Прощай, «оружие»

Продолжая публикацию архивных материалов, предлагаем вашему вниманию статью из №35 (254) «Компьютерного Обозрения» от 12 сентября 2000 г. Развернутая история легендарных систем DEC VAX, выпуск которых как раз был завершен 20 лет назад.

Эпохи уходят, но остаются в памяти. Конечно, на фоне номинального завершения тысячелетия куда более скромное событие — завершение производства компьютеров семейства VAX — можно вообще не заметить, но... Эпоха VAX была, и эти знаменитые компьютеры еще работают и долго будут работать, а в истории компьютинга им уготованы почетные титулы «Самых CISC», «Самых надежных CISC» и, наконец, «Самых тиражируемых CISC». И еще очень долго производительность процессоров будут оценивать в VAX MIPS (миллионах операций в секунду «по шкале VAX»)...

Первая и самая интересная особенность VAX не имеет никакого отношения к техническим аспектам реализации этих машин и касается, скорее, изменений в социальных аспектах компьютинга. В свое время заслуженно открывшие новый класс ЭВМ с громким названием «супер-мини» VAX не породили такого понятия, как «пользователь». VAX были настоящими «Машинами» (именно с большой буквы), и в отношении их персонала термин «пользователь», похоже, вообще не применим, как не применим он и в отношении профессиональных пилотов, водителей автомобилей и станочников (несмотря на то что в некотором смысле все эти люди «используют» машины). Именно по этой причине специалисты из «поколения VAX» не поступают даже с древними моделями так, как пользователи из «поколения PC» уже поступили со своими AT 286. А именно, не спешат отправлять VAX 11/780 на свалку. Точно так же пилоты боготворят и бережно восстанавливают безнадежно устаревшие самолеты, а водители хранят в гараже свои тщательно отполированные «первые автомобили».

VAX-ИСТОРИЯ

В начале 70-х гг. корпорация Digital Equipment занимала очень прочные позиции на рынке мини-ЭВМ. Весьма удачные компьютеры семейств PDP достигли пика заслуженной популярности. Их использовали в самых разных отраслях — от обучения до автоматизации промышленного производства, а выдающиеся архитектурные особенности этих машин увековечены, например, в синтаксисе одного из самых популярных языков программирования — C (существует неподтвержденная, но очень похожая на правду версия, что знаменитые пре и постинкрементные/декрементные операторы C ++/— «навеяны» именно особенностями системы машинных команд PDP-11). К слову, и C, и операционная система Unix также во многом обязаны PDP (по крайней мере, именно на PDP и начиналась их разработка).

Но невысокая разрядность (16 бит) даже самых мощных по меркам того времени моделей PDP к 1973 г. уже не соответствовала растущим требованиям, и разработчики DEC сконцентрировались на создании концепции компьютера «с широким словом» (wide-word machine). Первоначальный замысел предусматривал создание революционного продолжения семейства PDP — модели PDP-10 с шириной машинного слова 36 бит. По прошествии года работ над PDP-10 от команды разработчиков «откололись» несколько человек (сегодня почитаемые в «VAX-среде» и ненавидимые в среде «поклонников 36 бит»), которые решили пойти по альтернативному пути. Вместо революции они предлагали эволюцию — расширение наиболее мощной и популярной в те времена модели PDP-11. Под термином «расширение» тогда понималась, в первую очередь, увеличенная до более традиционных (с сегодняшней точки зрения, в начале 70-х все было не так очевидно) 32 бит длина машинного слова. Руководство DEC позволило двум проектам сосуществовать и конкурировать под кодовыми названиями «Единорог» (Unicorn, 36-битовая архитектура PDP-10) и «Звезда» (Star, 32-битовая архитектура, еще не получившая названия).

Предание гласит, что фактической точкой отсчета в истории VAX следует считать 1 апреля 1975 г., когда первый состав «команды VAX» провел свое первое совещание. Впоследствии эту команду назовут VAX-A, а результат ее двухмесячной работы — спецификации архитектуры новой ЭВМ — знаменитой «VAX Blue Book» («синей книгой VAX»). Главному архитектору проекта и руководителю всех «VAX-команд» Гордону Беллу (Gordon Bell) принадлежит авторство названия нового компьютера — Virtual Address eXtension (виртуальное расширение адресного пространства), сокращенно — VAX. Кроме команды непосредственно разработчиков (VAX-A), проект «Звезда» начинает «обрастать» комитетами — VAX-B концентрируется на технологической поддержке конструкторов, а VAX-C занимается оценкой бизнес-перспектив и планированием продвижения на рынок компьютеров, которых еще нет и в помине.

Дальнейшие события разворачиваются со свойственной периоду роста популярности технологии скоростью: уже в июне 1975 г. (фактически после трех месяцев официальной работы) команда VAX-A начинает значительно обгонять своих конкурентов из «Единорога», и руководство DEC решает сконцентрировать усилия именно на быстро развивающемся направлении. Проект «Единорог» закрывается, но не ликвидируется — только в середине 80-х уже ставшие массовыми VAX окончательно вытеснят из модельного ряда DEC младшие машины семейств PDP-10/DECsystem-10/DECsystem-20.

На основе архитектурной «бумажной» модели нового компьютера (VAX Blue Book) часть конструкторов из команды VAX-A достаточно быстро строят машину VAXHS (VAX Hardware Simulator, имитатор аппаратного обеспечения VAX). Аппаратный имитатор представлял собой модифицированную PDP-11 и предназначался, в первую очередь, для параллельной разработки необходимых новому семейству ЭВМ программных систем: операционной и программирования. Всего было создано четыре уникальные машины VAXHS, что дало возможность в очень короткие сроки подготовить к выходу на рынок два сложнейших проекта — ОС VMS (Virtual Memory Storage) и оптимизирующий компилятор с языка программирования Fortran. Сразу по окончании работ над VAXHS весь коллектив команды VAX-A принялся за дальнейшее совершенствование спецификаций и согласование их с «реалиями» — технологическая группа VAX-B наложила «вето» на ряд особенностей новой архитектуры, существенно увеличивающих стоимость реализации.

Как бы то ни было, но уже в 1977 г., всего через два года после старта проекта «Звезда», первенец обширного модельного ряда — VAX 11/780 — вышел на рынок, снабженный своей операционной системой и достаточным для потребностей научного мира комплектом прикладного программного обеспечения.

МОДЕЛЬНЫЙ РЯД

«Звезда» 11/780 буквально взорвала рынок невиданным по тем временам соотношением цена/производительность и открыла новое «созвездие» в компьютерной классификации — «супер-мини». Целый миллион операций в секунду стал доступным вычислительным лабораториям исследовательских, конструкторских и научных организаций! Ставшая настоящим коммерческим хитом «Звезда» побила и все рекорды надежности ЭВМ, построенных на микросхемах низкой степени интеграции, — достаточно много не подвергшихся никаким модификациям или заменам компонентов «семьсотвосьмидесятых» работают по сей день. Построенная на чипах TTL (транзисторно-транзисторная логика, давно уступившая место менее потребляющей КМОП) «Звезда» содержала центральный процессор модели KA780 (29 печатных плат!), 4 MB оперативной памяти с дополнительным битом коррекции (ECC RAM) и консольный процессор (фактически специализированную для операций ввода/вывода мини-ЭВМ PDP-11).

Взрыв спроса на «Звезды» не остался незамеченным в DEC, и команда VAX-A ускоренными темпами готовит к выходу на рынок «вторую серию» 11/780 — модель «Комета». В отличие от «Звезды», новая модель строилась уже не на «рассыпной логике», а на программируемой (gate array), но из-за проблем с еще не совершенными микросхемами логики разработка затянулась более чем на год.

Зато временные затраты окупились сторицей, если говорить о надежности — «семьсотпятидесятые» обладают ею в превосходной степени. Полностью совместимые со «Звездой» VAX 11/750 получили новую реализацию консольной подсистемы на восьмибитовом процессоре i8085 и для некоторых моделей... жидкостную принудительную систему охлаждения — несмотря на неизменную тактовую частоту (целых 5 MHz), за использование программируемой логики приходилось расплачиваться повышенным тепловыделением. Именно такие «Кометы» в монтируемом в шкаф исполнении (rack-mount) получили название «модель 11/751» и еще сегодня прекрасно работают в ряде лабораторий MIT (Массачусетского технологического института).

Параллельно с развитием аппаратных средств DEC готовила мощный «удар» на программном фронте, и в 1981 г. он был нанесен. «Информационная архитектура VAX» объединяла множество ранее разрозненных программных продуктов и ОС VMS в единое целое. Несмотря на простоту методов доступа к частям этого целого из прикладных и системных программ (с помощью документированных, простых и эффективных библиотечных вызовов), можно уверенно говорить, что VAX IA (VAX Information Architecture) представляла собой мощную и концептуально целостную компонентную систему. В перечень компонентов VAX IA входили: операционная система, подсистемы VAX-11 RMS и VAX11 DBMS (базы данных), VAX-11 COD (словарь данных), VAX11 DATATRIEVE (графика, распределенный доступ и т. п.), языковые средства разработки и подсистема манипуляции со структурированными таблично-ориентированными данными (FORMS). Удар, нанесенный VAX IA ближайшим конкурентам, был очень силен, ведь он с филигранной точностью наносился в область «ахиллесовой пяты» — та же самая ОС Unix, к примеру, всегда «страдала» и страдает хроническим отсутствием целостной концепции, объединяющей выходящие за рамки «стандартной ОС» компоненты. В следующем 1982 г. в истории VAX начинается период миниатюризации. Выходит слабая, но офисно-миниатюрная версия VAX 11/730 с производительностью 300 тыс. операций в секунду. Ее особенностью было применение входящих в то время в моду секционированных процессоров (bit-slice) для реализации CPU. Секционирование подразумевало «набор» процессора большой разрядности из «подпроцессоров» значительно меньшей (4 бита или даже 1 бит) в интегральном исполнении. Еще один важнейший момент в использовании bit-slice-организации процессора — микрокомандная архитектура, позволяющая реализовывать различные наборы «высокоуровневых» машинных команд на базе встроенных «микрокоманд» процессорных секций.

Еще через год развитие идеологии VAX достигает апогея — появляется технология VAX-кластеризации, дающая возможность группе машин совместно использовать процессоры и устройства ввода/вывода. Реализация кластеризации в 1983 г. была настолько принципиальным новшеством, что период ее популярности запоздал на... долгих 15–16 лет — именно пару лет назад начался настоящий бум построения мощных и дешевых вычислительных кластеров на основе бесплатных реализаций ОС Unix. Но... VAX-кластеризация во многом осталась непревзойденной: использующаяся в ней для соединения отдельных машин быстродействующая последовательная шина CI (Cluster Interconnect) оказалась более производительной, чем пришедшая впоследствии ей на смену Ethernet, да и возможность «подкластеризации» процессоров ввода/ вывода остается по сей день уникальной.

А развитие аппаратных средств шло своим чередом — в том же 1983 г. модель 11/730 сменилась на 11/725 (отличающуюся «винчестерским» накопителем на жестком магнитном диске и ставшую по неясным причинам настоящим раритетом). В следующем 1984 г. вышел MicroVAX I, и началась «персонализация супер-мини»: появилась первая модель VAXstation — с монохромной графической подсистемой и однопользовательской версией ОС VMS. Основным отличием микромоделей была новая системная шина (QBus), заимствованная из параллельно существующего «мира PDP». Кроме направлений очевидно востребованных временем миниатюризации и персонализации, DEC продолжает «наращивать мускулы» — и слабые микромодели поддерживаются возросшей в 1,5 раза вычислительной мощностью VAX 11/785 и в 4 раза — VAX 8600 (по сравнению с успевшим уже стать классическим VAX 11/780). Фактически эти машины представляли собой технологическую модернизацию VAX 11/780, для достижения высокой производительности в них был применен классический экстенсивный прием — переход на новую элементную базу стандартной логики (транзисторно-транзисторную Шоттки (ТТЛШ) и эмиттерно-связную (ЭСЛ)).

В 1985 г. на пути миниатюризации VAX был взят очередной рубеж: DEC выпустила микропроцессор 78032 — основу нового (куда более эффективного по сравнению со своими микропредшественниками) VAX-процессора. Именно на 78032 были построены MicroVAX II — компьютеры, уникальные по своей способности «расползаться по миру» с неистребимостью тараканов. Никакие заслоны COCOM и «железные занавесы» не помогали — MicroVAX нового поколения так быстро появились в странах Варшавского Договора, что в DEC на серийных моделях MicroVAX II на нижнюю поверхность микропроцессора стали наносить надпись... на русском языке (!): «VAX — если хотите украсть лучшее». И ведь речь шла не о разовых исчезновениях плат MicroVAX II в одном месте и появлениях их в другом — на основе неизвестно откуда взявшихся серийных плат процессоров KA630 производства DEC выпускались серийно же, например, венгерские компьютеры MicroSTAR 32 (с ними автор имел возможность познакомиться еще в 1985 г. на Выставке технических достижений стран СЭВ). MicroVAX II оказались чрезвычайно живучими машинами, которые полюбились производственникам, программистам, ученым за скорость, надежность и неприхотливость (в Сети можно «встретить» все еще живые и шустрые хосты на «вторых» MicroVAX, например vaxine.bitcon.no).

К сожалению, одно из новых направлений в развитии VAX, становление которого совпало по времени с разделением единой стратегии на три ветви (миниатюризация, персонализация, увеличение вычислительной мощности) — многопроцессорная архитектура на основе разделяемой памяти, так и осталось в истории. Но все равно проект Andromeda M31 впечатляет — 32-процессорный вычислитель на основе тех самых знаменитых CPU KA630, соединенных с помощью FBI (то ли в DEC действительно любили пошутить, то ли это был намек, но Fast Backplane Interconnect никакого отношения к Федеральному бюро расследований не имеет), остается весьма мощной машиной по сей день.

Экстенсивное развитие VAX продолжалось до 1989 г. — семейство моделей 8×00 перевели на исключительно быструю (но и в такой же степени исключительно энергоемкую) ЭСЛ, тактовые частоты выросли до отметки... 12,5 MHz.

Одна из веток этого многовидового поколения (8500/ 8700/8800) как-то незаметно приобрела конвейерную архитектуру с разделением операций извлечения и декодирования команд и сопроцессор плавающей точки, разработанный командой под руководством замечательного конструктора Джона Журавски (John Zurawski).

В 1989 г. серьезнейших изменений в VAX уже не заметить было нельзя: DEC выпустила на рынок «Аквариус» — модель 9000. Это был настоящий «мэйнфрейм» — с тактовой частотой 62,5 MHz, векторным сопроцессором, скрытой от программиста RISC-подобной реализацией микрокодовой машины, ориентированной на выполнения команд «загрузить/записать» (load/store). Эти VAX разрабатывались долгих 6 лет и полностью вытеснили предыдущие модели в категорию «супер-мини среднего класса».

В начале 90-х гг. в DEC разработали новый VAX-микропроцессор «Мария» (Mariah), который выпускался по технологии всего 1 мкм, но позволил повысить производительность топ-моделей до 72 млн. операций в секунду (в терминах VAX MIPS). В этот же период появляется семейство отказоустойчивых VAX (VAXft, fault tolerant) — с полной аппаратной (!) поддержкой всех аспектов классических отказоустойчивых систем. Уникальная аппаратная реализация позволяла без всякой модификации использовать любое ПО VAX в отказоустойчивом режиме.

На смену «Марии» в 1992 г. пришел еще более совершенный VAX-микропроцессор — NVAX, выполненный по 0,75-микронной КМОП-технологии. Его производительность была сравнима с лучшими на то время образцами RISC-процессоров. Продолжалось и развитие ПО: операционная система VMS стала совместима со стандартами POSIX и получила новое название — OpenVMS. И наконец, на смену специализированным микропроцессорам VAX пришел новый CPU-модуль на основе DEC Alpha 21064 — последние из самых мощных VAX (модели семейства 10000) оснащались именно этими чипами и обеспечивали очень высокий уровень производительности для бизнес-приложений (топ-модели семейства 7000-800, например, обладали способностью выполнять до 1800 транзакций в секунду).

КРАХ СТАБИЛЬНОСТИ

VAX — машины с исключительно стабильной архитектурой, не зависящей от элементной базы реализации или от поколения. Очень похожие на... микропроцессор M68000 — те же 16 32-битовых регистров, практически тот же 32-битовый регистр слова состояния процессора (PSW). Та же самая микропрограммная реализация системы команд, но... В VAX концепция CISC доведена до абсолютизма: формат машинных команд предусматривал, кроме кода команды, еще до пяти спецификаторов операндов, каждый из которых мог быть длиной до... 17 байт. Такая сложность фактически приближала язык ассемблера VAX к языкам программирования высокого уровня и позволяла существенно упростить генераторы кода компиляторов. И так было всегда, начиная с первой модели 11/780.

Но, увы, времена меняются... VAX остаются достаточно производительными машинами для огромного класса задач, а их ставшие легендой надежность и стабильное развитие, казалось бы, должны гарантировать им еще очень долгую популярность. Казалось бы... а на самом деле 30 сентября станет «последним днем VAX», последним днем знаменитых компьютеров, которые в свое время называли «оружием ума» и благодаря которым серьезный и современный компьютинг стал доступным даже за «железным занавесом».

Прощай, «оружие ума»...

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365