هندسة كليبر

تُعدّ بنية كليبر بنيةً حاسوبيةً ذات 32 بت، تُشبه بنية وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وقد صممتها شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات . لم تُحقق هذه البنية نجاحًا يُذكر في السوق، إذ اقتصرت شركات تصنيع الحواسيب التي أنتجت خطوط إنتاج رئيسية باستخدام معالجات كليبر على شركتي إنترغراف وهاي ليفل هاردوير ، على الرغم من أن شركة أوبوس سيستمز قدّمت منتجًا قائمًا على كليبر ضمن سلسلة حواسيبها المركزية الشخصية . ^{[ 1 ]} صُممت المعالجات الأولى التي تستخدم بنية كليبر وبِيعت من قِبل شركة فيرتشايلد، ولكن تم بيع القسم المسؤول عنها لاحقًا إلى شركة إنترغراف في عام 1987؛ وواصلت إنترغراف العمل على معالجات كليبر لاستخدامها في أنظمتها الخاصة. ^{[ 2 ]}

استخدمت بنية كليبر مجموعة تعليمات مبسطة مقارنةً ببنى الحواسيب ذات مجموعة التعليمات المعقدة (CISC) السابقة، لكنها تضمنت بعض التعليمات الأكثر تعقيدًا من تلك الموجودة في معالجات RISC المعاصرة الأخرى. نُفذت هذه التعليمات في ذاكرة قراءة فقط للتعليمات الكلية (ROM) داخل وحدة المعالجة المركزية كليبر. وقد مكّن هذا التصميم كليبر من امتلاك كثافة تعليمات أعلى نسبيًا من وحدات المعالجة المركزية RISC الأخرى.

تعطل معالج كليبر

C100

C300

كان أول معالج دقيق من سلسلة كليبر أنتجته شركة فيرتشايلد هو C100، الذي طُرح في الأسواق عام 1986. تبعه معالج C300 الأسرع من شركة إنترغراف عام 1988. أما النموذج الأخير من سلسلة كليبر فكان C400، الذي صدر عام 1990، والذي خضع لتصميم مُحسّن لزيادة سرعته وإضافة المزيد من سجلات العمليات الحسابية ذات الفاصلة العائمة . جمع معالج C400 بين تقنيتين معماريتين أساسيتين لتحقيق مستوى جديد من الأداء: إرسال التعليمات فائق القياس والتشغيل فائق التجزئة .

بينما استخدمت العديد من المعالجات في ذلك الوقت إما إرسال التعليمات فائق القياس أو التشغيل فائق التجزئة ، كان معالج كليبر سي 400 أول معالج يستخدم كليهما. ^{[ 3 ]}

بدأت شركة إنترغراف العمل على تصميم معالج كليبر لاحق يُعرف باسم C5، لكنه لم يُستكمل أو يُطرح في الأسواق. ومع ذلك، طُوّرت بعض تقنيات تصميم المعالجات المتقدمة لمعالج C5، وحصلت إنترغراف على براءات اختراع لهذه التقنيات. وقد شكّلت هذه البراءات، إلى جانب براءات اختراع كليبر الأصلية، أساسًا لدعاوى انتهاك براءات الاختراع التي رفعتها إنترغراف ضد إنتل وشركات أخرى. ^{[ 4 ]}

على عكس العديد من المعالجات الدقيقة الأخرى، كانت معالجات كليبر عبارة عن مجموعات من عدة رقاقات منفصلة. يتكون كل من C100 وC300 من ثلاث رقاقات: وحدة معالجة مركزية واحدة تحتوي على وحدة حسابية للأعداد الصحيحة ووحدة حسابية للأعداد العشرية ، ووحدتي إدارة ذاكرة وذاكرة تخزين مؤقت (CAMMU)، إحداهما مسؤولة عن البيانات والأخرى عن التعليمات. احتوت وحدات CAMMU على ذاكرة تخزين مؤقت، ومخازن مؤقتة للترجمة ، ودعم لحماية الذاكرة والذاكرة الافتراضية . أما C400 فيتكون من أربع وحدات أساسية: وحدة معالجة مركزية للأعداد الصحيحة، ووحدة حسابية للأعداد العشرية، ووحدة إدارة ذاكرة، ووحدة تخزين مؤقت. استخدم الإصدار الأولي رقاقة واحدة لكل من وحدة المعالجة المركزية ووحدة الحساب العشرية، وعناصر منفصلة لوحدة إدارة الذاكرة ووحدة التخزين المؤقت، ولكن في الإصدارات اللاحقة، تم دمج وحدة إدارة الذاكرة ووحدة التخزين المؤقت في رقاقة CAMMU واحدة.

يحتوي جهاز Clipper على 16 سجلًا للأعداد الصحيحة (يتم استخدام R15 كمؤشر للمكدس)، و16 سجلًا للأعداد العشرية (محدودة إلى 8 في التطبيقات المبكرة)، بالإضافة إلى عداد البرنامج (PC)، وكلمة حالة المعالج (PSW) التي تحتوي على علامات حالة ALU وFPU وتمكين المقاطعات، وكلمة حالة النظام (SSW) التي تحتوي على تمكين المقاطعة الخارجية، ووضع المستخدم/المشرف، وبتات التحكم في ترجمة العناوين.

يحتوي كل من وضع المستخدم ووضع المشرف على مجموعات منفصلة من سجلات الأعداد الصحيحة. وتتمثل معالجة المقاطعات في حفظ عداد البرنامج (PC) وكتلة معالجة النظام (PSW) وكتلة معالجة النظام (SSW) على المكدس، ومسح كتلة معالجة النظام (PSW)، وتحميل عداد البرنامج (PC) وكتلة معالجة النظام (SSW) من متجه مقاطعة الذاكرة.

تعتمد بنية كليبر على تحميل/تخزين البيانات ، حيث تقتصر العمليات الحسابية على تحديد معاملات من السجلات أو المعاملات الفورية. تتكون حزمة التعليمات الأساسية من 16 بت: 8 بتات لرمز العملية، و4 بتات لسجل المصدر، و4 بتات لسجل الوجهة. تسمح صيغ المعاملات الفورية لحزمة تعليمات واحدة أو اثنتين لاحقتين بتحديد معامل فوري من 16 بت (ممتد الإشارة) أو 32 بت. يستخدم المعالج نظام الترتيب الصغير (little-endian) بشكل موحد، بما في ذلك المعاملات الفورية.

يتم توفير ترميز "سريع" خاص مع معامل غير موقع من 4 بت للجمع والطرح والتحميل (نقل السريع إلى المسجل) و not (نقل مكمل السريع إلى المسجل).

تكون أنماط عنونة تعليمات التحميل/التخزين والتفرع كما يلي. جميع الإزاحات موسعة الإشارة.

• (Rn)، d12(Rn)، d32(Rn): نسبية السجل بإزاحة 0 أو 12 أو 32 بت
• d16(PC)، d32(PC): نسبي إلى PC
• d16، d32: مطلق
• [Rx](Rn)، [Rx](PC): مُفهرس بالنسبة إلى السجل أو عداد البرنامج. لا يتم تغيير مقياس سجل الفهرس.

بالإضافة إلى العمليات المنطقية والحسابية المعتادة، يدعم المعالج ما يلي:

• 32×32→32 بت الضرب والقسمة والباقي (موقع وغير موقع)
• عمليات الإزاحة والتدوير 64 بت، تعمل على أزواج السجلات الزوجية/الفردية
• 32×32→64 بت عمليات الضرب الموسعة
• عملية دفع/سحب من سجل الأعداد الصحيحة (التخزين مع إنقاص القيمة قبل العملية، والتحميل مع زيادة القيمة بعد العملية)
• استدعاء روتين فرعي (دفع عداد البرنامج، نقل عنوان المعامل إلى عداد البرنامج)
• العودة من الروتين الفرعي (إخراج عداد البرنامج من المكدس)
• تحميل الذاكرة الذرية وتعيين msbit
• فخ المشرف

تسمح تعليمات الماكرو الأكثر تعقيدًا بما يلي:

• إدخال/إخراج سجلات الأعداد الصحيحة المتعددة R n –R14
• دفع/سحب سجلات الفاصلة العائمة المتعددة D n –D7
• إضافة/إزالة سجلات المستخدم R0–R15
• العودة من المقاطعة (إزالة SSW وPSW وPC)
• تهيئة سلسلة البايتات (تخزين R0 نسخ من R2 في الذاكرة بدءًا من R1)
• نقل الأحرف ومقارنة الأحرف (الطول في R0، المصدر في R1، الوجهة في R2)

تسمح معظم التعليمات بتحديد سجل مؤشر المكدس بشكل عشوائي، ولكن باستثناء حفظ/استعادة سجل المستخدم، لا يمكن لعمليات السجلات المتعددة استخدام سوى R15.

باعت شركة إنترغراف عدة أجيال من أنظمة كليبر، بما في ذلك الخوادم ومحطات العمل . وشملت هذه الأنظمة خطوط إنتاج InterAct و InterServe و InterPro، وكانت موجهة بشكل كبير إلى سوق التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD).

روّجت شركة فيرتشايلد لنظام التشغيل CLIX، وهو نسخة من نظام UNIX System V ، لاستخدامه مع جهاز كليبر. اعتمدت شركة إنترغراف نظام CLIX لأنظمتها القائمة على كليبر، وواصلت تطويره؛ وكان هذا هو نظام التشغيل الوحيد المتاح لتلك الأنظمة. عملت إنترغراف على نسخة من نظام مايكروسوفت ويندوز NT لأنظمة كليبر، وعرضتها للجمهور، ولكن تم إلغاء هذا المشروع قبل إصداره. ^{[ 5 ]} قررت إنترغراف إيقاف إنتاج سلسلة كليبر، وبدأت بدلاً من ذلك ببيع أنظمة x86 بنظام ويندوز NT .

• شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات (1987). معالج كليبر الدقيق 32 بت: دليل المستخدم . برنتيس هول. ISBN 0-13-138058-3.
• هولينغسورث، والتر؛ ساكس، هوارد؛ سميث، آلان جاي (1989). "معالج كليبر: بنية مجموعة التعليمات وتنفيذها" . اتصالات رابطة آلات الحوسبة . 32 (2): 200-219 . doi : 10.1145/63342.63346 . S2CID 13239029 . 
• هولينغسورث، والتر؛ ساكس، هوارد؛ سميث، آلان جاي (11 فبراير 1987). فيرتشايلد كليبر: بنية مجموعة التعليمات وتنفيذ المعالج (ملف PDF) (تقرير فني). UCB/CSD. 87/329 . تاريخ الاسترجاع: 22 مارس 2011 .
• تشو، جيمس؛ سميث، آلان جاي؛ ساكس، هوارد (أبريل 1986). بنية الذاكرة ووحدة إدارة الذاكرة والذاكرة المؤقتة لمعالج فيرتشايلد كليبر (ملف PDF) (تقرير فني). UCB/CSD. 86/289 . تاريخ الاسترجاع: 22 مارس 2011 .
• ساكس، هوارد؛ ماكغان، هارلان؛ هانسون، لي؛ بروكوود، ناثان (1991). "مفاضلات التصميم والتنفيذ في بنية كليبر C400". مجلة IEEE Micro . 11 (3): 18-21 ، 74-80 . Bibcode : 1991IMicr..11c..18S . doi : 10.1109/40.87566 . S2CID 8895269 . 
• تاريخ إنترغراف
• مجموعة تعليمات وحدة المعالج الدقيق كليبر 32 بت (ملف PDF) (تقرير). فيرتشايلد. أكتوبر 1985. تاريخ الاسترجاع: 11 يوليو 2020 .
• معالج كليبر 32 بت: مقدمة إلى بنية كليبر (ملف PDF) (تقرير). فيرتشايلد. مايو 1986. تاريخ الاسترجاع: 11 يوليو 2020 .
• ورقة بيانات محرك الحوسبة Clipper C100 ذو 32 بت (ملف PDF) (تقرير). إنترغراف. ديسمبر 1987. تاريخ الاسترجاع: 11 يوليو 2020 .