VAX

VAX (acrónimo de Virtual Address Extension ) es una serie de computadoras con una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) de 32 bits y memoria virtual , desarrollada y comercializada por Digital Equipment Corporation (DEC) a finales del siglo XX. La VAX-11/780 , presentada el 25 de octubre de 1977, fue la primera de una serie de computadoras populares e influyentes que implementaban la ISA VAX. La familia VAX fue un gran éxito para DEC, y los últimos modelos llegaron a principios de la década de 1990. La VAX fue sucedida por la DEC Alpha , que incluía varias características de las máquinas VAX para facilitar la migración desde esta última.

VAX fue diseñado por Digital Equipment Corporation (DEC) como sucesor del PDP-11 de 16 bits , uno de los miniordenadores más exitosos de la historia ^{[ 3 ]} , con aproximadamente 600 000 unidades vendidas. El sistema fue diseñado para ofrecer retrocompatibilidad con el PDP-11, al tiempo que extendía la memoria a una implementación completa de 32 bits y añadía memoria virtual paginada bajo demanda . El nombre VAX hace referencia a su concepto de extensión de direcciones virtuales , que permitía a los programas utilizar esta memoria recién disponible sin dejar de ser compatibles con el código del PDP-11 en modo usuario sin modificar. El nombre "VAX-11", utilizado en los primeros modelos, se eligió para destacar esta capacidad. El conjunto de instrucciones VAX se considera un diseño de computadora con conjunto de instrucciones complejo (CISC).

DEC abandonó rápidamente la denominación -11, ya que la compatibilidad con PDP-11 dejó de ser una preocupación importante. La línea se expandió tanto a mainframes de gama alta como el VAX 9000 como a sistemas de escala de estación de trabajo como la serie VAXstation . La familia VAX llegó a tener diez diseños distintos y más de 100 modelos individuales en total. Todos ellos eran compatibles entre sí y normalmente ejecutaban el sistema operativo VAX/VMS .

VAX ha sido percibido como el ISA CISC por excelencia, ^{[ 4 ]} con su gran cantidad de modos de direccionamiento e instrucciones de máquina amigables para el programador de lenguaje ensamblador , arquitectura de conjunto de instrucciones altamente ortogonal e instrucciones para operaciones complejas como inserción o eliminación de colas , formato de números y evaluación de polinomios . ^{[ 5 ]}

El nombre "VAX" se originó como un acrónimo de extensión de dirección virtual , tanto porque el VAX se consideraba una extensión de 32 bits del PDP-11 de 16 bits ^{[ 3 ]} como porque fue (después de Prime Computer ) uno de los primeros en adoptar la memoria virtual para gestionar este espacio de direcciones más grande.

Las primeras versiones del procesador VAX implementaban un "modo de compatibilidad" que emulaba muchas de las instrucciones del PDP-11, de ahí el número 11 en VAX-11 para destacar esta compatibilidad. Las versiones posteriores delegaron el modo de compatibilidad y algunas de las instrucciones CISC menos utilizadas a la emulación en el software del sistema operativo.

El conjunto de instrucciones VAX fue diseñado para ser potente, ortogonal [ ^{6 ] y} "amigable para el compilador" ^{[ 3 ]} . Cuando se introdujo, muchos programas estaban escritos en lenguaje ensamblador, por lo que era importante contar con un conjunto de instrucciones "amigable para el programador" ^{[ 7 ] [ 8 ]} . Con el tiempo, a medida que se escribieron más programas en lenguajes de programación de alto nivel , el conjunto de instrucciones se volvió menos visible, y los únicos que se preocupaban mucho por él eran los desarrolladores de compiladores.

Un aspecto inusual del conjunto de instrucciones VAX es la presencia de máscaras de registro ^{[ 9 ]} al inicio de cada subprograma. Se trata de patrones de bits arbitrarios que especifican, cuando se transfiere el control al subprograma, qué registros deben conservarse. En la mayoría de las arquitecturas, el compilador se encarga de generar las instrucciones para guardar los datos necesarios, generalmente utilizando la pila de llamadas para el almacenamiento temporal. En el VAX, con 16 registros, esto podría requerir 16 instrucciones para guardar los datos y otras 16 para restaurarlos. Mediante la máscara, un único valor de 16 bits realiza internamente las mismas operaciones en el hardware, ahorrando tiempo y memoria. ^{[ 6 ]}

Dado que las máscaras de registro son una forma de datos incrustados en el código ejecutable, pueden dificultar el análisis lineal del código máquina. Esto puede complicar las técnicas de optimización que se aplican al código máquina. ^{[ 10 ]}

El sistema operativo nativo de VAX es VAX/VMS (Virtual Memory System) de Digital; fue renombrado a OpenVMS en 1991 o principios de 1992 cuando fue portado a Alpha , modificado para cumplir con los estándares POSIX y etiquetado como compatible con XPG4 por el consorcio X/Open . ^{[ 11 ]} La empresa quería evitar que VAX tuviera muchos sistemas operativos incompatibles como PDP-11; ^{[ 3 ]} VAX y VMS fueron " diseñados simultáneamente " para aprovechar al máximo el uno del otro, como fue la implementación inicial de la instalación VAXcluster .

Durante la década de 1980, Digital desarrolló un hipervisor para la arquitectura VAX llamado VMM (Virtual Machine Monitor), también conocido como VAX Security Kernel , con el objetivo de permitir la ejecución de múltiples instancias aisladas de VMS y ULTRIX en el mismo hardware. ^{[ 12 ]} VMM estaba diseñado para cumplir con la norma TCSEC A1. A finales de la década de 1980, ya era operativo en el hardware de la serie VAX 8000 , pero se abandonó antes de su lanzamiento a los clientes.

Otros sistemas operativos VAX han incluido varias versiones de Berkeley Software Distribution (BSD) UNIX hasta 4.3BSD , Ultrix -32, VAXELN y Xinu . Más recientemente, NetBSD ^{[ 13 ]} y OpenBSD ^{[ 14 ]} han sido compatibles con varios modelos VAX y se ha trabajado en la adaptación de Linux a la arquitectura VAX. ^{[ 15 ]} OpenBSD dejó de ser compatible con esta arquitectura en septiembre de 2016. ^{[ 16 ]}

El diseño de VAX comenzó en 1975, aproximadamente cuando DEC reconoció que la arquitectura de 16 bits del PDP-11 era demasiado limitante en la cantidad de memoria direccionable. ^{[ 3 ]} El primer modelo VAX vendido fue el VAX-11/780 , presentado el 25 de octubre de 1977 en la reunión anual de accionistas de DEC. ^{[ 17 ]} Bill Strecker, estudiante de doctorado de C. Gordon Bell en la Universidad Carnegie Mellon , fue responsable de la arquitectura. ^{[ 18 ]} Al igual que el PDP-11, VAX fue muy exitoso; proporcionó la mayor parte de las ventas, el crecimiento de las ventas y las ganancias de DEC desde principios de la década de 1980 hasta principios de la década de 1990. VAX y VMS se convirtieron en la única arquitectura de computadora en desarrollo activo de DEC. ^{[ 3 ]} Posteriormente se crearon muchos modelos diferentes con diferentes precios, niveles de rendimiento y capacidades. Las superminicomputadoras VAX fueron muy populares a principios de la década de 1980.

Durante un tiempo, el VAX-11/780 se utilizó como estándar en las pruebas de rendimiento de CPU . Inicialmente se describió como una máquina de un MIPS , ya que su rendimiento era equivalente al de un IBM System/360 que funcionaba a un MIPS, y las implementaciones del System/360 habían sido previamente estándares de rendimiento de facto. El número real de instrucciones ejecutadas en 1 segundo era de aproximadamente 500 000, lo que generó quejas por exageración publicitaria. El resultado fue la definición de un "VAX MIPS", la velocidad de un VAX-11/780; un ordenador que funcionara a 27 VAX MIPS ejecutaría el mismo programa aproximadamente 27 veces más rápido que el VAX-11/780.

Dentro de la comunidad digital, el término VUP ( Unidad de Rendimiento VAX ) era el más común, ya que los MIPS no se comparan bien entre diferentes arquitecturas. El término relacionado VUP de clúster se usaba informalmente para describir el rendimiento agregado de un clúster VAX . (El rendimiento del VAX-11/780 sigue siendo la métrica de referencia en el BRL-CAD Benchmark, un conjunto de análisis de rendimiento incluido en la distribución del software de modelado sólido BRL-CAD). El VAX-11/780 incluía una computadora LSI-11 independiente que realizaba la carga de microcódigo, el arranque y las funciones de diagnóstico para la computadora principal. Esta función se eliminó de los modelos VAX posteriores. Por lo tanto, los usuarios emprendedores del VAX-11/780 podían ejecutar tres sistemas operativos diferentes de Digital Equipment Corporation: VMS en el procesador VAX (desde los discos duros) y RSX-11S o RT-11 en el LSI-11 (desde el disquete de una sola densidad y una sola unidad).

El VAX pasó por muchas implementaciones diferentes. El VAX 11/780 original se implementó en TTL y ocupaba un gabinete de cuatro por cinco pies ^{[ 19 ]} con una sola CPU . A lo largo de la década de 1980, la gama alta de la familia se mejoró continuamente utilizando componentes discretos cada vez más rápidos, una evolución que terminó con la introducción del VAX 9000 en octubre de 1989. Este diseño resultó demasiado complejo y costoso y finalmente se abandonó poco después de su introducción. Las implementaciones de CPU que consistían en múltiples chips de matriz de puertas lógicas acopladas por emisor (ECL) o matriz de macroceldas incluyeron los supermini VAX 8600 y 8800 y finalmente las máquinas de clase mainframe VAX 9000. Las implementaciones de CPU que consistían en múltiples chips MOSFET personalizados incluyeron las máquinas de clase 8100 y 8200. Las máquinas de gama baja VAX 11-730 y 725 se construyeron utilizando componentes de división de bits AMD Am2901 para la ALU.

El MicroVAX I representó una transición importante dentro de la familia VAX. En el momento de su diseño, aún no era posible implementar la arquitectura VAX completa como un único chip VLSI (ni siquiera como unos pocos chips VLSI, como se hizo posteriormente con la CPU V-11 del VAX 8200/8300). En cambio, el MicroVAX I fue la primera implementación de VAX en trasladar algunas de las instrucciones VAX más complejas (como el decimal empaquetado y los códigos de operación relacionados) a software de emulación. Esta partición redujo sustancialmente la cantidad de microcódigo necesario y se denominó arquitectura "MicroVAX". En el MicroVAX I, la ALU y los registros se implementaron como un único chip de matriz de puertas, mientras que el resto del control de la máquina se basó en lógica convencional.

Una implementación completa de VLSI ( microprocesador ) de la arquitectura MicroVAX llegó con la CPU 78032 (o DC333) y la FPU 78132 (DC335) del MicroVAX II . El 78032 fue el primer microprocesador con una unidad de gestión de memoria integrada ^{[ 20 ].} El MicroVAX II se basaba en una única placa de procesador de tamaño cuádruple que contenía los chips del procesador y ejecutaba los sistemas operativos MicroVMS o Ultrix -32 . La máquina contaba con 1 MB de memoria integrada y una interfaz de bus Q22 con transferencias DMA . Al MicroVAX II le sucedieron muchos otros modelos MicroVAX con un rendimiento y una memoria mucho mejores.

Posteriormente, surgieron otros procesadores VLSI VAX en forma de V-11, CVAX , CVAX SOC ("System On Chip", un CVAX de un solo chip), Rigel , Mariah y NVAX . Los microprocesadores VAX extendieron la arquitectura a estaciones de trabajo económicas y, más tarde, también reemplazaron a los modelos VAX de gama alta. Esta amplia gama de plataformas (desde mainframe hasta estación de trabajo) que utilizaban una sola arquitectura era única en la industria informática de la época. Se grabaron diversos gráficos en el chip del microprocesador CVAX. La frase CVAX... cuando te importa lo suficiente como para robar lo mejor estaba grabada en ruso chapurreado como un juego de palabras con un eslogan de Hallmark Cards , con la intención de enviar un mensaje a los ingenieros soviéticos que eran conocidos por robar ordenadores DEC para aplicaciones militares y por realizar ingeniería inversa de su diseño de chips. ^{[ 21 ] [ 22 ]} A finales de la década de 1980, los microprocesadores VAX habían aumentado su potencia hasta ser competitivos con los diseños discretos. Esto llevó al abandono de las series 8000 y 9000 y a su sustitución por modelos VAX 6000 con procesador Rigel , y posteriormente por sistemas VAX 7000 con procesador NVAX.

Extrapolando de la Ley de Moore , DEC esperaba que el diseño de 32 bits de VAX fuera una arquitectura viable hasta aproximadamente 1999. La compañía no previó que RISC , durante la década de 1980, usurparía las arquitecturas de computación tradicionales con un rendimiento significativamente mayor por costo. ^{[ 3 ]} PC Magazine descubrió en 1988 que el procesador de texto MASS-11 funcionaba más rápido en un IBM PC AT que en un VAX 8550 con una carga de trabajo típica. ^{[ 23 ]} A medida que los sistemas Unix RISC de Sun Microsystems y otros atraían a los clientes de VAX, ^{[ 24 ]} En 1989, DEC presentó una gama de estaciones de trabajo y servidores RISC que ejecutaban Ultrix , la DECstation y el DECsystem respectivamente, utilizando procesadores de MIPS Computer Systems . En 1992, DEC presentó su propia arquitectura de conjunto de instrucciones RISC, el Alpha AXP (posteriormente renombrado Alpha), y su propio microprocesador basado en Alpha, el DECchip 21064 , un diseño de 64 bits de alto rendimiento capaz de ejecutar OpenVMS.

En agosto de 2000, Compaq anunció que los modelos VAX restantes se descontinuarían a finales de año, ^{[ 25 ]} pero los sistemas antiguos siguen en uso generalizado. ^{[ 26 ]} Los emuladores VAX basados ​​en software Stromasys CHARON-VAX y SIMH siguen estando disponibles. VMS ahora es desarrollado por VMS Software Incorporated, aunque solo para las plataformas Alpha , HPE Integrity y x86-64 .

El primer sistema basado en VAX fue el VAX-11/780 , un miembro de la familia VAX-11 . El VAX 8600 de gama alta reemplazó al VAX-11/780 en octubre de 1984 y se le unieron los miniordenadores MicroVAX de nivel básico y las estaciones de trabajo VAXstation a mediados de la década de 1980. El MicroVAX fue reemplazado por el VAX 4000 , el VAX 8000 fue reemplazado por el VAX 6000 a finales de la década de 1980 y se introdujo el VAX 9000 de clase mainframe . A principios de la década de 1990, se introdujo el VAXft tolerante a fallos , así como los VAX 7000/10000 compatibles con Alpha . Una variante de varios sistemas basados ​​en VAX se vendió como VAXserver .

• Coy, Peter (6 de enero de 2021). "¿Quién recuerda la minicomputadora VAX, ícono de la década de 1980?" . Bloomberg News . Consultado el 9 de enero de 2021 .

• HP: Sistemas VAX en Wayback Machine (archivado el 7 de diciembre de 2004)
• Microprocesadores DEC
• SimH VAX es un emulador de código abierto que admite la arquitectura VAX.
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