially a transistorized Pegasus with more modern features, and as such, it would have fit into Ferranti's product line at about the same level as the Orion. After considerable internal debate, the company decided to produce a transistorized version of Orion, Orion 2, and Harriac was forgotten. As the Orion project broke down, the Canadian contingent returned to Canada and took Harriac with them. They decided to combine the Harriac specification with their own successful transistorized circuitry developed for ReserVec.

Дизайн

Ключевой особенностью Ориона было то, что тогда называлось "мультипрограммированием" – способность запускать несколько программ одновременно, быстро переключаясь между ними, создавая иллюзию их одновременной работы. Основной проблемой поддержки мультипрограммирования была необходимость загружать программы в различные области памяти. Без поддержки мультипрограммирования программа обычно загружалась в "начало" памяти, в условную позицию ноль. Чтобы обеспечить иллюзию нулевой позиции, в машине с мультипрограммированием каждой программе выделялся фиксированный объем основной памяти, её начальная позиция называлась базой (датум), а последняя – пределом. Каждая операция записи процессора автоматически корректировала эффективный адрес на значение базы для данной программы. Чтобы предотвратить фрагментацию памяти, операционная система FP 6000, известная как Executive, при завершении каждой программы временно останавливала остальные и переносила их в самую нижнюю доступную область основной памяти. Таким образом, доступная память всегда располагалась в верхней части. Хотя этот метод избавлял от необходимости вести список блоков памяти, он требовал дорогостоящего копирования при каждом завершении программы. Это сделало бы систему непригодной для запуска операционной системы, такой как Unix, состоящей из множества небольших программ, которые часто запускаются и останавливаются, но в то время Unix ещё не существовала, и для большинства операционных систем была принята модель, близкая к "расширенному пакетному режиму", запускающая долгоживущие программы, которые приостанавливались при отсутствии входящих данных. Машина также изначально проектировалась с возможностью масштабирования для широкого спектра задач. Система включала 64 аппаратных канала, которые можно было подключить к периферийным устройствам любого типа, и могла комплектоваться различными объемами основной памяти. В остальном машина была довольно похожа на Gemini от ReserVec, используя 24-битное слово с 25-м битом для проверки четности и простой машинный язык. Одним из изменений стало отсутствие барабана памяти, поскольку прогресс в области основной памяти позволил полностью заменить его.

A key feature of the Orion was what was then known as "multiprogramming", the ability to run multiple programs at once, rapidly switching between them to make it appear as if they were all running at the same time. The key problem in supporting multiprogramming was the need for programs to be loaded into different locations in memory. Without multiprogramming support, a program was normally loaded into the "base" of memory, its notional location zero. To provide the illusion of being at zero, in a multiprogramming machine each program was assigned a fixed amount of the core memory, its base location is known as the datum and the last location as the limit. Every store operation by the CPU automatically offset the effective address by the datum for that program. In order to prevent fragmentation of memory, every time a program terminated, the FP 6000's operating system, known as Executive, would temporarily stop the other programs and recopy them to the lowest available location in core. This way the available memory was always at the top. Although this technique eliminated the need for storing a list of memory blocks, it was at the cost of expensive copies every time a program ended. This would make the system unsuitable for running an operating system such as Unix, which is made up of a series of tiny programs that are frequently started and stopped, but Unix did not exist at the time, and the model for most operating systems was a sort of "extended batch mode", running long lived programs that paused when not being actively fed data. The machine was also designed from the outset to allow it to scale across a wide variety of needs. The system included 64 hardware channels that could be connected to peripherals of any sort and could be supplied with a wide variety of core memory sizes. In other ways the machine was fairly similar to the ReserVec's Gemini machine, using a 24 bit word with a 25th bit for parity checking and a simple machine language. One change was the lack of a memory drum, as the advances in core allowed them to replace the drum entirely.

Продажи

Разработка FP 6000 была завершена в конце 1962 года, а первая машина была поставлена в Федеральный резервный банк в начале 1963 года. Прототип машины впоследствии был значительно расширен и превратился в крупнейшую установку FP 6000, проданную компании Saskatchewan Power – провинциальной государственной корпорации электроснабжения – для одновременного выполнения инженерных расчетов и выставления счетов клиентам. После этого дальнейшие продажи оказались крайне затруднительными. В течение следующего года они продали один компьютер в Defence Research Establishment Atlantic в Дартмуте, Новая Шотландия, а другой – на Торонтскую фондовую биржу (TSX). Позднее эта машина позволила TSX стать первой компьютеризированной биржей через несколько лет. Попытки продать систему компьютеризированного управления дорожным движением городу Торонто, первой в мире, не увенчались успехом, как и продажа в Министерство финансов провинции Онтарио. Продажи, осуществляемые Ferranti UK, также отсутствовали. На протяжении многих лет канадское подразделение сталкивалось с проблемой “не изобретено здесь” и постоянно встречало препятствия со стороны руководства компьютерного подразделения в Великобритании. Казалось, FP 6000 ждет схожая участь, и британское подразделение спорило с канадскими инженерами практически по каждому аспекту конструкции. Истинная причина такого сопротивления стала ясна лишь позже в том же году. Ferranti поддерживала свое компьютерное подразделение в Великобритании более десяти лет, но не смогла добиться существенных продаж. Руководство устало от истощения ресурсов компании и приняло решение о полной продаже подразделения. В начале 1963 года начались переговоры с International Computers and Tabulators (ICT), однако, учитывая постоянные убытки, ICT проявила мало интереса. Тогда Ferranti “подсластила” предложение, продемонстрировав FP 6000 и предложив включить его в сделку в случае покупки подразделения ICT. ICT в то время перепроектировала собственную линейку машин начального уровня и рассматривала возможность лицензирования конструкции, совместимой с RCA IBM. Однако FP 6000 предлагал более привлекательную систему, которую можно было масштабировать путем добавления более мелких и крупных машин для создания целой линейки продуктов. ICT наконец проявила интерес, как выразился один из членов совета директоров Ferranti: “без FP 6000 мы бы не получили от ICT желаемого соглашения. FP 6000 был золотым ключом к продаже наших активов”. Сделка была объявлена в июне 1963 года, к удивлению канадского подразделения. FP 6000, дополненный стандартным интерфейсом ICT, стал ICT 1904, а слегка модифицированная версия предлагалась как ICT 1905. Канадское подразделение предложило производить обе эти машины, что казалось логичным, а также возглавить североамериканские продажи и маркетинг. Однако ICT интересовался только европейским рынком и отклонил оба предложения. Вся аппаратная команда ушла в отставку и основала компанию по производству электроники ESE, которую позже приобрела Motorola. Вскоре за ней последовала команда разработчиков программного обеспечения, основавшая I. P. Sharp Associates – крупную канадскую фирму, занимающуюся программированием, в 1970-х и 80-х годах. Команда, отвечавшая за устройства хранения данных системы, ушла через некоторое время в 1967 году и основала Teklogix. Компания SaskPower использовала FP 6000 в течение 20 лет, прежде чем вывести его из эксплуатации в 1982 году. Машина была передана в дар Western Development Museum в 1983 году и является последним сохранившимся экземпляром.

Development of the FP 6000 was completed in late 1962, and the first production machine was delivered to the Federal Reserve Bank in early 1963. The prototype machine was later greatly expanded into the largest FP 6000 installation and sold to Saskatchewan Power, the provincial electrical supply crown corporation for use in performing both engineering calculations and customer billing simultaneously. From there, additional sales proved very difficult. Over the next year they sold one to the Defence Research Establishment Atlantic, in Dartmouth, Nova Scotia and the other to the Toronto Stock Exchange (TSX). The later machine allowed the TSX to become the first computerized exchange a few years later. Sales attempts to the City of Toronto to drive the world's first computerized traffic control system failed, as did a sale to Ontario's Treasury department. Sales by Ferranti UK were also non existent. For years the Canadian division had to put up with not invented here problems and found their efforts continually blocked by the UK computer division's managers. It seemed that the FP 6000 was to suffer a similar fate, and the UK division had argued with the Canadian engineers about practically every part of the design. The real reason for the recalcitrance, in this case, would not become clear until later in the year. Ferranti had been supporting their UK computer division for over a decade at this point, but had failed to make any significant sales. Management was tired of the drain on company resources and decided to sell off the division entirely. They initially entered discussions with International Computers and Tabulators in early 1963, but ICT looked at the continual losses and was less than interested. Ferranti then "sweetened" the deal by showing them the FP 6000, offering to include that in the deal if ICT bought the division. ICT was in the midst of re designing its own series of low end machines and had been considering licensing an RCA IBM compatible design. However, the FP 6000 offered them a more attractive system that could be scaled with the addition of smaller and larger machines to produce an entire line. ICT was finally interested, as one Ferranti board member put it, "without the FP 6000 we would not have gotten the deal we wanted from ICT. The FP 6000 was the golden brick in the sale of our operations." The deal was announced in June 1963, to the surprise of the Canadian division. The FP 6000, with the addition of the ICT Standard Interface, became the ICT 1904, and a slightly modified version would be offered as the ICT 1905. The Canadian division offered to build both of these machines, which seemed obvious, as well as headquarters North American sales and marketing. However, ICT was interested only in the European market and declined on both offers. The entire hardware team resigned and formed an electronics company known as ESE, later purchased by Motorola. They were soon followed by the software team, who formed I. P. Sharp Associates, a major Canadian programming firm of the 1970s and 80s. The team in charge of the system's storage devices left some time later in 1967 to form Teklogix. SaskPower ran their FP 6000 for 20 years before retiring it in 1982. The machine was donated to the Western Development Museum in 1983, and is the last remaining example.