PDP-1

PDP-1

Programmed Data Processor-1
Tootja	Digital Equipment Corporation
Tüüp	miniarvuti
Hind	120 000 $
Toide	115 V, 60 Hz
Mõõtmed	2,4 m × 1,8 m × 0,6 m
Kaal	540 kg

PDP-1 (Programmed Data Processor-1) oli 1959. aastal firma Digital Equipment Corporationi (DEC) poolt loodud miniarvuti. PDP-1 sai tuntuks kui esimene miniarvuti, millel oli võimalik mängida videomängu Spacewar! (1962).  Arvuti paigaldati mitmetesse olulistesse uurimiskeskustesse, sealhulgas Massachusettsi Tehnoloogiainstituuti (MIT), mis aitas kaasa häkkerikultuuri tekkimisele.

Ajalugu

PDP-1 oli otsene järglane Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) Lincoln Laboratory TX-0 (Transistor Experimental) arvuti projekteerimistööle. TX-0 oli eksperimentaalne arvuti, mida kasutati transistorite ja mälu testimiseks. PDP-1 disainerid Ben Gurley ja Dick Best kasutasid paljusid TX-0 skeeme PDP-1 arendamisel.

PDP-1 oli Digital Equipment Corporationi (DEC) esimene arvuti, mis jõudis turule 1959. aastal.   Alguses oli Digital Equipment Corporation loodud siiski eelkõige selleks, et toota inseneridele mõeldud mooduleid, aga 1959. aastal otsustati hakata tegelema ka arvutite tootmisega. PDP-1 kasvas otse välja moodulite ärist ning seetõttu kasutati PDP-1 sees mitmeid DEC-i mooduleid.

Aastatel 1959–1969 toodeti kokku 53 PDP-1 masinat. Kuigi tootmine lõpetati 1969. aastal, jätkus nende aktiivne kasutus paljudes teadusasutustes ja ülikoolides veel 1970. aastatel. PDP-1 keskmine müügihind oli umbes 120 000 USA dollarit, mis tegi selle oluliselt odavamaks võrreldes teiste suurarvutitega, mille hind ulatus sageli miljonitesse dollaritesse.

PDP-1 tootmise ajal kavandati ka kahte uut toodet: PDP-2, mis ei jõudnud kunagi algstaadiumist kaugemale, ja PDP-3, 36-bitine masin, mille kontseptsioon põhines PDP-1 arhitektuuril, kuid mida DEC ise ei ehitanud. PDP-1-le järgnes 1962. aastal PDP-4, millel oli sarnane 18-bitine ülesehitus, ent aeglasem mälu ja soodsam hind: umbes 65 000 dollarit. Seda mudelit müüdi ligikaudu 54 eksemplari, mida kasutati erinevates rakendustes, sealhulgas tuumafüüsikas, tootmises ja juhtimissüsteemides.

Tehnilised andmed

PDP-1 kasutas ferriitmälu, mille tsükliaeg oli viis mikrosekundit. See võimaldas arvutil täita kuni 100 000 liitmistehet sekundis, mis oli ligikaudu kaks ja pool korda kiirem kui enamikul tolle aja arvutitest ning üle saja korra kiirem kui trummelmäluga süsteemidel. Mälu algne mahutavus oli 4096 sõna, igaüks 18-bitine, ning süsteemile sai lisada kuni kaheksa sama mahutavusega mälumoodulit.

Põhiprotsessor koosnes juhtloogikast, aritmeetika- ja aadressimoodulitest ning mälupuhvri registrist. Liitmine, lahutamine ja muud kahe tsükliga käsud vajasid täitmiseks ligikaudu 10 mikrosekundit, samas kui keerukamad operatsioonid, näiteks korrutamine, võtsid keskmiselt 325 mikrosekundit.

PDP-1 oli arvuti, mis oli loodud töötama mitmesuguste sisend- ja väljundseadmetega ilma, et oleks vaja teha sisemisi muudatusi. Standardvarustusse kuulus perfolindi lugeja kiirusega 400 rida sekundis, kirjutusmasin sisendiks ja väljundiks ning perfolindi augustaja kiirusega 63 rida sekundis. Valikvarustuse hulka kuulusid magnetlint, 16-tolline elektronkiiretoru, valguspliiats ekraani juhtimiseks, perfokaardid ning reaalajakell. Tarkvaraliselt oli PDP-1 varustatud diagnostikaprogrammide, assembleri, siluri, tekstiredaktori, graafikarakenduste, muusikaprogrammide ja mängudega.

PDP-1 kasutas tavalist 115-voldist vahelduvvoolu 60 Hz sagedusel ning ei vajanud õhukonditsioneeri ega põrandatugevdust . Arvuti võttis enda alla umbes 1,6 ruutmeetrit põrandapinda ning selle mõõtmed olid ligikaudu 2,4 meetrit kõrguses, 0,6 meetrit laiuses ja 1,8 meetrit sügavuses. Kaal ulatus umbes 540 kilogrammini.

Kasutus

Protsessijuhtimine

DEC-i suurimaks kliendiks oli rahvusvaheline sideteenuste pakkuja ITT (International Telephone & Telegraph), kes kasutas PDP-1 arvuteid sõnumite vahetamise (ingl message switching) automatiseerimiseks. See uuendus muutis oluliselt, kuidas ITT oma kaugsidet korraldas. Kokku ostis ITT 19 PDP-1. Gordon Bell, DEC-i insener ja hilisem arendusjuht, on märkinud, et ITT tellimus aitas DEC-il saavutada tootmismahu kasvu ning kui seda tellimust poleks tulnud, poleks ettevõte arvutitööstuses tõenäoliselt ellu jäänud.

Teadustöö

Tänu madalale hinnale, kasutuslihtsusele ja avatud sisend-väljundstruktuurile muutus PDP-1 väga populaarseks teadlaste ja uurimisasutuste seas. Arvuti sobis hästi laboriseadmete juhtimiseks ja andmete kogumiseks. Varaste teaduskasutajate seas olid näiteks Lawrence Radiation Laboratory, kes kasutas PDP-1 välisseadmete juhtimiseks, BBN (Bolt, Beranek and Newman) akustikauuringuteks, Kanada Aatomienergia Komisjon reaktorite disainimisel ja Caltechi JPL (Jet Propulsion Laboratory) Marineri kosmoseprogrammi raames jälgimisandmete töötlemiseks. DEC ise toetas sellist teaduspõhist kasutust, jagades "PDP-1 Handbooki", mis sisaldas kogu masina dokumentatsiooni ja aitas kasutajatel süsteemi iseseisvalt mõista ja laiendada.

Spacewar!

Kuigi PDP-1 oli algselt mõeldud teaduslike rakenduste jaoks, sai selle üheks tuntumaks kasutuseks interaktiivne videomäng Spacewar!, mille arendamine algas 1961. aastal Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis (MIT). Mängu idee algatajad olid Steve Russell, J. Martin Graetz ja Wayne Wiitanen, keda inspireerisid E. E. Smithi ulmeromaanid "The lensman" ja "The skylark of space". Projekti täiustamises osalesid hiljem ka Peter Samson, Dan Edwards ja Martin Graetz.

Spacewar! kujutas endast kahte reaalajas juhitavat kosmoselaeva, mida juhivad kaks mängijat, eesmärgiga vastast hävitada. Mäng kasutab astronoomiliselt korrektset taustataevast ja füüsikalisi mudeleid, sealhulgas gravitatsioonijõude. Mäng demonstreeris PDP-1 graafilist ja interaktiivset võimekust ning seda kasutati sageli Digital Equipment Corporationi poolt esitlustel potentsiaalsetele klientidele arvuti graafikavõimekuse tutvustamiseks. Tehniliselt oli Spacewar! oma aja kohta väga nõudlik rakendus. Mäng nõudis enam kui 100 000 arvutustoimingut sekundis, et simuleerida laevade liikumist, kasutaja sisendeid ja gravitatsiooni.

Graafika

PDP-1 varustati vabatahtliku kuvasüsteemiga Type 30 CRT, mille töötas välja Ben Gurley. See võimaldas kuvada punkte ekraanile x- ja y-koordinaatide järgi, pakkudes varast interaktiivset graafikakeskkonda. Kasutades valguspulka, sai kasutaja ekraanil objekte valida ja joonistada, sarnaselt tänapäevase puuteekraani või hiire funktsioonidele.

Muusika

PDP-1 ei olnud ainult teadus- ja mänguplatvorm – see oli ka üks esimesi arvuteid, millega suudeti toota keerukamat muusikat. MIT tudeng Peter Samson programmeeris PDP-1 mängima neljahäälset polüfoonilist muusikat. PDP-1 jaoks loodi peagi mitme tunni jagu muusikat, sealhulgas William B. Ackermani poolt kodeeritud versioon Mozarti teosest “Eine kleine Nachtmusik”.

Muusika esitamiseks kasutati riistvaralist lahendust, mis koosnes ühest registrist nelja trigeriga, millest igaüks oli eraldi ühendatud lihtsate RC-filtrite kaudu võimendi ja kõlariga. Toonide tekitamiseks sooritati korduvaid liitmisi ja saadud tulemuse kõrgeim bitt suunati väljundisse. Tulemuseks olid täpsed helikõrgused, kuid nootidele lisandus iseloomulik mürarikas sumin, mis oli eriti märgatav kõrgematel nootidel.

Kui kompilaatoris tuvastati süntaksiviga, väljastas PDP-1 ühendatud elektriline kirjutusmasin teate "Eksida on inimlik – andestada jumalik", millele järgnes veaga koodirida, kus probleemne süntaks oli trükitud punaselt. Seejärel jätkas programm tavapärast tööd.

DECUS

DECUS (ingl Digital Equipment Computer Users Society) oli Digital Equipment Corporationi kasutajate loodud rahvusvaheline arvutikasutajate ühendus, mis tegutses aastatel 1961–1998. Organisatsioon loodi vahetult pärast PDP-1 arvuti turule toomist, kui Massachusettsis kogunes rühm kasutajaid ideega luua programmikogu. DECUS kujunes kiiresti üheks maailma suurimaks arvutikasutajate ühenduseks. Selle peamine eesmärk oli soodustada teabe ja tarkvara vahetust kasutajate ja tootja vahel. Kuna DEC müüs algselt ainult riistvara ning paljud PDP-1 süsteemid olid mõeldud spetsialiseeritud rakendusteks pidid varased kasutajad ise oma tarkvara looma. Paljudes programmides kasutati sarnaseid alamprogramme ja protseduure, mida sai hõlpsasti teistega jagada. See aitas kaasa DECUS-e edule.

Organisatsiooni liikmeteks olid peamiselt programmeerijad ja süsteemiadministraatorid, kes töötasid DEC-i arvutitega või haldasid neid. DECUS ja DEC olid formaalselt eraldiseisvad üksused – DEC-i töötajad ei saanud olla liikmed, kuid neid julgustati aktiivselt osalema ühenduse tegevustes. DEC kasutas DECUS-t ka olulise suhtluskanalina oma klientidega. Ameerika DECUS haru korraldas tehnilisi konverentse, juhtis erihuvigruppe ning edendas kasutajate loodud tarkvara levitamist, valdavalt magnetlintide kaudu. Organisatsiooni ametlik väljaanne oli DECUSCOPE. Pärast DEC-i omandamist 1998. aastal liitus DECUS Compaq’i kasutajate grupiga, säilitades mõnda aega oma tegevuse uue nime all.

Aja jagamine (timesharing)

Aja jagamine tähendab, et mitu kasutajat saab kasutada sama arvutit jagades selle ressursse väikeste ajavahedega. PDP-1 arhitektuur, mis põhines lihtsal ja paindlikul sisend-väljundstruktuuril ning katkestuspõhisel mehhanismil, sobis varajasteks aja jagamise katsetusteks hästi. 1962. aastal demonstreeris BBN (Bolt Beranek and Newman Inc.) PDP-1 arvutil töötavat aja jagamise süsteemi, mille töötasid välja Ed Fredkin ja Jack Dennis. Lahendus võimaldas ühe arvuti kasutamist mitme terminali kaudu, kus iga kasutaja programm ja olek salvestati magnettrumlile, kust see hiljem taas mällu laaditi. Süsteem kasutas katkestuspõhist töökorraldust: näiteks iga 20 millisekundi järel tekitati katkestussignaal, mille alusel otsustati, kas praegune kasutaja eemaldada mälust ja laadida järgmine.

Häkkerikultuur

PDP-1 mängis olulist rolli häkkerikultuuri kujunemisel. Selle algeid võib otseselt seostada 1961. aastaga, mil Massachusettsi Tehnoloogiainstituut sai oma esimese PDP-1 arvuti. Kohalik Tech Model Railroad Clubi alamrühm Signals and Power Committee võttis masina kasutusele ja hakkas sellel looma programmeerimistööriistu. Sellest kasvas välja iseseisev tehnoloogiakultuur. Just selles keskkonnas sai sõna „häkker“ oma kaasaegse tähenduse.

PDP-1 tõi esmakordselt arvutikasutusse interaktiivsuse, võimaldades kasutajatel vahetult arvutiga suhelda. See erines oluliselt tollal levinud partiitöötlusest, kus programmid ja andmed söödeti masinasse perfokaartide kaudu. Edaspidi kujunes Digital Equipment Corporationi PDP-seeria, eriti PDP-10, häkkerite eelistatuimaks platvormiks.

PDP-1 taastamisprojekt

2004. aastal alustas Computer History Museumi meeskond PDP-1 restaureerimist. Eesmärk oli taastada üks väheseid säilinud Digital Equipment Corporationi 1963. aasta PDP-1 arvuteid täielikult töötavasse seisukorda. Seitsme kuu pärast, 19. mail 2004, õnnestus masin taas käivitada. Restaureerimistöös lähtuti põhimõttest, et kõik tehtud muudatused peavad olema pööratavad, et säilitada masina ajalooline autentsus. Esmalt taastati põhjalikult arvuti toiteplokid, mis võimaldas kontrollida, et arvutusele rakendatav pinge ei kahjustaks vananenud elektroonikat. Seejärel suunduti keskprotsessori ehk CPU juurde, mis osutus ootamatult hästi säilinuks ja hakkas tööle peaaegu kohe. Perifeerseadmed, sealhulgas paberlindilugeja, valguspliiatsiga ekraan ning kirjutusmasin, nõudsid aga ulatuslikku remonti ja reguleerimist. Kui kõik seadmed olid taas töökorras, katsetati algupärast tarkvara, mille seas oli ka 1962. aasta mäng Spacewar!. Restaureerimismeeskond koosnes vabatahtlikest entusiastidest, muuseumi varasematest projektidest osavõtnutest ning inimestest, kellel oli varasem kogemus PDP-1 arvutitega. Meeskonda kuulusid muuhulgas Steve Russell ja Peter Samson, Spacewar!-i esialgsed autorid, kes aitasid tagada ajaloolise täpsuse. Osad liikmed vastutasid riistvara ja toiteplokkide parandamise, teised tarkvara testimise ja dokumentatsiooni eest.

Masina sisemuses oli kolm mälu plokki (kokku 12 KB), töötav esipaneel ja mitmed seadmed, mis kõik vajasid hoolikat puhastust, kontrolli ja vajadusel varuosade hankimist. Mõned detailid, nagu näiteks valgustite lülitid või vananenud trükkplaadid, tuli kas taastada või asendada. Restaureeritud PDP-1 on alates projektist osa muuseumi ekspositsioonist, kus seda aeg-ajalt demonstreeritakse ning jälgitakse pidevalt selle töökorras olekut.