Linux მუშაობს Intel 4004-ზე, პირველ კომერციულ მიკროპროცესორზე

Linux-ის ბირთვის წარმატებული გაშვება rootfs გარემოდან Debian-ისგან აჩვენა 1971 წელს შემუშავებულ 4-ბიტიან Intel 4004 პროცესორზე, რომელიც ითვლება პირველ კომერციულად წარმოებულ მიკროპროცესორად ერთ ჩიპზე. პროცესორი შეიცავს მხოლოდ 2300 ტრანზისტორს, მხარს უჭერს 46 ინსტრუქციას და უზრუნველყოფს 60 ათასი ოპერაციის შესრულებას წამში.

ვინაიდან Intel 4004 არქიტექტურას აქვს სერიოზული შეზღუდვები და შეუძლია მხოლოდ 4 KB მუდმივი მეხსიერების განხილვა, Linux-ის პირდაპირ გაშვების ნაცვლად, გამოიყენებოდა MIPS R3000 პროცესორის ემულატორის დაწერის იდეა, რომელზედაც შესაძლებელი იქნებოდა Linux-ის გაშვება. მუშაობა გართულდა იმით, რომ Intel 4004-ისთვის არ არსებობს და არ შეიძლება შეიქმნას კომპილატორები C ენისთვის, ამიტომ ემულატორი უნდა შეიქმნას ასამბლერში. ამრიგად, მუშაობა ისე იყო ორგანიზებული, რომ ემულატორი პირდაპირ Intel 4004 ჩიპზე გაშვებული იყო, რომელიც თავის მხრივ აწარმოებდა Linux-ის ბირთვზე დაფუძნებულ გარემოს.

MIPS შეირჩა ემულაციის ოპტიმალურ ვარიანტად Intel 4004-ის შეზღუდვებისა და ხელმისაწვდომი მეხსიერების ზომის ფარგლებში. მაგალითად, ARM ემულატორის შექმნას შეაფერხა ოპერანდების ცვლა, RISCV - დამაბნეველი მისამართის რეჟიმები, x86 - დიდი მეხსიერების მოხმარება დეკოდირების ინსტრუქციებისთვის, PPC - ემულაციის ზოგადი სირთულე მეხსიერების მცირე ზომით.

რეალურ Intel 4004 სისტემაზე პროგრამების გასაშვებად, პირველად ჩამოყალიბდა მარტივი დაფა, რომელიც შედგებოდა Intel 4004 მიკროპროცესორისგან, Intel 4201 საათის გენერატორისგან, Intel 4002-1 20-ბაიტიანი ოპერატიული მეხსიერების ჩიპისგან, Intel 4289 მუდმივი მეხსიერების კონტროლერისგან და ATMEGA48 მიკროკონტროლერი, რომელიც ახდენს მუდმივი მეხსიერების სიმულაციას. პროექტის შემუშავების დროს მომზადდა უფრო რთული დაფა, რომელიც დამატებით მოიცავდა მეხსიერებას ემულატორში გაშვებული Linux გარემოს მოსაწყობად და მხარს უჭერდა მუდმივი მეხსიერების სიმულაციას SD ბარათის გამოყენებით. გარდა ამისა, ექსპერიმენტების ჩასატარებლად და თანამედროვე სისტემებზე განვითარების გასამარტივებლად, დაიწერა Intel 4004 ჩიპის ემულატორი.

Intel 4004-ის დაბალი შესრულების გამო, ემულატორი ძალიან ნელი აღმოჩნდა - ემულირებული გარემოში ყოველი ვირტუალური წამის დამუშავება მოითხოვდა თითქმის 4 საათის გამოთვლებს რეალურ სისტემაზე Intel 4004 პროცესორით, მაგალითად, სატესტო აპლიკაციის გაშვება მანდელბროტის ნაკრების დახატვას 13 x 40 გარჩევადობით, მცურავი წერტილით გამოთვლების გამოყენებისას დასჭირდა 30 დღე, ხოლო მთელი რიცხვების არითმეტიკის გამოყენებით - 9 საათი.

ოპტიმიზაციის შემდეგ Linux-ის ჩატვირთვას მომზადებულ კონფიგურაციაში 8 დღეზე მეტი დასჭირდა. სრული ჩატვირთვის ვიდეოს ჩაწერისას გამოყენებული იქნა 120x აჩქარება (ვიდეოს ერთი წამი შეესაბამება ემულირებული MIPS პროცესორის 2 წუთს). ექსპერიმენტის გამეორების მსურველებს აქვთ დაფის სპეციფიკაცია და მიკროსქემის დიაგრამა, Linux სისტემის გამოსახულება, ასევე თანმხლები ხელსაწყოების კოდი, MIPS R3000 და Intel 4004 ემულატორები, ჩამტვირთველები და MCS-04 ავტობუსის ანალიზატორი. გამოქვეყნდა.

წყარო: opennet.ru