Systems Programming Language

Введение

Язык программирования HP Systems Programming Language, часто сокращенный до SPL, но иногда известный как SPL/3000, был процедурно ориентированным языком программирования, написанным Hewlett Packard для линейки миникомпьютеров HP 3000 и впервые представленным в 1972 году. SPL использовался для написания основной операционной системы HP 3000, Multi Programming Executive (MPE). Подобные языки на других платформах были обозначены как языки системного программирования, что вызывало путаницу. Первоначально известный как Alpha Systems Programming Language, названный в честь проекта разработки, который произвел серию 3000, SPL был разработан для использования преимуществ процессорной конструкции Alpha на основе стека. Он основан на ESPOL, аналогичном языке ALGOL, используемом в центральных системах Burroughs B5000, который также повлиял на ряд языков 1960-х годов, таких как PL360 и JOVIAL. В середине 1970-х годов успех систем HP привел к появлению ряда SPL-отколов. Примерами являются ZSPL для процессора Zilog Z80 и Micro SPL для Xerox Alto. Позже вдохновленный Действие! для семейства Atari 8 бит, который был довольно успешным. Последний более тесно следовал синтаксису Паскаля, теряя некоторые особенности SPL. SPL широко использовался в течение срока службы оригинальной 16-битной версии платформы HP 3000. В 1980-х годах HP 3000 и MPE были повторно реализованы в эмуляторе, работающем на платформах HP 9000 на основе PA RISC. HP продвигала Pascal в качестве предпочтительного системного языка на PA RISC и не предоставляла компилятор SPL. Это вызвало проблемы с обслуживанием кода, и были введены компиляторы SPL третьей стороны, чтобы удовлетворить эту потребность.

История

Hewlett Packard представила свои первые мини-компьютеры, серию HP 2100, в 1967 году. Эти машины изначально были разработаны внешней командой, работающей на Union Carbide, и предназначались в основном для промышленного встроенного управления, а не для более широкого рынка обработки данных. HP рассматривала это как естественное сочетание с их существующим бизнесом по приборам и первоначально предлагала его этим пользователям. Несмотря на это, HP обнаружила, что соотношение цены и производительности машины делало их все более успешными на деловом рынке. В этот период концепция совместного использования времени становилась популярной, особенно поскольку стоимость основных оперативных памяти снизилась, а системы стали поставляться с большей памятью. В 1968 году HP представила сборочную систему, использующую две машины серии 2100 с ходом HP Time Shared BASIC, которая обеспечивала полную операционную систему, а также язык программирования BASIC. Эти две машины, известные как HP 2000s, сразу же стали успешными. HP BASIC имел большое влияние на многие годы, и его синтаксис можно увидеть в ряде микрокомпьютерных BASIC, включая Palo Alto TinyBASIC, Integer BASIC, North Star BASIC, Atari BASIC и другие. Дизайнеры в HP начали задаваться вопросом: "Если мы можем создать систему совместного использования времени, используя такой компьютер, как 2116, подумайте, что мы могли бы достичь, если бы мы разработали свой собственный компьютер". С этой целью в 1968 году компания начала собирать большую команду для разработки новой архитектуры среднего размера. Новые члены команды включали тех, кто работал над системами мейнфреймов Burroughs и IBM, и полученные концепции имели сильное сходство с очень успешной системой Burroughs B5000. В B5000 использовался процессор стек-машины, который облегчил реализацию мультипрограммирования, и та же архитектура была выбрана для новой концепции HP. Были рассмотрены две реализации, 32-битная машина масштаба мейнфрейма, известная как Omega, и 16-битная конструкция, известная как Alpha. Почти все усилия были направлены на Омегу, но в июне 1970 года Омега была отменена. Это привело к обширной переработке дизайна Alpha, чтобы отличить его от 2100-х годов, и в конечном итоге появились планы на еще более агрессивный дизайн операционной системы. Omega намеревалась работать в режиме серии и использовать меньший компьютер, "предний конец", для обработки взаимодействий с пользователем. Это была та же концепция работы, что и в серии 2000. Однако еще 2000 не было бы достаточно для Alpha, и было принято решение иметь единый операционный для партии, интерактивной и даже операций в реальном времени. Для этого требовалась современная конструкция компьютерной шины с широким доступом к прямой памяти (DMA) и современная операционная система (OS), обеспечивающая быстрый ответ на действия пользователя. B5000 также был уникальным для своего времени, поскольку его операционная система и основные утилиты были все запрограммированы на языке высокого уровня ESPOL. ESPOL был производным языка ALGOL, настроенным для работы на B5000, концепция, которая была очень влиятельной в 1960-х годах и привела к новым языкам, таким как JOVIAL, PL/360 и BCPL. Команда HP решила, что они также будут использовать язык, полученный из ALGOL, для работы с операционными системами. Аналогичный язык HP первоначально был известен как Alpha Systems Programming Language. Разработка Alpha заняла несколько лет, прежде чем появилась в 1972 году как HP 3000. Машина была на рынке всего несколько месяцев, прежде чем стало ясно, что она просто не работает правильно, и HP была вынуждена отозвать все 3000 уже проданных. Он был вновь введен в конце 1973 года, когда большинство его проблем были решены. Основное обновление всей системы, машины CX и MPE C для работы на ней, реформировали ее имидж, и 3000 стал еще одним крупным успехом во второй половине 1970-х годов. Этот успех сделал SPL почти таким же распространенным, как BASIC серии 2000, и, как и этот язык, SPL привел к созданию ряда версий для других платформ. Из них примечательным был Micro SPL, версия, написанная для рабочей станции Xerox Alto. Эта машина изначально использовала BCPL в качестве основного языка, но неудовлетворенность его производительностью привела Генри Бейкера к разработке нерекурсивного языка, который он реализовал с Клинтоном Паркером в 1979 году. Затем Клинтон модифицировал Micro SPL, чтобы произвести Action! для семейства Atari 8 бит в 1983 году. HP вновь внедрила систему HP 3000 на чипсете PA RISC, запуская новую версию операционной системы, известную как MPE/iX. MPE/iX имел два режима, в "нативном режим�...

Hewlett Packard introduced their first minicomputers, the HP 2100 series, in 1967. The machines had originally been designed by an external team working for Union Carbide and intended mainly for industrial embedded control uses, not the wider data processing market. HP saw this as a natural fit with their existing instrumentation business and initially pitched it to those users. In spite of this, HP found that the machine's price/performance ratio was making them increasingly successful in the business market. During this period, the concept of time sharing was becoming popular, especially as core memory costs fell and systems began to ship with more memory. In 1968, HP introduced a bundled system using two 2100 series machine running HP Time Shared BASIC, which provided a complete operating system as well as the BASIC programming language. These two machine systems, collectively known as HP 2000s, were an immediate success. HP BASIC was highly influential for many years, and its syntax can be seen in a number microcomputer BASICs, including Palo Alto TinyBASIC, Integer BASIC, North Star BASIC, Atari BASIC, and others. Designers at HP began to wonder "If we can produce a time sharing system this good using a junky computer like the 2116, think what we could accomplish if we designed our own computer." To this end, in 1968 the company began putting together a larger team to design a new mid sized architecture. New team members included those who had worked on Burroughs and IBM mainframe systems, and the resulting concepts bore a strong resemblance to the highly successful Burroughs B5000 system. The B5000 used a stack machine processor that made multiprogramming simpler to implement, and this same architecture was also selected for the new HP concept. Two implementations were considered, a 32 bit mainframe scale machine known as Omega, and a 16 bit design known as Alpha. Almost all effort was on the Omega, but in June 1970, Omega was canceled. This led to an extensive redesign of Alpha to differentiate it from the 2100's, and it eventually emerged with plans for an even more aggressive operating system design. Omega had intended to run in batch mode and use a smaller computer, the "front end", to process interactions with the user. This was the same operating concept as the 2000 series. However, yet another 2000 would not be enough for Alpha, and the decision was made to have a single operating for batch, interactive and even real time operation. To make this work, it needed an advanced computer bus design with extensive direct memory access (DMA) and required an advanced operating system (OS) to provide quick responses to user actions. The B5000 was also unique, for its time, in that its operating system and core utilities were all programmed in a high level language, ESPOL. ESPOL was a derivative of the ALGOL language tuned to work on the B5000's, a concept that was highly influential in the 1960s and led to new languages like JOVIAL, PL/360 and BCPL. The HP team decided they would also use an ALGOL derived language for their operating systems work. HP's similar language was initially known as the Alpha Systems Programming Language. Alpha took several years to develop before emerging in 1972 as the HP 3000. The machine was on the market for only a few months before it was clear it simply wasn't working right, and HP was forced to recall all 3000's already sold. It was reintroduced in late 1973 with most of its problems having been fixed. A major upgrade to the entire system, the CX machine, and MPE C to run on it, reformed its image and the 3000 went on to be another major success during the second half of the 1970s. This success made SPL almost as widespread as the 2000 series' BASIC, and like that language, SPL resulted in a number of versions for other platforms. Notable among them was Micro SPL, a version written for the Xerox Alto workstation. This machine had originally used BCPL as its primary language, but dissatisfaction with its performance led Henry Baker to design a non recursive language that he implemented with Clinton Parker in 1979. Clinton would then further modify Micro SPL to produce Action! for the Atari 8 bit family in 1983. HP reimplemented the HP 3000 system on the PA RISC chipset, running a new version of the operating system known as MPE/iX. MPE/iX had two modes, in "native mode" it ran applications that had been recompiled for the PA RISC using newer Pascal compilers, while under "compatible mode" it could run all existing software via emulation. HP did not supply a native mode compiler for MPE/iX so it was not an easy process to move existing software to the new platform. To fill the need, Allegro Consultants wrote an SPL compatible language named "SPLash!" that could compile to original HP 3000 code to run within the emulator, or to native mode. This offered a porting pathway for existing SPL software.

Сегментация памяти

Классический HP 3000 организовал физическую память в 1, 2, 4, 8 или 16 банков 64K (65536) 16 бит слов (128K байтов). Код (общий, не изменяемый) и данные были отделены друг от друга и хранились в сегментах с переменной длиной до 32 000 слов каждый. В процессе адреса данных, такие как указатели, были 16-битовыми смещениями от базового регистратора (известного как DB) или относительными смещениями от регистра указателя (Q или S), которые привели к действительному адресу в области данных процесса (называемой стеком). В то время как в основном 16-битное слово ориентировано, система поддерживала адресацию отдельных байтов в массиве, используя адрес слова, где был хранится байт, смещенный на 1 бит влево, а затем добавляя 0 для доступа к верхнему байту или 1 для нижнего байта. Таким образом, байтовые адреса были отделены и отличались от словесных адресов, а интерпретация адреса была чисто контекстуальной. Это оказалось довольно проблематичным и стало источником многочисленных ошибок как в системе, так и в пользовательском коде. При использовании байтовых адресов в, например, вычислениях длины, необходимо было обращаться с ними как с 16-битовыми неподписанными (то есть типа LOGICAL), поскольку в противном случае байтовый адрес 2^16 или более будет рассматриваться как значение с подписью 2s, что приведет к ошибочному вычислению длин или смещений. У отдельного процесса был доступ к 254 сегментам кода, каждый из которых содержал до 32 000 слов. Кодовые сегменты были разделены на две области: первые 191 были "системными" сегментами, которыми делятся все процессы, а оставшиеся 63 были "пользовательскими" сегментами, которыми делятся все, запускающие одну и ту же программу. Передача управления указала либо номер рутины в текущем сегменте, либо номер внешнего сегмента и номер рутины в нем. В конце сегмента была небольшая таблица с адресом входной точки для процедуры. Код процесса действовал на данные в стеке, один частный сегмент также до 32 000 слов в размере. В отличие от стеков в других архитектурах, стек HP 3000 использовался для глобальных процессов, сохранения состояния, локальных процедур (поддержка вложенных вызовов и повторного входа) и численных вычислений / оценки. Операционная система обеспечивала доступ к дополнительным сегментам данных, основанным на памяти (не стек), но они не были адресованы набором инструкций, и поэтому программа отвечала за перемещение данных из таких "дополнительных сегментов данных" по мере необходимости. SPL включал в себя различные системы поддержки, позволяющие легко сегментировать программы, а затем сделать эту сегментацию относительно невидимой в коде. Основным механизмом было использование директивы компилятора, которая определяла, в какой сегмент должен быть помещен следующий код. По умолчанию это было , но программист мог добавить любое количество дополнительных именных сегментов, чтобы организовать код в блоки.

The classic HP 3000 organized physical memory into 1, 2, 4, 8 or 16 banks of 64K (65536) 16 bit words (128K bytes). Code (shared, non modifiable) and data were separate from each other and stored in variable length segments of up to 32K words each. Within a process, data addresses such as pointers were 16 bit offsets from a base regsiter (known as DB), or relative offsets from a pointer register (Q or S) that resulted in a valid address within the process's data area (called the stack). While primarily 16 bit word oriented, the system supported addressing of individual bytes in an array by using the word address where the byte was stored shifted left 1 bit then adding 0 to access the upper byte, or 1 for the lower byte. Thus byte addresses were separate and distinct from word addresses and the interpretation of an address was purely contextual. This proved to be quite troublesome and was the source of numerous bugs in both system and user code. Care had to be taken to treat byte addresses as 16 bit unsigned (that is, type LOGICAL) when using them in, for example, length computations, because otherwise a byte address of 2^16 or more would be treated as a 2s complement signed value resulting in erroneous calculation of lengths or offsets. An individual process had access to up to 254 code segments of up to 32K words each. The code segments were divided into two domains: the first 191 were "system" segments shared by all processes, and the remaining 63 were "user" segments shared by all running the same program. Control transfer specified either an routine number within the current segment, or an external segment number and a routine number within it. A small table at the end of the segment provided the entry point address for the routine. A process's code acted on data in the stack, a single private segment also up to 32K words in size. Unlike stacks in other architectures, the HP 3000 stack was used for process globals, state preservation, procedure locals (supporting nested calls and re entrancy), and numeric computation/evaluation. The operating system provided facilities for access to additional memory based (non stack) data segments, but these were not natively addressed by the instruction set and so the program was responsible for moving data from and to such "extra data segments" as necessary. SPL included a variety of support systems to allow programs to be easily segmented and then make that segmentation relatively invisible in the code. The primary mechanism was to use the compiler directive which defined which segment the following code should be placed in. The default was , but the programmer could add any number of additional named segments to organize the code into blocks.

Другие особенности

SPL включал функцию "битового извлечения", которая позволяла упрощать бит-использование. Любой бит или строка бит в слове может быть доступна с помощью синтаксиса, где x и y были начальными и конечными позициями бит от 0 до 15. (Очевидно, что x и y должны быть известными константами на момент компиляции.) Таким образом, возвращал нижний байт слова, хранящего A. Этот формат может быть использован для разделения и объединения битов по мере необходимости. Кроме того, были предусмотрены дополнительные операции для смен и ротаций, и они могут быть применены к любой переменной с , например .