ジョエル・マコーマック

ジョエル・マコーマックはアメリカのコンピュータ科学者で、NCR Corporation版のp-code マシンを設計しました。p-code マシンはスタックマシンの一種で、1970 年代にPascalやBCPLなどの新しいコンピューティングアーキテクチャや言語を実装するための好ましい方法として人気がありました。NCR の設計はWestern Digitalが設計したPascal MicroEngineと共通のアーキテクチャを共有していませんが、どちらもUCSD p-System を実行することを目的としていました。[1,2]

p-code は、ニクラウス・ヴィルトの教え子であったウルス・アマンが博士論文で初めて発表した(Urs Ammann 著「On Code Generation in a Pascal Compiler」、Software: Practice and Experience、第 7 巻第 3 号、1977 年、391 ～ 423 ページを参照)。中心となるアイデアは、複雑なソフトウェア システムが存在しない架空の最小限のコンピュータまたは仮想マシン用にコード化され、そのコンピュータが、通常は小さく単純で迅速に開発されるインタープリタ型コンピュータ プログラムを使用して特定の実際のハードウェア上で実現されるというものである。Pascal プログラミング言語は、新しいコンピュータを購入するたびに書き直す必要があったため、アマンはシステムを仮想アーキテクチャ用に一度書き直すことを提案した。Pascal の学術的な実装として成功したのは、 UCSD の教授であるケネス・ボウルズが開発したUCSD p-Systemであり、ボウルズは、当時使用されていた多数の異なるコンピューティング プラットフォーム用に P-machine アーキテクチャを使用する汎用的なPascalプログラミング環境の開発プロジェクトを開始した。マコーマック氏はこのプロジェクトに取り組んでいる学部生のチームの一員でした。[3] 彼はこの知識と経験をNCRに持ち込みました。

NCR は大学を卒業したばかりのマコーマックをすぐに雇った。彼らは以前、AMD のAM2900チップセットを使用して、ビットスライスされたハードウェア実装のP コード マシンを開発していた。マシンにはタイミングとパフォーマンスに関する無数の問題があったため、マコーマックはプロセッサの再設計を提案し、プログラマブル ロジックに基づくマイクロシーケンサーを採用した。マコーマックは NCR を離れ、Volition Systems を設立した後も、契約社員としてプロセッサの開発を続けた。

この新しい CPU は、マイクロアーキテクチャ内の並列処理を大幅に強化した水平マイクロコードを採用しました。これらの幅広の 80 ビット マイクロワードにより、CPU は 1 マイクロサイクルで多くの操作を実行できるようになりました。プロセッサは算術演算を実行しながら内部スタックにメモリを読み込み、レジスタの内容を転送しながら同時に新しいデータを ALU に読み込むことができます。その結果、より単純な p コード操作の多くは 1 つまたは 2 つのマイクロ命令のみで実行され、一部の操作はタイトな単一マイクロワード ループで構成されました。

クロックあたり 2 ビットで、各命令の 4 つのサイクル タイム (130、150、175 ナノ秒) のいずれかを選択し、遅延ラインで生成しました。AMD のより高速な部品では98 ns のサイクル タイムも可能でしたが、それに対応するより高速な分岐制御ユニットはありませんでした。別のプリフェッチ/命令フォーマット ユニットも、遅延ラインを使用して非同期タイミング信号を生成します。このユニットには 32 ビットのバッファがあり、次のデータを複数の形式でデコードできます。符号付きバイト、符号なしバイト、ワード、および圧縮された「ビッグ」形式 (0..127 の小さい数字を 1 バイトにエンコードし、128..32767 の大きい数字を 2 バイトにエンコード) です。

オンボードの 1024 個の 16 ビット ワードのスタックには、一時的な値 (スカラー値とセット値) が保持されていました。スタック アドレスは下向きで、スタック ポインタは書き込み前に減分し、読み取り後に増加しました。AMD 2901 の内部ファイル内のレジスタには、単純な操作を高速化するためにスタックの最上位値が保持されていました。整数の加算には 1 つの命令サイクルしかかかりませんでした。1 つのオペランドが常にレジスタ ファイル内にあるため、スタック メモリからのフェッチは 1 回だけで済みました。

各ワイド制御ワードは、次のマイクロ命令のアドレスを保持するか、フェッチされる次の P マシン命令を制御することができます。したがって、マイクロシーケンサは、制御コードをほぼ任意にジャンプできます。メモリ内の最初の 256 個のマイクロ命令は P マシン命令に対応しているため、マイクロアセンブラは最初の制御ワードを対応する場所に配置します。実行に複数のマイクロ命令を必要とする P コード命令は、分岐で開始することはできません (このフィールドは、命令のマイクロプログラムの残りの部分にジャンプするために既に使用されているため)。^{[引用が必要]}

CPU は、スタックの最上位ワードを AMD 2901 レジスタの 1 つに保持する手法を使用していました。これにより、マイクロ命令が 1 つ少なくなる場合がよくありました。たとえば、最終的に得られたいくつかの p コードを以下に示します。tos はレジスタで、q はレジスタです。"|" は、1 サイクル内での並列アクティビティを意味します。(スタックはこのように動作するわけではありません。データが書き込まれる前にデクリメントされ、データが読み取られた後にインクリメントされます。)

次のアドレス制御と次のマイクロコード位置は各ワイド マイクロワードにあるため、マイクロコードを任意の順序で実行してもペナルティはありません。256 個のラベルのテーブルがあり、マイクロコード コンパイラは各ラベルの最初の命令をマイクロコード メモリの最初の 256 個の位置に移動しました。これによりマイクロコードに課せられる唯一の制限は、p コードが複数のマイクロ命令を必要とする場合、最初のマイクロ命令にフロー制御を指定できないことです (「goto <p コードの残りのマイクロコード>」で埋められるため)。

fetch	% Fetch and save in an AMD register the next byte opcode from
	% the prefetch unit, and go to that location in the microcode.
	q := ubyte | goto ubyte

SLDCI	% Short load constant integer (push opcode byte)
	% Push top-of-stack AMD register onto real stack, load
	% the top-of-stack register with the fetched opcode that got us here
	dec(sp) | stack := tos | tos := q | goto fetch

LDCI	% Load constant integer (push opcode word)
	% A lot like SLDCI, except fetch 2-byte word and "push" on stack
	dec(sp) | stack := tos | tos := word | goto fetch

SLDL1	% Short load local variable at offset 1
	% mpd0 is a pointer to local data at offset 0.  Write appropriate
	% data address into the byte-addressed memory-address-register
	mar := mpd0+2
	% Push tos, load new tos from memory
SLDX	dec(sp) | stack := tos | tos := memword | goto fetch

LDL	% Load local variable at offset specified by "big" operand
	r0 := big
	mar := mpd0 + r0 | goto sldx

INCR	% Increment top-of-stack by big operand
	tos := tos + big | goto fetch

ADI	% Add two words on top of stack
	tos := tos + stack | inc(sp) | goto fetch

EQUI	% Top two words of stack equal?
	test tos - stack | inc(sp)
	tos := 0 | if ~zero goto fetch
	tos := 1 | goto fetch

このアーキテクチャは、 Niklaus Wirthによって提案されたオリジナルのP コード マシン仕様と比較する必要があります。

最終的に、9"x11" の CPU ボードが完成し、UCSD p-System を他のどのマシンよりも大幅に高速に実行できるようになりました。LSI -11インタープリタよりも 35 ～ 50 倍高速で、 LSI-11 マイクロコードを p-code マイクロコードに置き換えたWestern Digital Pascal MicroEngineよりも 7 ～ 9 倍高速です。また、 Niklaus Wirth Lilithマシンよりも高速に実行されましたが、ビットマップ グラフィックス機能がなく、ネイティブ コードを実行するVAX-11/750とほぼ同じ速度でした (ただし、VAX は Berkeley Pascal コンパイラから出力される貧弱なコードによって妨げられ、32 ビット マシンでもありました)。

• カリフォルニア大学サンディエゴ校: BA、1978年
• カリフォルニア大学サンディエゴ校: 修士号、1979年

• デジタル・イクイップメント・コーポレーション
• コンパックコンピュータ株式会社
• ヒューレット・パッカード
• エヌビディア

• Joel McCormack、Robert McNamara。半平面エッジ関数を使用した効率的なタイル状ポリゴン トラバーサル、研究レポート 2000/4、Compaq Western Research Laboratory、2000 年 8 月。[すぐ下にリストされているワークショップ ペーパーのスーパーセット。]
• Joel McCormack、Robert McNamara。半平面エッジ関数を使用したタイル化されたポリゴントラバーサル、2000 EUROGRAPHICS/SIGGRAPH グラフィックス ハードウェア ワークショップの議事録、ACM Press、ニューヨーク、2000 年 8 月、pp. 15 ～ 21。
• Robert McNamara、Joel McCormack、Norman P. Jouppi。半平面距離関数を使用したプレフィルタ処理されたアンチエイリアス線、研究レポート 98/2、Compaq Western Research Laboratory、2000 年 8 月。[すぐ下に記載されているワークショップ論文のスーパーセット。]
• Robert McNamara、Joel McCormack、Norman P. Jouppi。半平面距離関数を使用したプレフィルタ処理されたアンチエイリアス線、2000 EUROGRAPHICS/SIGGRAPH グラフィックス ハードウェア ワークショップの議事録、ACM Press、ニューヨーク、2000 年 8 月、pp. 77–85。
• Joel McCormack、Keith I. Farkas、Ronald Perry、Norman P. Jouppi。「Simple and Table Feline: Fast Elliptical Lines for Anisotropic Texture Mapping」、研究レポート 99/1、Compaq Western Research Laboratory、1999 年 10 月。[SIGGRAPH 論文のスーパーセットは、すぐ下に記載されています。]
• Joel McCormack、Ronald Perry、Keith I. Farkas、Norman P. Jouppi。「Feline: 異方性テクスチャ マッピングのための高速楕円ライン」、SIGGRAPH 99 会議論文集、ACM Press、ニューヨーク、1999 年 8 月、pp. 243–250。
• Joel McCormack、Robert McNamara、Christopher Gianos、Larry Seiler、Norman P. Jouppi、Ken Correll、Todd Dutton、John Zurawski。Neon: (大規模) (高速) シングルチップ 3D ワークステーション グラフィックス アクセラレータ、研究レポート 98/1、Compaq Western Research Laboratory、1999 年 7 月改訂。[ワークショップおよび IEEE Neon 論文のスーパーセットは、すぐ下に記載されています。]
• Joel McCormack、Robert McNamara、Christopher Gianos、Larry Seiler、Norman P. Jouppi、Ken Correll、Todd Dutton、John Zurawski。「Neon の実装: 256 ビット グラフィックス アクセラレータ」、IEEE Micro、Vol. 19、No. 2、1999 年 3 月/4 月、pp. 58 ～ 69。
• Joel McCormack、Robert McNamara、Christopher Gianos、Larry Seiler、Norman P. Jouppi、Ken Correll。Neon: シングルチップ 3D ワークステーション グラフィックス アクセラレータ、Proceedings of the 1998 EUROGRAPHICS/SIGGRAPH Workshop on Graphics Hardware、ACM Press、ニューヨーク、1998 年 8 月、pp. 123–132。[最優秀論文/プレゼンテーションに選出]
• Joel McCormack、Robert McNamara。「スマート フレーム バッファ」、研究レポート 93/1、Digital Equipment Corporation、Western Research Laboratory、1993 年 1 月。[下記にリストされている USENIX 論文のスーパーセット。]
• Joel McCormack、Robert McNamara。スマート フレーム バッファーの概要、1993 年冬季 USENIX カンファレンス議事録、USENIX 協会、バークレー、1993 年 1 月、pp. 169-179。
• Joel McCormack。ダム カラー フレーム バッファ用の高速 X サーバの作成、研究レポート 91/1、Digital Equipment Corporation、Western Research Laboratory、1991 年 2 月。[すぐ下に掲載されている「ソフトウェア: 実践と経験」論文のスーパーセット。]
• Joel McCormack. ダムカラーフレームバッファ用の高速 X サーバの作成、ソフトウェア: 実践と経験、第 20 巻 (S2)、John Wiley & Sons, Ltd.、ウェストサセックス、イギリス、1990 年 10 月、pp. 83–108。[UNIX マガジン日本語版、ASCII Corp.、1991 年 10 月、pp. 76–96 に翻訳および再掲載。]
• Hania Gajewska、Mark S. Manasse、Joel McCormack。「なぜ X は理想的なウィンドウ システムではないのか」、ソフトウェア: 実践と経験、第 20 巻 (S2)、John Wiley & Sons、Ltd.、ウェスト サセックス、イギリス、1990 年 10 月、pp. 137–171。
• Paul J. Asente、Ralph R. Swick、Joel McCormack 共著。X Window System Toolkit: The Complete Programmer's Guide and Specifications、X バージョン 11、リリース 4、Digital Press、マサチューセッツ州メイナード、1990 年。
• Joel McCormack、Paul Asente。X ツールキットの概要、ACM SIGGRAPH ユーザー インターフェイス ソフトウェア シンポジウム議事録、ACM Press、ニューヨーク、1988 年 10 月、pp. 46 ～ 55。
• Joel McCormack、Paul Asente。X ツールキットの使用、またはウィジェットの作成方法。1988 年夏の USENIX カンファレンス議事録、USENIX 協会、バークレー、1988 年 6 月、pp. 1 ～ 14。
• Joel McCormack。仕事に適した言語。UNIX Review、REVIEW Publications Co.、ワシントン州レントン、第 3 巻、第 9 号、1985 年 9 月、22 ～ 32 ページ。
• Joel McCormack、Richard Gleaves。Modula-2: Pascal の後継としてふさわしいもの、BYTE、Byte Publications、ニューハンプシャー州ピーターボロ、第 8 巻、第 4 号、1983 年 4 月、385 ～ 395 ページ。

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