Storia delle tecnologie dell'informatica - Il minicomputer Carlo Spinedi - SUPSI
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1 Storia delle tecnologie dell’informatica Il minicomputer Carlo Spinedi 17 agosto 2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 2
Che cosa è un minicomputer (midrange computer) ?
• Generazione di computer introdotta partire all’inizio degli anni ’60
• Da una definizione del 1970:
– computer a “basso costo < 25’000 $”(di allora)
… ma poi sono stati costruiti minicomputer da 500’000 $ !
– computer interattivo: l’utente ha il controllo dell’avanzamento programma
• Si contrappone al mainframe diffuso durante gli anni ’50
– costo dell’ ordine di milioni di dollari
– esecuzione dei programmi in batch (a lotti)
• Programmabile con linguaggi ad alto livello (Fortran, Basic, …)
• Usato all’inizio sovente per il controllo di processi, switch di comunicazione, …
• assemblati talvolta con componenti di produttori diversi, specialmente per quanto
riguarda i dispositivi periferici.
17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 3
Primi computer interattivi sperimentali
• 1956 : TX-0 (Transistorized Experimental computer zero)
– Sviluppato al Massachusetts Institute of Technology (MIT)
– Processore a 16 bit, 3600 transistor
– Core memory
– Display 12” (oscilloscopio), 512 x 512 punti
– Nessun sistema operativo
– Su questo computer nel 1961 Ivan Sutherland sviluppò in assempler
Sketchpad, un programma interattivo per la grafica
VIDEO 1 (muto)
VIDEO 2:
17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 4
Primi minicomputer commercializzati
• 1959: DEC PDP-1 (Programmed Data Processor)
– derivato dal TX-2, [Ken Olsen (1926-2011) Digital Equipement Corporation]
– nel 1961 fu programmato il primo gioco elettronico: le guerre stellari
– costo del computer: 120’000 $ (950’000 odierni).
– venduti: 53 fino al 1969 negli USA.
– 3 sono conservati presso il Computer History Museum, Mountain View (CA)
VIDEO
17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 5
PDP-1: caratteristiche
• completamente transistorizzato
• processore a 18 bit, aritmetica binaria
• core memory: 4096 parole di 18 bit
• ciclo di clock: 5 microsecondi (ms)
• add, subtract, deposit, load: durano 10 ms
• 100’000 addizioni /secondo
• moltiplicazioni (325 ms) e divisioni (440 ms) software
• moltiplicazioni (25 ms) e divisioni (40 ms) «automatizzate» opzionali
• Periferiche:
– Telescrivente alfanumerica,
– lettore/scrittore di nastri di carta
– display grafico da 16”, 1024x1024 punti indirizzabili
– penna ottica
– nastro magnetico
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Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 6 PDP-1: BRPE teletype tape punch machine 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 7 PDP-1: periferiche 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 8 PDP-1: core memory 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 9
PDP-1: programmazione
• Istruzioni (18 bit) a indirizzo singolo
– 5 bit: codice istruzione
(shift, rotate, skip, operate, add, subtract, deposit, load, …)
– 1 bit: indirizzamento indiretto
– 12 bit indirizzo memoria
• Software di base: DECAL (compiler, assembler, linker, loader)
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Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 10
PDP-2 ... PDP-7 : un frenetico sviluppo dal 1960 al 1965
• PDP-2: 24 bit, progettato, ma non realizzato
• PDP-3: 36 bit, progettato, realizzato prototipo, ma non prodotto
• PDP-4: 18 bit, vendute 54 unità dal 1962 a 65’000 $
• PDP-5: 12 bit, 1963-1967, venduti 116 esemplari a 27’000 $
• PDP-6: 36 bit, dal 1964, venduti 23 esemplari a 120’000 $
– sistema operativo time sharing
– sopranominato internamente «big iron»
– vinceva sempre i test contro i sistemi IBM 360 e 370 orientati al batch
– Introduce un nuovo set di istruzioni usato più tardi nei DECSYSTEM-10/20
• PDP-7:18 bit, dal 1965, vendute 120 unità a 72’000 $ (vedi lista)
– Utilizzato per lo sviluppo di MUMPS (M-database)
• Massachusetts General Hospital Utility Multi-Programming System
– Ritenuto affidabile a sufficienza per il controllo di reattori nucleari
– Ken Thomson nel 1969 realizza la prima versione di Unix
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 11
PDP-8:
• Introdotto nel 1965
• Prezzo base 18’500 $
• Venduti: più di 50’000 unità
• Diversi modelli che si differenziano per le tecnologie usate
(PDP-8, PDP-8/S, PDP-8/L, PDP-8/e, PDP-8/A, …)
• Molta informazione disponibile: www.pdp8.net
• Sono stati sviluppati simulatori
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 12
PDP-8/e
Video
Video
17/08/2021 VideoAtelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 13 PDP-8: backplane 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 14 PDP-8: moduli 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 15
PDP-8:
• Processore a 12 bit
• Diverse versioni
– PDP/8 (Straight-8) a transistor, dal1965: venduti 1450 esemplari a 18000 $
– PDP-8/s a transistor, dal 1966 al 1970: venduti 1024 a 10’000 $
• clock: 10 ms
– PDP-8/I TTL, dal 1968 al 1971: venduti 3698 a 12’800 $
– PDP-8/L TTL, dal 1968 al 1971: venduti 3901 a 8’500 $
– PDP-8/e TTL, dal 1971 al 1978: venduti >10000 a 6’500 $
• MSI (Medium Scale Integration), Omnibus
– PDP-8/f MSI, Omnibus, 1972-1978: venduti >10000 a 10’000 a 1’317 $
• clock: 1.2 ms
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 16
Computer “personali”derivati dal PDP-8
• VT78: 1978-1980, venduti a 7’995 $
– Contiene mpr. Intersil 6100 che emula PDP-8
• DECmate I 1980-1984
– Contiene mpr. Harris 6120 a 12 bit, che riconosce le istruzioni del PDP-8
• DECmate II 1982-1986
– Contiene mpr. Harris 6120, venduto a 1’435 $
• DECmate III 1984-1990
– Contiene mpr. Harris 6120, venduto a 2’695 $
• DECmate III+ 1985-1990
– Contiene mpr. Harris 6120
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 17 Computer “personali”derivati dal PDP-8 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 18
Il software del PDP-8
• I primi PDP-8 non avevano nessun sistema operativo
• Il primo e talvolta l’unico dispositivo periferico era una teletype
• Opzionalmente era disponibile un sistema save/restore su DECtape
• Si aveva a disposizione:
– l’ editore di testo
– Il compilatore per macro assembler
• La sequenza più semplice per produrre un programma era:
1. Editare il sorgente
2. Salvare il sorgente su nastro di carta perforato
3. Caricare il compilatore da nastro perforato
4. Caricare il sorgente da nastro perforato
5. Compilare
6. Salvare il file binario su nastro perforato
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 19
I sistemi operativi del PDP-8
• 196X: 4K DMS Disk Monitor System
• 1966: MS/8 Monitor System
• 1971: PS/8 Programming System
• 1971: OS/8 Operating System
OS/8 è in verità PS/8 rinominato per ragioni commerciali
• TSS-8 Time Sharing System
Diversi monitor:
RMON (Resident ), DMON (Disk), KMON (Keyboard)
• ETOS Educomp Timesharing OS
Vera macchina virtuale per 16 utenti
ogni utente usa il PDP-8 come se fosse tutto a sua disposizione
• OMNI-8
• MULTI-8
• RTS/8 Real-time System
• COS-310 Sistema Operativo commerciale
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 20
Il software del PDP-8
Linguaggi di programmazione:
• Assembler
MACRO-8, PAL III e PAL 8, MACREL, SABR, RALF, FLAP
• FORTRAN
• FOCAL (simile a BASIC)
• BASIC
• DIBOL (concorrente di COBOL)
• LISP
• SNOBOL (StriNg Oriented SymBOlic Language)
Editori di testo
• TECO (Tape Editor and Corrector)
Emacs nasce nasce come insieme di macro di TECO
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 21
PDP-9 … PDP-11
• PDP-9 : 18 bit, dal 1966, upgrade del PDP-7, 445 esemplari (35’000 $)
– Primo computer microprogrammabile
– Read Only Programmable Memory (ROP)
• PDP-10: 36 bit, dal 1967, upgrade del PDP-6, ~700 esemplari (186’500 $)
– Sistema operativo time-sharing TOPS-10 (Total Operating System-10)
– Piattaforma di sviluppo di
• ARPANET (precursore di Internet)
• EMACS
• Tex
• Ispell
• PDP-11: 16 bit, dal 1970 fino al 1990, > 600’000 esemplari
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 22
DEC: La famiglia dei PDP-11
• Architettura e set di istruzioni invariati durante 20 anni
• Processore con tre modalità di lavoro: user-,kernel- o supervisor mode
• Alcuni moduli opzionali:
– Extended Instruction Set (EIS) (opzione per /03, /35, /40, poi standard)
– Floating Instruction Set (FIS) (opzione /03, /35, /40, poi standard)
– Floating Point Processor (FPP) (opzione per diversi modelli)
– Commercial Instruction Set (CIS) (opzione per /23, /24, /44, /74)
• Implementazione con diverse tecnologie: TTL, LSI, VLSI
• Diversi BUS: UNIBUS, MASSBUS, QBUS
• Documentazione esaustiva (dispositivi periferici da terze parti)
• Gestione della memoria fisica fino a 4 MB
• Copiosa documentazione
• User’s Group a livello nazionale/internazionale (DECUS)
• Ha ispirato successive architetture (Motorola 6800)
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 23
PDP-11/xx: Elenco dei principali modelli
• Anno Modello BUS Tecnologia Interfaccia d’avvio
• 1970: /15, /20 U* 16 TTL switch register (sr)
• 1972: /40, /45, /05, /10 U 18 TTL sr
• 1973: /35 U, TTL sr
• 1975: /70 U 22, M**, TTL KB11-B sr
/03 Q*** 16, LSI LSI-11 serial console interface (sli)
• 1976: /50, /55, /34, /04 U, TTL KB11,KB11-D, KD11 sr / keypad panel
/2 Q16, LSI KD11-H sli
• 1977: /60, /34A U 22 TTL KD11-K keypad panel
• 1979: /44 U, TTL sli
/23 Q18/22, LSI KDF11-A sli
• 1980: /24 U VLSI sli
• 1981: /23+ Q 22, VLSI KDF11-B sli integrata
• 1984: /73 Q 22, VLSI KDJ11-A, o B 15 MHz nel B sli integrata
• 1987: /53 Q 22 VLSI KDJ11-D, 15 MHz sli
• 1988: /84 U VLSI KDJ11-B, 18 MHz sli , UNIBUS Adapter
/83 Q 22 VLSI KDJ11-B, 18 MHz sli
• 1990: /94 U VLSI KDJ11-E, 18 MHz sli, UNIBUS Adapter
/93 Q 22 VLSI KDJ11-E, 18 MHz sli
*UNIBUS, **MASSBUS,***QBUS PDP-11: Variazioni sul tema
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 24
PDP-11: Sistemi operativi
• BATCH-11 / DOS-11 (1970), monoutente
– basato sul monitor DOS, con la variante XXDP (monitor per la diagnostica)
• RT-11 (1973), monoutente
– diversi monitor (Single Job, Foreground/Background, Extended Memory)
• RSTS-11 (Resource Sharing Time Sharing O.S.) (1973)
• RSX-11 (Resource Sharing eXecutive O.S) (1972)
– diverse varianti /D, /M (multiuser), /M+
– la variante /M è stata progettata da David Cutler
– predecessore di VMS, a sua volta predecessore di Windows NT, progettati pure
entrambi da D.Cutler
• Unix
– la prima versione di Unix uscita dai Bell Lab’s nel 1975 (V6) fu scritta su un PDP-11/20
– anche Unix V7, rilasciato nel 1979, fu scritto su un PDP-11
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PDP-11: Sistema operativo (s.o.) RSX11/M RSX11/M+
• Sistema oparivo real-time, multitasking e multiuser
• scheduler basato su priorità e quanto di tempo (come nei s.o. moderni)
• File system con gestione permessi
• Indirizzamento nei programmi limitato a 64 KB (16 bit).
• 8 KB riservati all’indirizzamento dei dispositivi periferici
• Limite dell’indirizzamento superabile con tecniche di overlay
– linker istruito dal programmatore come caricare i segmenti
• Immagini dei programmi salvate su disco in spazi contigui
• Immagini (file .TSK) caricati in aree contigue della RAM
– Il s.o. compatta la RAM automaticamente, quando necessario
• Parecchi servizi di sistema disponibili
• Share library disponibili
• Uso di Command Language Interpreter (CLI): MCE, DCL, …
• Può lavorare anche in modalità batch
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Evoluzione del microprocessore a confronto con quella del minicomputer
Anno mprocessore bit Minicomputer bit
1971 Intel 4004 4 PDP 8/e 12
1972 Intel 8008 8 PDP 8/f 12
PDP 11/40… 16
1974 Intel 8080 8
1974 Motorola 6800 8
1975 MOS Tec. 6502 8 PDP 11/70 16
1975 PDP11/03 (LSI) 16
1976 Z80 8
1976 Z80 Cromenco
1976 MOS Tec. 6502 Apple I
1977 MOS Tec. 6502 Apple II
1977 MOS Tec. 6502 PET VAX 11/780 32
1978 Intel 8086 16
1979 Motorola 68000 16/32
1981 Intel 8086 IBM PC KDF11-B (PDP 11 /23 +) 16
1982 Intel 80286 16
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 27
Dal PDP-11 al VAX
PDP-11 VAX
(Programmed (Virtual Address eXtension)
Data Processor)
Anno 1970-1990 1977-2000
Architettura CISC*) 16 bit CISC 32 bit
Spazio d’indirizzamento 64 KB 4 GB
Tipi di dati: interi: 8 …16 bit interi: 8 …128 bit
float: 32…64 bit float: 32 …128 bit
Numero di registri 2x8 16
Modalità di lavoro user, supervisor, user, supervisor,
kernel executive, kernel
Istruzioni protette e privilegiate Si Si
Supporto HW per la gestione No Si
della memoria a pagine
*) Complex Instruction Set Computer
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 28 VAX: un’architettura, parecchie soluzioni tecnologiche 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 29 Alcuni membri della famiglia VAX Anno Modello CPU Tecnologia Clock 1977 VAX 11/780 (Star) TTL 5 MHz 1980 VAX 11/750 (Comet) gate array 3.1 MHz 1982 VAX 11/730 (Nebula) bit slice 3.7 MHz 1984 MicroVAX I (Seahorse) KA610 VLSI 1985 MicroVAX II (Mayflower) KA630 VLSI 5 MHz 1987 MicroVAX 3600 (Mayfair) KA650 CMOS-1 (CVAX) 11 MHz 1987 MicroVAX 2000 (TeamMate) KA630 VLSI 1987 MicroVAX 3100-10 (TeamMate II) KA41-A CMOS-1 (CVAX) 11 MHz 1993 MicroVAX 3100-80 (Waverley/M) KA47 CMOS-3 50 MHz 1993 MicroVAX 3100-90 (Cheetah) KA50 CMOS-4 (NVAX) 72 MHz 1996 Microvax 3100-98 (Cheetah ++) KA59 CMOS-4 (NVAX) 100 MHz 17/08/2021
Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 30
VAX: Sistemi operativi
• VMS (1977)
– S.O. proprietario (Digital Equipment Corp. -> Compaq -> Hewlett Packard )
– Orientato alla multiprogrammazione e alla multiutenza
– Basato sulla gestione della memoria virtuale
– Progettato per applicazioni time sharing, batch, transaction processing
e in parte real-time
– GUI basata su X-Window aggiunta con avvento delle stazioni grafiche
– Ribattezzato OpenVMS durante il processo di avvicinamento all’ambiente
Unix
– Predecessore di Windows NT, progettato da D.Cutler, attivo più tardi nello
sviluppo di Windows NT
• Ultrix-32
– S.O. proprietario (Digital Equipment Corp. -> Compaq -> Hewlett Packard )
– Basato su Unix BSD 4.2
• OpenBSD
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 31
Dal CISC al RISC
• Limiti delle architetture CISC
– Istruzioni complesse richiedono un grande numero di transistor,
– Più la distanza media fra i transistor è grande più la velocità del processore è
piccola, ma …
– Più la distanza media è piccola, più difficile diventa disperdere il calore.
• RISC (Reduced Instruction Set Computer)
– Si sviluppano a partire dalla metà degli anni ’80
• 1986: MIPS R2000 (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)
32 bit, 110’000 transistor
(Confronto: CVAX nel 1987 ne conteneva 134’000)
• PA-RISC (Hewlett Packard), 32 bit
• 1987: SPARC (Scalable Processor ARChitecture)
32 bit, 5V, 100’000 transistor
• 1992: DEC Alpha
64 bit, 1’700’000 transistor, 3.5 V (30W)
• 1993: Power PC (IBM e altri)
32 bit
17/08/2021Atelier di storia delle tecnologie informatiche, C.Spinedi 32
Microprocessori e minicomputer
Anno mprocessore bit S.O. Minicomputer /Workstation bit S.O.
1978 VAX 11/780 32 VMS
Intel 8086 16
1979 Motorola 68000 16/32 OS-9 / Apple Finder
1981 PDP 11 /23 +(KDF11-B) 16 RT11/RSX11/Unix
1982 Intel 80286 16 Xenix
PC-DOS
1985 μVAX II (VLSI) 32 VMS/X Window
Intel 80386 32
1986 MIPS R2000 32 Unix
1987 SPARC 32 BSD-Unix μVAX 3100-10 (CMOS-1) 32 VMS/Unix
1989 DECstation 3100 (R2000) 32 VMS/Unix
Intel 80486 32
1991 MIPS R4000 64
1992 DEC Alpha 64
Windows 3.1
1993 Intel Pentium 32 WindowsNT 3.51
Alpha Server /Alpha Workstation 64 VMS/Unix, Windows NT*)
1995 Windows 95
1996 Ultra SPARC (SUN/HP) 64
1998 Power PC (IBM) 64
2001 Itanim (Interl/HP) 64
2003 AMD64 (Opteron) 64
17/08/2021 *) VMS+ -> WNT33 Atelier di storia delle tecnologie dell’informatica http://www.supsi.ch/go/lastin oppure https://www.supsi.ch/dti/dipartimento/LASTIN.html 17 agosto 2021
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