PDP-11-70年- 科技百科 -互联网博物馆，你我的知识加油站

　　PDP-11是计算机历史上最为著名的计算机之一，是数字设备公司（DEC）从1960年代早期到1990年代中期制造的系列产品之一。PDP-11在1970年上市，当时售价为10800美元，是当时唯一的16位计算机。

PDP-11为迪吉多电脑于1970到1980年代所销售的一系列16位元迷你电脑。PDP-11是迪吉多电脑的PDP-8系列的后续机种。PDP-11有着许多创新的特色，而且比起其前代机种更容易撰写程式。当32位元的后续扩充机型VAX-11推出时，PDP-11已经广受程式设计师的喜爱。这两个机型后续的市场，则多由IBM PC、苹果二号与升阳电脑的工作站电脑等个人电脑所取代。

目录

• 微型机元老：Digital Equipment Corp. PDP-11 (1970)

• PDP-11 系列的特色

• PDP-11 的式微

• 架构细节

• PDP-11 的机种

• 外部链接

• 参考文献

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微型机元老：Digital Equipment Corp. PDP-11 (1970)编辑本段回目录

DEC的元老级微型电脑1970年推出，到1997年终结历史任务，期间经历了许多次变动。第一台PDP-11是一台16位机，取代了当时流行的PDP-8，采用了新的Macro-11汇编语言并因此在程序员中大受欢迎。在结束历史的10年后，这些早期机型仍然受到教育机构的青睐，部分原因是因为PDP-11具有对不同系统的仿真能力。

PDP-11 系列的特色编辑本段 回目录

指令集

PDP-11深受程式设计师喜爱的原因，主要是在于其高度正规化指令集的设计，使得程式设计师可以容易地分别记住所有的运算码，以及指定运算子的方法。如此一来，给定运算子的方法（或称之为定址模式）便可以很容易地预测，这样子就不用去背一堆例外条件，或是特别受限的定址方式。

PDP-11所使用的指令集结构影响了C语言的语法。例如在c语言中，有着暂存器定址模式的增值与减值语法 ++i 与 i--。如果 i 与 j 都是暂存器变数，那么 *(--i) = *(j++) 这样子的表示式就可以编译为单一机器码指令。由于对单精确与双精确浮点数没有不同的运算码，也造成C语言中缺乏单精确浮点数运算的运算模式。

就某种逻辑来看，指令集中的定址模式可以视为一种"基底"，而指令集中的运算码则为另一个基底。每个双引数指令可以分为两个6位元的引数识别（分别包含了一个3位元的暂存器号码，和一个3位元的定址模式码）与一个4位元的运算码。而单引数指令，则有一个6位元的引数识别和一个10位元的运算码。所有的运算码都可以使用任何的定址模式，双引数指令还可以分别组合使用。在八个暂存器（编号0到7）当中，有七个是一般用途的T暂存器可作为平常运算使用，不过暂存器6则是某些指令下作为硬体识别堆叠指标之用。暂存器7则是程式计数器，是处理器执行程式码的位址标记。这项创新与一些定址模式，提供了暂存器内容定址，绝对位址定址与相对位址定址。

16位元字元组是以小端序即低位元在前的方式储存的。而32位元字元组则通常是以一种不常见的混合序格式储存。由于 PDP-11 的风行，这种格式也被引用为pdp-资料次序(PDP-endian)。

无专用的输出入埠

PDP-11与其他早期电脑最大的差异点，在于没有专用的输出入汇流排。PDP-11 只有一个称作为 Unibus 的记忆体汇流排。所有外部的设备，都分别对应到不同的记忆体位址，所以不需要特殊的 I/O 指令。而其中断系统的设计，也刻意的简单化，以确保没有任何的中断程序会被遗漏。外部的设备可以从单一的输入线到四条优先度线路之一，发出中断要求。而处理器可以从阶层式的接受线路来回应中断要求。（阶层式的架构，是由一系列的逻辑闸所构成，来接受一系列按照优先顺序的事件。就一般来说，第一个逻辑闸的要求会优先被接受。而阶层式的要求，是按照设备的优先度来处理的。）

而就 PDP-11 的设计来说，这代表中断要求被接受的顺序，是根据实际上硬体在汇流排上与处理器的接近程度来决定的。当处理器回应的时候，外部设备会将其向量位址放在汇流排上，这是一个4位元的记忆体。之后处理器会从向量位置表读取到状态寄存器与程式计数器。而新的状态暂存器会暂时取消掉其他的中断要求，来避免中断的重复发生。而取出的程式暂存器，则是指向中断处理程序的起始位址。中断处理程序将会先处里这个硬体的要求，完成后再重新接受其他的中断要求。最后，一个特别的 RTI 程序（自中断回复）会将处理器回复到发生中断之前的状态。（这也可能是一个优先权较低的中断处理程序）一个值得注意的是，处理器会避免遗漏掉中断要求，假使中断没有被回应，将仍然会被保留着到之后循环。假使程序不正常的启动了，处理器会发生一个特别的逾时错误，使用者将会得知这个硬体的错误。

为大量生产而设计

最后，由于 PDP-11 的设计，只需要半专业的人员来进行生产组装。产品在尺寸精确上的要求，并不是非常要紧的。PDP-11 的背版使用绕线连接的方式，也就是内部的印刷电路板插入背版上的接头。这个接头上的端子以导线缠绕于上的方式来连接，端子可以切开导线的绝缘层，与导线金属的部份形成气密连接。这种类似型式的接头也可于电信模组上见到。

LSI-11

LSI-11 是第一个使用大型积体电路技术制造的 PDP-11 机型。整个处理器包含了四个由威腾（Western Digital）所制造的大型积体电路晶片。而其汇流排是一个类似 Unibus 的Q-Bus，不同点在于位址与资料以多工的方式来共用资料线，而 Unibus 则是使用分别的线路。而且另一个不同点在于其 I/O 设备的定址方式，可以容纳到22位元宽的实体位址（Unibus 只有18位元的宽度），并且有支援阻断式（block mode）的运作。

处理器的微码包含了一个除错器，可以经由标准的 RS-232 终端机来操作。这在当时是一项创举，因为微码是计算机最基本的一个部份，也是最关键的控制单元。假使无法运作，便称不上是一个计算机。除错器提供了一个检验处理器中暂存器、记忆体与输出入设备的方法。因此，只要处理器可以运作，便能够检验与修正计算机的内部状态。这个内建的除错器，省却了昂贵与不方便操作的一大堆在面板上的开关与灯号，那是传统上唯一能够与快挂掉的电脑沟通的方式。

其微码包含了一个通用的开机启动程序，相容于所有 DEC 的磁碟设备。

这两项创新使得 LSI-11 总是可以开始运作。当其无法从大型磁碟启动时，会尝试由其软碟启动。而当硬体开始运作后，便可以从熟悉的终端机来使用。

PDP-11 的式微编辑本段 回目录

PDP-11 最基本的设计是非常优良的，而且也一直有更新加入新的技术。然而，PDP-11 还是必须面对其16位元的架构是有极限的，这是没有办法透过校调或是扩充来克服的。虽然有些机型可以支援更大的实体记忆体定址，但所有的应用程式仍然被局限在一个16位元的虚拟定址空间而只能够使用64K的记忆体。当1980年代超大型积体电路的技术使得记忆体晶片能够更便宜，但是 PDP-11 的软体仍然无法享受到更大的记忆体所带来的便利。

DEC在 PDP-11 的下一代处理器为 VAX（是 "Virtual Address Extension (to the PDP-11)"的缩写）克服了这些问题，但最初只针对高阶市场来进行推广。而英代尔的 8086 与 8088 提供了一个四位元的扩充"节"在其16位元的定址上，使得定址空间提升到1M而不需要更改为32位元的设计。这对当时逐渐扩充的IBM个人电脑相容机市场来说，已经是足够的了。虽然在能够支援更大节定址空间的 80286 与拥有32位元定址空间的 80386 推出前，就有到达1M的需求。

当工程师转移到有更大的定址空间的架构时，支援32位元的运算也开始在如摩托罗拉68000 和英特尔 80386等后续的微处理器晶片上提供了。最后这些晶片的经济规模大到一个程度后，PDP-11 就相对而言不够划算。DEC 的一个 DEC Professional 系列，也就因此在市场上失败了，同时两个之后的 DEC 个人电脑系列也面临相同的命运。

DEC 最后在1997年中止了 PDP-11 的机型，并且把其相关的设计与作业系统授权卖给了一家爱尔兰公司Mentec。这家公司是负责生产 LSI-1 的 Q-Bus 机板与个人电脑的 ISA 架构机板。

到了1990年末，DEC与大部分美国东北部六州（New England）的迷你电脑商，都在 UNIX 与 windows 伺服器的兴起下，逐渐衰败。

架构细节编辑本段 回目录

以下内容可参考PDP-11 处理器手册（详见 Gordon Bell's 1969 年版）.

通用暂存器的定址模式

（R 为通用暂存器，有 0 至 7 号；(R) 为暂存器的内容）

0. 暂存器 - 数值来自或存入暂存器中：OPR R ; R 含有参数

1. 暂存器指定位址 - 暂存器用来指定读写的记忆体位址：OPR (R) ; R 存有位址

2. 自动增值：OPR (R)+ ; R 记忆体位址上的数值增加 (R)

3. 自动增值指定位址：OPR @(R)+ ; R 存有位址，其内容 (R) 加 2

4. 自动减值：OPR -(R)；记忆体位址 R 上的数值 (R) 减少

5. 自动减值指定位址：OPR @-(R)；记忆体位址 R 上的数值 (R) 减 2

6. 索引：OPR X(R) ; (R)+X 为记忆体位址，在指令的第二字元

7. 索引指定位址：OPR @X(R) ; (R)+X 为指令的第二字元记忆体位址的位址

程式计数器的定址模式

程式计数器（program counter，简称PC）亦可以用来作为一般暂存器使用，因此有以下的定址模式，可参照前面的通用暂存器：

2. 直接定值：OPR #N；引数包含在指令中

3. 绝对位址：OPR @#A；绝对位址包含在指令中

6. 相对定址：OPR A ; PC+2+X 为记忆体位址。PC+2 为更新后的 PC

7. 相对参考定址：OPR @A ; PC+2+X 为记忆体位址。PC+2 为更新后的 PC

PDP-11 指令

单引数指令 - 指令的长度为双字元组，一部分用来指定动作，称之为"运算码"(OP-Code)或"运算元"。而第二部份则用来指定引数（运算子）的位址。

15 6 5 3 2 0

运算码模式暂存器

CLR（清除）, COM（取一的补数）, INC（增值）, DEC（减值）, NEG（取二的补数之负数）, TST（测试）, ASR（数学位元右移）, ASL（数学位元左移）, ROR（向右位元转动）, ROL（向左位元转动）, SWAB（字元置换）, ADC（加法进位）, SBC（减法进位）, SXT（扩张正负号）.

双引数指令 - 指令双字元组的一部分用来指定动作，而其余的部份则用来指定两个引数的位址。

15 12 11 9 8 6 5 3 2 0

运算码模式暂存器模式暂存器

MOV（资料搬移）, ADD, SUB（加减法）, BIT（位元测试）, BIC（位元清除）, BIS（改动位元）, XOR（互斥或运算）.

程式控制指令 - 指令双字元组的第一部分用来指定动作，而第二部份则用来指定要执行的程式码位址。

15 8 7 0

运算码位移值

BR（无条件分支）, BNE（非零值时分支）, BEQ（数值为零时分支）, BPL（正数时分支）, BMI（负数值时分支）, BVC（溢位清除时分支）, BVS（发生溢位时分支）, BCC（进位清除时分支）, BCS（发生进位时分支）.

BLE（分支 if <= 0）, BGE（分支 if >= 0）, BLT（分支 if < 0）, BGT（分支 if > 0）（正负号比较）

BLO（小于时分支）, BHI（大于时分支）, BLOS（小于或等于时分支）, BHIS（大于或等于时分支）（无正负号比较）

SOB（暂存器减一后为零时分支）.

跳跃与子程序指令

JMP（跳跃）, JSR（跳入副程式）, RTS（自副程式跳回主程式）

EMT（模拟器错误时触发）, TRAP, BPT（中断点触发）, IOT（输出入错误时触发）, RTI & RTT（自副程式跳回时触发）

其他指令

HALT, WAIT（等候中断触发）, RESET（重置 UNIBUS）, MTPD（移至前一个资料空间）, MTPI（移至前一个指令空间）, MFPD（移自前一个资料空间）, MFPI（移自前一个指令空间）, MTPS（移至处理器状态字元组）, MFPS（移自处理器状态字元组）

条件码操作

CLC, CLV, CLZ, CLN, CCC（清除相关的条件码）, SEC, SEV, SEZ, SEN, SCC（设定相关的条件码）

处理器状态字元组（processor status word - 简称 PSW）的状态码共有四种：

N 负数

Z 零值

V 溢位

C 进位

"扩充指令集" (EIS)，在 11/35/40 和 11/03 为选购，在更新的处理器则为内建功能

MUL, DIV 暂存器组的整数相乘与相除

ASH, ASHC 算数位元位移暂存器或暂存器组，正数位移向左，负数向右

"浮点数指令集" (FIS)，在 11/35/40 和 11/03 为选购

FADD, FSUB, FMUL, FDIV 堆叠位址上的单精数运算，由暂存器定址

"浮点数处理器" (FPP)，在 11/45 和大部分该系列的机种为选购

完整的浮点数运算，包含单精数与倍精数运算子，以浮点状态暂存器指定精确度

单精浮点数运算的资料格式为 IEEE 754 格式的基础：正负位元，8位元指数，23位元底数与第24位隐藏用

商用指令集 (CIS), 11/23/24为选购微码，11/44 为附加模组与 11/74 的其中一版

支援 COBOL 与 Dibol 的多种字串与十进位数相关指令

组合语言范例

PDP-11 使用的打孔带以下是一个完整的"Hello, world!"巨集组合语言程式，可以在组译后于 RT-11 执行：

.TITLE HELLO WORLD .MCALL .TTYOUT,.EXIT HELLO:: MOV #MSG,R1；字串起始位址 1$: MOVB (R1)+,R0；回圈取得下一个字元 BEQ DONE；遇到字串结尾跳出 .TTYOUT；输出至TTY BR 1$；回圈结尾 DONE: .EXIT

MSG: .ASCIZ /Hello, world!/ .END HELLO

假设档名为 HELLO.MAC，RT-11 的组译，连结与执行的指令为：

.MACRO HELLO ERRORS DETECTED: 0

.LINK HELLO

.R HELLO Hello, world! .

（RT-11 的命令提示字元为 "."）而更复杂的 MACRO-11 程式，以下是两个随意选自Kevin Murrell's KPUN.MAC 与 Farba Research's JULIAN 程式。更进阶的 PDP-11 函式库程式码可免费从 Metalab 和 Trailing Edge 来查阅。

这些程式也可以在 PDP-11 模拟器上运行。 Bob Supnik 所写的名为 SIMH 模拟器，可以优秀地模拟 PDP-11 与许多其他的架构，同时包含了软体套件与原生作业系统（包含 RT-11）。

PDP-11 的机种编辑本段 回目录

PDP-11 处理器依据其原始设计，以及I/O汇流排的种类，可以归类为以下几种系列。在这些类别当中，大部份都有两种以上的版本，其中一种为OEM代工的机型，另一种则是提供给最终使用者。

Unibus的机种

下列机种使用 Unibus 作为其扩充汇流排：

PDP-11（后称为 PDP-11/20）和 PDP-11/15 -- 原始，无微程式的处理器，由 Jim O'Loughlin 所设计。

PDP-11/35 和 11/40 -- 微程式化的／20 后续机型，由 Jim O'Loughlin 所带领的团队设计的。

PDP-11/45，11/50，和 11/55 -- 更快的微程式化的处理器，并且可以使用半导体记忆体或是核心记忆体。

PDP-11/70 -- 11/45 的扩充机型，经由独立记忆体汇流排支援 4 MB 实体记忆体与 2 KB快取记忆体，并借由 Massbus 提供更快的 I/O 设备连结。

PDP-11/05 和 11/10 -- 11/20 的精减版。

PDP-11/34 和 11/04 -- 11/35 和 11/05 的后续精减版。 PDP-11/09 和 11/39 机型只有 DEC 内部文件记载，并没有生产销售。PDP-11/34 的概念是由 Bob Armstrong 提出的。

PDP-11/44 -- 11/34 的扩充型，增加了快取记忆体和浮点运算单元为标准功能。这一型并有一个特别的序列埠终端且支援 4 MB 实体记忆体。设计团队由 John Sofio 所带领。

PDP-11/60 -- 有使用者可程式化微控制码的 PDP-11，这是由 Jim O'Loughlin 所带领的另一组团队所设计的。

PDP-11/24 - 最早使用超大形积体电路 PDP-11 和 Unibus，使用 "Fonz-11" (F11) 晶片组

PDP-11/84 - 使用超大形积体电路 "Jaws-11" (J11) 晶片组

PDP-11/94 - J11为基础，比 11/84 更快

Q-Bus 的机种

下列机种使用 Q-Bus 作为其扩充汇流排：

PDP-11/03（也称为 LSI-11/03）-- 第一个大型积体电路（LSI）技术的 PDP-11，使用威腾（Western Digital）生产的晶片组。

PDP-11/23 -- 第二代大型积体电路 (F-11)，早期只支援 248KB 记忆体，但可以修改支援到 4MB 记忆体。

PDP-11/23+／MicroPDP-11/23 -- 11/23 改良版，在处理器卡上提供更多功能（实际上为四倍大小）

MicroPDP-11/73 -- 第二代大型积体电路 PDP，这个系统使用 "Jaws-11" (J-11) 晶片组。

MicroPDP-11/53 -- 较慢的 11/73 有内建记忆体

MicroPDP-11/83 -- 更快的 11/73 有内部记忆体连结 (PMI)

MicroPDP-11/93 -- 更快的 11/83，最终 DEC Q-Bus PDP-11 机型。

Mentec M100 -- Mentec 重新设计的 11/93，使用 J-11 晶片组时脉为 19.66MHz，含4个内建序列埠，1-4MB 内建记忆体，FPU 为选购。

Mentec M11 -- 处理器升级子板，最后的微码 PDP-11 架构，指令集是由 Mentec 设计的。使用 TI 8832 ALU 和德州仪器 Texas Instruments 制造的 TI 8818 微序列器。

Quickware QED-993 -- 高性能 PDP-11/93 处理器升级子板

无汇流排的机种

PDT-11/110

PDT-11/130

PDT-11/150

PDT 为桌上型系统，以"智慧型终端机"来销售。其中／110 与／130 使用 VT100 终端机模式。

PRO-325

PRO-350

PRO-380

DEC Professional 系列为桌上型个人电脑，作为对抗 IBM 早期基于 8088 与 80286 个人电脑的竞争机种。这些机型配备有5 1/4" 软碟机与硬碟机，而 325 则是没有配备硬碟的机型。中央处理器为 LSI-11 产品线，以 P/OS 为作业系统，这是以 RSX-11M+ 为基础的选单式系统。由于设计上刻意避免与 PDP-11 机种的软体相容性，其市场上最后失败的命运并不令人意外。

计划中但未上市机种

PDP-11/27 -- Jaws-11 机型的实作，计划采用 VAXBI Bus 作为 I/O 汇流排。

PDP-11/68 -- PDP-11/60 的后续机型，支援 4 MB 的实体记忆体。

PDP-11/74 -- PDP-11/70 扩充为多处理器的机型。最多可以使用四颗处理器，但是电缆线也会因此多到难以管理。另一个 11/74 的变形则是可以支援多处理器与内建商用指令集。有相当数量的 11/74 原型机（包含数种不同的子机型）生产出来以及至少二路的多处理器系统提供给客户作为外部测试（beta test）使用。但是实际上自始至终这个机型都没有正式的进行销售过。一套四路的多处理器系统由 RSX-11 作业系统的开发团队所维护，作为测试使用。而一套单处理器的版本则作为 PDP-11 工程一般时程分割之用。11/74 之所以没有上市，主要是由于刚好与新的32位元产品与 VAX 11/780 这个第一个 VAX 机型的上市撞期。谣言流传与阴谋论者认为 11/74 被取消的原因，是由于其效能相较于 11/780 系列要来得更佳：鉴于行销的考量，推出效能更好的的 PDP-11 机型将会影响并减缓客户转移到新的 VAX 机型的速度。然而，在该领域中维护产品的能力才是主要的原因。要说是阴谋论也好，DEC 始终无法成功地将其所有的客户从 PDP-11 转移到 VAX 系列，这个主要的原因不是在于效能好坏，而是在于 PDP-11 优良的即时回应能力。