إنجلش إلكتريك KDF9

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

كان KDF9 حاسوبًا بريطانيًا مبكرًا من طراز 48 بت، صممته وبنته شركة إنجلش إلكتريك (التي اندمجت عام 1968 مع شركة إنترناشونال كمبيوترز ليمتد (ICL)). دخل أول جهاز الخدمة عام 1964، وتم إخراج آخر جهازين من أصل 29 جهازًا من الخدمة عام 1980 في المختبر الفيزيائي الوطني . [ 1 ] صُمم KDF9 خصيصًا لمجالات المعالجة الرياضية والعلمية، واستُخدم فيها بشكل شبه كامل ؛ ففي عام 1967، كان تسعة أجهزة قيد الاستخدام في الجامعات والكليات التقنية البريطانية. [ 2 ] أما KDF8 ، الذي طُوّر بالتوازي، فكان مُصممًا لتلبية احتياجات معالجة البيانات التجارية. 

كان جهاز KDF9 مثالًا مبكرًا على جهاز يدعم البرمجة المتعددة بشكل مباشر ، مستخدمًا إزاحات في ذاكرته الأساسية لفصل البرامج في مساحات عناوين افتراضية منفصلة. طُوّرت عدة أنظمة تشغيل لهذه المنصة، بما في ذلك أنظمة توفر استخدامًا تفاعليًا كاملًا عبر أجهزة PDP-8 التي تعمل كخوادم طرفية ذكية . توفر عدد من المترجمات ، ولا سيما مترجمات النسخ ومترجمات التحسين الشامل للغة Algol 60 .

بنيان

كانت الدوائر المنطقية لمعالج KDF9 مصنوعة بالكامل من أشباه الموصلات . استخدم المعالج منطقًا ثنائيًا-ترانزستوريًا مقترنًا بمحول ، مُكوّنًا من ثنائيات الجرمانيوم، وحوالي 20,000 ترانزستور، وحوالي 2,000 محول نبضي حلقي . [ 3 ] كانت تعمل بتردد  ساعة 1 ميجاهرتز، تُصدر نبضتين مدة كل منهما 250  نانوثانية، يفصل بينهما 500  نانوثانية، في كل دورة ساعة. تضمنت أقصى سعة تخزين 32 ألف كلمة من ذاكرة أساسية 48 بت (192 كيلوبايت) بزمن دورة 6 ميكروثانية. يمكن لكل كلمة أن تحتوي على عدد صحيح أو عدد عشري واحد 48 بت ، أو عددين صحيحين أو عددين عشريين 24 بت، أو ستة مقاطع تعليمات 8 بت ، أو ثمانية أحرف 6 بت. [ 4 ] كما تم توفير إمكانية معالجة فعّالة للأعداد ذات الكلمتين (96 بت) بصيغتي العدد الصحيح والعدد العشري. مع ذلك، لم تكن هناك إمكانية لمعالجة البيانات على مستوى البايت أو الأحرف، مما أثر سلبًا على العمليات غير الرقمية. كانت مجموعة الأحرف القياسية عبارة عن نسخة من شفرة شريط الورق "فريدن فليكسو رايتر" الموجهة إلى لغة ألغول  60، وتضمنت أحرفًا غير مألوفة مثل الرمز السفلي 10 في ألغول. مع ذلك، نفّذ كل نوع من أنواع أجهزة الإدخال/الإخراج الأخرى مجموعة فرعية خاصة به من تلك الشفرة. على سبيل المثال، لم يكن من الممكن طباعة جميع الأحرف التي يمكن قراءتها من شريط الورق بنجاح.

السجلات

تضمنت بنية وحدة المعالجة المركزية ثلاث مجموعات من المسجلات. كانت مجموعة Nest عبارة عن مكدس دفع سفلي مكون من 16 مسجلاً حسابياً، بينما كانت مجموعة SJNS (مخزن قفزات الروتينات الفرعية المتداخلة) عبارة عن مكدس مماثل لعناوين العودة. أما مجموعة Q  Store فكانت عبارة عن 16 مسجلاً للفهرسة، كل منها مكون من 48 بت، مقسمة إلى أجزاء: العداد (C)، والزيادة (I)، والمعدِّل (M)، وكل جزء منها مكون من 16 بت. تحدد العلامات الموجودة على تعليمة مرجع الذاكرة ما إذا كان يجب تعديل العنوان بواسطة جزء M من Q  Store، وإذا كان الأمر كذلك، ما إذا كان يجب إنقاص جزء C بمقدار 1 وزيادة جزء M بمقدار محتويات جزء I. هذا جعل برمجة حلقات العد فعالة للغاية. تم حجز ثلاثة مستويات Nest إضافية ومستوى SJNS إضافي واحد لنظام التشغيل Director، مما يسمح بمعالجة مقاطعات المسار القصير دون الحاجة إلى حفظ المسجلات واستعادتها بشكل صريح. ونتيجة لذلك، كان الحمل الزائد للمقاطعة ثلاث دورات ساعة فقط.

مجموعة التعليمات

كانت التعليمات تتألف من مقطع لفظي واحد أو اثنين أو ثلاثة. مع أن مصطلح " بايت " قد صاغه مصممو جهاز IBM 7030 Stretch للدلالة على مجموعة من ثمانية بتات ، إلا أنه لم يكن شائعًا آنذاك، واستخدمت شركة English Electric مصطلح " مقطع لفظي " لما يُعرف اليوم بالبايت. جرت معظم العمليات الحسابية في الجزء العلوي من وحدة Nest باستخدام تعليمات أحادية المقطع ذات عنوان صفري ، مع أن عمليات حساب العناوين وتحديث الفهرس كانت تُعالج بشكل منفصل في  مخزن Q. استُخدمت تعليمات مخزن Q  وبعض تعليمات الوصول إلى الذاكرة بمقطعين لفظيين. أما تعليمات الوصول إلى الذاكرة بإزاحة عنوان 16 بت، ومعظم تعليمات القفز، وتعليمات تحميل القيم الحرفية 16 بت، فقد استُخدمت جميعها بثلاثة مقاطع لفظية.

بفضل كثافة ترميز التعليمات والاستخدام المكثف لمجموعات المسجلات، انخفضت الحاجة إلى عمليات الوصول إلى الذاكرة في العمليات العلمية الشائعة، مثل الضرب القياسي والحلقات الداخلية متعددة الحدود. وقد ساهم ذلك بشكل كبير في تعويض بطء زمن دورة المعالج، مما جعل سرعة KDF9 تعادل ثلث سرعة نظيره الأكثر شهرة، ولكنه أغلى ثمناً بثماني مرات وأقل نجاحاً تجارياً، وهو حاسوب أطلس من مانشستر/ فيرانتي .

البرمجة المتعددة (المشاركة الزمنية)

كان جهاز KDF9 من أوائل أنظمة البرمجة المتعددة المؤمنة بالكامل على مستوى الأجهزة. إذ كان بالإمكان تشغيل ما يصل إلى أربعة برامج في وقت واحد تحت سيطرة نظام التشغيل البسيط والفعّال، مدير المشاركة الزمنية ، حيث كان كل برنامج محصورًا في منطقة أساسية خاصة به بواسطة سجلات BA (العنوان الأساسي) وNOL (عدد المواقع). وكان لكل برنامج مجموعاته الخاصة من  سجلات المكدس وسجلات تخزين Q، والتي يتم تفعيلها عند إرسال ذلك البرنامج، مما يجعل تبديل السياق فعالًا للغاية.

كان بإمكان كل برنامج تشغيل أجهزة الإدخال/الإخراج مباشرةً، لكنه كان مقيدًا بفحوصات الأجهزة التي خصصها له المدير. أي محاولة لاستخدام جهاز غير مخصص كانت تُسبب مقاطعة خطأ. ونتجت مقاطعة مماثلة عن امتلاء (أو تفريغ) ذاكرة Nest أو SJNS بشكل زائد، أو محاولة الوصول إلى وحدة تخزين بعنوان أعلى من العنوان المُحدد في سجل NOL. وكانت مقاطعة القفل مختلفة نوعًا ما، إذ نتجت عن محاولة الوصول إلى منطقة تخزين يستخدمها حاليًا جهاز إدخال/إخراج، مما أدى إلى استبعاد متبادل للأجهزة من الوصول إلى مخازن DMA المؤقتة. عندما يتوقف برنامج بسبب مقاطعة القفل، أو بالانتظار طواعيةً لانتهاء عملية نقل إدخال/إخراج، تتم مقاطعته وينتقل المدير إلى البرنامج ذي الأولوية الأعلى غير المتوقف. عند زوال مقاطعة القفل، أو انتهاء عملية نقل مُنتظرة، وكان البرنامج المسؤول ذا أولوية أعلى من البرنامج قيد التشغيل، تقوم وحدة التحكم في الإدخال/الإخراج (IOC) بالمقاطعة للسماح بتبديل السياق الفوري. كما وفرت IOC آلية لتجنب انعكاس الأولوية، حيث ينتظر برنامج ذو أولوية عالية جهازًا مشغولًا بواسطة برنامج ذي أولوية أقل، ويطلب مقاطعة منفصلة في تلك الحالة.

كانت أنظمة التشغيل اللاحقة، بما في ذلك Eldon 2 [ 1 ] في جامعة ليدز، وCOTAN، التي طورتها مختبرات UKAEA Culham بالتعاون مع جامعة غلاسكو، أنظمة متعددة الوصول تفاعلية بالكامل، مع واجهات أمامية PDP-8 للتعامل مع المحطات الطرفية.

كان مُجمّعا Kidsgrove وWhetstone للغة Algol 60 من أوائل المُجمّعات في فئتهما. ركّز مُجمّع Kidsgrove على التحسين، بينما أنتج مُجمّع Whetstone رمزًا تفسيريًا مُوجّهًا لتصحيح الأخطاء. ومن خلال تزويد الأخير بأدوات قياس، حصل برايان ويشمان على إحصائيات حول سلوك البرنامج، مما أدى إلى وضع معيار Whetstone للحسابات العلمية، [ 5 ] والذي ألهم بدوره معيار Dhrystone لأحمال العمل غير العددية. [ 6 ]

ذكريات

كانت أوامر لغة الآلة تُكتب على شكل نظام ثماني يُسمى رسميًا النظام الثماني المقطعي [ 7 ] (ويُعرف أيضًا باسم "النظام الثماني المقطعي" أو "تدوين المقطع المقطعي"، [ 8 ] [ 9 ] ). وكان يُمثل 8 بتات بثلاثة أرقام ثمانية، لكن الرقم الأول كان يُمثل فقط البتتين الأكثر أهمية، بينما كانت الأرقام الأخرى تُمثل المجموعتين المتبقيتين من ثلاث بتات لكل منهما.

في شركة إنجلش إلكتريك، كان سلفها، ديوس ، يستخدم نظام مصفوفات شائعًا قائمًا على برنامج GIP (البرنامج التفسيري العام). أدى عدم موثوقية أجهزة الصمامات إلى تضمين آلية فحص المجموع لاكتشاف الأخطاء في عمليات المصفوفات. [ ملاحظة 1 ] استخدم النظام الفاصلة العائمة الكتلية باستخدام أجهزة حسابية ذات فاصلة ثابتة، حيث كانت عمليات فحص المجموع دقيقة. مع ذلك، عند تطبيق النظام المقابل على KDF9، استخدم الفاصلة العائمة، وهو مفهوم جديد ذو تحليل رياضي محدود. سرعان ما اتضح أن عمليات فحص المجموع لم تعد دقيقة، وتم إنشاء مشروع لمحاولة توفير فحص قابل للاستخدام. (في الفاصلة العائمة، (A + B) + C ليس بالضرورة هو نفسه A + (B + C)، أي أن عملية الجمع (+) ليست تجميعية). ولكن بعد فترة وجيزة، تم إدراك أن معدلات الخطأ في أجهزة الترانزستور لم تكن مشكلة؛ إما أنها تعمل بشكل صحيح أو لا تعمل على الإطلاق. ونتيجة لذلك، تم التخلي عن فكرة فحص المجموع. أثبتت حزمة المصفوفة الأولية أنها أداة اختبار نظام مفيدة للغاية حيث كانت قادرة على إنشاء فحوصات أداء مطولة قبل حزم الاختبار الرسمية التي تم تطويرها لاحقًا.

هناك أسطورة تقول إن جهاز KDF9 طُوّر في الأصل كمشروع KD9 (مشروع كيدزغروف للتطوير 9)، وأن حرف "F" في اسمه أُضيف من قِبل رئيس مجلس الإدارة آنذاك بعد نقاش طويل وممل حول اسم الجهاز عند إطلاقه، حيث قال: "لا يهمني إن سمّيتموه F ". لكن الحقيقة أبسط من ذلك: فقد اختير الاسم عشوائيًا من قِبل مدير التسويق. [ 10 ] (انظر أيضًا KDF8 للاطلاع على التطوير والاستخدام الموازيين لجهاز حاسوب تجاري).

سُمّي نظام التشغيل إيجدون بهذا الاسم نسبةً إلى محطة الطاقة الذرية البريطانية في وينفريث : ففي رواية توماس هاردي "عودة وينفريث الأصلية"، تُسمى وينفريث هيث إيجدون هيث . وكان يُطلق على لغة فورتران الخاصة بإيجدون اسم إيجتران. [ 10 ] أما إلدون، فقد سُمّيت بهذا الاسم لأن حاسوب جامعة ليدز كان موجودًا في كنيسة إلدون المُحوّلة.

بدني

كان وزن الآلة أكثر من 10300 رطل (5.2 طن قصير؛ 4.7 طن متري) . وحدة التحكم المزودة بآلة كاتبة مقاطعة وزنها 300 رطل (136 كجم)، ووحدة التخزين الرئيسية ووحدة التحكم في الإدخال/الإخراج وزنها 3500 رطل (1587 كجم)، ووحدة الحساب والتحكم الرئيسية وزنها 3500 رطل (1587 كجم)، ووحدة تزويد الطاقة وزنها 3000 رطل (1360 كجم). [ 11 ]      

ملحوظات

  1. ↑ تم التحقق من المجموع بشكل جيد بنفس القدر من الحماية ضد أخطاء البرمجة، في حالة الكتابة فوق بعض أو كل عناصر المصفوفة عن غير قصد.

مراجع

  1. 1 2 ديفيد هولدسوورث (شتاء 2009-2010). "مشاركة الوقت في KDF9: إلدون 2 ليس إيغدون!" . إحياء الحاسوب - العدد 49.  جمعية صيانة الحاسوب . تم الاسترجاع في 3 أكتوبر 2010 .
  2. ^ روبرتس ، جورونوي (1967/03/06). "أجهزة الكمبيوتر" . المناقشات البرلمانية (هانسارد) . HC . تم الاسترجاع 2017/07/08 .
  3. ↑ "حاسوب KDF9 - بعد مرور 30 ​​عامًا"
  4. ↑ نظام معالجة البيانات عالي السرعة جدًا من إنجلش إلكتريك KDF9: مناسب للتجارة والصناعة والعلوم (ملف PDF) (نشرة المنتج). إنجلش إلكتريك . حوالي عام 1961. رقم المنشور: DP/103. 096320WP/RP0961. مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 27 يوليو 2020. تاريخ الاسترجاع: 27 يوليو 2020 .
  5. ↑ كورنو، إتش جيه وويتشمان، بي إيه " معيار اصطناعي " مجلة الكمبيوتر ، المجلد 19، العدد 1، فبراير 1976، ص 43-49.
  6. ↑ وايس، آلان. "معيار دريستون: التاريخ والتحليل و"الدرجات" والتوصيات" (PDF) .
  7. ↑ دليل المدير (ملف PDF) (مخطط انسيابي). شركة إنجلش إلكتريك . حوالي ستينيات القرن العشرين. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 27 يوليو 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يوليو 2020 .(ملاحظة: يذكر مصطلح "الثماني المقطعي".)
  8. ↑بيرد، بوب (خريف 1997) [1996-10-01]. "حاسوب KDF9 - بعد 30 عامًا" (ملف PDF) . ريزركشن - نشرة جمعية صيانة الحواسيب . العدد  18. جمعية صيانة الحواسيب (CCS). الصفحات  7-15 [9، 11]. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0958-7403 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 2020-07-27 . تاريخ الاسترجاع 2020-07-27 . (ملاحظة: هذه نسخة معدلة من محاضرة ألقيت على مجموعة الشمال الغربي التابعة للجمعية في متحف العلوم والصناعة، مانشستر، المملكة المتحدة في 1 أكتوبر 1996. وتشير إلى مصطلحي "slob" و"slob-octal" باعتبارهما مرادفين لمصطلح "syllabic octal".)
  9. ↑ "بنية حاسوب English Electric KDF9" (ملف PDF) . الإصدار 1. جمعية صيانة الحواسيب (CCS). سبتمبر 2009. CCS-N4X2. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 4 أبريل 2020. تاريخ الاطلاع: 27 يوليو 2020 .(ملاحظة: يشير إلى مقال بيرد لعام 1997. )
  10. 1 2 "(إعادة) تقديم KDF9" . www.findlayw.plus.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-12-2020 .
  11. ↑ "إنجلش إلكتريك | تسويق ثورة الكمبيوتر | متحف تاريخ الكمبيوتر" . www.computerhistory.org . ص 27.