سلسلة ICL 2900

تعتمد بنية سلسلة 2900 على مفهوم الآلة الافتراضية كمجموعة من الموارد المتاحة للبرنامج. ويختلف مفهوم الآلة الافتراضية في هذه البنية عن المصطلح المستخدم في بيئات أخرى . فبما أن كل برنامج يعمل في آلة افتراضية خاصة به، يمكن تشبيه هذا المفهوم بعملية في أنظمة التشغيل الأخرى ، بينما تُشبه عملية سلسلة 2900 خيطًا برمجيًا .

المورد الأكثر وضوحًا في الآلة الافتراضية هو وحدة التخزين الافتراضية (الذاكرة). وتشمل الموارد الأخرى الأجهزة الطرفية والملفات واتصالات الشبكة.

في الآلة الافتراضية، يمكن تشغيل التعليمات البرمجية في أي من طبقات الحماية الست عشرة، والتي تُسمى مستويات الوصول (أو مستويات ACR، نسبةً إلى سجل التحكم بالوصول الذي يتحكم في هذه الآلية). تعمل أعلى مستويات التعليمات البرمجية لنظام التشغيل (النواة ) في نفس الآلة الافتراضية التي يعمل عليها تطبيق المستخدم، وكذلك المستويات المتوسطة مثل الأنظمة الفرعية التي تُنفذ الوصول إلى مخزن الملفات والشبكات. وبالتالي، تتضمن استدعاءات النظام تغييرًا في مستوى الحماية، ولكنها لا تتطلب استدعاءً مكلفًا لتنفيذ التعليمات البرمجية في آلة افتراضية مختلفة. يُنفذ كل جزء من التعليمات البرمجية في مستوى وصول مُحدد، ويمكنه استدعاء الوظائف التي تُقدمها التعليمات البرمجية ذات المستوى الأدنى (الأكثر امتيازًا)، ولكنه لا يملك وصولًا مباشرًا إلى الذاكرة أو الموارد الأخرى في ذلك المستوى. وبذلك، تُوفر البنية آلية تغليف مُدمجة لضمان سلامة النظام.

يمكن مشاركة أجزاء من الذاكرة بين الأجهزة الافتراضية. يوجد نوعان من الذاكرة المشتركة: أجزاء عامة يستخدمها نظام التشغيل (موجودة في جميع الأجهزة الافتراضية)، وأجزاء عامة تُستخدم لبيانات مشتركة على مستوى التطبيق. تُستخدم هذه الآلية الأخيرة فقط عندما يتطلب التطبيق تواصل جهازين افتراضيين. على سبيل المثال، تُستخدم أجزاء الذاكرة العامة لجداول قفل قواعد البيانات. تتوفر تعليمات إشارات الأجهزة لمزامنة الوصول إلى هذه الأجزاء. ومن المثير للاهتمام أن جهازين افتراضيين يتشاركان جزءًا عامًا يستخدمان عناوين افتراضية مختلفة لنفس مواقع الذاكرة، مما يعني أنه لا يمكن تمرير العناوين الافتراضية بأمان من جهاز افتراضي إلى آخر.

المصطلح المستخدم في أجهزة ICL 2900 Series و ICL Series 39 لوحدة المعالجة المركزية (CPU) هو "معالج رمز الطلب" (OCP).

تدعم بنية 2900 مكدس استدعاءات قائم على العتاد ، مما يوفر وسيلة فعالة لتنفيذ برامج اللغات عالية المستوى، وخاصة تلك التي تسمح باستدعاء الدوال بشكل متكرر . كان هذا قرارًا استشرافيًا في ذلك الوقت، لأنه كان من المتوقع أن تكون لغتا البرمجة السائدتان في البداية هما كوبول وفورتران . توفر البنية آليات مدمجة لاستدعاء الإجراءات باستخدام المكدس، وسجلات مخصصة لعنونة أعلى المكدس وقاعدة إطار المكدس الحالي.

تُعنون البيانات خارج المكدس عادةً عبر مُعرِّف . وهو عبارة عن بنية 64 بت تحتوي على عنوان افتراضي 32 بت و32 بت من معلومات التحكم. تُحدد معلومات التحكم ما إذا كانت المنطقة المُعنونة عبارة عن رمز أو بيانات؛ في حالة البيانات، تُحدد حجم العناصر المُعنونة (1 أو 8 أو 32 أو 64 أو 128 بت)؛ وعلامة تُشير إلى ما إذا كان التحقق من حدود المصفوفة مطلوبًا؛ بالإضافة إلى تحسينات أخرى متنوعة.

يتألف العنوان الظاهري ذو 32 بت من رقم مقطع مكون من 14 بت وإزاحة مكونة من 18 بت داخل المقطع.

لا يُعدّ رمز الترتيب جزءًا أساسيًا من بنية 2900. وقد استُغلّت هذه الحقيقة لمحاكاة أجهزة أخرى عبر برمجة مجموعات تعليماتها . مع ذلك، عمليًا، تُطبّق جميع أجهزة سلسلة 2900 رمز ترتيب أو مجموعة تعليمات مشتركة، تُعرف باسم واجهة المستوى الأساسي (PLI). صُمّمت هذه الواجهة أساسًا لتكون هدفًا لمترجمات لغات البرمجة عالية المستوى. أما الأجهزة الأقوى، مثل 2980 و2988، فقد طبّقت جميع التعليمات في مكوناتها المادية، بينما استخدمت الأجهزة الأخرى برامج ثابتة مُبرمجة .

توجد عدة سجلات، كل منها مصمم لغرض محدد. يتوفر سجل التجميع (ACC) للاستخدام العام، وقد يكون حجمه 32 أو 64 أو 128 بت. يُستخدم السجل B للفهرسة في المصفوفات؛ ويشير سجل LNB (قاعدة الاسم المحلية) إلى قاعدة إطار المكدس الحالي، بينما يشير سجل SF (واجهة المكدس) إلى "قمة" المكدس المتحركة؛ ويُستخدم سجل DR لحفظ واصفات العنونة في الكومة، وهكذا. كما يوجد مؤشران 32 بت لبيانات خارج المكدس؛ وهما XNB (قاعدة الاسم الإضافية) وLTB (قاعدة جدول الربط).

تشمل تنسيقات البيانات التي تتعرف عليها تعليمات PLI الأعداد الصحيحة غير الموقعة 32 بت ؛ والأعداد الصحيحة بنظام المتمم الثنائي 32 بت و64 بت؛ والأعداد العشرية 32 بت و64 بت و128 بت؛ والأعداد العشرية المضغوطة 32 بت و64 بت و128 بت . وخلافًا لاتفاقية لغتي C و UNIX ، تُمثَّل القيمة المنطقية "صحيح" بالصفر، والقيمة "خطأ" بالسالب واحد. تُخزَّن السلاسل النصية كمصفوفات من الأحرف 8 بت، وتُشفَّر عادةً باستخدام ترميز EBCDIC (مع وجود اختلافات طفيفة بين ترميز EBCDIC الخاص بـ ICL وترميز IBM). من الممكن استخدام ترميز ISO (وهو في الأساس ASCII ) بدلًا من EBCDIC عن طريق ضبط بت تحكم في سجل مميز؛ ويؤثر هذا، من بين أمور أخرى، على بعض تعليمات تحويل الأعداد العشرية.

نظرًا لأن بعض تعليمات PLI، ولا سيما تلك الخاصة باستدعاء الإجراءات، تتمتع بقدرات عالية (خاصةً استدعاءات النظام)، فإن معدلات تنفيذ التعليمات على سلسلة 2900 لا تُقارن دائمًا بشكل مباشر مع تلك الموجودة على أجهزة المنافسين. وقد اعتمدت مواد التسويق الخاصة بشركة ICL على مفهوم "MIPS المكافئ لـ IBM"، وهو معدل MIPS لجهاز حاسوب مركزي من IBM حقق نفس الإنتاجية في اختبارات الأداء التطبيقية. وقد عوضت الكفاءة التي حققتها بنية 2900، ولا سيما تجنب تكاليف استدعاءات النظام، عن الأداء الأساسي البطيء نسبيًا للأجهزة.

كانت أولى الآلات التي تم الإعلان عنها في سلسلة 2900 هي 2980 و2970. سمحت الآلة 2980 بمعالج واحد أو اثنين من معالجات رمز الطلب (OCPs)، يعمل كل منهما بسرعة تصل إلى 3 ملايين تعليمة في الثانية، مع ذاكرة حقيقية قابلة للتكوين تصل إلى 8 ميجابايت، مع وقت وصول يبلغ 500 نانوثانية .

كان جهاز 2980 في البداية أقوى أجهزة الكمبيوتر المركزية من سلسلة ICL الجديدة. بالإضافة إلى وحدات التحكم في الوصول (OCPs)، كان يتألف من وحدة تحكم متعددة الوصول إلى التخزين (SMAC) ووحدة تحكم واحدة أو أكثر في الوصول إلى التخزين (SAC)، ووحدة تحكم عامة للأجهزة الطرفية (GPC)، ووحدة تحكم واحدة أو أكثر في ملفات القرص (DFC)، ووحدة تحكم في وصلة الاتصالات (CLC)، إلى جانب محركات الأقراص (يحتوي التكوين النموذجي على ثمانية محركات أقراص EDS 200)، وأجهزة تشغيل الأشرطة، ومحطة تشغيل (OPER)، وطابعات خطية، وقارئات بطاقات. وكان بإمكانه تشغيل نظام التشغيل ICL VME (VME/B، VME/K) أو نظام إدنبرة للوصول المتعدد (EMAS). بلغت تكلفة التكوين النموذجي لجهاز 2980 حوالي مليوني جنيه إسترليني (ما يعادل 12 مليون جنيه إسترليني في عام 2025 ).

على عكس جهاز 2980، كان جهاز 2970 وجهاز 2960 اللاحق مزودين برموز دقيقة، وبالتالي سمحوا بمحاكاة مجموعات التعليمات مثل تلك الخاصة بسلسلة 1900 الأقدم أو النظام 4.

تم بناء جهاز من سلسلة 2900 من عدد من الوحدات الوظيفية، كل منها موجود في خزانة منفصلة. تم توصيل الأجهزة الطرفية باستخدام واجهة ICL الأولية (مجموعة مقبس/قابس وكابل) بمحول منفذ على وحدة التحكم في إدارة النظام (SMAC). تم استخدام العنونة المنطقية، واستُخدم مخطط تجميع لتحديد مكونات النظام من حيث المنافذ والوصلات والتدفقات.

كان "الجذع" اسمًا عامًا وعنوانًا ماديًا ضمن منفذ يُخصص له متحكم طرفي. وكان "الجذع" اسمًا عامًا لمتحكم في عدد من أجهزة البث. وكان "البث" اسمًا عامًا للقناة التي يمكن من خلالها الإشارة إلى الأجهزة الطرفية الفردية.

تستحق عملية إقلاع سلسلة 2960 إشارة خاصة: احتوت وحدة التحكم OCP على طرفية تشغيل مصغرة ومشغل أشرطة. عند الإقلاع، كانت وحدة التحكم OCP تُجري تحميل البرنامج الأولي (IPL) من جهاز IPL المُحدد. وفر رمز IPL لوحدة التحكم OCP وسيلة لاكتشاف تكوين أجهزة النظام من خلال الاستعلام عبر التدفقات والوصلات والمنافذ للعثور على جهاز الإقلاع الافتراضي أو المُختار يدويًا لمجموعة البرامج الثابتة الدقيقة و/أو نظام التشغيل المراد تشغيله. تُسمى هذه العملية GROPE أو الاستطلاع العام للأجهزة الطرفية. كما سمحت طريقة تحميل الأشرطة لفريق الهندسة بتحميل برامج التشخيص وتشغيلها.

استُبدلت الأجهزة الأولى لاحقًا بعائلة من الأجهزة المبنية على تصميم 2966 متوسط ​​المدى، والذي كان أقل تكلفة في التصنيع ويستخدم وصلات تسلسلية بدلًا من التوازية . وتم تطوير أداء 2966 ليشمل 2988، ثم 2958، مع إضافة إصدارات بمعالجين ، لتغطية نطاق الأداء الكامل. ^{[ 2 ]}