Miniszámítógépek
Miniszámítógépek
A nagyszámítógépekkel szinte egy időben megjelent ún. miniszámítógépek (minicomputers) esetében más piaci elképzelések vezérelték a felépítési rendszer kialakítását. Az adott körülmények között legegyszerűbb számítógép-konstrukciót kellett kidolgozni. Olyan konstrukciót, amelyet a berendezésépítés adott színvonala mellett a lehető legalacsonyabb áron lehetett forgalomba hozni. A számítóközpontok helyett ugyanis az összes többi potenciális vevőt vették célba. Azokat, akiket épp az alacsony ár segítségével tudtak megnyerni a gyártók. Mivel az elektronikaialkatrész-gyártók által kidolgozott kommersz áramköri elemekből (kapuk, tároló regiszterek, aritmetikai-logikai egységek stb.) lehetett legolcsóbban berendezéseket építeni, mindig kínálata szabta meg a miniszámítógép-gyártók konstrukcióit. A kezdeti korlátozott képességű konstrukcióktól így csak fokozatosan jutottak el a miniszámítógépek a minden igényt kielégítő felépítésig (az ún. szuperminik).
A minigépek térhódítását a Digital Equipment Corporation (DEC) cég PDP–8 számítógépe indította el. Az IBM System 370-nel egy időben, 1965-ben megjelent berendezés ún. 12 bites műveletvégzési filozófiát alkalmazott, és későbbi, némileg továbbfejlesztett változatai is csak 128 K 12 bites szó memóriakapacitás kiépítését tették lehetővé. Az alapberendezés ára azonban minden képzeletet felülmúlóan alacsony volt. Mindössze 18 ezer dollárba került a 4 K szavas memóriával felszerelt alapgép. A gép mérete is szakított az addig megszokottakkal, mivel egy asztalon elhelyezhető berendezésről volt szó. Ezt az alapkonfigurációt kínálta egyre olcsóbb megvalósításokban a DEC. Az 1975 októberében piacra hozott PDP–8/A pl. már mindössze 2,5 ezer dollárért volt megvásárolható ilyen kiépítésben. Az 1976-ban megjelent lebegőpontos műveletvégző opcióval (külön beszerezhető kiegészítés) pedig ennek processzorteljesítménye a 60-as évek legelterjedtebb nagyszámítógépével, az IBM 360 Model 40-ével vetekedett a tudományos-technikai feldolgozásokban is.
A kisméretű, környezeti szempontból igénytelen (nem szükséges speciális légkondicionálás) konstrukció s nem utolsósorban az értékesítés módja miatt a laboratóriumok, az oktatási intézmények és az ipari alkalmazók kedvelt gépei lettek a miniszámítógépek. A vevők maguk is konfigurálhatták tármodulokkal, perifériákkal és szoftverekkel rendszereiket. A minik vevőkörében adva volt a megfelelő technikai felkészültség ahhoz, hogy sikerrel birkózzanak meg egy ilyen rendszerépítési feladattal. Egyre-másra jelentek meg hardver/szoftver kiegészítőket gyártó kisvállalatok is kínálatukkal, így a nagygépgyártók „mindent egy helyről” jellegű megközelítésével szemben egyre inkább a többszereplős rendszer lett a miniszámítógépek piacának jellemzője.
Kialakult pl. az ún. OEM (Other Equipment Manufacturer – más berendezések gyártója) forgalmazási rendszer. Ez azt jelentette, hogy a minigyártó más szállítónak adta el nagyobb tételben az alaprendszereket, és az egyes konkrét alkalmazási igényeknek megfelelően ez a másik szállító állította össze a rendszert. Az ilyen szállítók köre meglehetősen széles volt, mivel idetartoztak pl. a folyamatirányításban tevékenykedő cégektől kezdve az adatátvitel bizonyos speciális területeire szakosodó vállalatokig igen sokan. A legtipikusabbak az ún. rendszerházak (system houses) voltak, ezek kulcsrakész alkalmazási rendszerekkel jelentkeztek a piacon.
A berendezésépítési technológiák időközben töretlenül fejlődtek. Az 1965-ben még csak 12 bites elvi felépítésben elérhető piaci elképzelést 1970-ben 16 bites rendszerben, 1978-ban pedig már 32 bites rendszerben valósították meg. Ennek megfelelően jelentek meg a már Mbájt nagyságrendű memóriakiépítést is megengedő 16 bites miniszámítógépek (jellemző képviselőjük a DEC PDP–11), ill. a már minden elképzelhető igény kielégítésére alkalmas 32 bites, ún. szupermini számítógépek (jellemző képviselőjük a DEC VAX–11).
A 16 bites felépítési rendszerű minigépek között legsikeresebb PDP–11 család is több modellből állt. A modellek kialakítását azonban speciális piaci szempontok befolyásolták. Teljesen egységes utasításkészletet pl. azért nem tudtak bevezetni, mert az adat- és információfeldolgozást hatékonyan támogató, speciális utasítások csak feleslegesen növelték volna az ipari alkalmazásokra szánt modellek árát, s fizikailag is nagyobb gépet eredményeztek volna. Ehhez hasonló szempontok vezették a DEC céget abban, hogy rugalmasan bővíthető rendszer keretében alkalmazza a gépcsaládelvet.
Az egységesség leginkább a bővítési rendszerben érvényesült. A tármodulokat és a perifériaillesztő egységeket a UNIBUS-nak nevezett buszrendszer üres kártyahelyein lehetett elhelyezni. A UNIBUS jeleinek rendszere teljesen szabványos volt, és mivel a gépcsalád minden tagja ugyanazt a buszt használta, minden géphez ugyanazt a kártyát használhatták. Ez nemcsak a minigyártónak volt igen előnyös, hanem a vele (valódi értelemben vagy akár tisztán piaci alapon) együttműködő kiegészítőgyártóknak és OEM vállalatoknak is. Maga a minigyártó ugyanakkor a legkülönbözőbb igényű alapkonstrukciók kidolgozására koncentrált.
A nagy tömegű ipari, laboratóriumi és munkahelyi alkalmazások céljaira dolgozták ki az alacsony árfekvésű modelleket. Emellett mindig kínáltak az adott technológiai körülmények között optimális árteljesítmény viszonyúnak mondható konstrukciót a miniszámítógép-alkalmazások derékhadát alkotó alkalmazásokhoz. Kezdetben az egyedi, ipari és laboratóriumi rendszerek voltak ezek, míg a későbbiekben csatlakoztak az adatátviteli célalkalmazások (hálózati vezérlőgépek stb.) és az ún. kis üzleti számítógépek (small business computers). Az utóbbiak a legkülönfélébb irodai adat- és információfeldolgozási feladatokat látták el, mint a könyvelés, számlázás, szövegfeldolgozás és ehhez hasonlók.
Végezetül mindig kínáltak az adott technológiai szinten maximális teljesítményű konstrukciót. Főleg a többfelhasználós és interaktív, tehát folyamatos ember–gép együttműködésen alapuló alkalmazásokhoz volt szükség ezekre a modellekre. A PDP–11/70 pl. akár 64 terminált (értsd: felhasználót) is ki tudott szolgálni, és teljesítőképességében igencsak megközelítette az akkori idők közepes teljesítményű nagygépeinek teljesítményét. Számítóközponti jellegű feldolgozásokra is lehetett tehát használni.
A PDP–11 rugalmasan bővíthető felépítési rendszere igen alkalmas volt a mikroelektronika legújabb lehetőségeinek kiaknázására. A PDP–11 kisméretű készülékházában egyre nagyobb memóriát tudtak kiépíteni. Egymás után jelentek meg ugyanis az egyre nagyobb kapacitású félvezető memóriachipek. Az egymást általában háromévenként követő új lapkák ára mindig azonos nagyságrendű volt, egy és tíz-egynéhány dollár között változott. Az egy bitre eső fajlagos költségek tehát drasztikusan csökkentek. Ezt a lehetőséget egyébként a 80-as évek nagyszámítógépeinek tervezői is alaposan kihasználták, nem is beszélve a mikroszámítógépekről, amelyek már eleve félvezető memóriákkal jelentek meg a piacon.
A processzorelektronika vonatkozásában is jól ki tudták használni a lehetőségeket. 1975-ben 4, erre a célra tervezett lapkán a legegyszerűbb, de már komplett PDP processzort (11/03) valósította meg a DEC. Később megjelent egy 3 chipes, kétszeres teljesítményű változattal (11/23, 11/23+ és 11/24). A 80-as évek első felében pedig már a legnagyobb gép, a PDP–11/70 processzorának megfelelő konstrukciót is kidolgozta. Az egyetlen lapkán megvalósított, igazi mikroprocesszor a 11/73 és a 11/84 alapja lett. Az itt felsorolt, nagy és igen nagy integráltságú processzorokkal ún. egykártyás (értsd: egyetlen áramköri kártyás) számítógépeket is piacra hozott a vállalat. Az egykártyás, ill. mikroszámítógépszerű gépeknek az alkalmazások újabb körét jelentették az ún. beágyazott rendszerek (embedded systems). A legkülönfélébb ipari berendezésekbe (pl. szerszámgépekbe) építették be a számítógépet, a magas szintű működtetést, vezérlést és felügyeletet biztosítandó. Már a PDP–8-cal megkezdődtek ugyan az ilyen jellegű alkalmazások, de az ipari méretű felhasználásra csak ekkor kerülhetett sor.
A DEC 12 és 16 bites miniszámítógépei hatalmas piaci sikert arattak. 1974. júniusáig összesen 14900 db PDP-8-at adott el a vállalat. A PDP–11 eladások 2 évvel később, 1976 júniusában érték el ezt a számot (14700 db). Összehasonlításul érdemes megemlíteni, hogy az IBM System 370 számítógépekből ekkorra 17300 db-ot adtak el. A mikroprocesszoros miniszámítógépek megjelenésével (a PDP–8 és PDP–11 családokban egyaránt) ugrásszerűen nőtt az eladott rendszerek száma. 1982 végéig összesen kb. 90000 db PDP–8-eladást tartottak számon, és kb. 345000 db eladott PDP–11-et, ebből 211850 volt a mikroprocesszoros mini. Két évvel később már arról számoltak be, hogy egyedül a mikroprocesszoros PDP–11-ek eladása meghaladta a 300000-et. Ennek jelentős részét azonban az egykártyás számítógépként a beágyazott vezérlések céljaira eladott gépek tették ki. (A mellékelt táblázatban ezért kisebb szám van feltüntetve a 11/03,23 és 23+ mikroprocesszoros típusok összevont adatánál.)
A miniszámítógépek egymást követő családjai, mint a PDP–8 és a PDP–11, teljesen eltérő architektúrát jelentettek. Különbözött az utasításkészlet, a memóriacímezhetőség, a kezelhető adatok mérete és így tovább. A programokat nem lehetett egykönnyen átvinni az egyik gépcsaládról a másikra. Ez magyarázza azt, hogy a korábbi konstrukciójú számítógépeket még igen hosszú ideig gyártani kellett. A DEC cégnek pl. csak a 80-as évek elején sikerült leállítania az egyébként már régen elavult PDP–8 gyártását. A mostanra már szintén elavult PDP–11-et pedig még napjainkban is gyártania kell. (1985-ben tett bejelentése szerint a 80-as évek végéig.)
Láttuk azt is, hogy még egy családon belül sem volt biztosítva a programszintű azonosság. Emellett mind a 12, mind a 16 bites architektúra meglehetősen erőforráskorlátos volt. Szűkös és korlátozott műveleti erejű volt az utasításkészlet, a memóriát pedig csak kis kapacitásban lehetett használni. Így pl. a PDP–11 programok 64 Kbájtos szegmensekben „látták” a memóriát. Teljesen egységes gépcsalád-konstrukcióra volt tehát szüksége a minigyártónak, ami egyszer s mindenkorra minden elképzelhető korláttól megszabadítja őt.
A DEC cég a VAX–11 felépítési rendszer bevezetésével (1978) oldotta meg ezt a problémát. Egy VAX–11 gépen futó program egyszerre 4 Gbájt memóriaterületet tud címezni. A VAX–11 utasítások 32 bites operandusokkal is tudnak műveleteket végezni. Végezetül az utasításkészlet műveleti ereje bizonyos vonatkozásban meghaladja az addigi nagyszámítógépekét is. A gépnek egy sor olyan utasítása van, amely a magasszintű nyelven írott programok hatékony végrehajtását támogatja. A rendkívül jól sikerült konstrukció lehetővé tette, hogy az eredeti VAX gépcsalád különböző teljesítményű tagjaiból (VAX–11/725, 730, 750, 782 és 785) nem kevesebb mint 57510 db-ot értékesítsen a vállalat.
A VAX–11-gyel tehát a miniszámítógépek új diadalmenete vette kezdetét. Az ún. szuperminik (az elnevezés onnan ered, hogy ezek a gépek minden korábbi mininél „szuperebbek”) kezdetben csak a közepes és alacsonyabb teljesítményű nagygépekkel vették fel a versenyt, napjainkra azonban már kezdik befogni a legnagyobb teljesítményű nagyszámítógépeket is. Ehhez teljesen más technológiára volt szükség. A korábban szinte minden minigyártó által használt kommersz áramköri komponensek az igazán nagy teljesítményekhez már nem voltak elégségesek. Az elektronika legelső vonalába tartozó áramköri technológia (ún. ECL kaputömb áramkörök) berendezéseinek tervezése és gyártása kellett ahhoz, hogy ez a nagyigényű felépítési rendszer valóban kiemelkedő teljesítményű processzort eredményezzen. A DEC cégnek pl. kerek 7 évre volt szüksége ehhez (mint ezt a VAX gépek sorát bemutató táblázatból látjuk). Legalább 2 évet csúszott az igazi „nagy VAX”, a 8600-as megvalósítása, és egy időben jelent meg az architektúra mikroprocesszoros megvalósításával, a Micro-VAX II-vel.
A DEC-nek igen nagy erőfeszítésébe került a mikroszámítógépes technológiákkal való lépéstartás is. Egy 32 bites mikroprocesszor megvalósításához 3-4 év is szükséges lehet, és mind a tervezéshez, mind a gyártáshoz évtizedes mikroelektronikai tapasztalatok kellenek. Szinte az utolsó pillanatban sikerült a vállalatnak megfelelő teljesítményű (0,9 MIPS) és elfogadható sorozatban gyártható konstrukciót kidolgoznia a MicroVAX II processzoraként. (A MicroVAX I mindössze átmeneti megoldás volt, processzora nem tekinthető mikroprocesszornak.) A forgalmazás első húsz hónapjában 35900 ilyen gépet adtak el. Majd 3 évbe tellett, amíg a következő mikroprocesszoros géppel, a MicroVAX 3000-essel megjelentek. A mikroprocesszorok fejlesztésében és gyártásában specialista cégekkel folytatott verseny nehézségeit jól mutatja, hogy ez a legújabb VAX-mikroprocesszor is elmarad a profi cégek termékeitől. (Teljesítménye 2,8 MIPS, a Motorola százezres nagyságrendben már évek óta alkalmazott 68020-asának max. 4,0 MIPS teljesítményéhez képest. Az Intel már szintén több százezer példányban eladott 80386-osának max. 5,6 MIPS teljesítményéhez képest még alacsonyabbnak tűnik a legújabb MicroVAX teljesítménye.)
Hasonló technológiai problémákkal kellett megküzdenie a DEC-nek a teljesítménynövelés többprocesszoros útján is. Csak 1988 márciusában jelenhetett meg olyan gépekkel (a VAX8810, 8820, 8830 és 8840), amelyekben mindegyik processzor bármilyen rendszer- és felhasználói programot szabadon tud futtatni. A korábbi duálprocesszoros (kétprocesszoros) konfigurációk (11/782, 8300, 8800 stb.) nem voltak igazi többprocesszoros rendszerek, mivel a működtető rendszerszoftvert csak az egyik processzor tudta futtatni, ez pedig teljesítménykorlátozó tényező. A vállalat számára rendkívül fontos volt a többprocesszoros technológia elsajátítása, hisz ennek tudható be, hogy középkategóriájú VAX rendszereinek legújabb változatát, a VAX6200-as gépeket az önmagában nem túlzottan nagy teljesítményű, legújabb VAX mikroprocesszorra alapozhatta, és ezzel 11 MIPS összteljesítményt tudott elérni.
Az elmondottakból úgy tűnhet, hogy a legnagyobb minigyártó nem tudott egyedülálló technológiai innovációval megjelenni a 80-as években, pedig ez nem igaz. A többprocesszoros kialakítás helyett ugyanis igazán eredeti többgépes megoldással, a VAX gépek fürtjével (VAX cluster) jelentkezett a DEC 1983-ban. Ez a fürt egy speciális, nagy sebességű (70 Mbit/sec) hálózat segítségével köti össze a fürtbe kapcsolt gépeket, és a fürtben alkalmazott intelligens (programozott) tárrendszereket egymással. Az operációs rendszer speciális változatával működtetett többgépes rendszerben összegződnek a teljesítmények (max. 16 csomópont), igaz, nem olyan hatékonysággal, mint a közös operatív tárat használó többprocesszoros kialakításokban. Ezt a hátrányt ugyanakkor ellensúlyozza az a lehetőség, hogy a régi gép(ek) mindenféle feljavítása vagy cseréje nélkül – tehát a korábbi invesztíciót teljesen megőrizve – növelni tudja VAX rendszerének teljesítményét a felhasználó: egyszerűen új gépet kell vennie, és fürtbe kötni a meglévőkkel. A VAX fürtök üzleti sikerét jól mutatja, hogy 1987-ben termékként (a 4 db, ill. 8 db VAX8700-asból álló VAX8974-es és 8978-as modellek) is megjelentette ezt a technológiát a vállalat. Az összegzett teljesítmény elérte az 52 MIPS-et.
A közel százezer VAX számítógép legfontosabb alkalmazási területei a mérnöki számítások, a grafika és általában a kutatás-fejlesztés. A mikroelektronikai áramkörök tervezésében egy időben szinte egyeduralkodó pozíciót vívott ki magának ez a gép. Itt ugyanis valóban döntő volt a hatalmas tárkapacitás és a nagy processzorteljesítmény. Igen nagyok a futtatandó programok, és a kezelt adatok mennyisége is óriási. Egy több tíz- vagy akár több százezer tranzisztorból felépített áramkör rendkívül összetett konstrukció. Működésének modellezése és a modell képernyős megjelenítéssel történő manipulálása egyáltalán nem hétköznapi feladat.
Legalább ilyen fontos terület a többfelhasználós interaktív feldolgozásoké. Már a legelső VAX–11-gyel is ki lehetett szolgálni akár 100 interaktív felhasználót is. Az igazán nagy teljesítményű újabb VAX-oknál pedig több száz felhasználó is használhatja egyazon gép erőforrásait. A nyolcgépes VAX fürt (VAX8978) pedig 1000-nél is több felhasználó kiszolgálására képes. A nagy számban eladott MicroVAX II gépeket is interaktív, többterminálos rendszerekben alkalmazták elsősorban (főként OEM típusú értékesítési csatornákon keresztül). E rendszerekhez vezették be 1987-ben a fürttechnológia Ethernet típusú helyi hálózatokban (10 Mbit/sec átviteli sebesség) működő változatát. Ezzel akár 100 MIPS összevont teljesítményt is ki tud építeni a felhasználó (a nagyobb VAX-ok bevonásával), mivel 26 számítógép is lehet egy ilyen fürtben.
A VAX eladások komoly húzóereje volt az ún. osztott feldolgozás (ez már a fürtkoncepcióból is kitűnik, ami tekinthető az osztott feldolgozás egy fajtájának). A nagyszámítógépek gyártásának szinte dogmatikus alapkoncepciója, hogy minden feldolgozást egy helyre, a számítóközpontba kell koncentrálni. Az osztott feldolgozás ennek pontosan az ellenkezőjét vallja. A feldolgozási kapacitást közvetlenül a felhasználás közelébe kell telepíteni, és a szerteszéjjel elhelyezett gépeket adatátviteli hálózat segítségével kell rendszerbe egyesíteni. Minden funkcionális részleg, osztály és telephely saját részrendszerhez juthat ily módon, nem is beszélve a személyhez rendelt gépekről, amelyek a lehető legtermészetesebb módon illenek az ilyen hálózati rendszerbe. A hálózati kapcsolat miatt a részrendszerek együttműködése sem jelent gondot.
A hálózaton keresztül egyesített, osztott rendszer koncepciójának megvalósításában mindenkit megelőzött a DEC. 1975 óta tudatosan fejlesztette hálózati rendszerét, és ez nagymértékben hozzájárult ahhoz, hogy az IBM vevőit egymás után hódította el az óriásvállalattól. Élenjáró technológiáját jól mutatja saját hálózata, az ún. Easynet, amely egyben a világ legnagyobb magánkézben lévő hálózati rendszere. 1987 szeptemberében 20200 db számítógépet kötött össze ez a rendszer, 27 országra, 380 vállalati telephelyre és 75000 munkatársra terjedt ki (a DEC telephelyeinek 58%-a és az alkalmazottak 68%-a). Az épületeken belül, az épületek között, sőt akár egy nagyváros egész területén a nagy sebességű Ethernet technológiát használja. Az ilyen részhálózatokat az igények szerinti sebességű adatátviteli kapcsolatok – beleértve a kontinensek közötti műholdas kapcsolatokat is – kötik össze egymással.
Ilyen színvonalú technológia rendkívüli vonzerőt gyakorolt a felhasználókra, és még a hagyományos IBM-vevőknél is igaznak bizonyult, hogy a DEC hálózatai és VAX gépei jobban egészítik ki az IBM alapú számítóközpontot, mint az IBM saját termékei. (Az IBM-nek a mai napig nincs a DEC-ével összehasonlítható hálózati termékegyüttese. SNA-nak nevezett hálózati rendszerében ugyanis a számítógépes csomópontok között alá-fölé rendeltség érvényesül, ami lehetetlenné teszi az egyenrangú számítógépekkel kialakított, igazi osztott rendszerek kialakítását.) Így lett az egykori minigyártó mindenki meglepetésére az IBM legnagyobb riválisa a hagyományos adat- és információfeldolgozás területén is. Ma már megjelenésében sem hasonlít egykori önmagára, inkább egy „mini IBM” benyomását kelti.
