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Synthese und Charakterisierung
Ähnlich wie bei anderen niederdimensionalen organischen Metallhalogenid-Hybriden, die von unserer Gruppe28,29,30,0D (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Einkristalle beschrieben wurden, wurden Einkristalle durch Diffusion von Diethylether in eine Dichlormethan (DCM)-Vorläuferlösung erhalten, die Ethylenbis(triphenylphosphonium) enthielt Bromid) (C 38 H 34 P 2 Br 2 ) und MnBr 2 im Verhältnis 1:1
Die Einzelheiten der Synthese und Reinigung finden sich im Ergänzungsschema 1 und in Abb
1
Die Kristallstruktur von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Einkristallen wurde durch Einkristall-Röntgenbeugung (SCXRD) bestimmt
Wie in Abb
1a und der ergänzenden Abb
2 gezeigt, kristallisiert (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 in einer monoklinen Raumgruppe von C 2/c und besitzt auf molekularer Ebene eine 0D-Struktur, wobei MnBr 4 -Tetraeder isoliert und von C umgeben sind 38 H 34 P 2 2+ Kationen
Das Manganzentrum nimmt eine typische tetrakoordinierte Geometrie an, die an Bromidionen gebunden ist, mit einer durchschnittlichen Mn-Br-Bindungslänge von 2,51 Å und einem Bindungswinkel von 108,48 ° (Ergänzungstabellen 1 und 2), ähnlich denen von zuvor berichteten MnBr 4 -Komplexen35
Das Pulver-XRD-Muster von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Pulver ist identisch mit dem simulierten Ergebnis aus SCXRD-Daten (Fig
1b), was auf die hohe Phasenreinheit der so hergestellten Einkristalle hindeutet
Bei der thermogravimetrischen Analyse (TGA) wurde kein Gewichtsverlust vor 310 °C beobachtet, wie in der ergänzenden 3 gezeigt, was auf eine hohe thermische Stabilität hindeutet
Die Differentialscanningkalorimetrie (DSC) ergibt einen endothermen Peak bei 295 °C (ergänzende Abb
3), der der Schmelzpunkt von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 sein könnte, was auf seine hohe Phasenstabilität bei erhöhten Temperaturen darunter hindeutet 295 Grad
Abb
1: Strukturelle und photophysikalische Charakterisierung von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 Einkristallen
a Ansicht der Einkristallstruktur von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 (Mn grün, Br orange, P blau, C grau; Wasserstoffatome wurden zur besseren Übersicht ausgeblendet)
b PXRD-Muster von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 und die entsprechenden simulierten Peaks der Einkristallstruktur
Die Aufnahmen eines (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Einkristalls unter Tageslicht (c) und UV-Licht (d)
e Absorptions-, Anregungs- und Emissionsspektren von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4
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Photophysikalische Eigenschaften
Die (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Einkristalle sind unter Umgebungslicht blassgrün und werden bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht stark emittierend, wie in 1c , d gezeigt
Die photophysikalischen Eigenschaften wurden weiter unter Verwendung von UV-Vis-Absorption und Steady-State-PL-Spektroskopie untersucht
Wie in Fig
1e gezeigt, weist (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 eine intensive Absorptionsbande um 285 nm zusammen mit zwei Absorptionsspitzen bei 360 und 450 nm auf
Das Anregungsspektrum hat die gleichen Merkmale wie das Absorptionsspektrum in einem Niedrigenergieband, die zwei Gruppen von Übergängen entsprechen: 6A 1 → 4G und 6A 1 → 4D
(Siehe die optischen Übergänge im tetraedrisch koordinierten Mn2+-Ion im Ergänzungsschema 2.) Bei Bestrahlung im Bereich von 300–400 nm wurde eine hellgrüne Emission mit einem Peak bei 517 nm und einer Halbwertsbreite von 51 nm beobachtet, a hohe PLQE von ~ 95 % und eine lange einfach-exponentielle Zerfallslebensdauer von 318 µs (R2 = 0,999) (ergänzende Abb
4)
Es ist bekannt, dass die starke grüne Emission vom d–d 4T 1 → 6A 1 -Übergang des Mn2+-Ions mit tetraedrischer Koordinationsgeometrie herrührt
Darüber hinaus zeigte (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 eine große Feuchtigkeitsstabilität, wobei die PL-Intensität nach 1-monatiger Exposition in einer Umgebungsatmosphäre unverändert blieb (ergänzende Abb
5)
Die hohe Emissionseffizienz zusammen mit der guten Qualität leicht herstellbarer Einkristalle legt die Eignung von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 für lumineszierende Vorrichtungen nahe
Röntgenszintillationseigenschaften
Um die Szintillationsleistung von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 , einem im Handel erhältlichen Szintillationsmaterial, zu untersuchen, wurde Cer-dotierter Lutetium-Aluminium-Granat (Ce:LuAG) als Standardreferenz verwendet, da es eine ähnliche PL-Emissionsspitze aufweist bei ~520 nm, die den Einfluss der Antwortdifferenz durch Detektoren minimieren könnte
Die Röntgen-Radiolumineszenz (RL)-Spektren von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 und Ce:LuAG wurden unter Verwendung eines Edinburgh FS5-Fluoreszenzspektrophotometers erhalten, das mit einem Röntgengenerator (Amptek Mini-X-Röhre, Au-Target, 4) ausgestattet war w)
Wie in der ergänzenden Fig
6 gezeigt, sind beide RL-Emissionen identisch mit ihren PL-Emissionen
Interessanterweise ist die RL-Intensität von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 > 3-mal höher als die von Ce:LuAG bei der gleichen Röntgendosisbestrahlung
Darüber hinaus ist das Röntgenbild von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Einkristallen viel heller als das von Ce:LuAG, wie in 2a gezeigt, was darauf hindeutet, dass (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 es ist gegenüber Röntgenstrahlung empfindlicher als Ce:LuAG
Um die Szintillatorreaktion auf die Röntgendosisrate zu bewerten, wurden die RL-Intensitäten bei verschiedenen Röntgendosisraten für (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 und Ce:LuAG gemessen
Abbildung 2b und ergänzende Abbildung 7 zeigen, dass beide Szintillatoren hervorragende Linearitäten zu den Röntgendosisleistungen in einem großen Bereich von 36,7 nGy s-1 bis 89,4 μGy s-1 aufweisen
Darüber hinaus zeigt (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 eine höhere Reaktion auf eine Röntgendosis als Ce:LuAG mit einer größeren Steigung
Die Reproduzierbarkeit der Reaktionen auf Röntgenstrahlen für (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 wurde validiert, indem Einkristalle mit unterschiedlichen Größen und Formen verwendet wurden
Fast die gleiche Empfindlichkeit wurde für alle Proben aufgezeichnet, wie in der ergänzenden Abb
8 gezeigt
Die Nachweisgrenze der Röntgendosisleistung wurde auf 72,8 nGy s−1 für (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 abgeleitet, wenn die Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) beträgt 3, was ~75-mal niedriger ist als die für die Röntgendiagnostik erforderliche Dosisleistung (5,5 μGy s−1)12
Die Lichtausbeute ist ein weiterer wichtiger Parameter zur Bewertung der Leistung von Szintillatoren, der von der Amplitude der Röntgenantwort und den RL-Spektren abhängt
Da die Röntgendosis-Antwort von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 3,2 mal höher ist als die von Ce:LuAG (mit einer Lichtausbeute von 25.000 Photon MeV-1) und sie ein ähnliches RL-Spektrum haben, das Licht Die Ausbeute an (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 konnte zu etwa 79.800 Photonen MeV–1 abgeleitet werden
Wie in Abb
2c gezeigt, ist die Lichtausbeute von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 vergleichbar mit der von kürzlich beschriebenen bleifreien Metallhalogeniden wie Cs 3 Cu 2 I 5 (79,279 Photon MeV−1)43 und Rb 2 CuBr 3 (91.056 Photonen MeV−1)33 und viel besser als die von Rb 2 CuCl 3 (16.600 Photonen MeV−1)34, umfassend untersuchte CsPbBr 3 -Nanokristalle (21.000 Photonen MeV−1)22 und viele kommerzielle verfügbare verfügbare Szintillatoren, wie CsI:Tl (54.000 Photonen MeV – 1) und CdWO 4 (28.000 Photonen MeV – 1)
Darüber hinaus wird angenommen, dass (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 basierend auf den Informationen zur Toxizitätseinstufung (Gesundheit und Umwelt) von Metallhalogeniden aus dem Materialsicherheitsdatenblatt deutlich weniger toxisch ist als die oben erwähnten existierenden Szintillatoren
Wie in Ergänzungstabelle 3 gezeigt, besitzen Pb(II), Cu(I), CsI und GdWO 4 die schwerste Toxizität in der Umwelt, und Tl(I) und CsI sind mäßig gesundheitsschädlich
Das 87Rb-Isotop ist also radioaktiv34
Mn(II) gilt als weniger gesundheitsschädlich und umweltfreundlich
Die Stabilität von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Einkristallen gegenüber Röntgenbestrahlung wurde bewertet, indem die Änderungen der RL-Intensität unter kontinuierlicher Röntgenbestrahlung mit einer Dosisrate von 89,4 μGy s–1 überwacht wurden
Abbildung 2d zeigt, dass nach 4-stündiger Röntgenbestrahlung kaum bis gar keine Zersetzung durch Strahlung beobachtet wurde, was auf eine hohe Stabilität für Szintillatoranwendungen hindeutet.
Abbildung 2: Röntgenszintillationseigenschaften von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4
a Vergleich der RL-Intensitäten für die Standardreferenz Ce:LuAG und (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 bei einer Dosisleistung von 20,8 μGy s−1
Der Einschub zeigt die entsprechenden Bilder unter derselben Röntgenbestrahlung
b Dosisleistungsabhängigkeit der RL-Intensität der Standardreferenz Ce:LuAG und (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4
Der Einschub zeigt die Messung der Nachweisgrenze unter niedriger Röntgendosis für (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4
Die Nachweisgrenze kann erreicht werden, wenn die RL-Intensität dreimal höher ist als die Hintergrundintensität
c Vergleich der Szintillatorlichtausbeuten von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 und früher berichteten und im Handel erhältlichen Szintillatoren
d Die Änderung der RL-Intensität bei kontinuierlicher Röntgenanregung mit einer Dosisleistung von 89,4 μGy s−1
e Aufnahme eines Lautsprecherchips im Hellfeld
f Die Röntgenbilder des Lautsprecherchips unter Verwendung eines (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Szintillatorschirms, aufgenommen mit einer Digitalkamera
g Messung der räumlichen Auflösung durch Anpassen des Intensitätsverteilungsprofils mit der Gaußschen Funktion
Die FWHM wurde als Beschluss gefasst
Die rote Linie in f zeigt die Datenspur der Sammlung
Bild in voller Größe
Röntgenbildgebung
Um das Potenzial von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 als Szintillationsmaterial für die praktische Röntgenbildgebung weiter zu validieren, wurde ein selbstgebautes Röntgenbildgebungssystem konstruiert, wie in der ergänzenden Abb
9 gezeigt
Der Szintillatorschirm war hergestellt durch Nachfüllen des Glashalters mit feinem (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Pulver mit der Partikelgröße < 3 & mgr; Ein Lautsprecherchip mit einer Größe von 9 mm × 6 mm, wie in Abb
2e gezeigt, wurde als Target verwendet, das zwischen der Röntgenquelle und dem Szintillatorschirm für das Röntgenbild platziert wurde
Die Konfiguration im Inneren des Chips kann mit unseren Augen nicht direkt gesehen werden, was jedoch durch Röntgenbildgebung mit einem (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -basierten Szintillator deutlich sichtbar gemacht werden konnte (Abb
2f)
Der große Unterschied in der Röntgenabsorption für verschiedene Materialien im Chip führte zu einem räumlichen Intensitätskontrast, der auf dem Szintillatorschirm angezeigt wird
Die räumliche Auflösung wurde durch Anpassen der Punktbildfunktion des Intensitätsprofils zu 0,322 mm berechnet (Abb
2g)
Der Bildkontrast ist ein weiterer wichtiger Parameter für praktische Bildgebungsanwendungen; Bildverzögerungen oder Geisterbilder würden auftreten, wenn die Emission mit langer Lebensdauer nach dem Abschalten der Röntgenstrahlung stark nachleuchtet
Um den Effekt des Nachglühens auszuschließen, haben wir die Nachglühintensitäten von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 gemessen, wie in der ergänzenden Abb
11 gezeigt
Die Intensität nahm innerhalb von 10 ms nach Beendigung der Anregungsquelle auf das Hintergrundniveau ab, was die Eignung für kontrastreiche Bildgebung anzeigt
Die hervorragende Leistung der Röntgenbildgebung kann der vernachlässigbaren Eigenabsorption, hohen PLQE, Lichtausbeute und niedrigen Nachweisgrenze von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 zugeschrieben werden 33,34,43,44.
Flexible Geräte haben heutzutage aufgrund ihrer guten Faltbarkeit, hohen Reißfestigkeit, günstigen Kompatibilität und potenziellen Anwendung in tragbaren und tragbaren Geräten enorme Aufmerksamkeit erhalten
Hier wurden flexible Szintillatoren mit großen Abmessungen (4,5 × 5,8 cm2) durch Mischen von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 -Feinpulvern mit Polydimethylsiloxan (PDMS) demonstriert
Wie in Fig
3a-c gezeigt, zeigen die resultierenden Folien eine hervorragende Flexibilität, die leicht gebogen und gedehnt werden kann
Darüber hinaus zeigt der Film eine hohe Gleichmäßigkeit und eine starke Emission unter UV-Bestrahlung (Abb
3d-f)
Die Szintillationsleistung von flexiblen Szintillationsschirmen wurde wie in der ergänzenden Abb
12 gezeigt charakterisiert, die hervorragende Linearitäten zu den Röntgendosisleistungen in einem großen Bereich von 36,7 nGy s–1 bis 89,4 μGy s–1 bei etwas geringerem Licht aufweisen Ausbeute (66,256 Photon MeV−1) und Nachweisgrenze (461,1 nGy s−1) im Vergleich zu denen von Einkristallen
Dies ist nicht überraschend, wenn man bedenkt, dass der Gehalt an (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 in den Mischungen reduziert ist, die Verteilung von (C 38 H 34 P 2 )MnBr 4 in den Mischungen möglicherweise nicht vollkommen gleichförmig ist, und PDMS könnte auch die Röntgenabsorption beeinflussen
Um die Leistungsfähigkeit der Röntgenbildgebung zu demonstrieren, wurden ein Schraubenschlüssel und ein Lautsprecherchip als Targets gescannt (Abb
3g, h)
Deutlicher Farbkontrast und Details innerhalb des Chips können in der flexiblen Folie mit guter Auflösung angezeigt werden.
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PDP-8 – Wikipedia New Update
The earliest PDP-8 model, informally known as a “Straight-8”, was introduced on 22 March 1965 priced at $18,500 (equivalent to about $150,000 in 2020).It used diode–transistor logic packaged on flip chip cards in a machine about the size of a small household refrigerator.It was the first computer to be sold for under $20,000, making it the best-selling computer in history at that time.
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Erster kommerziell erfolgreicher Minicomputer
Der PDP-8 ist ein 12-Bit-Minicomputer, der von der Digital Equipment Corporation (DEC) hergestellt wurde
Es war der erste kommerziell erfolgreiche Minicomputer, mit über 50.000 verkauften Einheiten während der Lebensdauer des Modells
Sein grundlegendes Design folgt dem wegweisenden LINC, hat aber einen kleineren Befehlssatz, der eine erweiterte Version des PDP-5-Befehlssatzes ist.[1] Ähnliche Maschinen von DEC sind die PDP-12, die eine modernisierte Version der PDP-8- und LINC-Konzepte ist, und das industrielle Steuerungssystem PDP-14
Übersicht [ bearbeiten ]
Ein offener PDP-8/E mit seinen Logikmodulen hinter der Frontplatte und einem dualen TU56 DECtape-Laufwerk oben
Das früheste PDP-8-Modell, informell als “Straight-8” bekannt, wurde am 22
März 1965 zu einem Preis von 18.500 $ [2] eingeführt (entspricht etwa 150.000 $ im Jahr 2020 [3])
Es verwendete Dioden-Transistor-Logik, die auf Flip-Chip-Karten in einer Maschine von der Größe eines kleinen Haushaltskühlschranks verpackt war
Es war der erste Computer, der für weniger als 20.000 $ verkauft wurde,[4] was ihn zu dieser Zeit zum meistverkauften Computer der Geschichte machte.[5][fehlgeschlagene Verifizierung][6][fehlgeschlagene Verifizierung] Der Straight-8 wurde 1966 ersetzt vom PDP-8/S, der als Desktop- und Rackmount-Modell erhältlich war
Die Verwendung einer seriellen Ein-Bit-Arithmetik-Logik-Einheit (ALU) ermöglichte es dem PDP-8 / S, kleiner und kostengünstiger zu sein, obwohl er langsamer als der ursprüngliche PDP-8 war
Eine einfache 8/S, die für unter 10.000 $ verkauft wurde, die erste Maschine, die diesen Meilenstein erreichte.[4][7]
Spätere Systeme (der PDP-8/I und /L, der PDP-8/E, /F und /M und der PDP-8/A) kehrten zu einer schnelleren, vollständig parallelen Implementierung zurück, verwenden jedoch viel weniger kostspielige Transistoren – Transistorlogik (TTL) MSI-Logik
Die meisten überlebenden PDP-8 stammen aus dieser Zeit
Der PDP-8/E ist weit verbreitet und angesehen, weil viele Arten von I/O-Geräten dafür verfügbar waren
Die letzten kommerziellen PDP-8-Modelle, die 1979 eingeführt wurden, heißen “CMOS-8s” und basieren auf CMOS-Mikroprozessoren
Sie waren nicht wettbewerbsfähig und das Angebot schlug fehl
Intersil verkaufte die integrierten Schaltkreise bis 1982 kommerziell als Intersil 6100-Familie
Aufgrund ihrer CMOS-Technologie hatten sie einen geringen Strombedarf und wurden in einigen eingebetteten Militärsystemen verwendet
Der Chefingenieur, der die ursprüngliche Version des PDP-8 entwarf, war Edson de Castro, der später Data General gründete.[8]
Architektonische Bedeutung Der PDP-8 kombiniert niedrige Kosten,[2] Einfachheit, Erweiterbarkeit und sorgfältige Konstruktion für einen guten Wert
Die größte historische Bedeutung bestand darin, dass die niedrigen Kosten und das hohe Volumen des PDP-8 vielen neuen Kunden einen Computer für viele neue Anwendungen zur Verfügung stellten
Seine anhaltende Bedeutung gilt als historisches Beispiel für wertorientiertes [9] Computerdesign
Die geringe Komplexität brachte andere Kosten mit sich
Dies machte die Programmierung umständlich, wie aus den Beispielen in diesem Artikel und aus der Diskussion von “Seiten” und “Feldern” ersichtlich ist
Ein Großteil des eigenen Codes führte die erforderliche Mechanik aus, anstatt den Algorithmus festzulegen
Zum Beispiel beinhaltet das Subtrahieren einer Zahl das Berechnen des Zweierkomplements und das anschließende Addieren; Das Schreiben eines bedingten Sprungs beinhaltet das Schreiben eines bedingten Sprungs um den Sprung herum, wobei der Sprung die Bedingung negativ zu der gewünschten codiert
Einige ehrgeizige Programmierprojekte passten nicht in den Speicher oder entwickelten Designfehler, die nicht behoben werden konnten
Wie unten angemerkt, erzeugt beispielsweise eine unbeabsichtigte Rekursion einer Subroutine Fehler, die schwer auf die betreffende Subroutine zurückzuführen sind
Als Fortschritte beim Design die Kosten für Logik und Speicher reduzierten, wurde die Zeit des Programmierers relativ wichtiger
Nachfolgende Computerdesigns betonten die Einfachheit der Programmierung, typischerweise unter Verwendung größerer und intuitiverer Befehlssätze.[11]
Schließlich wurde der meiste Maschinencode von Compilern und Berichtsgeneratoren generiert.[12] Der Computer mit reduziertem Befehlssatz kehrte zur Betonung des PDP-8 auf einen einfachen Befehlssatz und das Erreichen mehrerer Aktionen in einem einzigen Befehlszyklus zurück, um die Ausführungsgeschwindigkeit zu maximieren, obwohl die neueren Computer viel längere Befehlswörter haben.
Beschreibung[Bearbeiten]
PDP-8-Register 1 1 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 (Bitposition) Hauptregister AC Akkumulator Programmzähler PC Programmzähler Statusflags L Link-Register Interne Register (nicht per Code zugänglich)
MBR Speicherpufferregister MAR Speicheradressenregister
Der PDP-8 verwendete Ideen von mehreren 12-Bit-Vorgängern, insbesondere dem von WA Clark und CE Molnar entworfenen LINC, die sich von Seymour Crays CDC 160-Minicomputer inspirieren ließen
Der PDP-8 verwendet 12 Bit für seine Wortgröße und Arithmetik (bei vorzeichenlosen Ganzzahlen von 0 bis 4095 oder vorzeichenbehafteten Ganzzahlen von –2048 bis +2047)
Software kann jedoch Arithmetik mit mehrfacher Genauigkeit durchführen
Für Gleitkommaoperationen war beispielsweise ein Interpreter verfügbar, der eine 36-Bit-Gleitkommadarstellung mit einem Zwei-Wort- (24-Bit-) Signifikanten und (Mantisse) und einem Ein-Wort-Exponenten verwendet
Abhängig von Geschwindigkeits- und Speicherbeschränkungen kann der PDP-8 ähnliche Berechnungen durchführen wie teurere moderne elektronische Computer wie der IBM 1130 und verschiedene Modelle des IBM System/360, während er einfacher mit externen Geräten zu verbinden ist
Die Speicheradresse Der Speicherplatz beträgt ebenfalls 12 Bit, sodass die Grundkonfiguration des PDP-8 einen Hauptspeicher von 4.096 (212) Zwölf-Bit-Wörtern hat
Eine optionale Speichererweiterungseinheit kann Speicherbänke unter Verwendung eines IOT-Befehls umschalten
Der Speicher ist ein Magnetkernspeicher mit einer Zykluszeit von 1,5 Mikrosekunden (0,667 MHz), so dass ein typischer Speicherreferenzbefehl mit zwei Zyklen (Abrufen, Ausführen) mit einer Geschwindigkeit von 0,333 MIPS läuft
Die Pocket Reference Card von 1974 für den PDP-8/E gibt eine grundlegende Befehlszeit von 1,2 Mikrosekunden oder 2,6 Mikrosekunden für Befehle an, die auf den Speicher verweisen
Der PDP-8 wurde teilweise für die Verarbeitung zeitgenössischer Telekommunikation und Text entwickelt
Sechs-Bit-Zeichencodes waren damals weit verbreitet, und die Zwölf-Bit-Wörter des PDP-8 können zwei solcher Zeichen effizient speichern
Darüber hinaus wurde ein Sechs-Bit-Fernschreibercode namens Fernschreibereinstellung oder TTS-Code von den Nachrichtendiensten weit verbreitet, und eine frühe Anwendung für den PDP-8 war die Typeinstellung unter Verwendung dieses Codes
PDP-8-Befehle haben einen 3-Bit-Opcode, also gibt es nur acht Befehle
Der Assembler stellt einem Programmierer mehr Befehls-Mnemonik zur Verfügung, indem er I/O- und Operationsmodus-Befehle in Kombinationen der Operationscodes und Befehlsfelder übersetzt
Es hat auch nur drei für den Programmierer sichtbare Register: Einen 12-Bit-Akkumulator (AC), einen Programmzähler (PC) und ein Übertrags-Flag namens “Link-Register” (L)
Für Ein- und Ausgabe verwendet der PDP-8 verfügt über einen einzigen Interrupt, der von allen Geräten gemeinsam genutzt wird, einen E/A-Bus, auf den durch E/A-Befehle zugegriffen wird, und einen Kanal mit direktem Speicherzugriff (DMA)
Der programmierte E/A-Bus betreibt normalerweise Peripheriegeräte mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit, wie Drucker, Fernschreiber, Lochstreifen und Lesegeräte, während DMA für Kathodenstrahlröhrenbildschirme mit einem Lichtstift, Analog-Digital-Wandler, digital verwendet wird -zu-Analog-Wandler, Bandlaufwerke und Plattenlaufwerke
Um Geld zu sparen, verwendet das Design kostengünstigen Hauptspeicher für viele Zwecke, die von teureren Flip-Flop-Registern in anderen Computern [16] wie Hilfszählern und Unterprogrammen bedient werden Verknüpfung
Grundmodelle verwenden Software zum Multiplizieren und Dividieren
Für schnellere Berechnungen bietet das Extended Arithmetic Element (EAE) Multiplikations- und Divisionsbefehle mit einem zusätzlichen Register, dem Multiplier/Quotient (MQ)-Register
Das EAE war eine Option auf dem ursprünglichen PDP-8,[17] dem 8/I[18] und dem 8/E, aber es ist ein integraler Bestandteil des Intersil 6100-Mikroprozessors
Der PDP-8 ist auf Einfachheit optimiert des Designs
Im Vergleich zu komplexeren Maschinen wurden unnötige Funktionen entfernt und die Logik wird nach Möglichkeit geteilt
Anweisungen verwenden Autoincrement, Autoclear und indirekten Zugriff, um die Geschwindigkeit der Software zu erhöhen, die Speichernutzung zu reduzieren und teure Register durch kostengünstigen Speicher zu ersetzen.
Die Elektronik einer einfachen PDP-8-CPU hat nur vier 12-Bit-Register: den Akkumulator, den Programmzähler, das Speicherpufferregister und das Speicheradressenregister
Um Geld zu sparen, dienten diese an verschiedenen Stellen im Betriebszyklus mehreren Zwecken
Beispielsweise stellt das Speicherpufferregister arithmetische Operanden bereit, ist Teil des Befehlsregisters und speichert Daten zum Neuschreiben des Kernspeichers
(Dadurch werden die durch das Lesen zerstörten Kerndaten wiederhergestellt.) Aufgrund ihrer Einfachheit waren frühe PDP-8-Modelle günstiger als die meisten anderen im Handel erhältlichen Computer
Sie verwendeten jedoch kostspielige Herstellungsmethoden, die häufig für Prototypen verwendet werden
Sie verwendeten Tausende von sehr kleinen, standardisierten Logikmodulen mit Goldsteckern, die durch eine kostspielige, komplexe, mit Drähten umwickelte Rückwandplatine in einem großen Schrank integriert waren
Im späteren 8/S-Modell, das im August 1966 eingeführt wurde, [7] zwei verschiedene Logiken Spannungen erhöhten den Fan-Out der preiswerten Dioden-Transistor-Logik.[19] Der 8/S reduzierte auch die Anzahl der Logikgatter, indem er einen seriellen, ein Bit breiten Datenpfad für die Arithmetik verwendete
Die CPU des PDP-8/S hat nur etwa 519 Logikgatter
Im Vergleich dazu haben kleine Mikrocontroller (Stand 2008) normalerweise 15.000 oder mehr
Die Reduzierung der Elektronik ermöglichte ein viel kleineres Gehäuse, etwa in der Größe eines Brotkastens
Der 8/S wurde von Saul Dinman entworfen.[20] Der noch spätere PDP-8/E ist ein größerer, leistungsfähigerer Computer, der jedoch weiter überarbeitet wurde, um ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis zu erzielen
Es verwendet eine schnellere Transistor-Transistor-Logik in integrierten Schaltkreisen
Der Kernspeicher wurde neu gestaltet
Es ermöglicht eine Erweiterung mit weniger Kosten, da es den OMNIBUS anstelle der Wire-Wrapping-Backplane bei früheren Modellen verwendet
(Ein persönlicher Bericht über die Entwicklung des PDP-8/E kann im Engineering and Technology History Wiki nachgelesen werden.[21])
Versionen des PDP-8[Bearbeiten]
PDP-8/S-Vorderseite PDP-8/L-Vorderseite PDP-8/I-Vorderseite PDP-8/E-Vorderseite PDP-8/F-Vorderseite PDP-8/A 400-Vorderseite
Die Gesamtverkaufszahl der PDP-8-Familie wurde auf über 300.000 Geräte geschätzt
Folgende Modelle wurden hergestellt:
Zusammenfassung der PDP-8-Modelle[22] Modell Beschreibung Jahr Preis Produzierte Menge Gewicht PDP-8 Semi-diskrete Komponenten
Verwendet einige Hybrid-ICs
DTL
1965 18.000 $ 1450 250 Pfund (113 kg)[23] LINC-8 Kann entweder LINC- oder PDP-8-Code ausführen 1966 38.500 $ 142 PDP-8/S Kostengünstigere Serienversion des PDP-8 1966 10.000 $ 1024 84 Pfund (38 kg )[24] PDP-8/I Erster PDP-8 aus Standard-TTL-ICs 1968 12.800 $ 3698 250 Pfund (110 kg)[25] PDP-8/L Kostengünstigeres Gegenstück zum PDP-8/I 1968 8.500 $ 3902 80 Pfund (36 kg)[26] PDP-12 Ein PDP-8/I mit Unterstützung für LINC-Anweisungen (ersetzt den LINC-8) 1969 27.900 $ 755 PDP-8/E Weniger, größere Platinen zur Verbesserung von Preis und Effizienz 1970 6.500 $ 90 Pfund (41 kg) (typisch)[27] PDP-8/F Kostengünstigeres Gegenstück zum PDP-8/E 1972 57 Pfund (26 kg) (typisch)[28] PDP-8/M Ein OEM-PDP-8 /F mit geänderter Frontplatte 1972 5.000 $[29] 57 Pfund (26 kg) (typisch)[30] PDP-8/A LSI-Logik ermöglichte es der CPU, auf eine einzelne Platine zu passen 1974 1.835 $ Intersil 6100 Single-Chip PDP-8- Kompatibler Mikroprozessor (verwendet im VT78) 1975 [31] [32] Harris 6120 CMOS Single-Chip PDP-8-kompatibler Mikroprozessor (verwendet im DECmate-Textverarbeitungsprogramm s) 1976[32]
Neuzeitliche Implementierungen[Bearbeiten]
Der PDP-8 lässt sich leicht emulieren, da sein Befehlssatz viel einfacher ist als bei modernen Architekturen
Enthusiasten haben ganze PDP-8s mit einzelnen FPGA-Bausteinen erstellt
Mehrere Software-Simulationen eines PDP-8 sind im Internet verfügbar, ebenso wie Open-Source-Hardware-Neuimplementierungen.[33][34] Die besten davon führen die Betriebssysteme und die Diagnosesoftware von DEC korrekt aus
Die Software-Simulationen simulieren oft PDP-8s neuerer Modelle mit allen möglichen Peripheriegeräten
Auch diese beanspruchen nur einen winzigen Bruchteil der Kapazität eines modernen Personal Computers.
Eine der ersten kommerziellen Versionen einer virtuellen PDP-8 / S-Maschine lief auf einem Kaypro 386 (einem 80386-basierten Computer) und wurde in der Computersprache C (bevor der ANSI-C-Standard fertiggestellt wurde) und Assembler von David Beecher geschrieben aus Denver, Colorado
Es ersetzte einen ausgefallenen PDP-8/S-Computer, der die Brennstoffhandhabungsmaschine im Reaktor Nr
85, dem mit Kernbrennstoff betriebenen Elektrizitätswerk Platteville, Colorado, Ft
St
Vrain
Es wurde von Rockwell International überprüft und funktionierte während des Betriebs der Brennstoffhandhabungsmaschine 2,5 Jahre lang einwandfrei, während es verwendet wurde, um Brennstoff aus dem Reaktorkern zu entfernen und die Anlage außer Betrieb zu nehmen
Es enthielt einen simulierten Papierbandlader und eine Frontplatte
Die E / A-Systeme wurden während der PDP-8-Ära enorm verändert
Frühe PDP-8-Modelle verwenden eine Frontplattenschnittstelle, einen Papierbandleser und einen Fernschreiberdrucker mit einem optionalen Papierbandlocher
Im Laufe der Zeit wurden E/A-Systeme wie Magnetband, RS-232 und Stromschleifen-Dumb-Terminals, Lochkartenleser und Festplatten mit festem Kopf hinzugefügt
Gegen Ende der PDP-8-Ära waren Disketten und Moving-Head-Kassettenlaufwerke beliebte E/A-Geräte
Moderne Enthusiasten haben Standard-IDE-Festplattenadapter im PC-Stil für reale und simulierte PDP-8-Computer entwickelt
Mehrere Arten von E/A werden unterstützt:
Dedizierte Steckplätze in der Backplane für E/A-Controller
Ein „negativer“ E/A-Bus (unter Verwendung einer negativen Spannungssignalisierung)
Ein „positiver“ E/A-Bus (dieselbe Architektur mit TTL-Signalisierung)
Der im PDP-8/E eingeführte Omnibus (eine Backplane mit nicht dedizierten Systembussteckplätzen)
(Einzelheiten sind in dem unten aufgeführten referenzierten IEEE-Artikel beschrieben.)
Eine vereinfachte, kostengünstige Form von DMA namens “Drei-Zyklus-Datenunterbrechung” wird unterstützt; dies bedarf der Mithilfe des Auftragsverarbeiters
Das “Datenunterbrechungs”-Verfahren verschiebt einen Teil der gemeinsamen Logik, die zum Implementieren von DMA-E/A von jedem E/A-Gerät benötigt wird, in eine gemeinsame Kopie der Logik innerhalb des Prozessors
“Datenbruch” versetzt den Prozessor in die Verantwortung, die DMA-Adresse und die Wortzählregister aufrechtzuerhalten
In drei aufeinanderfolgenden Speicherzyklen aktualisiert der Prozessor die Wortanzahl, aktualisiert die Übertragungsadresse und speichert oder ruft das tatsächliche E/A-Datenwort ab
Eine Datenunterbrechung um einen Zyklus verdreifacht effektiv die DMA-Übertragungsrate, da nur die Zieldaten benötigt werden zum und vom Kernspeicher übertragen
Die E/A-Geräte benötigen jedoch mehr elektronische Logik, um ihre eigene Wortzahl zu verwalten und Adressregister zu übertragen
Als der PDP-8/E eingeführt wurde, war die elektronische Logik billiger geworden und die “Ein-Zyklus-Datenunterbrechung” wurde immer beliebter
Programmiermöglichkeiten [ bearbeiten ]
Frühe PDP-8-Systeme hatten kein Betriebssystem, nur eine Frontplatte mit Run- und Stop-Schaltern
Softwareentwicklungssysteme für die PDP-8-Serie begannen mit der grundlegendsten Eingabe des rohen binären Maschinencodes (Boot-Eingabe) auf der Frontplatte
In der mittleren Ära wurden verschiedene “Betriebssysteme” auf Papierband entwickelt
Viele Dienstprogramme wurden auf Papierband verfügbar
Der Quellcode der Assemblersprache PAL-8 wurde häufig auf Papierband gespeichert, in den Speicher eingelesen und auf Papierband gespeichert
PAL aus Papierband in Speicher zusammengestellt
Papierbandversionen einer Reihe von Programmiersprachen waren verfügbar, darunter der FOCAL-Interpreter von DEC[35] und ein 4K-FORTRAN-Compiler und eine Laufzeitumgebung
Gegen Ende der PDP-8-Ära ermöglichten Betriebssysteme wie OS/8 und COS-310 einen traditionellen Zeilenmodus-Editor und ein Befehlszeilen-Compiler-Entwicklungssystem mit Sprachen wie PAL-III-Assemblersprache, FORTRAN, BASIC, und DIBOL.
Ziemlich modernes und fortschrittliches Echtzeit-Betriebssystem (RTOS) und preemptive Multitasking-Mehrbenutzersysteme waren verfügbar: Ein Echtzeitsystem (RTS-8) war ebenso verfügbar wie kommerzielle Mehrbenutzersysteme (COS-300 und COS- 310) und ein dediziertes Einzelbenutzer-Textverarbeitungssystem (WPS-8).
Ein Timesharing-System, TSS-8, das ebenfalls verfügbar ist
TSS-8 ermöglicht es mehreren Benutzern, sich über 110-Baud-Terminals in das System einzuloggen und Programme zu bearbeiten, zu kompilieren und zu debuggen
Zu den Sprachen gehören eine spezielle Version von BASIC, eine FORTRAN-Untermenge ähnlich FORTRAN-1 (keine vom Benutzer geschriebenen Unterroutinen oder Funktionen), eine ALGOL-Untermenge, FOCAL, und ein Assembler namens PAL-D.
Eine ziemliche Menge von Benutzern gespendet Software für den PDP-8 war bei DECUS, der Digital Equipment Corporation User Society, erhältlich und wurde oft mit vollständigen Quellenverzeichnissen und Dokumentationen geliefert
Befehlssatz [ bearbeiten ]
Die drei höherwertigen Bits des 12-Bit-Befehlsworts (bezeichnet mit Bits 0 bis 2) sind der Operationscode
Für die sechs Operationen, die sich auf den Speicher beziehen, liefern die Bits 5 bis 11 eine 7-Bit-Adresse
Bit 4 sagt, wenn es gesetzt ist, dass die Adresse unter Verwendung der 5 höherwertigen Bits des Programmzählerregisters (PC) vervollständigt werden soll, was bedeutet, dass die adressierte Stelle innerhalb der gleichen 128 Wörter wie die Anweisung war
Wenn Bit 4 gelöscht ist, werden Nullen verwendet, sodass sich die adressierte Stelle innerhalb der ersten 128 Worte des Speichers befindet
Bit 3 gibt die Indirektion an; falls gesetzt, zeigt die wie bisher beschrieben erhaltene Adresse auf einen 12-Bit-Wert im Speicher, der die tatsächliche effektive Adresse für den Befehl angibt; Dadurch können sich Operanden auf Kosten eines zusätzlichen Wortes irgendwo im Speicher befinden
Der JMP-Befehl arbeitet nicht mit einem Speicherwort, außer wenn eine Indirektion angegeben ist, hat aber die gleichen Bitfelder
0 2 3 4 5 11 Operation I Z Offset
Speicherseiten
Diese Verwendung des Befehlsworts teilt den 4.096-Wort-Speicher in 128-Wort-Seiten; Bit 4 des Befehls wählt entweder die aktuelle Seite oder Seite 0 (Adressen 0000–0177 in Oktal)
Speicher in Seite 0 ist knapp, da hier platzierte Variablen direkt von jeder Seite aus angesprochen werden können
(Darüber hinaus muss an Adresse 0000 jede Interrupt-Service-Routine beginnen, und die Adressen 0010–0017 haben die besondere Eigenschaft, dass sie vor jedem indirekten Verweis durch sie automatisch inkrementiert werden.) Der Standard-Assembler platziert konstante Werte für die Arithmetik in der aktuellen Seite
Ebenso verwenden seitenübergreifende Sprünge und Subroutinenaufrufe eine indirekte Adresse in der aktuellen Seite
Es war wichtig, Routinen zu schreiben, die in 128-Wort-Seiten passen, oder Routinen so anzuordnen, dass Seitenübergänge als Referenzen und Sprünge außerhalb der aktuellen Seite minimiert werden erfordern ein zusätzliches Wort
Folglich wurde viel Zeit darauf verwendet, ein oder mehrere Wörter geschickt aufzubewahren
Programmierer platzierten absichtlich Code am Ende einer Seite, um einen freien Übergang zur nächsten Seite zu erreichen, wenn der PC inkrementiert wurde
Grundlegende Anweisungen [ bearbeiten ]
000 – UND – UND der Speicheroperand mit AC
001 – TAD – Zweierkomplement Addieren Sie den Speicheroperanden zu
010 – ISZ – Inkrementiere den Speicheroperanden und überspringe die nächste Anweisung, wenn das Ergebnis Null ist
011 – DCA – Hinterlege AC in den Speicheroperanden und lösche AC
100 – JMS – Jump to Subroutine (Rücksprungadresse im ersten Wort der Subroutine speichern!)
101-JMP-JuMP
110 – IOT – Input/Output-Transfer (siehe unten)
111 – OPR – mikrokodierte OPeRations (siehe unten).
IOT (Input-Output Transfer) Anweisungen [ bearbeiten ]
Der PDP-8-Prozessor definierte nur wenige der IOT-Anweisungen, stellte aber lediglich einen Rahmen bereit
Die meisten IOT-Befehle wurden von den einzelnen E/A-Geräten definiert
0 2 3 8 9 11 6=IOT-Gerätefunktion
Gerät
Die Bits 3 bis 8 eines IOT-Befehls wählen ein E/A-Gerät aus
Einige dieser Geräteadressen sind per Konvention standardisiert:
00 wird vom Prozessor verarbeitet und nicht an ein E/A-Gerät gesendet (siehe unten)
01 ist normalerweise der Hochgeschwindigkeits-Papierstreifenleser
02 ist der Hochgeschwindigkeits-Papierstreifenstanzer
03 ist die Konsolentastatur ( und jeder zugehörige langsame Lochstreifenleser)
04 ist der Konsolendrucker (und jeder zugehörige langsame Lochstreifenstanzer)
Anweisungen für Gerät 0 wirken sich auf den Prozessor als Ganzes aus
Beispielsweise aktiviert ION (6001) die Interrupt-Verarbeitung und IOFF (6002) deaktiviert sie
Funktion
Die Bits 9 bis 11 eines IOT-Befehls wählen die Funktion(en) aus, die das Gerät ausführt
Einfache Geräte (wie der Lochstreifenleser und -locher sowie die Konsolentastatur und der Drucker) verwenden die Bits auf standardmäßige Weise:
Bit 11 veranlasst den Prozessor, die nächste Anweisung zu überspringen, wenn das E/A-Gerät bereit ist
Bit 10 löscht AC ” Flag.
Diese Operationen finden in einer genau definierten Reihenfolge statt, die nützliche Ergebnisse liefert, wenn mehr als ein Bit gesetzt ist
Kompliziertere Geräte, wie z
B
Festplatten, verwenden diese 3 Bits auf gerätespezifische Weise
Typischerweise decodiert ein Gerät die 3 Bits, um 8 mögliche Funktionscodes zu erhalten
OPR (OPeRate) [ bearbeiten ]
Viele Operationen werden mit OPR durchgeführt, einschließlich der meisten Bedingungen
OPR adressiert keinen Speicherplatz; Die bedingte Ausführung wird durch das bedingte Überspringen einer Anweisung erreicht, die typischerweise ein JMP ist
Die OPR-Anweisung wurde als “mikrocodiert” bezeichnet
Dies bedeutete nicht, was das Wort heute bedeutet (dass ein untergeordnetes Programm den OPR-Befehl abgerufen und interpretiert hat), sondern bedeutete, dass jedes Bit des Befehlsworts eine bestimmte Aktion angibt und der Programmierer mehrere Aktionen in einem einzigen Befehlszyklus ausführen konnte durch Setzen mehrerer Bits
Im Gebrauch kann ein Programmierer mehrere Anweisungsmnemoniken nebeneinander schreiben, und der Assembler kombiniert sie mit OR, um das eigentliche Anweisungswort zu entwickeln
Viele E/A-Geräte unterstützen „mikrocodierte“ IOT-Befehle
Mikrocodierte Aktionen finden in einer wohldefinierten Sequenz statt, die darauf ausgelegt ist, den Nutzen vieler Kombinationen zu maximieren
Die OPR-Befehle kommen in Gruppen
Die Bits 3, 8 und 11 identifizieren die Gruppe eines OPR-Befehls, sodass es unmöglich ist, die mikrocodierten Aktionen aus verschiedenen Gruppen zu kombinieren
Gruppe 1 [Bearbeiten]
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 0| | | | | | | | | |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA CMA RAR BSW CLL CML RAL IAC Ausführungsreihenfolge 1 1 2 2 4 4 4 3
7200 – CLA – Akkumulator löschen 7100 – CLL – L-Bit löschen 7040 – CMA – Einer-Komplement-Akkumulator 7020 – CML – L-Bit-Komplement 7001 – IAC – Inkrement
In den meisten Fällen sind die Operationen so sequenziert, dass sie auf die sinnvollste Weise kombiniert werden können
Wenn Sie beispielsweise CLA (CLear Accumulator), CLL (CLear Link) und IAC (Increment ACcumulator) kombinieren, werden zuerst AC und Link gelöscht, dann der Akkumulator erhöht und auf 1 gesetzt
Hinzufügen von RAL zum Mix (also CLA CLL IAC RAL) bewirkt, dass der Akkumulator gelöscht, inkrementiert, dann nach links gedreht und auf 2 gesetzt bleibt
Auf diese Weise wurden kleine ganzzahlige Konstanten mit einer einzigen Anweisung in den Akkumulator gestellt
Die Kombination CMA IAC, die der Assembler Sie abkürzen lässt als CIA, erzeugt die arithmetische Umkehrung von AC: die Zweierkomplement-Negation
Da es keinen Subtraktionsbefehl gibt, erfordert nur das Zweierkomplement-Addieren (TAD), das die Differenz zweier Operanden berechnet, zuerst das Negieren des Subtrahends
Ein OPR-Befehl der Gruppe 1, bei dem keines der mikroprogrammierten Bits gesetzt ist, führt keine Aktion aus
Der Programmierer kann NOP (No Operation) schreiben, um eine solche Anweisung zusammenzustellen
Gruppe 2, oder Gruppe [ edit ]
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 1| | | | | 0| | | 0| |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA SZA OSR SMA SNL HLT 2 1 1 1 3 3
7600 – CLA – AC löschen 7500 – SMA – Überspringen bei AC < 0 (oder Gruppe) 7440 – SZA – Überspringen bei AC = 0 (oder Gruppe) 7420 – SNL – Überspringen auf L ≠ 0 (oder Gruppe) 7404 – OSR – logisches „Oder“ Frontplattenschalter mit AC 7402 – HLT – Halt
Wenn Bit 8 gelöscht ist, wird ein Sprung durchgeführt, wenn eine der angegebenen Bedingungen wahr ist
Beispielsweise überspringt “SMA SZA”, Opcode 7540, wenn AC ≤ 0
Ein OPR-Befehl der Gruppe 2, bei dem keines der mikroprogrammierten Bits gesetzt ist, ist ein weiterer No-Op-Befehl.
Gruppe 2 und Gruppe [ bearbeiten ]
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 1| | | | | 1| | | 0| |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA SNA OSR SPA SZL HLT 2 1 1 1 3 2
7410 – SKP – Unbedingt überspringen 7610 – CLA – AC löschen 7510 – SPA – Überspringen bei AC ≥ 0 (und Gruppe) 7450 – SNA – Überspringen bei AC ≠ 0 (und Gruppe) 7430 – SZL – Überspringe L = 0 (und Gruppe)
Wenn Bit 8 gesetzt ist, wird die Or-Skip-Bedingung der Gruppe 2 über die Gesetze von De Morgan umgekehrt: Das Skip wird nicht ausgeführt, wenn eine der Or-Bedingungen der Gruppe 2 wahr ist, was bedeutet, dass alle angegebenen Skip-Bedingungen wahr sein müssen
Zum Beispiel “SPA SNA”, Opcode 7550, überspringt, wenn AC > 0
Wenn keines der Bits 5–7 gesetzt ist, ist das Überspringen unbedingt
Gruppe 3 [Bearbeiten]
Unbenutzte Bitkombinationen von OPR sind als dritte Gruppe von mikroprogrammierten Aktionen definiert, die hauptsächlich das MQ-Register (Multiplikator/Quotient) beeinflussen
Das MQ-Register und die Befehle für erweiterte arithmetische Elemente (EAE) sind optional und existieren nur, wenn die EAE-Option gekauft wurde.[36]
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 ___________________________________ | 1| 1| 1| 1| | | | | | | | 1| |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| |CLA SCA \_ _/ | MQA MQL CODE 1* 2 2 2 3
7601 – CLA – AC löschen 7501 – MQA – Multiplikator Quotient mit AC (logisch oder MQ in AC) 7441 – SCA – Schrittzähler laden in AC 7421 – MQL – Multiplikator Quotient laden (Transfer AC zu MQ, lösche AC) 7621 – CAM – CLA + MQL löscht sowohl AC als auch MQ.
Typischerweise wurden CLA und MQA kombiniert, um MQ in AC zu übertragen
Eine weitere nützliche Kombination ist MQA und MQL, um die beiden Register auszutauschen
7401 – Keine Operation 7403 – SCL – Step Counter Load (direktes Wort folgt, PDP-8/I und höher) 7405 – MUY – Multiplizieren 7407 – DVI – Dividieren 7411 – NMI – Normalisieren 7413 – SHL – Shift left (direktes Wort folgt) 7415 – ASR – Arithmetische Rechtsverschiebung 7417 – LSR – Logische Rechtsverschiebung
Speicherkontrolle[Bearbeiten]
PDP-8/I Kernspeicherstapel
Eines von drei miteinander verbundenen Modulen, die eine PDP-8-Core-Speicherebene bilden.
Eines von drei miteinander verbundenen Modulen, die eine PDP-8-Core-Speicherebene bilden
Dies ist die mittlere der drei und enthält die Anordnung der tatsächlichen Ferritkerne
Eines von drei miteinander verbundenen Modulen, die eine PDP-8-Kern-Speicherebene bilden
Ein 12-Bit-Wort kann 4.096 verschiedene Werte haben, und dies ist das Maximum Anzahl der Wörter, die der ursprüngliche PDP-8 indirekt über einen Wortzeiger adressieren kann
4.096 12-Bit-Worte entsprechen 6.144 Bytes in moderner Terminologie oder 6 kB
Als Programme komplexer wurden und der Speicherpreis fiel, wurde es wünschenswert, diese Grenze zu erweitern
Um die Kompatibilität mit bereits vorhandenen Programmen aufrechtzuerhalten, fügte neue Hardware außerhalb des ursprünglichen Designs höherwertige Bits zu den vom Programm generierten effektiven Adressen hinzu
Der Memory Extension Controller erweitert den adressierbaren Speicher um den Faktor 8 auf insgesamt 32.768 Worte
Diese Erweiterung wurde als ausreichend angesehen, da bei einem Kernspeicher, der damals etwa 50 Cent pro Wort kostete, volle 32 KB Speicher den Kosten der CPU entsprechen würden
Jedes 4K des Speichers wird als Feld bezeichnet
Der Memory Extension Controller enthält zwei Drei-Bit-Register: das DF (Data Field) und das IF (Instruction Field)
Diese Register spezifizieren ein Feld für jede Speicherreferenz der CPU, wodurch insgesamt 15 Adressbits möglich sind
Das IF-Register spezifiziert das Feld für Befehlsabrufe und direkte Speicherreferenzen; das DF-Register spezifiziert das Feld für indirekte Datenzugriffe
Ein in einem Feld laufendes Programm kann durch direkte Adressierung auf Daten in demselben Feld und durch indirekte Adressierung auf Daten in einem anderen Feld verweisen.
Ein Satz von E/A-Befehlen im Bereich von 6200 bis 6277 wird von der Speichererweiterungssteuerung verarbeitet und ermöglicht den Zugriff auf die DF- und IF-Register
Die 62X1-Anweisung (CDF, Change Data Field) setzt das Datenfeld auf X
Ähnlich setzt 62X2 (CIF) das Anweisungsfeld und 62X3 setzt beides
Vorhandene Programme würden niemals CIF oder CDF ausführen; die DF- und IF-Register würden beide auf dasselbe Feld zeigen, ein einzelnes Feld, auf das diese Programme beschränkt waren
Die Wirkung des CIF-Befehls wurde verschoben, um mit dem nächsten JMP- oder JMS-Befehl zusammenzufallen, sodass die Ausführung von CIF keinen Sprung verursachen würde
Für Programme mit mehreren Feldern war es komplizierter, mit Feldgrenzen und den DF- und IF-Registern umzugehen als es wäre gewesen, wenn sie einfach 15-Bit-Adressen generieren könnten, aber das Design bot Abwärtskompatibilität und stimmt mit der 12-Bit-Architektur überein, die im gesamten PDP-8 verwendet wird
Vergleichen Sie den späteren Intel 8086, dessen 16-Bit-Speicheradressen auf 20 Bit erweitert werden, indem sie mit den Inhalten eines angegebenen oder implizierten Segmentregisters kombiniert werden
Das erweiterte Speicherschema ermöglichte es vorhandenen Programmen, mehr Speicher mit minimalen Änderungen zu verarbeiten
Zum Beispiel hatte 4K FOCAL normalerweise etwa 3K Code mit nur 1K übrig für Benutzerprogramm und Daten
Mit ein paar Patches könnte FOCAL ein zweites 4K-Feld für Anwenderprogramm und Daten nutzen
Darüber hinaus könnten zusätzliche 4K-Felder separaten Benutzern zugewiesen werden, wodurch 4K FOCAL in ein Timesharing-System für mehrere Benutzer verwandelt wird
Virtualisierung
Beim PDP-8/E und späteren Modellen wurde der Memory Extension Controller verbessert, um die Maschinenvirtualisierung zu ermöglichen
Ein Programm, das geschrieben wurde, um die gesamten Ressourcen eines PDP-8 zu verwenden, kann mit anderen solchen Programmen auf demselben PDP-8 unter der Steuerung eines Managers einer virtuellen Maschine koexistieren
Der Manager kann bewirken, dass alle E/A-Befehle (einschließlich derjenigen, die auf dem Speichererweiterungscontroller ausgeführt wurden) einen Trap (einen vom Manager gehandhabten Interrupt) verursachen
Auf diese Weise kann der Manager Speicherreferenzen abbilden, Daten oder Anweisungsfelder abbilden und E/A auf verschiedene Geräte umleiten
Jedes Originalprogramm hat vollständigen Zugriff auf eine vom Manager bereitgestellte “virtuelle Maschine”
Neue E/A-Befehle an den Speichererweiterungscontroller rufen den aktuellen Wert der Daten- und Befehlsfelder ab, sodass die Software den größten Teil des Maschinenzustands speichern und wiederherstellen kann Eine Falle Ein Programm kann jedoch nicht erkennen, ob die CPU dabei ist, die Wirkung eines CIF-Befehls aufzuschieben (ob sie einen CIF ausgeführt und den passenden Sprungbefehl noch nicht ausgeführt hat)
Der Manager muss einen vollständigen PDP-8-Emulator enthalten (nicht schwierig für eine Maschine mit 8 Befehlen)
Immer wenn ein CIF-Befehl an den Manager fängt, muss er die Befehle bis zum nächsten Sprung emulieren
Glücklicherweise verlangsamt diese Emulation Programme nicht sehr, da ein Sprung normalerweise die nächste Anweisung nach CIF ist, aber es ist eine große Problemumgehung für einen scheinbar kleinen Designmangel
[Zitat erforderlich]
Zur Zeit des PDP-8/A waren die Speicherpreise so weit gefallen, dass ein Speicher von mehr als 32 KB wünschenswert war
Das 8/A fügte einen neuen Satz von Anweisungen für die Handhabung von mehr als acht Speicherfeldern hinzu
Die Feldnummer könnte nun im AC platziert werden, anstatt fest in die Anweisung codiert zu werden
Zu diesem Zeitpunkt war der PDP-8 jedoch rückläufig, sodass nur sehr wenig Standardsoftware modifiziert wurde, um diese neuen Funktionen zu nutzen
Beispiele [ bearbeiten ]
Die folgenden Beispiele zeigen Code in der PDP-8-Assemblersprache, wie man ihn für den PAL-III-Assembler schreiben könnte
Vergleichen zweier Zahlen [Bearbeiten]
Der folgende Codeabschnitt zeigt, was benötigt wird, um nur zwei Zahlen zu vergleichen:
/Zahlen im Speicher bei OPD1 und OPD2 vergleichen CLA CLL /Muss in AC mit 0 beginnen und TAD OPD1 verknüpfen /Ersten Operanden in AC laden (durch Addieren zu 0); Link ist immer noch klar CIA /Complement, dann AC erhöhen, negieren TAD OPD2 /AC hat jetzt OPD2-OPD1; wenn OPD2≥OPD1, Summenüberlauf und Link gesetzt SZL /überspringen, wenn Link frei ist JMP OP2GT /irgendwohin springen, falls OPD2≥OPD1; /Fallt andernfalls zum folgenden Code durch.
Wie gezeigt, konzentriert sich ein Großteil des Textes eines typischen PDP-8-Programms nicht auf den beabsichtigten Algorithmus des Autors, sondern auf Mechanik auf niedriger Ebene
Ein zusätzliches Lesbarkeitsproblem besteht darin, dass bei bedingten Sprüngen wie dem oben gezeigten die bedingte Anweisung (die um den JMP herumspringt) das Gegenteil der interessierenden Bedingung hervorhebt
Zeichenfolgenausgabe [ edit ]
Dieses vollständige PDP-8-Assemblersprachenprogramm gibt “Hello, world!” zum Fernschreiber.
*10 / Setze den aktuellen Assembler-Ursprung auf Adresse 10, STPTR, STRNG-1 / Ein Autoinkrement-Register (eines von acht bei 10-17) *200 / Setze den aktuellen Assembler-Ursprung auf den Programmtextbereich HALLO, CLA CLL / AC und Link erneut löschen (erforderlich, wenn wir von tls zurückschleifen) TAD IZ STPTR / Nächstes Zeichen abrufen, indirekt über PRE-Auto-Increment-Adresse von der Nullseite SNA / Überspringen, wenn nicht Null (nicht Ende der Zeichenfolge) HLT / Sonst Halt auf Null (Ende der Zeichenkette) TLS / Das Zeichen im AC an die Fernschreibmaschine ausgeben TSF / Überspringen, wenn Fernschreibmaschine bereit für Zeichen JMP. -1 / Sonst zurückspringen und erneut versuchen JMP HALLO / Zurückspringen für das nächste Zeichen STRNG , 310 / H 345 / e 354 / l 354 / l 357 / o 254 /, 240 / (space) 367 / w 357 / o 362 / r 354 / l 344 / d 241 / ! 0 / Ende der Zeichenkette $HALLO /DEFAULT TERMINATOR
Unterprogramme[Bearbeiten]
Der PDP-8-Prozessor implementiert keinen Stapel, auf dem Register oder anderer Kontext gespeichert werden, wenn ein Unterprogramm aufgerufen wird oder ein Interrupt auftritt
(Ein Stack kann in Software implementiert werden, wie im nächsten Abschnitt gezeigt.) Stattdessen speichert der JMS-Befehl einfach den aktualisierten PC (zeigt an JMS vorbei zur Rückkehradresse) an der effektiven Adresse und springt zur effektiven Adresse plus eins
Die Unterroutine kehrte mit einer indirekten JMP-Anweisung, die das erste Wort der Unterroutine adressiert, zu ihrem Aufrufer zurück
Hier ist zum Beispiel “Hello, World!” neu geschrieben, um eine Unterroutine zu verwenden
Wenn der JMS-Befehl zum Unterprogramm springt, modifiziert er die an Position OUT1: codierte 0
*10 / Aktuellen Assembly-Ursprung auf Adresse 10 setzen, STPTR, STRNG-1 / Ein Autoinkrement-Register (eines von acht bei 10-17) *200 / Assembly-Ursprung setzen (Ladeadresse) LOOP, TAD I STPTR / Pre-Increment Speicherort 10, indirekt abrufen, um das nächste Zeichen unserer Nachricht zu erhalten SNA / Springe auf Nicht-Null-AC HLT / Sonst halt am Ende der Nachricht JMS OUT1 / Schreibe ein Zeichen aus JMP LOOP / Und schleife zurück für mehr OUT1, 0 / Will durch den aktualisierten PC des Anrufers ersetzt werden TSF / Überspringen, wenn Drucker bereit JMP. -1 / Auf Flag TLS warten / Zeichen in AC CLA CLL senden / AC löschen und Link für nächsten Durchgang JMP I OUT1 / Zurück zum Anrufer STRNG, “H / Eine bekannte Nachricht “e / “l / HINWEIS: “l / “o / Zeichenfolgen in PAL-8 und PAL-III waren “sixbit” “, / Um ASCII zu verwenden, buchstabieren wir es Zeichen für Zeichen ” / ” w / “o / “r / “l / “d / “! / 015 / 012 / 0 / Markieren Sie das Ende unserer nullterminierten Zeichenfolge (.ASCIZ war noch nicht erfunden!)
Die Tatsache, dass die JMS-Anweisung verwendet das Wort direkt vor dem Code der Subroutine, um das r abzulegen eturn-Adresse verhindert Wiedereintritt und Rekursion ohne zusätzliche Arbeit durch den Programmierer
Es macht es auch schwierig, ROM mit dem PDP-8 zu verwenden, da die Speicherung der Rücksprungadresse mit Lese- und Schreibzugriff mit der Speicherung von Nur-Lese-Code im Adressraum vermischt ist
Programme, die in ROMs platziert werden sollen, gehen dieses Problem auf verschiedene Weise an:
Sie kopieren sich vor der Ausführung in den Schreib-Lese-Speicher oder
Sie werden in speziellen ROM-Karten platziert, die einige Wörter Lese-/Schreibspeicher bereitstellen, auf die indirekt durch die Verwendung eines dreizehnten Flag-Bits in jedem ROM-Wort zugegriffen wird
Sie vermeiden die Verwendung von Unterroutinen; oder verwenden Sie statt der JMS-Anweisung Code wie den folgenden, um die Rückgabeadresse in den Lese-/Schreibspeicher zu stellen:
JUMPL, DCA TEMP / Lege den Akkumulator an einem temporären Ort ab TAD JUMPL+3 / Lade die Rückkehradresse in den Akkumulator: fest codiertes JMP SUBRO / Gehe zur Subroutine und lasse sie zurückspringen (zu JUMPL+3)
Die Verwendung des JMS-Befehls erschwert die Fehlersuche
Wenn ein Programmierer den Fehler macht, ein Unterprogramm direkt oder durch ein dazwischen liegendes Unterprogramm selbst aufzurufen, dann wird die Rücksprungadresse für den äußeren Aufruf durch die Rücksprungadresse des nachfolgenden Aufrufs zerstört, was zu einer Endlosschleife führt
Wenn ein Modul mit einer falschen oder veralteten Adresse für ein Unterprogramm codiert ist, kann es nicht nur die gesamte Codesequenz des Unterprogramms nicht ausführen, sondern möglicherweise ein Wort des Unterprogrammcodes ändern und eine Rücksprungadresse hinterlegen, die der Prozessor interpretieren könnte eine Anweisung während eines nachfolgenden korrekten Aufrufs des Unterprogramms
Beide Arten von Fehlern können während der Ausführung von Code, der korrekt geschrieben wurde, offensichtlich werden.
Software-Stack [ bearbeiten ]
Obwohl der PDP-8 keinen Hardware-Stack hat, können Stacks in Software implementiert werden.[37] Hier sind Beispiele für PUSH- und POP-Subroutinen, die vereinfacht wurden, um Probleme wie das Testen auf Stapelüberlauf und -unterlauf zu vermeiden:
*100 /Routinen für nächstes Beispiel zugänglich machen PUSH, 0 DCA DATA CLA CMA / -1 TAD SP DCA SP TAD DATA DCA I SP JMP I PUSH /Return POP, 0 CLA CLL TAD I SP ISZ SP JMP I POP DATA, 0 SP , 0
Und hier ist “Hello World” mit diesem implementierten “Stack” und der Subroutine “OUT”:
*200 MAIN, CLA CLL /Setze den Nachrichtenzeiger TAD (MESSG /Zum Anfang der Nachricht (literal) DCA SP LOOP, JMS POP SNA /Stoppe die Ausführung, wenn Null HLT JMS OUT /Andernfalls gib ein Zeichen aus JMP LOOP MESSG, ” H “e “l “l “o “, ” “w “o “r “l “d “! 015 012 0 OUT, 0 / Wird durch aktualisierten PC TSF des Anrufers ersetzt / Überspringen, wenn Drucker bereit JMP. -1 / Warten für Flag TLS / Senden Sie das Zeichen in AC CLA CLL / Löschen Sie AC und Link für den nächsten Durchgang JMP I OUT / Zurück zum Anrufer
Verknüpfte Liste [ bearbeiten ]
Ein weiteres mögliches Unterprogramm für den PDP-8 ist eine verknüpfte Liste.
GETN, 0 /Erhält die Zahl, auf die gezeigt wird, und bewegt den Zeiger CLA CLL /Lösche den Akkumulator TAD I PTR /Erhält die Zahl, die auf DCA zeigt TEMP /Speichere den aktuellen Wert ISZ PTR /Inkrementiere den Zeiger TADI PTR /Erhalte die nächste Adresse DCA PTR /Lege den Zeiger JMP ein Ich bekomme /return PTR, 0 TEMP, 0
Interrupts [Bearbeiten]
Es gibt eine einzelne Interrupt-Leitung auf dem PDP-8 I/O-Bus
Der Prozessor handhabt jeden Interrupt, indem er weitere Interrupts deaktiviert und ein JMS an Position 0000 ausführt es ist unterschied Es ist schwierig, wiedereintrittsfähige Subroutinen zu schreiben, es ist schwierig, Interrupts zu verschachteln, und dies wird normalerweise nicht getan; jeder Interrupt wird vollständig ausgeführt und aktiviert Interrupts erneut, kurz bevor der JMP I 0 -Befehl ausgeführt wird, der von dem Interrupt zurückkehrt
Da es nur eine einzige Interrupt-Leitung auf dem E/A-Bus gibt, informiert das Auftreten eines Interrupts den Prozessor nicht der Quelle des Interrupts
Stattdessen muss die Unterbrechungsdienstroutine jedes aktive E/A-Gerät seriell abfragen, um zu sehen, ob es die Quelle ist
Der Code, der dies tut, wird als Skip-Kette bezeichnet, da er aus einer Reihe von PDP-8-E/A-Anweisungen “test and skip if flag set” besteht
(Es war nicht ungewöhnlich, dass eine Skip-Kette ihr Ende erreichte, ohne dass ein wartungsbedürftiges Gerät gefunden wurde.) Die relative Interrupt-Priorität der I/O-Geräte wird durch ihre Position in der Skip-Kette bestimmt: Wenn mehrere Geräte unterbrechen, Das zuvor in der Skip-Kette getestete Gerät wird zuerst gewartet
Bücher [ bearbeiten ]
Ein in den 1980er Jahren beliebtes technisches Lehrbuch, The Art of Digital Design von David Winkel und Franklin Prosser, enthält ein Beispielproblem, das sich über mehrere Kapitel erstreckt, in denen die Autoren den Prozess des Entwerfens eines Computers demonstrieren, der mit dem PDP-8/I kompatibel ist
Die Funktion jedes Bauteils wird erklärt
Obwohl es sich nicht um ein Produktionsdesign handelt, da es modernere SSI- und MSI-Komponenten und Festkörper statt Kernspeicher verwendet, bietet die Übung eine detaillierte Beschreibung des Betriebs des Computers
Nicht lizenzierte Klone [ bearbeiten ]
Die UdSSR produzierte die Minicomputer Saratov-1 und Saratov-2, die den PDP-8 bzw
PDP-8/E klonten
Referenzen [ bearbeiten ]
How To Fix Camera Missing in Device Manager on Windows 10 Problem New
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Rockchip RK3399 Datasheet New Update
Support system code download by the following interface: USB OTG interface Internal SRAM Size : 200KB Support security and non-security access Security or non-security space is software programmable Security space can be 0KB,4KB,8KB,12KB,16KB,… up to 64KB by 4KB step 1.2.4 External Memory or Storage device
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How to download a crystal structure file from the ICSD New Update
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