PDP-8

PDP-8 – pierwszy minikomputer, który odniósł komercyjny sukces. Produkowany był od 1965 do 1990 przez firmę Digital Equipment Corporation^[1]. DEC wprowadził ósemkę na rynek 22 marca 1965 roku i sprzedał 50 tysięcy (przez całą historię aż 600 tys.^[2]) tych maszyn: to więcej, niż jakikolwiek wcześniejszy komputer^[3]. Był to pierwszy masowo sprzedawany model z serii PDP (poprzedni PDP-5 był bardziej prototypem i pierwotnie nie był planowany jako komputer ogólnego przeznaczenia).

PDP-8 ze zbiorów National Museum of American History w Waszyngtonie

Pierwszy PDP-8 (zwany później dla odróżnienia „prostym 8") był zbudowany w technologii DTL i był wielkości lodówki (stąd określenie minikomputer, bo ówczesne komputery zajmowały zazwyczaj całe pomieszczenia). Następny PDP-8/S był rozwojem, a jedynie próbą dotarcia do szerszego kręgu odbiorców dzięki obniżeniu ceny sprzedaży przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji dzięki uproszczeniom konstrukcyjnym. Zastosowano w nim 1-bitowy, szeregowy ALU dzięki czemu komputer stał się mniejszy (mieścił się już na biurku) i tańszy (oferowany był nawet poniżej 10000$), ale znacznie wolniejszy od oryginalnego PDP-8. Operacja dodawania 2 liczb trwała ponad 20 dłużej (64 μs zamiast 3 μs), więc komputer mógł znaleźć tylko proste zastosowania lub służyć jako zaawansowany sterownik, niemniej był to w pełni funkcjonalny najtańszy komputer na rynku. Kolejne warianty (PDP-8/I oraz /L, PDP-8/E, /F, oraz /M, i PDP-8/A) stanowiły znaczny postęp technologiczny, ponieważ były wykonane w technice układów scalonych, w nowszej i tańszej technologii TTL. Dzięki temu powrócono do implementacji równoległej (kontynuacji wersji PDP-8) i jednocześnie sukcesywnie obniżano koszty produkcji w kolejnych wersjach produkcji oraz zwiększano możliwości komputera. Niestety ze względu na zastosowaną powolną pamięć rdzeniową (jedyną powszechnie stosowaną w czasie projektowania komputera) o ograniczonym czasie dostępu nowa technologia produkcji procesora nie przekładała się na znaczący wzrost wydajności komputera. Dopiero od wersji PDP-8/E stosowano trochę szybszą pamięć, ale zaledwie o 20% od pierwowzoru. Pewną poprawę sytuacji przyniosła wersja PDP-8/A, która pozwalała na zastosowanie zamiennie znacznie szybszych i systematycznie taniejących pamięci półprzewodnikowych. Większość PDP-8, które dotrwały do naszych czasów pochodzi właśnie z tej epoki. PDP-8/E zyskał powszechne uznawany ze względu na dużą liczbę dostępnych urządzeń we/wy i często konfigurowany jako komputer ogólnego przeznaczenia.

W roku 1975 wczesne mikrokomputery oparte na tanich mikroprocesorach, takie jak MITS Altair a później Apple II zaczęły wypierać PDP z rynku maszyn ogólnego przeznaczenia ze względu na szybkość, cenę i zużycie prądu.

Ostatnie komputery kompatybilne z PDP-8 wprowadzone na rynek w 1979, oparte były na własnym mikroprocesorze wykonanym w technologii CMOS (nazywane czasem „CMOS-8”). Cena jednak nie była konkurencyjna i przedsięwzięcie zakończyło się klapą. IBM PC wprowadzony na rynek w 1981 utwierdził porażkę PDP-8 oferując niedrogi i dobrze wspierany mikrokomputer. Swego rodzaju kontynuacją (choć nie bezpośrednią) PDP-8 był komputer PDP-11.

W Polsce komputer ten można zobaczyć w Muzeum Historii Komputerów i Informatyki w Katowicach

Opis

Komputer łączył w sobie niską cenę, prostotę, rozszerzalność i staranne projektowanie pod kątem ceny/jakości. Najistotniejsze z historycznego punktu widzenia jest, że PDP-8 były tanimi, masowo produkowanymi komputerami dostępnymi dla wielu nowych zastosowań i osób (którym wcześniejsze typy komputerów były zbyt drogie).

Niska złożoność komputera przyniosła jednak dodatkowe koszty: programowanie było skomplikowane, a niektóre ambitne projekty programistyczne związane z tą maszyną zakończyły się porażką (z powodu np. zbyt małej pamięci maszyny). Kiedy ceny pamięci i układów logicznych zmalały, późniejsze projekty komputerów kładły większy nacisk na łatwość programowania, typowo stosując bogatszy i bardziej intuicyjny model programowy.

PDP-8 był 12-bitowym komputerem standardowo wyposażonym w pamięć o pojemności 4096 słów pamięci (4KW = 6KB) z opcją rozszerzenie do 32768 słów. Rozszerzenie dostępnej pamięci uzyskano dzięki dodaniu mechanizmu stronicowania stron pamięci o rozmiarze 4KW. Stronicowanie pamięci było zarządzane przez 2 3-bitowe rejestry dostępne przez operacje I/O, które rozszerzały fizyczny adres, także w jednej chwili dla procesora dostępne były tylko dwie strony pamięci: jedna dla kodu, a druga dla danych. Oba rejestry mogły wskazywać tę samą stronę. Lista urządzeń we/wy obejmowała: monitory CRT, pióra świetlne, przetworniki A/C i C/A, napędy taśm i dysków magnetycznych, drukarki, dalekopisy oraz urządzenia do przetwarzania kart i taśm perforowanych.

12-bitowe słowo było wystarczające dla zmieszczenia w nim 3 cyfr dziesiętnych, a dla zmniejszenia kosztów komputer używał pamięci głównej także tam, gdzie inne maszyny stosowały rejestry oparte na przerzutnikach. Pierwotnie procesor PDP-8 miał z punktu widzenia programisty tylko 2 rejestry (akumulator i bit przeniesienia) oraz 6 rozkazów. W modelu PDP-8/S CPU zbudowany był z jedynie 519 bramek (dla porównania nowoczesny mikrokontroler ma ich 15 tysięcy lub więcej). Aby to osiągnąć każdy fragment układu spełniał tak wiele funkcji, jak to tylko możliwe. Fizycznie procesor miał cztery rejestry: akumulator, licznik programu, bufor pamięci i rejestr dostępu do pamięci. Dla oszczędzenia pieniędzy każdy z nich pełnił różne funkcje w czasie cyklu pracy procesora: np. rejestr bufora pamięci jednocześnie dostarczał operandy działania arytmetycznego, przechowywał instrukcję i zapamiętywał dane z powrotem zapisywane do pamięci (czynność ta przywracała dane w pamięci niszczone w czasie odczytu). Także komponenty PDP-8 były robione niewielkim kosztem: we wczesnych wariantach przerzutniki były niestabilnymi układami asynchronicznymi celowo spowalnianymi przez kondensatory. Ponadto w układach logicznych używano dwóch różnych napięć, aby zwiększyć obciążalność wyjściową niedrogich układów DTL^[4].

Programowanie

Pierwotnie PDP-8 nie miały systemu operacyjnego, a jedynie blinkenlights i rząd przełączników. Programowanie rozpoczynane było ustawianiem programu rozruchowego w kodzie maszynowym.

W późniejszym etapie powstały liczne „systemy operacyjne”. Wiele programów użytkowych było dostępnych na papierowej taśmie. Często programy na taśmach były zapisane w języku asemblera i kompilowane bezpośrednio do pamięci. W tej postaci były dostępne również pewne języki wysokiego poziomu, takie jak FOCAL czy FORTRAN,

U schyłku ery PDP-8 dostępne były już systemy operacyjne OS/8 i COS-310, umożliwiające stosowanie edytorów tekstu i typowych kompilatorów sterowanych z wiersza poleceń. Dostępne były m.in. następujące języki: FORTRAN, BASIC i DIBOL. Był również dostępny względnie nowoczesny system czasu rzeczywistego (RTS-8), jak i system wieloużytkownikowy obsługujący wielozadaniowość z wywłaszczeniem (rzeczony COS-310).

Wersje

Na rynku pojawiały się m.in. następujące komputery zaliczające się do rodziny PDP-8:

• PDP-8 - pierwsza wersja zbudowana w technologii DTL, początkowo obsługa pamięci do 4KW (później oferowano opcjonalny moduł rozszerzający pamięć do 32KW),
• LINC-8 - specjalna wersja komputera stanowiąca połączenie komputerów: LINC (popularny w laboratoriach i środowiskach uniwersyteckich) i PDP-8 (ponieważ komputery nie były ze sobą kompatybilne LINC-8 mógł być uruchamiany w trybie zgodności z jednym z nich), obsługa pamięci do 4KW,
• PDP-8/S - uproszczona tańsza wersja PDP-8, arytmetyka szeregowa 1-bitowa, obsługa pamięci tylko do 4KW.
• PDP-8/I - pierwsza wersja zbudowana na układach scalonych z wykorzystaniem technologii TTL (mała skali integracji), obsługa pamięci do 32KW,
• PDP-8/L - tańsza i nieco wolniejsza wersja PDP-8/I, obsługa pamięci do 8KW (dostępny był tylko 1-bitowy moduł zarządzania stronicowaniem pamięci),
• PDP-12 - odświeżona wersja LINC-8 bazująca na PDP-8/I, obsługa pamięci do 32KW,
• PDP-8/E - wersja zbudowana na układach scalonych średniej skali integracji, obsługa pamięci do 32KW,
• PDP-8/F - mniejsza i tańsza (biurkowa i mniej konfigurowalna) wersja PDP-8/E
• PDP-8/M - OEM'owa wersja PDP-8/F, DEC pozwalał także na sprzedaż swoich komputerów przez dostawców systemów komputerowych pod zmienioną marką,
• PDP-8/A - ostania wersja PDP-8 z całkowicie zmienionym pulpitem sterowniczym i możliwością instalowania pamięci półprzewodnikowych.