فاكس

VAX (اختصار لـ Virtual Address Extension ) هي سلسلة من الحواسيب تتميز ببنية مجموعة تعليمات 32 بت وذاكرة افتراضية ، طورتها شركة Digital Equipment Corporation (DEC) وباعتها في أواخر القرن العشرين. كان جهاز VAX-11/780 ، الذي طُرح في 25 أكتوبر 1977، أول حاسوب من سلسلة حواسيب شهيرة ومؤثرة تُطبّق بنية VAX ISA. حققت عائلة VAX نجاحًا باهرًا لشركة DEC، حيث وصل آخر أعضائها في أوائل التسعينيات. وخلف VAX جهاز DEC Alpha ، الذي تضمن العديد من ميزات أجهزة VAX لتسهيل عملية نقلها من VAX.

صُمم جهاز VAX من قِبل شركة Digital Equipment Corporation (DEC) كخليفة لجهاز PDP-11 ذي الـ 16 بت ، أحد أنجح الحواسيب الصغيرة في التاريخ ^{[ 3 ]} ، حيث بيع منه ما يقارب 600,000 وحدة. صُمم النظام ليوفر توافقًا مع الإصدارات السابقة من PDP-11، مع توسيع الذاكرة إلى 32 بت كاملة ، وإضافة ذاكرة افتراضية مُصفحة حسب الطلب . يشير اسم VAX إلى مفهوم توسيع العناوين الافتراضية الذي سمح للبرامج بالاستفادة من هذه الذاكرة الجديدة المتاحة مع الحفاظ على التوافق مع كود وضع المستخدم لجهاز PDP-11 دون تعديل. تم اختيار اسم "VAX-11"، المستخدم في النماذج الأولى، لتسليط الضوء على هذه الميزة. تُعتبر بنية مجموعة تعليمات VAX (ISA) تصميمًا حاسوبيًا معقدًا (CISC).

تخلّت شركة DEC سريعًا عن علامة -11 التجارية، إذ لم يعد التوافق مع PDP-11 مصدر قلق كبير. توسّع خط الإنتاج ليشمل الحواسيب المركزية المتطورة مثل VAX 9000 ، بالإضافة إلى أنظمة محطات العمل مثل سلسلة VAXstation . احتوت عائلة VAX في نهاية المطاف على عشرة تصاميم متميزة وأكثر من 100 طراز فردي. جميعها متوافقة مع بعضها البعض، وتعمل عادةً بنظام التشغيل VAX/VMS .

يُنظر إلى VAX على أنها مثال نموذجي لمجموعة تعليمات CISC، ^{[ 4 ]} وذلك بفضل العدد الكبير جدًا من أنماط العنونة وتعليمات الآلة سهلة الاستخدام لمبرمجي لغة التجميع ، وبنية مجموعة التعليمات المتعامدة للغاية ، والتعليمات الخاصة بالعمليات المعقدة مثل إدراج أو حذف عناصر من قائمة الانتظار ، وتنسيق الأرقام، وتقييم كثيرات الحدود . ^{[ 5 ]}

نشأ اسم "VAX" كاختصار لـ virtual address extension ، وذلك لأن VAX كان يُنظر إليه على أنه امتداد 32 بت لـ PDP-11 ذي 16 بت ^{[ 3 ]} ولأنه كان (بعد Prime Computer ) من أوائل من اعتمدوا الذاكرة الافتراضية لإدارة مساحة العناوين الأكبر هذه.

تُطبّق الإصدارات الأولى من معالج VAX "وضع التوافق" الذي يُحاكي العديد من تعليمات PDP-11، ومن هنا جاء الرقم 11 في VAX-11 للتأكيد على هذا التوافق. أما الإصدارات اللاحقة، فقد نقلت وضع التوافق وبعض تعليمات CISC الأقل استخدامًا إلى برنامج نظام التشغيل للمحاكاة.

صُممت مجموعة تعليمات VAX لتكون قوية، ومتعامدة ، ^{[ 6 ]} وسهلة الاستخدام مع المترجمات. ^{[ 3 ]} عند طرحها، كانت العديد من البرامج مكتوبة بلغة التجميع، لذا كان من المهم وجود مجموعة تعليمات سهلة الاستخدام للمبرمجين. ^{[ 7 ] [ 8 ]} مع مرور الوقت، ومع ازدياد كتابة البرامج بلغات برمجة عالية المستوى ، أصبحت مجموعة التعليمات أقل وضوحًا، وأصبح مطورو المترجمات هم الوحيدون الذين يهتمون بها.

من الجوانب غير المألوفة في مجموعة تعليمات VAX وجود أقنعة السجلات ^{[ 9 ]} في بداية كل برنامج فرعي. هذه الأقنعة عبارة عن أنماط بتات عشوائية تحدد، عند تمرير التحكم إلى البرنامج الفرعي، السجلات التي يجب الاحتفاظ بها. في معظم البنى، يقع على عاتق المترجم إنتاج تعليمات لحفظ البيانات المطلوبة، وعادةً ما يستخدم مكدس الاستدعاءات للتخزين المؤقت. أما في VAX، الذي يحتوي على 16 سجلاً، فقد يتطلب ذلك 16 تعليمة لحفظ البيانات و16 تعليمة أخرى لاستعادتها. باستخدام القناع، تؤدي قيمة واحدة مكونة من 16 بت نفس العمليات داخليًا في العتاد، مما يوفر الوقت والذاكرة. ^{[ 6 ]}

بما أن أقنعة السجلات هي شكل من أشكال البيانات المضمنة في الكود القابل للتنفيذ، فإنها قد تجعل التحليل الخطي لرمز الآلة صعبًا. وهذا بدوره قد يعقد تقنيات التحسين المطبقة على رمز الآلة. ^{[ 10 ]}

نظام التشغيل الأصلي لأجهزة VAX هو VAX/VMS (نظام الذاكرة الافتراضية) من شركة Digital؛ وقد أُعيد تسميته إلى OpenVMS في عام 1991 أو أوائل عام 1992 عندما نُقل إلى Alpha ، وعُدّل ليتوافق مع معايير POSIX ، ووُصف بأنه متوافق مع XPG4 من قِبل اتحاد X/Open . ^{[ 11 ]} أرادت الشركة تجنّب وجود العديد من أنظمة التشغيل غير المتوافقة مع VAX مثل PDP-11؛ ^{[ 3 ]} صُمّم كل من VAX وVMS " بشكل متزامن " للاستفادة القصوى من بعضهما البعض، كما كان الحال في التنفيذ الأولي لمرفق VAXcluster .

خلال ثمانينيات القرن الماضي، طُوِّر برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) لبنية VAX، والذي يُسمى VMM (مراقب الآلة الافتراضية)، ويُعرف أيضًا باسم نواة أمان VAX ، في شركة Digital بهدف السماح بتشغيل نسخ معزولة متعددة من VMS وULTRIX على نفس الجهاز. ^{[ 12 ]} كان الهدف من VMM هو تحقيق الامتثال لمعيار TCSEC A1. وبحلول أواخر ثمانينيات القرن الماضي، كان البرنامج يعمل على أجهزة سلسلة VAX 8000 ، ولكن تم التخلي عنه قبل طرحه للعملاء.

تضمنت أنظمة تشغيل VAX الأخرى إصدارات مختلفة من توزيعة برمجيات بيركلي (BSD) يونكس حتى الإصدار 4.3BSD ، بالإضافة إلى Ultrix -32 و VAXELN و Xinu . ومؤخرًا، دعمت أنظمة NetBSD ^{[ 13 ]} و OpenBSD ^{[ 14 ]} نماذج VAX المختلفة، كما بُذلت بعض الجهود لنقل نظام لينكس إلى بنية VAX. ^{[ 15 ]} توقف OpenBSD عن دعم هذه البنية في سبتمبر 2016. ^{[ 16 ]}

بدأ تصميم VAX في عام 1975 تقريبًا، عندما أدركت شركة DEC أن بنية PDP-11 ذات 16 بت محدودة للغاية من حيث سعة الذاكرة القابلة للعنونة. ^{[ 3 ]} كان أول طراز VAX يُباع هو VAX-11/780 ، الذي طُرح في 25 أكتوبر 1977 خلال الاجتماع السنوي للمساهمين في شركة DEC. ^{[ 17 ]} كان بيل ستريكر، طالب الدكتوراه لدى سي. جوردون بيل في جامعة كارنيجي ميلون ، مسؤولاً عن تصميم البنية. ^{[ 18 ]} ومثل PDP-11، حقق VAX نجاحًا باهرًا؛ إذ شكّل غالبية مبيعات شركة DEC، ونمو مبيعاتها، وأرباحها من أوائل الثمانينيات إلى أوائل التسعينيات. أصبح VAX وVMS بنية الحاسوب الوحيدة التي طورتها شركة DEC بنشاط. ^{[ 3 ]} وتم لاحقًا إنتاج العديد من الطرازات المختلفة بأسعار ومستويات أداء وقدرات متباينة. حظيت حواسيب VAX فائقة الصغر بشعبية واسعة في أوائل الثمانينيات.

لفترة من الزمن، استُخدم جهاز VAX-11/780 كمعيار في اختبارات أداء المعالجات المركزية . وُصف في البداية بأنه جهاز بسرعة مليون تعليمة في الثانية (MIPS) ، لأن أداءه كان يُعادل أداء جهاز IBM System/360 الذي يعمل بسرعة مليون تعليمة في الثانية، وكانت تطبيقات System/360 تُعتبر سابقًا معايير أداء فعلية. بلغ عدد التعليمات المُنفذة فعليًا في ثانية واحدة حوالي 500,000 تعليمة، مما أدى إلى شكاوى من المبالغة التسويقية. ونتيجة لذلك، تم تعريف "VAX MIPS"، وهي سرعة جهاز VAX-11/780؛ حيث يُمكن لجهاز كمبيوتر يعمل بسرعة 27 مليون تعليمة في الثانية تشغيل البرنامج نفسه أسرع بحوالي 27 مرة من جهاز VAX-11/780.

في أوساط مجتمع شركة ديجيتال، كان مصطلح VUP ( وحدة أداء VAX ) هو الأكثر شيوعًا، نظرًا لعدم دقة مقارنة معالجات MIPS عبر مختلف البنى. وكان مصطلح " وحدات أداء VAX العنقودية " يُستخدم بشكل غير رسمي لوصف الأداء الإجمالي لمجموعة حواسيب VAX . (لا يزال أداء VAX-11/780 يُستخدم كمعيار أساسي في معيار BRL-CAD ، وهو مجموعة أدوات تحليل الأداء المضمنة في توزيعة برنامج BRL-CAD لنمذجة الأجسام الصلبة). احتوى VAX-11/780 على حاسوب LSI-11 مستقل تابع، كان يقوم بتحميل الشفرة الدقيقة، والتشغيل، ووظائف التشخيص للحاسوب الرئيسي. وقد تم الاستغناء عن هذه الميزة في طرازات VAX اللاحقة. وبالتالي، كان بإمكان مستخدمي VAX-11/780 تشغيل ثلاثة أنظمة تشغيل مختلفة من شركة ديجيتال إكويبمنت: VMS على معالج VAX (من محركات الأقراص الصلبة)، وRSX-11S أو RT-11 على LSI-11 (من القرص المرن أحادي الكثافة أحادي محرك الأقراص).

مرّت سلسلة VAX بالعديد من التطبيقات المختلفة. صُمم جهاز VAX 11/780 الأصلي بتقنية TTL ، وكان يشغل هيكلًا بمساحة أربعة أقدام في خمسة أقدام ^{[ 19 ]} بمعالج مركزي واحد . خلال ثمانينيات القرن الماضي، جرى تحسين الأجهزة المتطورة من هذه السلسلة باستمرار باستخدام مكونات منفصلة أسرع، وهو تطور انتهى بطرح جهاز VAX 9000 في أكتوبر 1989. أثبت هذا التصميم أنه معقد ومكلف للغاية، وتم التخلي عنه بعد فترة وجيزة من طرحه. شملت تطبيقات المعالج المركزي التي تتكون من مصفوفة بوابات منطقية متعددة مقترنة بالباعث (ECL) أو مصفوفة خلايا كبيرة، أجهزة VAX 8600 و8800 فائقة الصغر، وأخيرًا أجهزة VAX 9000 الرئيسية . أما تطبيقات المعالج المركزي التي تتكون من رقائق MOSFET مخصصة متعددة، فشملت أجهزة الفئة 8100 و8200. تم بناء أجهزة VAX 11-730 و 725 منخفضة التكلفة باستخدام مكونات AMD Am2901 bit-slice لوحدة الحساب والمنطق (ALU).

مثّل معالج MicroVAX I نقلة نوعية في عائلة معالجات VAX. ففي وقت تصميمه، لم يكن من الممكن بعد تنفيذ بنية VAX الكاملة على شريحة VLSI واحدة (أو حتى على عدة شرائح VLSI كما حدث لاحقًا مع وحدة المعالجة المركزية V-11 في معالجي VAX 8200/8300). وبدلًا من ذلك، كان MicroVAX I أول تطبيق لـ VAX ينقل بعض تعليمات VAX الأكثر تعقيدًا (مثل تعليمات الأعداد العشرية المعبأة ورموز العمليات ذات الصلة) إلى برامج المحاكاة. وقد قلّل هذا التقسيم بشكل كبير من كمية التعليمات البرمجية الدقيقة المطلوبة، وأُطلق عليه اسم بنية "MicroVAX". في MicroVAX I، تم تنفيذ وحدة الحساب والمنطق (ALU) والسجلات على شريحة واحدة من مصفوفة البوابات، بينما كانت بقية وظائف التحكم في الجهاز تعتمد على المنطق التقليدي.

ظهرت بنية MicroVAX كاملةً بتقنية VLSI ( المعالج الدقيق ) مع معالج MicroVAX II المركزي 78032 (أو DC333) ووحدة الفاصلة العائمة 78132 (DC335). كان المعالج 78032 أول معالج دقيق مزود بوحدة إدارة ذاكرة مدمجة ^{[ 20 ].} اعتمد MicroVAX II على لوحة معالج واحدة رباعية الحجم، تحمل رقائق المعالج وتُشغّل نظامي التشغيل MicroVMS أو Ultrix -32 . احتوى الجهاز على ذاكرة مدمجة بسعة 1 ميجابايت وواجهة ناقل Q22 مع عمليات نقل DMA . تلا MicroVAX II العديد من طرازات MicroVAX اللاحقة ذات أداء وذاكرة محسّنين بشكل كبير.

تلت ذلك معالجات VX بتقنية VLSI، مثل V-11 و CVAX وCVAX SOC (نظام على شريحة، وهو معالج CVAX أحادي الشريحة) و Rigel وMariah و NVAX . وسّعت معالجات VAX الدقيقة نطاق استخدام هذه التقنية لتشمل محطات العمل منخفضة التكلفة ، ثم حلت لاحقًا محل طرازات VAX المتطورة. كان هذا التنوع الواسع في المنصات (من الحواسيب المركزية إلى محطات العمل) باستخدام بنية واحدة أمرًا فريدًا في صناعة الحواسيب آنذاك. تم نقش العديد من الرسومات على شريحة معالج CVAX. ونُقشت عبارة CVAX... عندما تهتم بما يكفي لسرقة الأفضل، باللغة الروسية الركيكة، كتلاعب بشعار بطاقات Hallmark ، في رسالة موجهة إلى المهندسين السوفييت الذين عُرف عنهم سرقة حواسيب DEC لاستخدامها في التطبيقات العسكرية، بالإضافة إلى الهندسة العكسية لتصميم رقائقها. ^{[ 21 ] [ 22 ]} وبحلول أواخر الثمانينيات، ازدادت قوة معالجات VAX الدقيقة لتصبح منافسة للتصاميم المنفصلة. وقد أدى ذلك إلى التخلي عن سلسلتي 8000 و 9000 واستبدالهما بنماذج VAX 6000 التي تعمل بمحركات Rigel ، ولاحقًا بأنظمة VAX 7000 التي تعمل بمحركات NVAX .

استنادًا إلى قانون مور ، توقعت شركة DEC أن يظل تصميم VAX ذو 32 بت بنيةً قابلةً للتطبيق حتى عام 1999 تقريبًا. لم تتوقع الشركة أن تتفوق معمارية RISC ، خلال ثمانينيات القرن الماضي، على معمارية الحوسبة التقليدية بأداءٍ أعلى بكثير مقابل التكلفة. ^{[ 3 ]} وجدت مجلة PC Magazine في عام 1988 أن معالج النصوص MASS-11 يعمل بسرعة أكبر على جهاز IBM PC AT مقارنةً بجهاز VAX 8550 مع عبء عمل نموذجي. ^{[ 23 ]} ومع اجتذاب أنظمة Unix RISC من Sun Microsystems وغيرها لعملاء VAX، ^{[ 24 ]} في عام 1989، طرحت DEC مجموعةً من محطات عمل وخوادم RISC التي تعمل بنظام Ultrix ، وهما DECstation و DECsystem على التوالي، باستخدام معالجات من MIPS Computer Systems . في عام 1992 قدمت شركة DEC بنية مجموعة تعليمات RISC الخاصة بها، Alpha AXP (التي أعيد تسميتها لاحقًا إلى Alpha)، ومعالجها الدقيق الخاص القائم على Alpha، DECchip 21064 ، وهو تصميم عالي الأداء 64 بت قادر على تشغيل OpenVMS.

في أغسطس 2000، أعلنت شركة كومباك عن إيقاف إنتاج طرازات VAX المتبقية بحلول نهاية العام، ^{[ 25 ]} إلا أن الأنظمة القديمة لا تزال مستخدمة على نطاق واسع. ^{[ 26 ]} ولا يزال برنامجا محاكاة VAX، Stromasys CHARON-VAX و SIMH، متوفرين. أما برنامج VMS، فتتولى تطويره الآن شركة VMS Software Incorporated، ولكنه متاح فقط لمنصات Alpha و HPE Integrity و x86-64 .

كان أول نظام قائم على معالج VAX هو VAX-11/780 ، وهو أحد أفراد عائلة VAX-11 . حلّ جهاز VAX 8600 المتطور محل VAX-11/780 في أكتوبر 1984، وانضمت إليه أجهزة الكمبيوتر الصغيرة MicroVAX للمبتدئين ومحطات العمل VAXstation في منتصف الثمانينيات. ثم حلّ VAX 4000 محل MicroVAX ، وحلّ VAX 6000 محل VAX 8000 في أواخر الثمانينيات، وتم طرح جهاز VAX 9000 من فئة الحواسيب المركزية . في أوائل التسعينيات، تم طرح جهاز VAXft المقاوم للأعطال ، بالإضافة إلى جهازي VAX 7000/10000 المتوافقين مع نظام Alpha . كما تم بيع نسخة معدلة من أنظمة VAX المختلفة تحت اسم VAXserver .

• كوي، بيتر (6 يناير 2021). "من يتذكر جهاز VAX Minicomputer، رمز الثمانينيات؟" . بلومبيرغ نيوز . تم الاطلاع عليه في 9 يناير 2021 .

• HP: أنظمة VAX في Wayback Machine (تمت أرشفة بتاريخ 7 ديسمبر 2004)
• معالجات DEC الدقيقة
• محاكي SimH VAX مفتوح المصدر يدعم بنية VAX
• المجلات التقنية الرقمية الكاملة