ヴァックス

ヴァックス
デザイナー	デジタル・イクイップメント・コーポレーション
ビット	32ビット
紹介された	1977年; 48年前
デザイン	CISC
タイプ	登録 – 登録; レジスターメモリ; 記憶-記憶;
エンコーディング	変数（1〜56バイト）
分岐	条件コード
エンディアン	少し
ページサイズ	512 バイト
拡張機能	PDP-11互換モード、VAXベクトル拡張、 VAX仮想化拡張
開ける	いいえ
前任者	PDP-11
後継	アルファ
レジスター
汎用	16 × 32ビット
浮動小数点	存在しない場合、GPRを使用する
ベクター	16 × 4096 ビット (64 ビットの要素が 64 個)

VAX ( Virtual Address eXtensionの略) は、 32 ビットの命令セットアーキテクチャ(ISA) と仮想メモリを備えたコンピュータシリーズで、20 世紀後半にDigital Equipment Corporation (DEC)によって開発、販売されました。1977 年 10 月 25 日に発表されたVAX-11/780 は、VAX ISA を実装した人気があり影響力のあるコンピュータシリーズの最初のものでした。VAX ファミリは DEC にとって大成功で、最後のファミリは 1990 年代初頭に登場しました。VAX の後継は DEC Alphaで、 VAX からの移植を容易にするために、VAX マシンの機能がいくつか含まれていました。

VAXは、約 60 万台が販売された、歴史上最も成功したミニコンピュータの 1 つである16 ビット PDP-11の後継として設計されました。このシステムは、メモリを完全な32 ビット実装に拡張し、デマンドページング仮想メモリを追加しながら、PDP - 11 との下位互換性を提供するように設計されました。VAX という名前は、変更されていないユーザーモード PDP-11 コードと互換性を保ちながら、プログラムがこの新しく利用可能になったメモリを利用できるようにした仮想アドレス拡張の概念を示しています。初期モデルで使用された「VAX-11」という名前は、この機能を強調するために選ばれました。VAX ISA は、複合命令セットコンピュータ(CISC) 設計と見なされています。

DEC は、PDP-11 との互換性がもはや大きな懸念ではなくなったため、すぐに -11 ブランドを廃止しました。このラインは、 VAX 9000などのハイエンドメインフレームと、VAXstationシリーズなどのワークステーションスケールシステムの両方に拡大しました。VAXファミリには、最終的に 10 の異なる設計と合計 100 を超える個別のモデルが含まれていました。それらはすべて互いに互換性があり、通常はVAX/VMS オペレーティングシステムを実行していました。

VAXは、^非常に多くのアセンブリ言語プログラマーに優しいアドレッシングモードとマシン命令、高度に直交した命令セットアーキテクチャ、キューの挿入や削除、数値のフォーマット、多項式の評価などの複雑な操作のための命令を備えており、 [3]典型的なCISC ISAとして認識されています。^[4]

名前

「VAX」という名前は、Virtual Address eXtensionの頭字語として生まれました。これは、VAX が古い16 ビット PDP-11の 32 ビット拡張と見なされていたことと、( Prime Computer以降)このより大きなアドレス空間を管理するために仮想メモリを早期に採用したことによるものです。

VAX プロセッサの初期バージョンでは、PDP-11 の命令の多くをエミュレートする「互換モード」が実装されており、この互換性を強調するために VAX-11 に 11 という番号が付けられています。後のバージョンでは、互換モードとあまり使用されない CISC 命令の一部が、オペレーティングシステムソフトウェアでのエミュレーションにオフロードされました。

命令セット

VAX命令セットは強力かつ直交性を持つように設計された。^[5]導入当時は多くのプログラムがアセンブリ言語で書かれていたため、「プログラマに優しい」命令セットを持つことが重要だった。^[6]^[7]やがて、高級プログラミング言語で書かれたプログラムが増えるにつれて、命令セットは目立たなくなり、それについて関心を持つのはコンパイラ作成者だけになった。

VAX 命令セットの珍しい特徴の 1 つは、各サブプログラムの先頭にレジスタマスク^[8]が存在することです。これは、制御がサブプログラムに渡されるときにどのレジスタを保存するかを指定する任意のビットパターンです。ほとんどのアーキテクチャでは、必要なデータを保存する命令を生成するのはコンパイラの役割であり、通常はコールスタックを一時ストレージとして使用します。16 個のレジスタを持つ VAX では、データの保存に 16 個の命令、復元にさらに 16 個の命令が必要になる場合があります。マスクを使用すると、1 つの 16 ビット値でハードウェア内部で同じ操作が実行され、時間とメモリが節約されます。^[5]

レジスタマスクは実行可能コード内に埋め込まれたデータ形式であるため、マシンコードの線形解析が困難になる可能性があります。これにより、マシンコードに適用される最適化手法が複雑になる可能性があります。^[9]

オペレーティングシステム

ネイティブVAXオペレーティングシステムは、DigitalのVAX/VMSです（1991年または1992年初頭にAlphaに移植され、 POSIX標準に準拠するように変更され、X/OpenコンソーシアムによってXPG4準拠としてブランド化されたときにOpenVMSに名前が変更されました）。 ^[10] VAXアーキテクチャとVMSオペレーティングシステムは、VAXcluster機能の最初の実装と同様に、お互いを最大限に活用するために「同時に設計」されました。

1980年代には、VAXアーキテクチャ用のハイパーバイザVMM（Virtual Machine Monitor）（別名VAX Security Kernel）がDigital社で開発され、VMSとULTRIXの複数の独立したインスタンスを同じハードウェア上で実行できるようにすることを目指した。^{[11] VMMは}TCSEC A1準拠を達成することを目的としていた。1980年代後半にはVAX 8000シリーズのハードウェアで動作可能となったが、顧客へのリリース前に中止された。

その他のVAXオペレーティングシステムには、4.3BSDまでのBerkeley Software Distribution（BSD）UNIXのさまざまなリリース、Ultrix -32、VAXELN、Xinuなどが含まれます。最近では、NetBSD ^[12]とOpenBSD ^{[13]がさまざまなVAXモデルをサポートしており、}LinuxをVAXアーキテクチャに移植する作業も行われています。 ^[14] OpenBSDは2016年9月にこのアーキテクチャのサポートを中止しました。 ^[15]

歴史

最初に販売されたVAXモデルはVAX-11/780で、1977年10月25日にデジタル・イクイップメント・コーポレーションの年次株主総会で発表された。^[16]カーネギーメロン大学でC・ゴードン・ベルの博士課程の学生だったビル・ストレッカーがアーキテクチャを担当した。^[17]その後、価格、性能レベル、容量の異なる多くの異なるモデルが作られた。VAXスーパーミニコンピュータは1980年代初頭に非常に人気があった。

VAX-11/780 はしばらくの間、CPU ベンチマークの標準として使用されていました。当初は 1 MIPSマシンと説明されていました。これは、そのパフォーマンスが 1 MIPS で動作するIBM System/360と同等であり、System/360 の実装が以前は事実上のパフォーマンス標準であったためです。1 秒間に実行される実際の命令数は約 500,000 であり、マーケティング上の誇張であるとの苦情につながりました。その結果、VAX-11/780 の速度である「VAX MIPS」の定義が生まれました。27 VAX MIPS で動作するコンピュータは、同じプログラムを VAX-11/780 の約 27 倍の速度で実行します。

Digital コミュニティ内では、MIPS は異なるアーキテクチャ間では比較しにくいため、VUP ( VAX Unit of Performance ) という用語のほうが一般的でした。関連する用語であるcluster VUP は、 VAXclusterの総合的なパフォーマンスを表すために非公式に使用されていました。(VAX-11/780 のパフォーマンスは、BRL-CAD ソリッドモデリングソフトウェアディストリビューションに含まれるパフォーマンス分析スイートであるBRL-CAD Benchmark で、現在でも基準メトリックとして使用されています。) VAX-11/780 には、親コンピュータのマイクロコードのロード、ブート、および診断機能を実行する従属スタンドアロンLSI-11コンピュータが含まれていました。これは、その後の VAX モデルでは削除されました。そのため、進取的な VAX-11/780 ユーザーは、3 つの異なる Digital Equipment Corporation オペレーティングシステムを実行できました。VAX プロセッサ上の VMS (ハードドライブから)、および LSI-11 上の RSX-11S または RT-11 (単密度シングルドライブフロッピーディスクから) です。

VAX はさまざまな実装を経てきました。オリジナルの VAX 11/780 はTTLで実装され、 1 つのCPUで4 x 5 フィートのキャビネット^[18]を埋め尽くしました。1980 年代を通じて、このファミリのハイエンドは、より高速なディスクリートコンポーネントを使用して継続的に改善され、 1989 年 10 月のVAX 9000の導入でその進化は終わりました。この設計は複雑で高価すぎることが判明したため、導入後間もなく廃止されました。複数のエミッタ結合ロジック(ECL)ゲートアレイまたはマクロセルアレイチップで構成された CPU 実装には、 VAX 8600 および 8800スーパーミニ、そして最終的には VAX 9000メインフレームクラスのマシンが含まれました。複数の MOSFETカスタムチップで構成された CPU 実装には、8100 および 8200 クラスのマシンが含まれます。 VAX 11-730 および 725 ローエンドマシンは、ALU に AMD Am2901 ビットスライスコンポーネントを使用して構築されました。

MicroVAX Iは、 VAX ファミリー内での大きな転換点となりました。設計当時は、完全な VAX アーキテクチャを単一のVLSIチップ (または、後に VAX 8200/8300 のV-11 CPUで行われたように、少数の VLSI チップ) として実装することはまだできませんでした。その代わりに、MicroVAX I は、より複雑な VAX 命令 (パック 10 進数や関連するオペコードなど) の一部をエミュレーションソフトウェアに移行した最初の VAX 実装でした。この分割により、必要なマイクロコードの量が大幅に削減され、「MicroVAX」アーキテクチャと呼ばれました。MicroVAX I では、ALUとレジスタが単一のゲートアレイチップとして実装され、マシン制御の残りの部分は従来のロジックでした。

MicroVAXアーキテクチャの完全なVLSI（マイクロプロセッサ）実装は、 MicroVAX IIの78032（またはDC333）CPUと78132（DC335）FPUで実現されました。78032は、オンボードメモリ管理ユニットを備えた最初のマイクロプロセッサでした^{[19] MicroVAX IIは、プロセッサチップを搭載し、}MicroVMSまたはUltrix -32オペレーティングシステムを実行する単一の4倍サイズのプロセッサボードに基づいていました。このマシンは、1MBのオンボードメモリと、DMA転送を備えたQ22バスインターフェイスを備えていました。MicroVAX IIの後継として、パフォーマンスとメモリが大幅に向上した多くのMicroVAXモデルが登場しました。

さらに VLSI VAX プロセッサは、V-11、CVAX、CVAX SOC (「System On Chip」、シングルチップ CVAX)、Rigel、Mariah、NVAX実装の形で続いた。VAX マイクロプロセッサは、アーキテクチャを安価なワークステーションにまで拡張し、後にはハイエンドの VAX モデルも置き換えた。1 つのアーキテクチャを使用して、この幅広いプラットフォーム (メインフレームからワークステーションまで) を扱ったのは、当時のコンピュータ業界では珍しいことだった。さまざまなグラフィックが CVAX マイクロプロセッサのダイに刻まれていた。「CVAX... when you care enough to steal the very best (最高のものを盗むほどの気遣いがあれば)」というフレーズは、 Hallmark Cardsのスローガンをもじって、ロシア語で刻まれていた。これは、DEC コンピュータを軍事用途に盗み、そのチップ設計をリバースエンジニアリングしていたことで知られるソビエトのエンジニアへのメッセージとして意図されていた。^[20]^[21] 1980 年代後半までに、VAX マイクロプロセッサは、ディスクリート設計と競合できるほどにパワーが高まった。このため、8000 および 9000 シリーズは廃止され、Rigel を搭載したVAX 6000モデルに置き換えられ、その後 NVAX を搭載したVAX 7000システムに置き換えられました。

DEC の製品ラインナップでは、VAX アーキテクチャは最終的にRISCテクノロジに取って代わられました。1989 年に DEC は、 MIPS Computer Systemsのプロセッサを使用して、それぞれUltrix、DECstation、DECsystem を実行するワークステーションとサーバーのシリーズを発表しました。1992 年に DEC は、独自の RISC 命令セットアーキテクチャであるAlpha AXP (後に Alpha に改名) と、 OpenVMS を実行できる高性能64 ビット設計である独自の Alpha ベースマイクロプロセッサであるDECchip 21064 を発表しました。

2000年8月、コンパックは残りのVAXモデルを年末までに製造中止にすると発表したが^[22]、古いシステムは依然として広く使用されている。^[23] Stromasys CHARON-VAXおよびSIMHソフトウェアベースのVAXエミュレーターは引き続き利用可能である。VMSは現在、VMS Software Incorporatedによって開発されているが、 Alpha、HPE Integrity、x86-64プラットフォームのみを対象としている。

プロセッサアーキテクチャ

仮想メモリマップ

VAX 仮想メモリは 4 つのセクションに分かれています。それぞれのサイズは 1 ギガバイト (アドレス指定では 2 ^{30バイト) です。}

VMS の場合、P0 はユーザープロセススペースに使用され、P1 はプロセススタックに使用され、S0 はオペレーティングシステム用に使用され、S1 は予約されていました。

特権モード

VAX には、ハードウェアで実装された 4 つの特権モードがあります。

プロセッサステータスロングワード

プロセスステータスロングワードには 32 ビットが含まれます。

VAXベースのシステム

最初の VAX ベースのシステムは、 VAX-11ファミリーの一員であるVAX-11/780でした。ハイエンドのVAX 8600 は1984 年 10 月に VAX-11/780 に取って代わり、1980 年代半ばにはエントリーレベルのMicroVAXミニコンピュータとVAXstationワークステーションがこれに加わりました。MicroVAX はVAX 4000に、VAX 8000 は 1980 年代後半に VAX 6000に取って代わられ、メインフレームクラスのVAX 9000が導入されました。1990 年代初頭には、フォールトトレラントの VAXftが導入され、 Alpha互換のVAX 7000/10000も導入されました。さまざまな VAX ベースのシステムの派生型がVAXserverとして販売されました。

同時マシンアクセス (SIMACS)

システムインダストリーズは、複数のDEC CPUに、同時にではないが共有ディスクへの書き込みアクセス権を与える機能を開発した。同社は、 SIMACS (SImultaneous Machine ACceSs )^[24]^{[25]と呼ばれる拡張機能を実装し、これにより、特殊なディスクコントローラがディスクアクセス用の}セマフォフラグを設定できるようになり、同じファイルへの複数の書き込みが可能になった。ディスクは複数のDECシステムで共有される。SIMACSはPDP-11 RSTSシステムにも存在した。

キャンセルされたシステム

キャンセルされたシステムには、高性能のエミッタ結合ロジック（ECL）ベースのVAXであるBVAXと、他の2つのECLベースのVAXモデルであるArgonautとRavenが含まれます。^[26] Ravenは1990年にキャンセルされました。 ^[27]Geminiという名前のVAXもキャンセルされましたが、これはLSIベースのScorpioが故障した場合の代替品でした。出荷されることはありませんでした。

クローン

認可されたものも非認可のものも含め、多数の VAX クローンが製造されました。例を次に示します。

英国のSystime Computers Ltdは、 Systime 8750（VAX 11/750に相当）などの初期のVAXモデルのクローンを製造した。 ^[28]
ノルデンシステムズは、耐久性に優れた軍事仕様のMIL VAXシリーズを製造しました。^[10]
ハンガリー中央物理学研究所（KFKI）は、初期のVAXモデルのクローンであるTPA-11/540、560、580を製造した。^[29]
チェコスロバキアのSM 52/12 ^[30]は、VUVT Žilina (現在のスロバキア) で開発され、1986 年から ZVT Banská Bystrica (現在のスロバキア) で生産されました。
東ドイツのVEB Robotron K 1840 (SM 1710) は VAX-11/780 のクローンであり、Robotron K 1820 (SM 1720) は MicroVAX II のコピーです。
SM -1700はVAX-11/730のソ連版クローンであり、SM-1702はMicroVAX IIのクローンであり、SM-1705はVAX-11/785のクローンであった。^[31]これらのシステムは、DEMOS（BSD Unixベース）、MOS VP（VAX/VMSベース）、MOS VP RV（VAXELNベース）など、さまざまなクローンオペレーティングシステムを実行していた。^[32]
NCI-2780スーパーミニは、Taiji-2780としても販売されており、北京の華北コンピューティング技術研究所が開発したVAX-11/780のクローンです。^[33]^[34]

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さらに読む

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外部リンク

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