PDP-11

PDP-11為迪吉多電腦於1970到1980年代所銷售的一系列16位元迷你電腦，這個產品線總計銷售約600,000部，是迪吉多最成功的產品線之一。PDP-11是迪吉多電腦的PDP-8系列的後續機種。PDP-11有著許多創新的特色，而且比起其前代機種更容易撰寫程式。當32位元的後續擴充機型VAX-11推出時，PDP-11已經廣受程式設計師的喜愛。這兩個機型後續的市場，則多由IBM PC、蘋果二號與昇陽電腦的工作站電腦等個人電腦所取代。

PDP-11系列的特色

指令集

PDP-11深受程式設計師喜愛的原因，主要是在於其高度正規化指令集的設計，使得程式設計師可以容易地分別記住所有的運算碼，以及指定運算子的方法。如此一來，給定運算子的方法（或稱之為定址模式）便可以很容易地預測，這樣子就不用去背一堆例外條件，或是特別受限的定址方式。

PDP-11所使用的指令集結構影響了C語言的語法。例如在c語言中，有著暫存器定址模式的增值與減值語法 ++i與i--。如果i與j都是暫存器變數，那麼*(--i) = *(j++)這樣子的表示式就可以編譯為單一機器碼指令。由於對單精確與雙精確浮點數沒有不同的運算碼，也造成C語言中缺乏單精確浮點數運算的運算模式。

就某種邏輯來看，指令集中的定址模式可以視為一種"基底"，而指令集中的運算碼則為另一個基底。每個雙引數指令可以分為兩個6位元的引數識別（分別包含了一個3位元的暫存器號碼，和一個3位元的定址模式碼）與一個4位元的運算碼。而單引數指令，則有一個6位元的引數識別和一個10位元的運算碼。所有的運算碼都可以使用任何的定址模式，雙引數指令還可以分別組合使用。在八個暫存器（編號0到7）當中，有七個是一般用途的T暫存器可作為平常運算使用，不過暫存器6則是某些指令下作為硬體識別堆疊指標之用。暫存器7則是程式計數器，是處理器執行程式碼的位址標記。這項創新與一些定址模式，提供了暫存器內容定址，絕對位址定址與相對位址定址。

16位元字元組是以小端序即低位元在前的方式儲存的。而32位元字元組則通常是以一種不常見的混合序格式儲存。由於PDP-11的風行，這種格式也被參照為pdp-資料次序（PDP-endian）。

無專用的輸出入埠

PDP-11與其他早期電腦最大的差異點，在於沒有專用的輸出入匯流排。PDP-11只有一個稱作為Unibus的記憶體匯流排。所有外部的裝置，都分別對應到不同的記憶體位址，所以不需要特殊的I/O指令。而其中斷系統的設計，也刻意的簡單化，以確保沒有任何的中斷程式會被遺漏。外部的裝置可以從單一的輸入線到四條優先度線路之一，發出中斷要求。而處理器可以從階層式的接受線路來回應中斷要求。（階層式的架構，是由一系列的邏輯閘所構成，來接受一系列按照優先順序的事件。就一般來說，第一個邏輯閘的要求會優先被接受。而階層式的要求，是按照裝置的優先度來處理的。）

而就PDP-11的設計來說，這代表中斷要求被接受的順序，是根據實際上硬體在匯流排上與處理器的接近程度來決定的。當處理器回應的時候，外部裝置會將其向量位址放在匯流排上，這是一個4位元的記憶體。之後處理器會從向量位置表讀取到狀態暫存器與程式計數器。而新的狀態暫存器會暫時取消掉其他的中斷要求，來避免中斷的重複發生。而取出的程式暫存器，則是指向中斷處理程式的起始位址。中斷處理程式將會先處裡這個硬體的要求，完成後再重新接受其他的中斷要求。最後，一個特別的RTI程式（自中斷回復）會將處理器回復到發生中斷之前的狀態。（這也可能是一個優先權較低的中斷處理程式）一個值得注意的是，處理器會避免遺漏掉中斷要求，假使中斷沒有被回應，將仍然會被保留著到之後循環。假使程式不正常的啟動了，處理器會發生一個特別的逾時錯誤，使用者將會得知這個硬體的錯誤。

為大量生產而設計

最後，由於PDP-11的設計，只需要半專業的人員來進行生產組裝。產品在尺寸精確上的要求，並不是非常要緊的。PDP-11的背版使用繞線連接的方式，也就是內部的印刷電路板插入背版上的接頭。這個接頭上的端子以導線纏繞於上的方式來連接，端子可以切開導線的絕緣層，與導線金屬的部份形成氣密連接。這種類似型式的接頭也可於電信模組上見到。

LSI-11

LSI-11是第一個使用大型積體電路技術製造的PDP-11機型。整個處理器包含了四個由威騰（Western Digital）所製造的大型積體電路晶片。而其匯流排是一個類似Unibus的Q-Bus，不同點在於位址與資料以多工的方式來共享資料線，而Unibus則是使用分別的線路。而且另一個不同點在於其I/O裝置的定址方式，可以容納到22位元寬的實體位址（Unibus只有18位元的寬度），並且有支援阻斷式（block mode）的運作。

處理器的微碼包含了一個除錯器，可以經由標準的RS-232終端機來操作。這在當時是一項創舉，因為微碼是計算機最基本的一個部份，也是最關鍵的控制單元。假使無法運作，便稱不上是一個計算機。除錯器提供了一個檢驗處理器中暫存器、記憶體與輸出入裝置的方法。因此，只要處理器可以運作，便能夠檢驗與修正計算機的內部狀態。這個內建的除錯器，省卻了昂貴與不方便操作的一大堆在面板上的開關與燈號，那是傳統上唯一能夠與快掛掉的電腦溝通的方式。

其微碼包含了一個通用的開機啟動程式，相容於所有DEC的磁碟裝置。

這兩項創新使得LSI-11總是可以開始運作。當其無法從大型磁碟啟動時，會嘗試由其軟碟啟動。而當硬體開始運作後，便可以從熟悉的終端機來使用。

PDP-11的式微

PDP-11最基本的設計是非常優良的，而且也一直有更新加入新的技術。然而，PDP-11還是必須面對其16位元的架構是有極限的，這是沒有辦法透過校調或是擴充來克服的。雖然有些機型可以支援更大的實體記憶體定址，但所有的應用程式仍然被侷限在一個16位元的虛擬定址空間而只能夠使用64K的記憶體。當1980年代超大型積體電路的技術使得記憶體晶片能夠更便宜，但是PDP-11的軟體仍然無法享受到更大的記憶體所帶來的便利。

DEC在PDP-11的下一代處理器為VAX（是"Virtual Address Extension (to the PDP-11)"的縮寫）克服了這些問題，但最初只針對高階市場來進行推廣。而英特爾的8086與8088提供了一個四位元的擴充"節"在其16位元的定址上，使得定址空間提升到1M而不需要更改為32位元的設計。這對當時逐漸擴充的IBM個人電腦相容機市場來說，已經是足夠的了。雖然在能夠支援更大節定址空間的80286與擁有32位元定址空間的80386推出前，就有到達1M的需求。

當工程師轉移到有更大的定址空間的架構時，支援32位元的運算也開始在如摩托羅拉 68000和英特爾 80386等後續的微處理器晶片上提供了。最後這些晶片的經濟規模大到一個程度後，PDP-11就相對而言不夠划算。DEC的一個DEC Professional系列，也就因此在市場上失敗了，同時兩個之後的DEC個人電腦系列也面臨相同的命運。

DEC最後在1997年中止了PDP-11的機型，並且把其相關的設計與作業系統授權賣給了一家愛爾蘭公司Mentec。這家公司是負責生產LSI-1的Q-Bus機板與個人電腦的ISA架構機板。

到了1990年末，DEC與大部分美國東北部六州（New England）的迷你電腦商，都在UNIX與windows伺服器的興起下，逐漸衰敗。

架構細節

以下內容可參考PDP-11處理器手冊（詳見Gordon Bell's 1969年版（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館））。

通用暫存器的定址模式

（R為通用暫存器，有0至7號；(R)為暫存器的內容）

0.暫存器 - 數值來自或存入暫存器中：OPR R ; R含有參數

1.暫存器指定位址 - 暫存器用來指定讀寫的記憶體位址：OPR (R) ; R存有位址

2.自動增值：OPR (R)+ ; R記憶體位址上的數值增加（R）

3.自動增值指定位址：OPR @(R)+ ; R存有位址，其內容 (R)加2

4.自動減值：OPR -（R）；記憶體位址R上的數值 (R)減少

5.自動減值指定位址：OPR @-（R）；記憶體位址R上的數值 (R)減2

6.索引：OPR X(R) ; (R)+X為記憶體位址，在指令的第二字元

7.索引指定位址：OPR @X(R) ; (R)+X為指令的第二字元記憶體位址的位址

程式計數器的定址模式

程式計數器（program counter，簡稱PC）亦可以用來作為一般暫存器使用，因此有以下的定址模式，可參照前面的通用暫存器：

2.直接定值：OPR #N；引數包含在指令中

3.絕對位址：OPR @#A；絕對位址包含在指令中

6.相對定址：OPR A ; PC+2+X為記憶體位址。PC+2為更新後的PC

7.相對參考定址：OPR @A ; PC+2+X為記憶體位址。PC+2為更新後的PC

PDP-11指令

單引數指令 - 指令的長度為雙字元組，一部分用來指定動作，稱之為"運算碼"（OP-Code）或"運算元"。而第二部份則用來指定引數（運算子）的位址。

15									6	5		3	2		0
運算碼										模式			暫存器

- CLR（清除）, COM（取一的補數）, INC（增值）, DEC（減值）, NEG（取二的補數之負數）, TST（測試）, ASR（數學位元右移）, ASL（數學位元左移）, ROR（向右位元轉動）, ROL（向左位元轉動）, SWAB（字元置換）, ADC（加法進位）, SBC（減法進位）, SXT（擴張正負號）。
雙引數指令 - 指令雙字元組的一部分用來指定動作，而其餘的部份則用來指定兩個引數的位址。

15			12	11		9	8		6	5		3	2		0
運算碼				模式			暫存器			模式			暫存器

- MOV（資料搬移）, ADD, SUB（加減法）, BIT（位元測試）, BIC（位元清除）, BIS（改動位元）, XOR（互斥或運算）。
程式控制指令 - 指令雙字元組的第一部分用來指定動作，而第二部份則用來指定要執行的程式碼位址。

15							8	7							0
運算碼								位移值

- BR（無條件分支）, BNE（非零值時分支）, BEQ（數值為零時分支）, BPL（正數時分支）, BMI（負數值時分支）, BVC（溢位清除時分支）, BVS（發生溢位時分支）, BCC（進位清除時分支）, BCS（發生進位時分支）。
- BLE（分支if <= 0）, BGE（分支if >= 0）, BLT（分支if < 0）, BGT（分支if > 0，正負號比較）
- BLO（小於時分支）, BHI（大於時分支）, BLOS（小於或等於時分支）, BHIS（大於或等於時分支，無正負號比較）
- SOB（暫存器減一後為零時分支）。
跳躍與子程式指令
- JMP（跳躍）, JSR（跳入副程式）, RTS（自副程式跳回主程式）
- EMT（模擬器錯誤時觸發）, TRAP, BPT（中斷點觸發）, IOT（輸出入錯誤時觸發）, RTI & RTT（自副程式跳回時觸發）
其他指令

- HALT, WAIT（等候中斷觸發）, RESET（重設UNIBUS）, MTPD（移至前一個資料空間）, MTPI（移至前一個指令空間）, MFPD（移自前一個資料空間）, MFPI（移自前一個指令空間）, MTPS（移至處理器狀態字元組）, MFPS（移自處理器狀態字元組）

條件碼操作
- CLC, CLV, CLZ, CLN, CCC（清除相關的條件碼）, SEC, SEV, SEZ, SEN, SCC（設定相關的條件碼）
- 處理器狀態字元組（processor status word - 簡稱PSW）的狀態碼共有四種：
  - N負數
  - Z零值
  - V溢位
  - C進位

"擴充指令集"（EIS），在11/35/40和11/03為選購，在更新的處理器則為內建功能
- MUL, DIV暫存器組的整數相乘與相除
- ASH, ASHC算數位元位移暫存器或暫存器組，正數位移向左，負數向右

"浮點數指令集"（FIS），在11/35/40和11/03為選購
- FADD, FSUB, FMUL, FDIV堆疊位址上的單精數運算，由暫存器定址
"浮點數處理器"（FPP），在11/45和大部分該系列的機種為選購
- 完整的浮點數運算，包含單精數與倍精數運算子，以浮點狀態暫存器指定精確度
- 單精浮點數運算的資料格式為IEEE 754格式的基礎：正負位元，8位元指數，23位元底數與第24位元隱藏用

商用指令集 (CIS), 11/23/24為選購微碼，11/44為附加模組與11/74的其中一版
- 支援COBOL與Dibol的多種字串與十進位數相關指令

組合語言範例

PDP-11使用的打孔帶

以下是一個完整的"Hello, world!"巨集組合語言程式，可以在組譯後於RT-11執行：

.TITLE HELLO WORLD .MCALL .TTYOUT,.EXIT HELLO:: MOV #MSG,R1；字串起始位址 1$: MOVB (R1)+,R0；迴圈取得下一個字元 BEQ DONE；遇到字串結尾跳出 .TTYOUT；輸出至TTY BR 1$；迴圈結尾 DONE: .EXIT

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

假設檔名為HELLO.MAC，RT-11的組譯，連結與執行的指令為：

.MACRO HELLO ERRORS DETECTED: 0

.LINK HELLO

.R HELLO Hello, world! .

（RT-11的命令提示字元為"."）而更複雜的MACRO-11程式，以下是兩個隨意選自Kevin Murrell's KPUN.MAC（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）與Farba Research's JULIAN程式。更進階的PDP-11函式庫程式碼可免費從Metalab（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）和Trailing Edge（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）來查閱。

這些程式也可以在PDP-11模擬器上運行。Bob Supnik所寫的名為SIMH模擬器，可以優秀地類比PDP-11與許多其他的架構，同時包含了軟體套件與原生作業系統（包含RT-11）。

PDP-11的機種

PDP-11處理器依據其原始設計，以及I/O匯流排的種類，可以歸類為以下幾種系列。在這些類別當中，大部份都有兩種以上的版本，其中一種為OEM代工的機型，另一種則是提供給最終使用者。

Unibus的機種

PDP-11-70

下列機種使用Unibus作為其擴充匯流排：

PDP-11（後稱為PDP-11/20）和PDP-11/15 -- 原始，無微程式的處理器，由Jim O'Loughlin所設計。
PDP-11/35和11/40 -- 微程式化的／20後續機型，由Jim O'Loughlin所帶領的團隊設計的。
PDP-11/45，11/50，和11/55 -- 更快的微程式化的處理器，並且可以使用半導體記憶體或是核心記憶體。
PDP-11/70 -- 11/45的擴充機型，經由獨立記憶體匯流排支援4 MB實體記憶體與2 KB快取記憶體，並藉由Massbus提供更快的I/O裝置連結。
PDP-11/05和11/10 -- 11/20的精減版。
PDP-11/34和11/04 -- 11/35和11/05的後續精減版。PDP-11/09和11/39機型只有DEC內部檔案記載，並沒有生產銷售。PDP-11/34的概念是由Bob Armstrong提出的。
PDP-11/44 -- 11/34的擴充型，增加了快取記憶體和浮點運算單元為標準功能。這一型並有一個特別的序列埠終端且支援4 MB實體記憶體。設計團隊由John Sofio所帶領。
PDP-11/60 -- 有使用者可程式化微控制碼的PDP-11，這是由Jim O'Loughlin所帶領的另一組團隊所設計的。
PDP-11/24 - 最早使用超大形積體電路PDP-11和Unibus，使用"Fonz-11" (F11)晶片組
PDP-11/84 - 使用超大形積體電路"Jaws-11" (J11)晶片組
PDP-11/94 - J11為基礎，比11/84更快

Q-Bus的機種

下列機種使用Q-Bus作為其擴充匯流排：

PDP-11/03（也稱為LSI-11/03）-- 第一個大型積體電路（LSI）技術的PDP-11，使用威騰（Western Digital）生產的晶片組。

PDP-11/23 -- 第二代大型積體電路（F-11），早期只支援248KB記憶體，但可以修改支援到4MB記憶體。
PDP-11/23+／MicroPDP-11/23 -- 11/23改良版，在處理器卡上提供更多功能（實際上為四倍大小）

MicroPDP-11/73 -- 第二代大型積體電路PDP，這個系統使用"Jaws-11" (J-11)晶片組。

MicroPDP-11/53 -- 較慢的11/73有內建記憶體

MicroPDP-11/83 -- 更快的11/73有內部記憶體連結（PMI）

MicroPDP-11/93 -- 更快的11/83，最終DEC Q-Bus PDP-11機型。

Mentec M100 -- Mentec重新設計的11/93，使用J-11晶片組時脈為19.66MHz，含4個內建序列埠，1-4MB內建記憶體，FPU為選購。

Mentec M11 -- 處理器升級子板，最後的微碼PDP-11架構，指令集是由Mentec設計的。使用TI 8832 ALU和德州儀器Texas Instruments製造的TI 8818微序列器。

Quickware QED-993 -- 高效能PDP-11/93處理器升級子板

無匯流排的機種

PDT-11/110
PDT-11/130
PDT-11/150

PDT為桌上型系統，以"智慧型終端機"來銷售。其中／110與／130使用VT100終端機模式。

PRO-325
PRO-350
PRO-380

DEC Professional系列為桌上型個人電腦，作為對抗IBM早期基於8088與80286個人電腦的競爭機種。這些機型配備有5 1/4"軟碟機與硬碟機，而325則是沒有配備硬碟的機型。中央處理器為LSI-11產品線，以P/OS為作業系統，這是以RSX-11M+為基礎的選單式系統。由於設計上刻意避免與PDP-11機種的軟體相容性，其市場上最後失敗的命運並不令人意外。

計劃中但未上市機種

PDP-11/27 -- Jaws-11機型的實作，計劃採用VAXBI Bus作為I/O匯流排。

PDP-11/68 -- PDP-11/60的後續機型，支援4 MB的實體記憶體。

PDP-11/74 -- PDP-11/70擴充為多處理器的機型。最多可以使用四顆處理器，但是電纜線也會因此多到難以管理。另一個11/74的變形則是可以支援多處理器與內建商用指令集。有相當數量的11/74原型機（包含數種不同的子機型）生產出來以及至少二路的多處理器系統提供給客戶作為外部測試（beta test）使用。但是實際上自始至終這個機型都沒有正式的進行銷售過。一套四路的多處理器系統由RSX-11作業系統的開發團隊所維護，作為測試使用。而一套單處理器的版本則作為PDP-11工程一般時程分割之用。11/74之所以沒有上市，主要是由於剛好與新的32位元產品與VAX 11/780這個第一個VAX機型的上市撞期。謠言流傳與陰謀論者^{[永久失效連結]}認為11/74被取消的原因，是由於其效能相較於11/780系列要來得更佳：鑑於行銷的考量，推出效能更好的的PDP-11機型將會影響並減緩客戶轉移到新的VAX機型的速度。然而，在該領域中維護產品的能力才是主要的原因。要說是陰謀論也好，DEC始終無法成功地將其所有的客戶從PDP-11轉移到VAX系列，這個主要的原因不是在於效能好壞，而是在於PDP-11優良的即時回應能力。