Trình giả lập IBM 1620 trên web và IPL-V từ năm 1963

Tóm tắt

Một dự án mang tên retro-1620 đã xây dựng trình giả lập chạy ngay trên trình duyệt web cho hệ máy tính IBM 1620 Model-2 — dòng máy khoa học thập phân ra đời từ thập niên 1960. Bên cạnh việc mô phỏng phần cứng, dự án còn đặt mục tiêu phục hồi tối đa lượng phần mềm quý giá đã thất lạc của hệ máy này.

IBM 1620 là gì?

IBM 1620 là hệ máy tính dùng bóng bán dẫn, hoạt động theo kiểu thập phân (decimal), với độ dài trường thay đổi và bộ nhớ lõi từ. Máy được thiết kế chủ yếu như một giải pháp giá rẻ cho các bài toán khoa học và kỹ thuật.

• Model 1 ra mắt năm 1959
• Model 2 ra mắt năm 1962, tương thích mã đối tượng nhưng được thiết kế lại đáng kể

Tổng cộng khoảng 2.000 hệ thống đã được sản xuất, chia đều cho cả hai model. IBM duy trì hỗ trợ dòng máy này đến năm 1970.

Kiến trúc đặc biệt: không có thanh ghi

Điểm thú vị nhất của IBM 1620 nằm ở kiến trúc hai địa chỉ, truyền trực tiếp giữa các ô nhớ (memory-to-memory). Máy không có thanh ghi truy cập được bằng phần mềm — mọi thao tác đều diễn ra trên bộ nhớ chính.

Mỗi lệnh có độ dài cố định 12 chữ số, gồm:

• Mã thao tác (op code) dài 2 chữ số
• Địa chỉ "P" dài 5 chữ số — thường là toán hạng đích
• Địa chỉ "Q" hoặc giá trị literal dài 5 chữ số — thường là toán hạng nguồn

Bộ nhớ cơ bản có 20.000 chữ số, có thể mở rộng lên 60.000 chữ số. Điều đáng chú ý là mỗi chữ số không chỉ chứa giá trị nhị phân — nó bao gồm:

Một giá trị BCD 4 bit, một bit "cờ" thứ năm dùng cho cả dấu số học lẫn dấu phân cách trường, và một bit kiểm tra chẵn lẻ.

Toàn bộ phép tính số học và di chuyển dữ liệu đều được thực hiện tuần tự theo từng chữ số.

Sự khác biệt giữa Model 1 và Model 2

Hai phiên bản có những khác biệt kỹ thuật rõ rệt:

Model 1:

• Chu kỳ bộ nhớ 20µs cho mỗi hai chữ số
• Phép cộng và nhân thực hiện qua bảng tra cứu trong bộ nhớ
• Chia bằng phần cứng, số học dấu phẩy động và định địa chỉ gián tiếp là tùy chọn

Model 2:

• Chu kỳ bộ nhớ 10µs cho mỗi hai chữ số
• Nhiều lệnh được tối ưu để xử lý hai chữ số toán hạng Q trong một lần đọc bộ nhớ
• Phép cộng chạy trực tiếp trên phần cứng, nhưng phép nhân vẫn dùng bảng tra
• Chia bằng phần cứng và định địa chỉ gián tiếp trở thành tính năng tiêu chuẩn
• Bổ sung hai tùy chọn: sửa địa chỉ bằng thanh ghi chỉ số (lưu trong bộ nhớ tại vùng 00300-00399) và hỗ trợ thao tác bit nhị phân/bát phân, chuyển đổi bát phân - thập phân, cùng nhập/xuất băng giấy nhị phân

Thiết bị ngoại vi và ứng dụng công nghiệp

Ban đầu, Model 1 chỉ hỗ trợ băng giấy đục lỗ và máy đánh chữ cho nhập/xuất. Sau đó, bộ đọc/đục thẻ 1622 (phát triển từ model 1402 của IBM 1401) được bổ sung. Các thiết bị ngoại vi khác gồm:

• Máy in dòng 1443
• Ổ đĩa 1311 với hộp đĩa tháo rời
• Máy vẽ 1627

IBM 1620 còn được dùng làm thành phần tính toán và điều khiển trong các hệ thống điều khiển quy trình IBM 1710 và 1720. Ở cấu hình này, máy hỗ trợ thêm nhiều lệnh và hệ thống ngắt đa mức.

Phần mềm và ngôn ngữ lập trình

Hệ máy này sở hữu một kho phần mềm đồ sộ do cả IBM lẫn người dùng viết. Hầu hết lập trình được thực hiện bằng:

• Trình hợp dịch SPS
• FORTRAN II

Với các hệ thống có ổ đĩa 1311, người ta còn có một hệ điều hành xử lý theo lô đơn giản mang tên "Monitor".

Mục tiêu của dự án retro-1620

Dự án đặt ra hai mục tiêu chính:

1. Xây dựng trình giả lập trên trình duyệt web cho biến thể Model 2
2. Phục hồi càng nhiều phần mềm của hệ máy càng tốt

Toàn bộ nội dung dự án được phát hành theo giấy phép MIT, cho phép cộng đồng tự do nghiên cứu và mở rộng.

Ý nghĩa với cộng đồng công nghệ Việt Nam

Những dự án bảo tồn như retro-1620 có giá trị lớn đối với sinh viên và kỹ sư máy tính. Chúng cho thấy máy tính hiện đại đã tiến hóa từ những nền tảng phần cứng rất khác biệt — nơi kiến trúc không thanh ghi và số học tuần tự theo chữ số từng là chuẩn mực.

Đối với những ai học về kiến trúc máy tính hay lịch sử công nghệ, việc chạy thử một trình giả lập thế này trên trình duyệt là cách tiếp cận trực quan và miễn phí, không cần cài đặt phức tạp.

Tài nguyên tham khảo

Người đọc quan tâm có thể tìm hiểu thêm tại các địa chỉ sau:

• Trang máy chủ trình giả lập: http://www.phkimpel.us/IBM-1620/
• Wiki dự án: https://github.com/pkimpel/retro-1620/wiki/
• Blog dự án: https://retro-emulation.blogspot.com/
• Tài liệu IBM 1620 tại bitsavers: http://bitsavers.org/pdf/ibm/1620/
• Phần mềm IBM 1620 tại bitsavers: http://www.bitsavers.org/bits/IBM/1620/

Với sự góp sức của cộng đồng mã nguồn mở, những cỗ máy như IBM 1620 sẽ không bị lãng quên mà tiếp tục truyền cảm hứng cho các thế hệ lập trình viên tương lai.