مركز السيطرة على الأمراض 7600

صُمم جهاز CDC 7600 بواسطة سيمور كراي ليكون خليفةً لجهاز CDC 6600 ، مما عزز هيمنة شركة Control Data على مجال الحواسيب العملاقة حتى سبعينيات القرن العشرين. ^{[ 6 ]} كان جهاز 7600 يعمل بتردد 36.4  ميجاهرتز (  دورة ساعة 27.5 نانوثانية) ويحتوي على ذاكرة أساسية بسعة 65 كيلوكلمة (بحجم كلمة 60 بت) باستخدام نواة مغناطيسية ، وذاكرة ثانوية متغيرة الحجم (تصل إلى 512 كيلوكلمة) (حسب الموقع). كان أسرع من جهاز CDC 6600 بعشر مرات تقريبًا، ويمكنه تقديم أداء يصل إلى 10 ميجا فلوبس باستخدام التعليمات البرمجية المُجمّعة يدويًا، مع ذروة أداء تبلغ 36 ميجا فلوبس. ^{[ 7 ]} بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الاختبارات المعيارية في أوائل عام 1970 أنه أسرع قليلاً من منافسه من شركة IBM ، وهو نظام IBM System/360 ، الطراز 195. ^{[ 8 ]} عندما تم إصدار النظام في عام 1967، تم بيعه بحوالي 5 ملايين دولار في التكوينات الأساسية، ^{[ 9 ]} وأكثر من ذلك بكثير عند إضافة الخيارات والميزات.

من بين المساهمات البارزة والمتطورة لجهاز 7600، بالإضافة إلى تقنية خطوط الأنابيب الواسعة ، كان الشكل المادي على شكل حرف C، والذي قلل من مساحة الأرضية وزاد بشكل كبير ^{[ 10 ]} من الأداء عن طريق تقليل المسافة التي تحتاج الإشارات إلى قطعها. ^{[ 11 ]}

مع اقتراب جهاز 6600 من مرحلة الإنتاج النهائي، فقد كراي اهتمامه به واتجه إلى تصميم بديل له. لم يكن من الصعب جعل الجهاز أسرع "قليلاً" في أواخر الستينيات؛ فقد سمح إدخال الدوائر المتكاملة بتكثيف المكونات، وبالتالي زيادة سرعة الساعة. كما شهدت الترانزستورات عمومًا تحسنًا في السرعة ^{[ 12 ]} مع تحسن عمليات الإنتاج والجودة. كان من المتوقع أن تؤدي هذه التحسينات إلى مضاعفة سرعة الجهاز، وربما حتى خمسة أضعاف. ومع ذلك، وكما هو الحال مع تصميم 6600، وضع كراي نصب عينيه هدف إنتاج جهاز بأداء يفوق أداء الجهاز السابق بعشرة أضعاف.

أحد أسباب تفوق معالج 6600 على معالجات عصره هو احتوائه على وحدات وظيفية متعددة تعمل بالتوازي. ^{[ 13 ]} فعلى سبيل المثال، كان بإمكان الجهاز جمع عددين وضرب عددين آخرين في الوقت نفسه. مع ذلك، كان على كل تعليمة أن تُكمل مسارها عبر الوحدة قبل أن تُمرر التعليمة التالية إليها، مما تسبب في اختناق النظام عند نفاد التعليمات. لم يكن إضافة المزيد من الوحدات الوظيفية ليُحسّن الأداء ما لم يتم تحسين نظام الجدولة بشكل كبير، لا سيما من حيث زيادة سعة الذاكرة المتاحة له، ليتمكن من البحث في المزيد من التعليمات عن تلك التي يمكن تمريرها إلى الوحدات المتوازية. وقد بدا هذا مشكلة جوهرية.

لحل هذه المشكلة، لجأت شركة كراي إلى مفهوم خط أنابيب التعليمات . تتألف كل وحدة وظيفية من عدة أقسام تعمل بالتتابع، فعلى سبيل المثال، قد تحتوي وحدة الجمع على دوائر مخصصة لاسترجاع المعاملات من الذاكرة، ثم وحدة العمليات الحسابية الفعلية، وأخيرًا وحدة أخرى لإعادة النتائج إلى الذاكرة. في أي لحظة، يكون جزء واحد فقط من الوحدة نشطًا، بينما تنتظر الأجزاء الأخرى دورها. يُحسّن خط الأنابيب هذا من خلال إدخال التعليمات التالية قبل اكتمال الأولى، مستغلًا وقت الخمول. على سبيل المثال، أثناء جمع إحدى التعليمات، يمكن جلب معاملات تعليمة الجمع التالية. بهذه الطريقة، بمجرد اكتمال التعليمات الحالية وانتقالها إلى دائرة الإخراج، تكون معاملات الجمع التالية جاهزة للجمع. وبهذه الطريقة، تعمل كل وحدة وظيفية "بالتوازي"، ^{[ 14 ]} وكذلك الجهاز ككل. يعتمد تحسين الأداء عمومًا على عدد الخطوات التي تستغرقها الوحدة لإكمال العملية. على سبيل المثال، استغرقت وحدة الضرب في جهاز 6600 عشر دورات لإكمال التعليمات، لذلك من خلال تقسيم الوحدات إلى خطوط متوازية، يمكن توقع الحصول على سرعة أكبر بحوالي عشرة أضعاف.

لكن الأمور ليست بهذه البساطة. تتطلب تقنية خطوط الأنابيب فصل المكونات الداخلية للوحدة بشكل فعال، بحيث تعمل كل خطوة من خطوات العملية على دائرة كهربائية منفصلة تمامًا. نادرًا ما يتحقق هذا عمليًا. مع ذلك، أدى استخدام خطوط الأنابيب في جهاز 7600 إلى تحسين الأداء مقارنةً بجهاز 6600 بمقدار ثلاثة أضعاف تقريبًا. ولتحقيق الهدف المتبقي، كان لا بد من تشغيل الجهاز بسرعة أعلى، وهو أمر ممكن الآن بفضل تصميمات الترانزستورات الجديدة. إلا أن هناك حدًا ماديًا للأداء بسبب الوقت الذي تستغرقه الإشارات للانتقال بين أجزاء الجهاز، والذي يتحدد بدوره بحجمه المادي. وكما هو معتاد، بذلت شركة كراي جهدًا كبيرًا في تصميمها لحل هذه المشكلة، مما يسمح بترددات تشغيل أعلى. في جهاز 7600، تتكون كل وحدة دائرة من ست لوحات دوائر مطبوعة كحد أقصى ، كل منها مزودة بمقاومات وثنائيات وترانزستورات صغيرة جدًا. تم تكديس اللوحات الست وتوصيلها ببعضها على طول حوافها، مما يشكل وحدة صغيرة جدًا، ولكنها غير قابلة للإصلاح عمليًا.

مع ذلك، أدى هذا التعبئة الكثيفة نفسها إلى أكبر مشكلة في الجهاز ، وهي الحرارة. ولحل مشكلة الحرارة في جهاز 7600، استعان كراي مرة أخرى بمهندس التبريد لديه، دين روش، الذي كان يعمل سابقًا في شركة أمانا . أضاف روش صفيحة ألومنيوم إلى الجزء الخلفي من كل جانب من جوانب كومة الحطب ، والتي تم تبريدها بدورها بواسطة نظام فريون سائل ^{[ 15 ]} يمر عبر قلب الجهاز. ولأن هذا النظام كان ميكانيكيًا، وبالتالي عرضة للأعطال، أُعيد تصميم جهاز 7600 على شكل حرف "C" كبير للسماح بالوصول إلى الوحدات الموجودة على جانبي أنابيب التبريد عن طريق الدخول إلى داخل حرف "C" وفتح الخزانة. ^{[ 11 ]} 

كان جهاز 7600 علامة فارقة في التصميم المعماري، ولا تزال معظم خصائصه تُعتبر من العناصر الأساسية في تصميم الحواسيب. وهو حاسوب يعتمد على نظام تحميل وتخزين البيانات ، حيث تحتوي كلمة التعليمات على 15 بت، تتضمن رمز عملية مكون من 6 بت. يحتوي المعالج المركزي على 64 رمزًا آليًا فقط، بما في ذلك رمز عدم إجراء أي عملية ، ولا يدعم عمليات الضرب أو القسمة ذات الفاصلة الثابتة .

يحتوي المعالج 7600 على ذاكرتين أساسيتين. تحتوي الذاكرة الأساسية الصغيرة على التعليمات والبيانات قيد التنفيذ حاليًا، ويبلغ زمن الوصول إليها 10 من أصل 27.5 نانوثانية لكل دورة فرعية، ويبلغ طول الكلمة 60 بت. أما الذاكرة الأساسية الكبيرة، فتحتوي على البيانات الجاهزة للنقل إلى الذاكرة الأساسية الصغيرة، ويبلغ زمن الوصول إليها 60 من أصل 27.5 نانوثانية لكل دورة فرعية، ويبلغ طول الكلمة 480 بت (512 بت مع التكافؤ). ^{[ 4 ]} تتم عمليات الوصول بشكل كامل عبر خطوط الأنابيب والتخزين المؤقت، لذا فإن معدل النقل التسلسلي للذاكرتين متساوٍ، وهو 60 بت كل 27.5  نانوثانية. تعمل الذاكرتان بالتوازي، وبالتالي فإن معدل النقل التسلسلي من إحداهما إلى الأخرى هو 60 بت لكل 27.5  نانوثانية لكل دورة فرعية. عند استدعاء نظام التشغيل، يقوم النظام باستبدال محتويات الذاكرة الأساسية الصغيرة بمحتويات الذاكرة الأساسية الكبيرة، ثم يعيدها إلى الذاكرة الأساسية القديمة.

يوجد مسار تعليمات مكون من 12 كلمة، يُسمى مكدس كلمات التعليمات في وثائق CDC. ^{[ 4 ]} يتم جلب جميع العناوين في المكدس دون انتظار معالجة حقل التعليمات. لذلك، يسبق جلب تعليمة الهدف للتفرع الشرطي تقييم شرط التفرع. أثناء تنفيذ حلقة مكونة من 10 كلمات (حتى 40 تعليمة)، تبقى جميع التعليمات المطلوبة في المكدس، فلا يتم جلب أي تعليمات، مما يترك مساحة صغيرة من ذاكرة النواة متاحة لنقل البيانات.

يحتوي المعالج على ثمانية سجلات، كل منها بسعة 60 بت، ولكل سجل عنوان. ^{[ 4 ]} يؤدي نقل عنوان إلى سجل عنوان إلى بدء عملية قراءة أو كتابة صغيرة في ذاكرة المعالج. تستخدم تعليمات الحساب والمنطق هذه السجلات كمصادر ووجهات. يحاول المبرمج أو المترجم جلب البيانات في الوقت المناسب لاستخدامها وتخزينها قبل أن تحتاج بيانات أخرى إلى نفس السجل، ولكن إذا لم يكن السجل جاهزًا، يدخل المعالج في حالة انتظار حتى يصبح جاهزًا. كما ينتظر المعالج أيضًا إذا لم تكن إحدى وحدات الحساب ذات الفاصلة العائمة الأربع جاهزة عند الطلب، ولكن نظرًا لتقنية التجزئة، لا يحدث هذا عادةً. ^{[ 16 ]}

صُمم جهاز CDC 7600 ليكون متوافقًا مع نظام التشغيل 6600 من حيث لغة البرمجة، ولكنه يوفر زيادة كبيرة في الأداء. ^{[ 17 ] [ 18 ]} قال أحد المستخدمين: "يمكن لمعظم المستخدمين تشغيله على أي من النظامين دون أي تغييرات." ^{[ 8 ]}

على الرغم من أن جهاز 7600 كان يشترك في العديد من الميزات مع جهاز 6600، بما في ذلك المكونات المادية والتعليمات وحجم الكلمة البالغ 60 بت، إلا أنه لم يكن متوافقًا مع كود الكائن لجهاز CDC 6600. ^{[ 19 ] [ 8 ]} إضافةً إلى ذلك، لم يكن متوافقًا تمامًا مع كود المصدر ( COMPASS )، حيث لم تكن بعض التعليمات الموجودة في 7600 موجودة في 6600، والعكس صحيح. كان يُطلق عليه في الأصل اسم CDC 6800، ^{[ 20 ]} ولكن تم تغييره إلى 7600 عندما قررت شركة Cray أنه لا يمكن أن يكون متوافقًا تمامًا. ومع ذلك، نظرًا لتصميم نظام تشغيل 7600، فقد تشارك كل من 6600 و7600 "بيئة برمجية موحدة" على الرغم من الاختلافات على المستوى الأدنى. ^{[ 8 ]}

في الواقع، من منظور عام، كان جهاز 7600 مشابهًا جدًا لجهاز 6600. في ذلك الوقت، كان من الممكن تنظيم ذاكرة الحاسوب في كتل ذات مسارات وصول مستقلة، وقد استغلت شركة كراي هذه الميزة في تصميماتها. فبينما كانت معظم الأجهزة تستخدم وحدة معالجة مركزية واحدة لتشغيل جميع وظائف النظام، أدركت كراي أن هذا يعني أن كل كتلة ذاكرة تقضي وقتًا طويلًا في وضع الخمول بينما تقوم وحدة المعالجة المركزية بمعالجة التعليمات والوصول إلى الكتل الأخرى. وللاستفادة من ذلك، ترك جهازا 6600 و7600 مهام الصيانة الروتينية، مثل طباعة المخرجات أو قراءة البطاقات المثقبة ، لسلسلة من عشر وحدات أصغر حجمًا ذات 12 بت تعتمد على شريحة CDC 160-A، تُعرف باسم "وحدات المعالجة الطرفية" (PPUs). ^{[ 21 ]} في أي دورة تشغيل للجهاز، كانت إحدى وحدات PPUs تتحكم في العملية، حيث تُغذي الذاكرة بالبيانات بينما يقوم المعالج الرئيسي بمعالجة الأرقام. وعند اكتمال الدورة، تُمنح وحدة PPU التالية التحكم. وبهذه الطريقة، احتفظت الذاكرة دائمًا بمعلومات محدّثة ليعمل عليها المعالج الرئيسي (باستثناء التأخيرات في الأجهزة الخارجية نفسها)، مما أدى إلى القضاء على تأخيرات البيانات، بالإضافة إلى السماح بتصميم وحدة المعالجة المركزية لأداء رياضي بحت. ويمكن اعتبار وحدة معالجة البيانات بمثابة "قناة اتصال" ذكية للغاية.

على غرار جهاز 6600، استخدم جهاز 7600 كلماتٍ من 60 بت، مع تعليماتٍ بطول 15 بت في الغالب، مع وجود تعليماتٍ من 30 بت أيضًا. كانت التعليمات مُجمّعةً في كلمات 60 بت، لكن لم يكن بإمكان تعليمة 30 بت أن تمتد على كلمتين، وكان التحكم ينتقل فقط إلى التعليمة الأولى في الكلمة. مع ذلك، تغيّرت مجموعة التعليمات نفسها لتعكس تخطيط الذاكرة الداخلية الجديد، ما جعلها غير متوافقة مع جهاز 6600 السابق. كانت الأجهزة متشابهةً بما يكفي لتسهيل نقل المُترجمات وأنظمة التشغيل دون عناءٍ كبير. لم يكن الجهاز مُزوّدًا ببرامج في البداية؛ إذ كان على المواقع أن تكون مُستعدةً لكتابة نظام التشغيل الخاص بها، مثل LTSS وNCAROS وغيرها؛ ومُترجمات مثل LRLTRAN (نسخة ليفرمور من لغة فورتران مع إدارة الذاكرة الديناميكية وميزاتٍ أخرى غير قياسية).

قامت شركة CDC أيضًا بتصنيع حاسوبين متعددي المعالجات مبنيين على طراز 7600، يحملان الرقم 7700. ^{[ 22 ]} يتألف كل منهما من جهازين من طراز 7600 بتكوين غير متماثل: جهاز مركزي وجهاز مساعد. استُخدما لإطلاق الصواريخ وتتبع الصواريخ الباليستية العابرة للقارات السوفيتية القادمة . كان جهاز محاكاة الرادار عبارة عن جهاز محاكاة يعمل في الوقت الفعلي، مزودًا بمعالج CDC 6400 للإدخال والإخراج. كان من المقرر استخدام هذه الأنظمة في ميدان اختبار الصواريخ في المحيط الهادئ . تم تركيب أحد الحاسوبين في شركة TRW في ريدوندو بيتش، كاليفورنيا (نُقل لاحقًا إلى جزيرة كواجالين المرجانية، جنوب المحيط الهادئ)، بينما تم تركيب الثاني في شركة ماكدونيل دوغلاس في هنتنغتون بيتش، كاليفورنيا . كانا في الأصل جهازي 7600 متصلين بهيكل رقم 25 ليشكلا معًا جهاز 7600 متعدد المعالجات.

من عام 1969 إلى عام 1975 تقريبًا، اعتُبر جهاز CDC 7600 أسرع حاسوب في العالم، ^{[ 7 ]} باستثناء الوحدات المتخصصة. ومع ذلك، حتى مع مكوناته الميكانيكية المتطورة ونظام التبريد الفعال، كان جهاز 7600 عرضةً للأعطال. فقد أفاد كل من مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) والمركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) أن الجهاز كان يتعطل مرة واحدة على الأقل يوميًا، وغالبًا ما كان يتعطل أربع أو خمس مرات. استغرق قبول الجهاز في مواقع التركيب سنوات ريثما تم إصلاح عيوبه، وعلى الرغم من أن مبيعاته كانت جيدة عمومًا نظرًا لتخصصه في فئة "الأجهزة الراقية"، فمن غير المرجح أنه حقق أي أرباح حقيقية لشركة CDC. لم يُستكمل تطوير جهاز CDC 8600 الذي خلفه ، وواصل سيمور كراي مسيرته ليؤسس شركته الخاصة، كراي للأبحاث . ^{[ 7 ]}

يُعرض جزء من جهاز 7600 المتبقي في متحف تاريخ الحاسوب . ^{[ 9 ]} ونظرًا لحجمه الكبير، لا يُمكن عرض سوى وحدتين ركنيتين منه. أما باقي الأجزاء فمخزنة. ويُعرض جهاز 7600 آخر في متحف تشيبيوا فولز للصناعة والتكنولوجيا ، إلى جانب وحدة التحكم الخاصة به وجهاز التحكم في الشريط.

• 
  الرقم التسلسلي لجهاز CDC 7600 هو 1. تُظهر هذه الصورة جانبين من الهيكل على شكل حرف C.
• 
  جهاز CDC 7600 مع خاصية القياس
• 
  عرض ثلاثي الأبعاد لنظرة عامة كاملة على جهازي CDC 7600

• نيل ر. لينكولن مع 18 مهندسًا من شركة Control Data Corporation (CDC) في معهد تشارلز باباج، جامعة مينيسوتا، لمناقشة هندسة وتصميم الحواسيب . ومن بين المهندسين المشاركين: روبرت مو، وواين سبيكر، ودينيس غرينا، وتوم روان، وموريس هاتسون، وكورت ألكسندر، ودون باغلكوف، وماريس بيرغمانيس، ودولان توث، وتشاك هاولي، ولاري كروجر، ومايك بافلوف، وديف ريسنيك، وهوارد كروهن، وبيل بيند، وكينت شتاينر، ورايمون كورت، ونيل ر. لينكولن. وتناولت المناقشات مواضيع مثل: CDC 1604 ، و CDC 6600 ، وCDC 7600، و CDC 8600 ، و CDC STAR-100، وسيمور كراي .
• عرض تقديمي لجهاز CDC 7600 وأجهزة أخرى صممها سيمور كراي - من قبل سي. جوردون بيل من مايكروسوفت للأبحاث (سابقًا في شركة دي إي سي) 
• معرض كمبيوتر SCD
• متحف تاريخ الحاسوب
• متحف تشيبيوا فولز للصناعة والتكنولوجيا
• الكثير من الروابط حول CDC 7600

• داخل 7600