La famille d'
ordinateurs VAX-11 (ou simplement
VAX) conçue au sein de la société Digital Equipment Corporation (DEC) par
Gordon Bell, Bill Demmer, Richie Lary, Steve Rothman et Bill Strecker à partir de
1975 connut un très grand succès. Cette gamme se positionnait comme les successeurs des
PDP-11 dont les premiers modèles gardent un mode compatible. D'ailleurs le nom VAX signifie
Virtual Address eXtension (Extension de l'adressage virtuel), faisant référence au faible espace d'
Adressage mémoire disponible sur le
PDP-11 (64
ko de base). Les VAX, archétype des machines
CISC, sont probablement les ordinateurs qui ont été les plus étudiés dans la littérature informatique.
Architecture
Les VAX reprennent l'architecture du
PDP-11 mais la rendent
orthogonale en simplifiant le nombre de formats des
instructions pour le réduire de 7 à 2, mais pas le nombre d'instructions qui dépasse les 300. Les VAX sont 32
bits et d'architecture
little-endian.
Le premier modèle est le VAX-11/780, dont l'étude commence en 1975 et qui sera commercialisé à partir de 1977. C'est une architecture microprogrammée doté d'un pipeline à trois niveau (fetch, decode, execute).
Les différents modèles sont couramment dénommés 11/730, 11/750, 11/780 etc. Ensuite viendront de nouvelles gammes (6000, 7000, 8000, 9000, 10000). Certains modèles pouvaient être Multiprocesseur et/ou dotés d'un Processeur vectoriel. Les technologies utilisées : TTL (MSI), puis ECL, et MOS.
Le modèle 11/780 fourni un bon exemple d'architecture de cette famille. Il est composé de :
- un Processeur ;
- un bus principal, le SBI - Synchonous Backplane Interconnect ;
- des contrôleurs mémoire ;
- des adaptateurs de bus (UNIBUS ou MASSBUS par exemple) ;
- des périphériques (disques durs, dérouleurs de bandes magnétiques, terminaux, etc.
- un sous-système basé sur un LSI-11 pour servir de console ;
La gamme des VAX sera ultimement remplacée par des ordinateurs à base du Microprocesseur RISC 64 bits « Alpha ».
Bus
Le premier bus du fond de panier employé est appelé SBI pour Synchonous Backplane Interconnect. Il permet de relier le processeur à la mémoire par l'intermédiaire d'un contrôleur. Divers adaptateurs de bus d'entrées/sorties permettent la connexion de différents types de périphériques. Les deux bus principaux utilisés sur le modèle 11/780 sont l'UNIBUS et le MASSBUS. La présence d'un adaptateur UNIBUS n'est pas une surprise pour une machine qui se voulait compatible avec le PDP-11.
Les modèles plus récents définiront de nouveaux bus, surtout destinés à augmenter le débit entre le processeur et la mémoire centrale, par exemple :
- le modèle 8200 (1986) introduit le VAXBI, opérant à 200 ns de temps de cycle.
- en 1988, le 6200 possède un bus nommé XMI, le VAXBI sert de bus d'entrées/sorties.
Registres
Les VAX possèdent 16 registres de 32
bits, dont trois ont des fonctions spéciales :
- PC (Program Counter) Compteur d'instruction
- SP (Stack Pointer) Pointeur de pile
- FP (Frame Pointer) Pointeur de cadre
- AP (Argument Pointer) Pointeur de paramètres
L'état du processeur est stocké dans un registre appelé PSL pour Processor Status Longword.
Types de données
Le nombre de types de données est impressionnant : cela va de la structure la plus simple (un
Octet) aux plus complexes (des listes chaînées). Néanmoins, le
Jeu d'instructions étant
orthogonal (au moins en ce qui concerne les types entier et flottant), cela n'est pas un problème.
Jeu d'instructions
Les instructions sont codées de façon simple :
- un opcode (un ou deux octets) :
7 0
+---+---+---+---+---+---+---+---+
+---+---+---+---+---+---+---+---+
15 8 7 0
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
- une suite de spécifications d'opérandes (jusqu'à 6) :
| Code opération |
| Spécification opérande 1 |
| Spécification opérande 2 |
| Spécification opérande 3 |
| ... |
| Spécification opérande n |
Par exemple, si l'opérande est un registre, la spécification sera décrite comme ceci :
7 0
+---+---+---+---+---+---+---+---+
+---+---+---+---+---+---+---+---+
la partie gauche de l'octet spécifie le Mode d'adressage (cf. ci-dessous) tandis que la partie droite indique le numéro du registre.
Modes d'adressages
Ils sont décrits dans la table ci-dessous :
| Mode | Symbole |
|---|
| Immédiat | #constante |
| Registre | Rn |
| Registre indirect | (Rn) | Indexé [Rx] |
| Autodécrément | -(Rn) |
| Autoincrément | (Rn)+ |
| Autoincrément indirect | @(Rn)+ |
| Absolu | @#adresse |
| Déplacement | D(Rn) |
| Déplacement indirect | @D(Rn) |
Rx ne peut être le registre 14.
Exemples
- L'instruction « ADDL3 8(R6), (R7)+, R8 » sera encodée en mémoire comme ceci :
C1 ; ADDL3
A6 ; mode déplacement (compté en) octet(s), registre 6
08 ; valeur du déplacement
87 ; mode indirecte post-incrémenté, registre 7
58 ; mode registre direct, registre 8
- L'instruction « INCB (r2)[R3] » :
96 ; INCB
43 ; mode indexé, registre 3
62 ; mode indirect, registre 2
- L'instruction « MOVW #0x200, R3 » :
B0 ; MOVW
8F ; mode immédiat
00 ; bits de poids faible de 0x200
02 ; bits de poids fort de de 0x200
53 ; registre 3
Liste des modèles
Ci-dessous la liste des principales machines basées sur les bus UNIBUS, MASSBUS, VAXBI et XMI, étant omises les machines à base du bus QBUS (gamme MicroVAX et VAXstation) :
| modèle | année | techno | tcycle | μcode | cache | bus | perf | pdp |
|---|
| 11/780 | 1978 | TTL | 200 ns | 6k x 99 | 8k | B+U/M | 100% | o |
| 11/750 | 1980 | TTL | 320 ns | 6k x 80 | 4k | B+U/M | 60% | o |
| 11/730 | 1982 | TTL | 290 ns | 16k x 24 | n | B+U | 25% | o |
| 11/782 | 1982 | 11/780 biprocesseur, mémoire partagée |
| 11/785 | 1984 | TTL | 133 ns | ? | 32k | B+U/M | 150% | o |
| 8600 | 1984 | ECL | 80 ns | 8k x 39 | 16 k | B+U/M | x4 | o |
| 8650 | 1985 | NMOS | 55 ns | ? | ? | V | x6 | n |
| 8200 | 1986 | NMOS | 200 ns | 16 x 39 | 8 k | V | 100% | n |
| 8300 | 1986 | 8200 biprocesseur |
| 8700 | 1986 | ECL | 45 ns | 16k x 144 | ? | V | x6 | n |
| 8800 | 1986 | 8700 biprocesseur |
| 8500 | 1986 | ? | ? | ? | ? | ? | x3 | n |
| 8250 | 1987 | ? | 160 ns | ? | ? | V | 120% | n |
| 6200 | 1988 | CMOS | 80 ns | ? | 256 k | X/V | x2,8 | n |
| 6300 | 1988 | CMOS | 60 ns | ? | ? | X/V | x4 | n |
| 6400/400 | 1989 | CMOS | 28 ns (+v) | 1,7k x 45 | 2k + 128k | ? | x7 | n |
| 9000 | 1989 | ECL | 16 ns (+v) | ? | 128k | X | x30-40 | n |
| 4000/300 | 1990 | CMOS | ? | ? | 2k + 128k | ? | x8 | n |
Légende :
- Bus : U pour UNIBUS, M pour MASSBUS, V Pour VAXBI, X pour XMI
- Tcycle +v signifie qu'un processeur vectoriel est une option possible.
- La colonne μcode indique la taille de la mémoire contenant le Microcode, hauteur × largeur, en bits.
- pdp, oui ou non, selon la compatibilité.
Systèmes d'exploitation
Le système mis au point par DEC se nomme VAX-11/VMS pour Virtual Memory System (Système à
Mémoire Virtuelle). Il est toujours d'actualité sous le nom OpenVMS.
UNIX fut très tôt porté sur cette architecture, que ce soit la version BSD ou son incarnation par DEC nommée ULTRIX.
Performances
Pendant longtemps on a considéré le VAX-11/780 comme la machine de référence pour définir le MIPS. On s'aperçut un peu plus tard que ce modèle n'exécutait pas 1 million d'instructions par seconde, mais 500 000. On changea donc simplement le nom de l'unité pour le VUP (
VAX Unit of Performance) qui vaut 1 pour le modèle 11/780. Les
performances comparées peuvent être consultées sur le site de
Hewlett-Packard.
Émulation
L'émulateur
SIMH peut émuler un VAX, sur lequel on peut booter VMS ou
UNIX.
Références
Liens internes
- PDP-11 la famille des PDP-11 ;
- Digital Equipment Corporation.
Liens externes
Bibliographie
- VAX Architecture Handbook, Digital, (EB-19580-20) ;
- VAX Hardware Handbook, Digital (EB-21710-20) ;
- Vax Architecture Reference Manual, Richard A. Brunner, Digital Press, ISBN 1-55558-057-2 ;
- Computer Programming and architecture, the VAX, Henry M. Levy, Richard H. Eckjouse, Jr., Digital Press, ISBN 1-55558-015-7.