TROS：IBM大型机如何在变压器中存储微代码（2019）

我最近遇到了一个变换器只读存储（TROS）模块，它在IBM System / 360大型计算机中存储了微码。这一异常存储机制使用一堆Mylar纸张持有15,360位，相当于1920 BYTES.BY现代标准，这是一种荒谬的少量数据，但在1964年，半导体只读存储芯片Weren＆＃39; t可用，所以使用MylaR纸张存储是一个合理的解决方案。在这个博客文章中，我解释了TROS模块的工作方式它在IBM系统的成功中的作用/ 360。

一个tros模块，约15＆＃34; （39厘米）长。在左侧，60个变压器通过128个Mylar纸张的堆叠。 （仅可见变压器的方形端部。）纸张连接到右侧的二极管板。 TROS模块通过背面的连接器电缆连接到其余的计算机。

下图显示了TRO后面的概念，简化为三个比特的两个单词。三个变压器（方形环）每个都具有一个感测绕组，从而生成一个输出的一位输出。移交（A或B）具有传递的驱动线通过变压器（1位）或围绕变压器（用于0位）。在图中，驱动线B（红色）由电流脉冲激活。它从第二和第三变压器生成脉冲（蓝色），用于Word B的Bbits 011。另一方面，用于Word A的接线生成位101.通过穿过更多驱动线（或者）来完成更多单词（或周围）变形金刚，每个单词的变换器。可以存储一个位模式，具体取决于驱动线路的连接方式。

实际的TROS模块具有60个变压器和256个驱动线路，因此它持有256个60位的单词。通过变压器的机灰地穿过256根电线是困难的，因此TROS模块使用巧妙的技术来使线索组装或修改。接线印在Mylar（称为磁带）上印刷，基本上是一个柔性印刷电路板。胶带有两个接线（称为字线）的循环，可以通过变压器或围绕变压器，因此128个Mylar磁带提供了256个字的布线。

一个MyLar磁带，持有120位数据。它由两个线环组成，连接到底部的四个引脚。

如下所示，MyLar磁带堆叠在60个变压器上。使用的60个变压器包括U形，其双臂通过堆叠128个磁带。在这种方式中，Mylar磁带有效地通过和周围创建了接线变压器，而不是穿线单独的电线。

从下面观察变压器的结构。每个变压器由通过磁带的U形件组成，以及完成变压器的I-BAR。从模型40功能单位。

一旦堆栈完成，将一个I-Bar放置在每个U的顶部以关闭变压器内核。感测线（下面的红色布线）TWA在每个I形栏周围缠绕多次以检测输出信号.ECHEACH已连接到检测输出信号的读出放大器，以产生60位输出。（从TROS模块中缺少I-Bar和Sense行，但在下面的模块中可见。）

感测绕组缠绕在I形杆上并连接到销钉。底部的I形杆被拆除，显示通过Mylar磁带粘上的变压器U形件的顶部。这个TROS模块位于计算机历史博物馆。

通过电线冲压孔来编程MyLar磁带，以打破不需要的布线路径。下面的照片显示了其中一个胶带的特写，显示了磁带上印刷的接线，为变压器腿的大方孔，以及较小的圆形孔通过字线布线打孔。右侧的图表说明了由孔模式产生的接线路径。磁带通过或在每个变压器（灰度矩形）上或周围有两个字线（以红色和绿色表示）。

特写镜头的troos磁带。右侧的图表说明了两个迹线（红色和绿色）如何通过磁带中打孔的孔或围绕变压器（灰度矩形）。

要读取256个单词中的一个，一个特定的Mylar磁带上的一个字线（线路）接收到电流脉冲。直接实现将使用256脉冲驱动器，其中一个由地址位选择，但是这种很多硬件将昂贵。相反，TROS模块由A＆＃34驱动;矩阵＆＃34;方法。 256字线逻辑地连接到16×16矩阵。地址分为一半，并且每份半部分被解码以选择16行中的一个。在两端线上选择的字线将接收当前脉冲并被激活。 2

每个Mylar磁带插入二极管板。注意＆＃34; 2020＆＃34;在左侧，表示该模块来自系统/ 360型号20。

每个MyLar磁带连接到两个二极管板中的一个，导致数百个连接（上图）。（这些二极管防止矩阵信号从所有短路一起缩短。）二极管在下面的方形铝模块内。IBM系统/ 360没有＃39; T使用集成电路，而是使用SLT模块，包含微小半导体和厚纤维电阻的混合模块。下面的SLT模块包含8个二极管。

二极管板的这个特写镜头显示了标有361485的正方形金属SLT模块。每个都包含8个二极管。 MyLar磁带连接位于顶部和底部，而＆＃34; FIN＆＃34;在中间是从TROS模块到其余的电脑的接线。

根据它的标签，我已经在低端系统/ 360型计算机上使用了TROS模块。型号20是慢速，剥离的系统，缺少完整的系统/ 360指令集.Even，其低成本（每月1280美元）使其成为最受欢迎的系统/ 360型号。型号20包含8个TROS模块，保持6144微型指令（每60位单词3微型指令）。 3这些模块在下面的计算机的左侧可见，垂直安装。TROS模块在计算机内部占用大量空间。

IBM System / 360型号20. TROS模块位于左侧。从本Franske，CC的照片到2.5。

如果你＆＃39;重新想知道模型20微码的样子，样本如下。微代码本身（在十六进制中）以蓝色突出显示，助记符以绿色爆发。评论在右侧。模型20＆＃39; S微码比较大系统/ 360系统中的水平微码更简单。 4.

从系统360/20的微码。代码中的微型操作是＆＃34;如果零＆＃34 ;,＆＃34;＆＃34;添加直接＆＃34;＆＃34;分支，如果加上＆＃34;和＆ ＃34;如果减去＆＃34;，分支，所有在寄存器R1上行动。FEMDM VOL 2。

计算机设计中最困难的部分是创建控制逻辑，告诉处理器的每个部分如何执行每个指令。在1951年，Maurice Wilkes提出了Microcode的想法：而不是从复杂的门建造控制逻辑电路，控制逻辑可以用存储在名为Control Store的特殊内存中的代码（即微代码）替换。要执行指令，计算机内部执行由微代码指定的几个更简单的微型指令。处理器＆＃39; S控制逻辑成为一个编程任务而不是逻辑设计任务。

然而，在20世纪50年代，储存技术Weren＆＃39; t快速和廉价足以使微码实用。它是IBM System / 360（1964）的IBM System / 360（1964），商业计算机进行了大量的微代码。 Microdode在系统/ 360的成功中播放了关键作用，帮助IBM产生具有相同指令集架构的计算机线，并具有不同的实现.MicroCode还简化了向后兼容性，帮助系统/ 360支持较旧的IBM系统的指令集。 5.

IBM使用了几种不同的只读存储技术来存储微码，以便组合政治和技术原因。在英国的IBM＆＃39;在英国的Hursley网站开发了组合。该网站开始于微码，因为晶体管在英格兰非常昂贵20世纪50年代，微否定减少所需的晶体管数量。 Hursley为Scamp 6计算机开发了一个TRO。接下来是在系统/ 360型号20和型号40上使用的TROS I＆＃39; VE，以及IBM 2841文件控制单元。

竞争类型的只读存储是CCROS（电容耦合只读存储），它使用了用作电容矩阵的Mylar纸张。CCROS的有趣特征是Mylar纸张与IBM打卡具有相同的大小Somicrocode可以通过用标准的keypunch.cros在IBM＆＃39; snodicott网站上进行打孔来编程Somicrocode。由于系统/ 360型型号也在那里开发出来，它使用本地开发的CCROS，即使CCROS比TROS.ECH的CCROS卡较慢，可靠地保持12个60位字。型号30有42个CCRO板，每个CCROS板，每个保持8张卡，总共4032个60位字。

ccros纸的细节。它是通过用keypunhine冲出它的冲孔。

高性能模型50,65和67需要更快的控制商店，因此他们使用了第三种技术，BCROS（平衡电容只读存储）.like CCROS，通过传感电容，BCROS读取比特，但是每位都有两个电容器（平衡电容器）有助于降低噪音和增加的速度。BCROS的Mylar纸张为20“×8½”，比TROS和CCROS板更大。蚀刻BCROS中的数据（下图），相当而不是冲压孔。移位由两个正方形表示：一个连接到上线，一个连接到下线（或反之亦然），形成平衡电容器。移植到100位的176个字，以及系统使用了16张，提供2816个单词。

而不是使用特殊技术存储微码，低端模型25held Microcode在称为控制存储的核心内存的16千字节部分中。在该模型中，从卡片甲板或磁带加载不同的微代码，以在系统/ 360之间切换操作模式并仿真传统IBM 1400系列。

这些存储技术的一个重要特征是通过将握住微码的Mylar纸张（或卡片甲板）交换Mylar纸张（或卡片甲板）可以在客户站点上轻松更新微代码.Many系统错误可以通过更改微代码来廉价地固定。 （相比之下，AN＆＃34;工程变更＆＃34;在较旧的IBM 1401上通常需要工程师修改背板上的接线，更加耗时的时间，如果客户购买的话也可以升级微代码新功能。

TROS与Apollo Guidance Computer（AGC）使用的核心绳存储有一些相似之处，以存储程序，因为两者都通过核心的电线模式中的只读数据。核心绳索和TROS的权衡是不同的。 39; S核心绳索比TRO更致密，空间飞行的一个重要特征。然而，通过更换塑料胶带，可以轻松改变TRO，同时修改核心绳索所需的昂贵的8周制造过程，以连接新的模块。

核心绳索内存接线细节从早期（块i）apollo引导计算机。照片来自雷神。

TROS和核心绳索在结构上是相反的，反转单词（地址）线和感测线路的典型线路.TROS数据依赖于哪条字线或周围变压器，而核心绳索数据依赖于哪条感测线路或周围核心。要在AGC中读取一个单词，激活一个核心，而在TRO中，所有变压器（潜在）被激活。在TRO中的变压器有一个感测线，与一个输出位相关联。在AGC中的每个核心与一个输出位相关联。 ＃39; S核心绳索有192个感测线，与12个单词相关联。（我在这里核心绳索写得更多）。

TROS和其他只读存储技术是IBM System / 360的压倒性成功的关键成分，因为它们是Microcode实用的。然而，在20世纪70年代的廉价半导体ROM的到来量大量的复杂存储技术，如Tros.nowadays，大多数微处理器仍然使用微码，但它存储在芯片内的ROM中而不是mylar.microcode中的ROM中可以通过下载文件来修补，而不是替换计算机内的Mylar纸张。 7.

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下图说明了矩阵选择和二极管的工作方式。该图已简化为2个驱动程序，4个门和8字线;真实系统有16个驱动器，16个门和256条字线。（IBM呼叫A＆＃34;门＆＃34;这不是逻辑门，但是电流槽形成电路的另一端。）通过激励特定的驱动器和门对，选择字线。例如，如果驱动器1和门3被激励，则选择字线3，如红色所示。请注意，没有二极管，信号可以向后，不正确地激励多个字线。

↩词线矩阵选择。激励驱动程序DR1和门G3选择字线W3。基于型号40功能单元，P61。

型号20使用了22位微码字，因此这是如何使用60位TRO的工作方法是如何将一些微代码字被截断为16位，SOECH TROS Word持有三个微代码字：两个22位单词和一个16位Word.in型号20＆＃39; s microcode，每个单词都包含下一个MicroInstruction的地址来执行.Since截断的16位字只能分支到NextMicroinstructions的有限子集.thus，微代码汇编程序具有要小心地安排微代码，因此微型指令需要更长的分支，以较长的22位单词中的一个存储。 ↩

模型50中的90位微指令可以并行执行半十几个不同的功能。例如，下面的每个黄色框是单个微型指令，即浮点乘法的一部分。框中的行是一个单独的动作;微指令可以并行地控制发射器，加法器，移位器，移动器和本地存储。点是模型50更快（部分），因为它具有多个功能单元，并且微致备用控制它们更加复杂。

系统/ 360型号50中的两个微指令（黄色）。这是微码的一部分，用于处理浮点乘法期间的指数下溢和溢出。黑线显示控制流程。框外的文字是评论。从模型50图QG702

大多数系统/ 360计算机使用微码，因为它降低了成本，增加了灵活性，并提高了发展速度.IBM强加了系统/ 360计算机必须在微代码中实现的规则，除非有一个非常好的原因而不是。使用硬连线最快的模型但是，控制电路最大化性能。 ↩

令人困惑的是，IBM有两个称为Scamp的无关计算机。使用TROS是科学计算机和调制器处理器，该计算机在IBM Hursley开发的Scientific应用程序，而不是便携式IBM 5100（特殊计算机APL机器移动设备）的更好的销售仪器。 ↩

现代X86芯片具有硬编码的微码，以及一些SRAM，可容纳微码贴片以修复处理器缺陷。每个开机后，将通过BIOS（详细信息）将修补程序下载到处理器中。 ↩