GEC 4000シリーズ

GEC 4000 は、 1970年代、1980 年代、1990 年代初頭に英国の GEC Computers Ltd 社によって製造された16/32ビット ミニコンピュータシリーズです。

GEC Computers は、1968 年にGECコングロマリットの事業部門として設立されました。Elliott Automationから老朽化した Elliott 900 シリーズを引き継ぎ、新しいシステムを開発する必要がありました。社内では Alpha、Beta、Gamma と呼ばれる 3 つのシリーズが特定されました。最初に登場した Alpha は、GEC 2050 8 ビット ミニコンピュータになりました。その後に Beta が続き、GEC 4080 になりました。Gamma は開発されなかったため、その拡張機能のいくつかは 4080 に再び取り入れられました。GEC 4080 の主任設計者は Michael Melliar-Smith 博士で、4060 と 4090 の主任設計者は Peter Mackley でした。

4000シリーズのシステムは、英国エルストリー・ウェイにあるGECコンピューターズのボアハムウッド事務所で開発・製造された。開発と製造は1970年代後半にダンスタブルのウッドサイド・エステートにある同社の新工場に移管された。1979年、GECコンピューターズは4000シリーズ、特にNucleusの開発により、英国女王技術功績賞を受賞した。 ^[2] 1991年までに製造されるシステムの数は減少したため、製造はGPTの ノッティンガムシャー州ビーストン工場に移管され、開発はボアハムウッドに戻された。最後のシステムは1995年頃に製造された。2018年時点でもGEC 4220システムが数台稼働しており、テレント社によるメンテナンスが行われている。また、GEC 4310の一部は2013年まで稼働していた。

GEC 4000シリーズのハードウェアとファームウェアには、 Nucleusと呼ばれる先駆的な機能が含まれていました。^{[3] Nucleusは、}オペレーティングシステム カーネル内でより一般的に実装される多くの機能を実装しているため、GEC 4000シリーズシステムで実行されるオペレーティングシステムは、これらの機能を直接提供する必要がありません。Nucleusファームウェアは、システムで実行されるコードによって再プログラムすることができないため、このシステムは多くのセキュリティアプリケーションにとって特に魅力的でした。

Nucleusのパフォーマンス: ^[4]

• プロセススケジューリング
• コンテキストの切り替え
• 効率的なセマフォ
• 非同期メッセージパッシング
• メモリのセグメンテーションと保護
• エラー処理
• プロセスによる直接のI/Oと、割り込みをプロセスに戻すルーティング

4000 システムでは、スーパーバイザ/特権/カーネル モード コードを実行するための規定はありません。すべてのオペレーティング システム コードはプロセスとして実行されます。したがって、デバイス ドライバ、ファイル システムコード、およびオペレーティング システム カーネル内によく見られるその他の機能は、4000 システム上のプロセスで実行する必要があります。これには、すべてのプロセスと同様に、それらすべてが独自のアドレス空間で実行され、互いのアクションから保護されるという本質的な意味があります。

核はシステム テーブルのセットによって構成され、核の操作を変更する必要があるプロセスには、関連するシステム テーブルへのアクセス権が与えられます。これは、他のプロセスの状態を直接変更するプロセス、メモリ セグメントを割り当てたり削除したりするプロセス、他のプロセス間のメッセージのルーティングを変更したり、I/O デバイスからプロセスへのマッピングを変更したりできるプロセスなどに当てはまります。通常、システム テーブルへのアクセスは、比較的少数の信頼できるプロセスに制限されており、プロセスのロード、メモリの割り当てなどの操作を実行する必要があるその他のプロセスは、関連する信頼できるプロセスにメッセージを渡します。このメッセージは、アクションを実行して応答する前に検査されます。

4000シリーズはCISC 命令セットを採用している。8ビット バイト、ビッグエンディアン、バイトアドレス指定可能なメモリ、2の補数演算、16進数64進数浮動小数点形式（ IBM System/360と同じ）を備えている。^[5]

モデル番号 4090 未満は 16 ビット プロセッサで、モデル番号 4090 以降は 16 ビットと 32 ビットが混在しています。これは、プログラムで使用できるポインター サイズに関係します。すべてのシステムは 16 ビット ポインターをサポートしており、これは CST (Current Segment Table) アドレッシングと呼ばれます。32 ビット システムも 32 ビット ポインターをサポートしており、これは PAS (Paged Address Space) アドレッシングと呼ばれます。各プロセスには PAST (Program Accessible Segment Table) があり、これはプログラムがアクセスを許可されているシステムのメモリ セグメントをリストします。CST アドレッシングでは、4 つの PAST エントリをアドレス 0、16KiB、32KiB、48KiB にマップして、16 ビット/64KiB のアドレス空間を実現できます。64KiB を超えるメモリを使用するプログラムは、必要な PAST エントリをいつでも 4 つの CST エントリに明示的にマップする必要がありますが、Nucleus は自動的に異なるコード セグメントを CST にマップします。 PAS アドレス指定により、プログラムはアドレス空間をフラットな 32 ビット アドレス空間として見ることができ、連続する PAST エントリが 16KiB ごとに表示され、Nucleus が PAST エントリ セグメント マッピングを自動的に実行します。32 ビット システムでは、同じプロセスで CST と PAS アドレス指定を混在させることができます。すべての命令は 16 ビット幅ですが、一部の PAS アドレス指定命令は 32 ビットです。命令は CST アドレス空間からのみ実行できます。

32 ビットの A レジスタは、メインのアキュムレータ レジスタです。32 ビットの B レジスタもあり、これは A レジスタと一緒に、倍精度浮動小数点演算用の 64 ビット BA レジスタとして最も一般的に使用されます。16 ビットの X レジスタは主に配列のインデックスに使用され、2 つの 16 ビットの Y レジスタと Z レジスタは 16 ビット ポインタとして使用されます。16 ビットの L レジスタは関数のローカル データを指し、G レジスタには常に 16 ビットのグローバル ポインタとして使用できるゼロと、8 ビット、16 ビット、または 32 ビットのゼロ値が含まれます。16 ビットの S (シーケンス) レジスタは、次に従うべき命令を指します。8 ビットの EC レジスタには条件コード ビットが含まれます。 (この一部は、GEC 2050のはるかに単純な命令セットに示されています。) 読み取り専用の「キー」レジスタにより、プログラムは、操作スタッフがフロント パネルのトグル スイッチに設定した値を読み取ることができます。32 ビットの PAS ポインタ レジスタは存在しません。32 ビットの PAS ポインタは、16 ビットの CST アドレス空間のメモリ内に存在し、16 ビットのポインタを使用してアクセスします。スタック用の命令セット サポートはありません。実行中のプロセスの 4 つの CST、マスター セグメントと PAS セグメント、システム テーブルを指すハードウェア セグメント レジスタなど、Nucleus によって使用されるプログラムからアクセスできないレジスタが多数あります。

命令セットには、レジスタ間、ストア間、レジスタ間、レジスタ間、ストア間を操作する命令が含まれています。可変長のストア、コピー、比較、パターンのスキャンを操作する一連の文字列操作命令があります。別のプロセスまたは周辺機器にメッセージを送信する、メッセージまたは割り込みを受信する、プロセスがアクセスできる別のセグメントを指すように CST エントリを変更するなどのタスク用の Nucleus 命令が多数あります。

4080 には 2 段の命令パイプラインがあります。これは、シリーズで最も高性能なシステムである 4220 では 4 段のパイプラインになります。エントリー レベルの 415x および 4x6x システムには、1 段のパイプラインしかありません。

CPU の通常の動作モードは、Full Nucleusと呼ばれます。すべてのシステムは、 Basic Testと呼ばれる限定された動作モードもサポートしています。Basic Test モードでは、Nucleus は無効になり、I/O は異なる方法で実行され、実行できるプログラムは 1 つだけになり、ストアの下位 64KiB に制限されますが、その他の非 Nucleus および非 PAS 命令はすべて正常に動作します。このモードは、Switch Full Nucleus命令に従う前に、Nucleus に必要なシステム テーブルをセットアップするために、ブートの非常に早い段階で使用されます。システムが Full Nucleus に切り替わると、フロント パネルでオペレータが介入しない限り、Basic Test モードに戻ることはできず、実行中のオペレーティング システムは事実上終了します。Basic Test モードは、特定のテスト ソフトウェアを実行するためにも使用されます (これが名前の由来です)。

4000 I/O の設計は、 IOPと呼ばれる多数の入出力プロセッサに基づいています。各 IOP は、ストアと一連の I/O コントローラ間のインターフェイスとなります。IOP は CPU の Nucleus 機能によって制御されますが、I/O イベントがトリガーされると、I/O が完了するまで CPU と対話することなく自律的に動作します。通常のインターフェイスIOP はそれぞれ、別々の Way で最大 255 または 256 の同時 I/O 操作をサポートできます。各 IOP の I/O コントローラは、処理する必要がある同時 I/O 操作の数に応じて、それぞれ 1 つ以上の Way を占有します。IOP は各 Way のメインストアへのアクセスを監視し、その Way が現在実行している I/O 操作用に定義されている連続したメモリ位置へのアクセスのみを許可します。初期の IOP は、8 ビットおよび 16 ビット幅のストア アクセスを実行し、I/O コントローラのスループットを高めるために最大 8 回の転送を同時に実行するバースト モードを備えていました。後の IOP では 32 ビット幅のストア アクセスが追加されました。

すべてのシステムには少なくとも 1 つの IOP があります。4080 では、この最初の IOP は Basic Multiplexer Channel ^[6]または BMC と呼ばれ、4080 のフロント パネルは CPU と BMC の両方を制御するために用意されています。エントリー レベルの 415x および 4x6x システムでは、最初の IOP (Integral Multiplexer Channel、または IMC) が Nucleus ファームウェアに統合されているため、IMC での I/O 操作は CPU のパフォーマンスに多少影響を及ぼしましたが、4x6x システムでは外部 IOP を追加できました。4000 シリーズの Nucleus I/O 命令とシステム テーブルでは最大 8 つの IOP を使用できますが、4000 シリーズのほとんどのモデルでは、何らかのハードウェア制限によりこれが制限されていました。408x システムには 4 ポートのストアがあり、CPU と最初の IOP がそのうちの 1 つを共有し、残りのストア ポートには最大 3 つの追加 IOP が接続されていました。 (初期の資料によると、これらの追加のストア ポートは追加の CPU を接続するようにも設計されていましたが、これは 4080 プロセッサを使用して販売された構成ではありませんでした。) 後期モデルでは、システムに装着できるストア ポート ボードの数に応じて、より多くのストア ポートが搭載されました。4190 は 8 つの IOP を完全にサポートでき、4190D は 2 つの CPU で 8 つの IOP をサポートしました。

一般的に使用されている I/O コントローラには、インターバル タイマー、システム コンソールコントローラ、パンチ テープリーダーおよびパンチ コントローラ、ライン プリンタコントローラ (これらはすべて 1 つのウェイを使用)、最大 4 つのドライブを制御するための多数のSMD (および以前のディスクバス インターフェイス) ディスク コントローラ (すべて 2 つのウェイを使用)、最大 4 つの1 ⁄ 2インチ テープ ドライブを制御するためのPertec PPC磁気テープコントローラ、および多数のマルチポート同期および非同期シリアル通信コントローラ (4 ～ 32 ウェイを使用) があります。デジタル I/O ボード (4 つのウェイを使用) は、直接プロセス制御インターフェイスや、システム間の高速パラレル リンクを提供するためによく使用されていました。CAMACクレート コントローラも使用可能でした (これもプロセス制御インターフェイスに使用)。これらのコントローラが接続される通常インターフェイス バスは公開されたインターフェイスであり、[ ^7]多くの顧客が独自のプロセス制御要件に合わせて独自のコントローラを構築しました。以前の GEC 2050 ミニコンピュータは、通常インターフェイスの 8 ビット バージョンを使用しており、ほとんどの I/O コントローラは、システムの範囲。

1970 年代を通じて設計および構築されたすべての IOP は、I/O コントローラ用の同じ通常インターフェイス バスを提供し、I/O コントローラは一般にどの IOP でも使用できました。1980 年代には、より特殊な IOP がいくつか設計されました。ダイレクト メモリ アクセス ディレクタ (DMAD) IOP により、メイン メモリへのアクセスの自由度が高く、よりインテリジェントな通信コントローラの設計を可能にする新しいタイプの I/O コントローラが実現しました。SCSI IOP は、より新しいディスクを接続するためのSCSIバスを生成し、統合されたインターバル タイマー、システム コンソール コントローラ、およびカレンダー クロックも備えていたため、これらの機能だけをサポートするために追加の通常インターフェイス IOP や別のコントローラは不要でした。

GEC 4000シリーズシステムのユーザーには、多くのイギリスの大学の物理学部や工学部、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（ユークリッド）とキール大学の中央計算サービス、JANET学術研究ネットワークX.25スイッチングバックボーン、ラザフォード・アップルトン研究所、^[8] ダーズベリー研究所、ハーウェル研究所、NERC、英国気象庁、欧州原子核研究機構（ CERN ） 、ICI、ブリティッシュ・テレコム、SIP（イタリアの電話会社）、プレッシーなどがあった。ブリティッシュ・スチール社とBHPスチール社は、製鉄所のリアルタイム制御に、イギリス国鉄とロンドン地下鉄はリアルタイムの列車運行スケジュールに、ロンドン消防隊とダー​​ラム消防隊は指揮統制システムに、これらを使用した。

ラザフォード・アップルトン研究所では、 1998 年までISIS 中性子破砕源に使用されるシンクロトロンとインジェクターを制御するために GEC 4000 システムが使用されていました。

GEC 4080Mは、不運なニムロッドAEW.3 空中早期警戒機のレーダーシステムの中央処理装置として使用されました。^[9]

中央発電委員会は、 3つのグリッド コントロール センターで GEC 4080 プロセッサを使用していました。GI74 として知られるこのプロセッサは、変電所からデータを収集し、それを壁の図表や表形式の VDU に表示するために使用されていました。

GEC 4000 プロセッサには、次のようなさまざまなバリエーションが製造されました (おおよその年代順):

• 4080 : 64～256 KiB のコアメモリを搭載した 1973 年のオリジナルモデル
• 4082 : 最大 1 MiB のメモリを備えた 4080
• 4070 : メモリインターリーブなしのエントリーレベルモデル
• 4085 :半導体メモリ搭載4082
• 4060 : AMD Am2900 ビットスライスプロセッサを搭載したエントリー モデル
• 4062 / 4065 : 4060 は最大 1 MiB のメモリをサポート
• 4080M : 軍事用途向けのコンパクトで耐久性の高い 4080
• 4090 : Am2900 ベース、32 ビット アドレス拡張、最大 4 MiB のメモリ
• 4190 : 最大 16 MiB のメモリを搭載した 4090 の改訂版
• 4180 : 4190 の安価で低速なバージョン (メモリ キャッシュなし、高速乗算ユニットなし)
• 4060M : 軍事用途向けのコンパクトで耐久性の高い 4060
• 4160 : 4065 と 4090 32 ビット アドレス拡張
• 4150 : デスクトップ 4160
• 4162 : 高速通信コントローラ用の DMAD IOP を備えた 4160
• 4195 : コンパクト 4190
• 4185 : 4195 の安価で低速なバージョン (メモリ キャッシュなし、高速乗算ユニットなし)
• 4151 :ラックマウント4150
• 4190D : デュアルプロセッサ 4190
• 4193 :デフォルトの通常インターフェース IOPをSCSI IOP に置き換えた 4195
• 4220 :ゲートアレイプロセッサ技術を使用して4190を再実装
• 4310 : GEC 4220 をエミュレートするMotorola 88100 MVME187ベースのシステム

GEC 4000 シリーズでは、次のようないくつかのオペレーティング システムを使用できました。

• COS : ディスクレスリアルタイムシステム向けコアオペレーティングシステム
• DOS : リアルタイム システム用のディスク オペレーティング システム。ファイル システムとスワッピング機能を提供します。
• OS4000 :バッチおよびインタラクティブ使用、トランザクション処理をサポートするマルチユーザーシステム
• SCP-2 : セキュア オペレーティング システム ( DOD A1/B3 )マルチレベル セキュリティ

使用可能なプログラミング言語には、Babbage（高級アセンブリ言語）、FORTRAN IV、CORAL 66、ALGOL、APL、BASICなどがあります。

バベッジは、GEC 4000シリーズミニコンピュータ用の高級アセンブリ言語です。1971年に登場しました。^{[10] [11]}イギリスのコンピュータの先駆者であるチャールズ・バベッジにちなんで名付けられました。^[10]

このコードは、1 から 9 までの数値の 階乗を出力します。

プロセス章階乗

エントリ ラベル エントリポイント

LITERAL TO = 4 // デフォルトのプロフォーマを使用すると仮定

外部ルーチン
     開ける、
     置く、
     近い、
     トチャール

バイトベクトル [0,19] 回答 = "factorial x = xxxxxx"
 
ハーフカウント
半額
完全な結果

//*********************************************** ******************************

     日常的な事実（価値）
     // RA の階乗を返します。

     値 => 結果

     値を減算しながらGT //0// DO
     <<
          結果 * 値 => 結果
     >>
     戻り値(結果)
     終わり

//*********************************************** ******************************

エントリーポイント:

     開く(1)

     // 1から9までの数字の階乗を出力します
     1 => ラ
     繰り返す
     <<
          RA => カウント
          ファクト(RA) => RA
          TOCHAR(RA, 7, 答え + 13)
          TOCHAR(カウント、2、答え + 9)
          PUT(TO, 20, ANSWER)
          COUNT + 1 => RA
     >>
     RA LT 10の間

     閉じる
     停止(0)
     終わり

//*********************************************** ******************************

• GEC シリーズ 63
• GEC 2050 8ビットミニコンピュータ

• GEC 4000 シリーズの 25 年 (アーカイブ)
• 「GECと4000シリーズ」
• 「GEC 4000 コンピュータ」、コンピュータ歴史センター – コンピュータ博物館