SDS 940

Avec cette machine, plusieurs utilisateurs peuvent travailler simultanément sur un même ordinateur depuis des terminaux. Chacun peut saisir des commandes, écrire ou modifier un programme, lancer son exécution puis consulter immédiatement le résultat.

Ainsi, le SDS 940 contribue à transformer la relation avec l’ordinateur. Celui-ci n’est plus seulement une machine centrale à laquelle on soumet des travaux : il devient un environnement de travail interactif et partagé.

Contexte historique

Au début des années 1960, l’informatique repose encore largement sur le traitement par lots. Les programmeurs préparent leurs travaux à l’avance puis les confient à un opérateur, qui les exécute les uns après les autres. Par conséquent, plusieurs minutes, voire plusieurs heures, peuvent s’écouler avant d’obtenir un résultat.

Le temps partagé propose une organisation différente. Le processeur passe très rapidement d’un programme à un autre et partage ainsi son temps entre plusieurs utilisateurs. De cette manière, chacun a l’impression de disposer directement de la machine.

En juin 1963, l’université de Californie à Berkeley lance le Project Genie. L’ARPA finance le projet, tandis que Harry Huskey et David Evans participent à sa direction. Les chercheurs veulent notamment étudier de nouvelles formes d’interaction directe entre l’homme et l’ordinateur.

Ils choisissent comme base un SDS 930. Scientific Data Systems livre la machine à Berkeley en septembre 1964. Les chercheurs la modifient ensuite profondément afin de protéger les utilisateurs, d’isoler les programmes et de permettre au système d’exploitation de conserver le contrôle de l’ordinateur.

Au début de 1965, l’équipe termine les principales modifications matérielles. Puis, en avril 1965, le système de temps partagé devient opérationnel.

Scientific Data Systems reprend ensuite une grande partie de ces innovations afin de créer une version commerciale : le SDS 940.

Dates clés

• juin 1963 : lancement du Project Genie à Berkeley
• septembre 1964 : livraison du SDS 930 utilisé comme base du projet
• avril 1965 : mise en service du système de temps partagé de Project Genie
• 1966 : commercialisation du SDS 940
• 1967 : installation d’un SDS 940 au Stanford Research Institute
• 9 décembre 1968 : démonstration publique du système NLS de Douglas Engelbart
• 29 octobre 1969 : le SDS 940 du SRI reçoit la première communication hôte à hôte de l’ARPANET envoyée depuis l’UCLA

Caractéristiques techniques

• Constructeur : Scientific Data Systems
• Commercialisation : 1966
• Taille du mot : 24 bits
• Mémoire : de 16 384 à 65 536 mots de 24 bits
• Cycle mémoire : 1,75 µs
• Utilisateurs : plusieurs dizaines d’utilisateurs simultanés selon la configuration
• Terminaux : principalement des télétypes connectés par lignes de communication
• Périphériques : bandes papier, imprimantes, tambours, disques et bandes magnétiques

Trois modes de fonctionnement

Pour permettre le temps partagé sans qu’un programme puisse perturber le système, le SDS 940 dispose de trois modes de fonctionnement.

D’abord, le mode normal conserve une large compatibilité avec le SDS 930 dont la machine dérive.

Ensuite, le mode moniteur donne au système d’exploitation les privilèges nécessaires pour gérer la mémoire, les périphériques et les interruptions.

Enfin, le mode utilisateur sert à exécuter les programmes des utilisateurs. Dans ce mode, le processeur interdit certaines instructions, notamment celles qui permettraient de contrôler directement les périphériques ou de modifier des éléments essentiels du système.

Lorsqu’un programme utilisateur demande une opération privilégiée, le processeur transfère le contrôle au moniteur.

Ainsi, le SDS 940 sépare clairement les programmes utilisateurs du système privilégié. Les systèmes d’exploitation modernes utilisent toujours ce principe.

Protection et relocalisation de la mémoire

Le SDS 940 possède également un mécanisme matériel de mappage de la mémoire.

Le système organise l’espace d’adressage d’un programme en huit blocs de 2 048 mots, soit un total de 16 384 mots. Des registres matériels associent ensuite ces blocs logiques à différentes zones de la mémoire physique.

Grâce à ce mécanisme, un programme n’a pas besoin de connaître son emplacement réel dans la mémoire de l’ordinateur.

Le système peut donc placer plusieurs programmes dans des régions distinctes et contrôler les zones auxquelles chacun peut accéder.

Cette technique remplit deux fonctions essentielles :

• la relocalisation : le système peut placer un programme à différents endroits de la mémoire sans le réécrire ;
• la protection : un programme utilisateur ne peut pas accéder librement à la mémoire du système ou à celle d’un autre utilisateur.

Ainsi, le SDS 940 met en œuvre une forme précoce de mémoire virtuelle paginée. Les adresses utilisées par un programme ne correspondent donc plus nécessairement à son emplacement physique réel.

Les SYSPOPs

En mode utilisateur, les programmes ne peuvent pas accéder directement aux ressources protégées de la machine.

Pour demander un service au système, ils utilisent des opérations particulières appelées System Programmed Operators, généralement abrégées en SYSPOPs.

Par exemple, un programme peut demander au moniteur d’effectuer une opération sur un fichier, un terminal ou un périphérique. Le moniteur contrôle alors la demande puis réalise l’opération.

Grâce à ce mécanisme, un programme utilisateur ne contrôle jamais directement les ressources sensibles.

Les SYSPOPs annoncent ainsi le principe des appels système utilisés par les systèmes d’exploitation modernes.

Un véritable environnement interactif

Le logiciel du SDS 940 comprend un moniteur de temps partagé, un environnement de commandes et plusieurs outils de programmation.

Depuis son terminal, un utilisateur peut notamment :

• créer ou modifier un fichier ;
• écrire un programme ;
• le compiler ou l’assembler ;
• l’exécuter ;
• observer les erreurs ;
• modifier immédiatement son travail puis recommencer.

La machine permet notamment d’utiliser FORTRAN, LISP, SNOBOL ou CAL.

Cette manière de travailler contraste fortement avec le traitement par lots. Désormais, le programmeur entre dans une boucle interactive avec l’ordinateur : il écrit, exécute, observe puis corrige son programme.

Le SDS 940 rapproche ainsi la programmation des méthodes de développement que nous utilisons aujourd’hui.

Douglas Engelbart et NLS

L’une des utilisations les plus célèbres du SDS 940 a lieu au Stanford Research Institute, le SRI.

À partir de 1967, Douglas Engelbart et son équipe utilisent un SDS 940 pour faire fonctionner NLS, le oN-Line System.

NLS expérimente alors de nombreuses idées très nouvelles : édition interactive de documents, liens hypertextes, navigation dans des structures complexes, collaboration à distance et utilisation d’une souris pour manipuler des informations affichées à l’écran.

Le 9 décembre 1968, Engelbart présente ces travaux au public lors d’une démonstration devenue célèbre sous le nom de Mother of All Demos.

Pendant cette présentation, le SDS 940 constitue le cœur informatique du système NLS.

Ainsi, Engelbart montre une vision radicalement différente de l’ordinateur : non plus seulement une machine destinée à effectuer des calculs, mais un outil permettant de manipuler des informations, communiquer et travailler collectivement.

Le SDS 940 et les débuts de l’ARPANET

Le SDS 940 du Stanford Research Institute joue également un rôle dans les débuts des réseaux informatiques.

En 1969, le SRI rejoint l’ARPANET avec l’UCLA, l’université de Californie à Santa Barbara et l’université de l’Utah.

Le 29 octobre 1969, les chercheurs établissent une connexion entre le Sigma 7 de l’UCLA et le SDS 940 du SRI.

Depuis l’UCLA, ils tentent alors d’envoyer la commande :

LOGIN

Le SDS 940 reçoit les lettres L puis O, avant que la connexion ne s’interrompe.

Quelques heures plus tard, les chercheurs réussissent une connexion complète.

Cet échange constitue la première communication entre deux ordinateurs hôtes de l’ARPANET. Ce réseau jouera ensuite un rôle majeur dans l’histoire d’Internet.

Temps partagé et services informatiques à distance

Le SDS 940 ne reste pas cantonné aux universités et aux laboratoires de recherche.

Des entreprises comme Tymshare et Comshare utilisent également des systèmes de temps partagé pour vendre de la puissance informatique à distance.

Le principe est simple : l’entreprise possède les ordinateurs centraux, tandis que ses clients utilisent seulement des terminaux.

Les utilisateurs peuvent notamment se connecter par le réseau téléphonique. Ils accèdent ainsi à une puissance de calcul sans devoir acheter leur propre ordinateur.

Cette organisation présente déjà plusieurs caractéristiques que l’on retrouvera beaucoup plus tard dans les services informatiques en ligne :

• infrastructure centralisée ;
• ressources partagées ;
• accès à distance ;
• utilisation simultanée par plusieurs clients ;
• facturation selon l’usage.

Pourquoi le SDS 940 est important

Le SDS 940 n’est pas le premier ordinateur à pratiquer le temps partagé. D’autres systèmes expérimentaux apparaissent dès le début des années 1960.

Cependant, son importance vient surtout du fait qu’il réunit dans une machine commerciale plusieurs mécanismes indispensables à une informatique interactive multiutilisateur.

• Temps partagé : plusieurs utilisateurs travaillent simultanément sur une même machine.
• Protection matérielle : le matériel sépare les programmes utilisateurs du système d’exploitation.
• Relocalisation mémoire : le matériel traduit les adresses utilisées par un programme vers différentes zones de mémoire physique.
• Mémoire virtuelle : l’espace d’adressage vu par le programme diffère de l’organisation réelle de la mémoire.
• Appels système : les SYSPOPs donnent accès de manière contrôlée aux services du moniteur.
• Interaction directe : les utilisateurs programment, éditent et déboguent depuis leur terminal.
• Travail collaboratif : le SDS 940 sert de plateforme au système NLS de Douglas Engelbart.
• Réseaux : le SDS 940 du SRI participe à la première connexion entre deux hôtes de l’ARPANET.

Héritage

Le SDS 940 appartient encore au monde des grands ordinateurs installés dans des salles spécialisées, avec leurs armoires électroniques, leurs mémoires à tores magnétiques et leurs terminaux télétypes.

Pourtant, son fonctionnement annonce déjà une autre informatique.

Un utilisateur peut se connecter à distance, disposer de fichiers personnels, lancer des programmes, communiquer avec un système d’exploitation interactif et partager la puissance de la machine avec de nombreuses autres personnes.

Ainsi, la séparation entre mode utilisateur et mode privilégié, la protection mémoire, les appels système, la mémoire virtuelle et le temps partagé deviendront des éléments fondamentaux des systèmes d’exploitation modernes.

Par son utilisation à Berkeley, au SRI, dans NLS, dans les premiers services commerciaux de temps partagé et aux débuts de l’ARPANET, le SDS 940 constitue donc l’une des machines importantes de la transition entre l’ordinateur central utilisé par lots et l’informatique interactive, connectée et multiutilisateur.