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THEマルチプログラミングシステム

索引 THEマルチプログラミングシステム

THEマルチプログラミングシステム(THE multiprogramming system)は、エドガー・ダイクストラらが開発した初期のマルチタスクオペレーティングシステム (OS)。1965年から66年に論文に記され、1968年に発表された。ダイクストラはこのシステムを命名したことはない。"THE" とは "Technische Hogeschool Eindhoven" の略で、オランダ語でアイントホーフェン工科大学を意味する。THEシステムは基本的にマルチタスクをサポートしたバッチ処理システムである。マルチユーザーOSとしては設計されていない。同時期の Project GENIE で開発された SDS 940 に似ているが、THEシステムでのプロセス群は静的だった。 THEシステムは初のソフトウェアベースのメモリセグメンテーションを導入し(Electrologica X8 はハードウェアでのメモリ管理をサポートしていなかった)、プログラマは磁気ドラムメモリ上の物理的位置を気にする必要がなくなった。そのために修正を加えたALGOLコンパイラ(ダイクストラのシステムでサポートされた唯一のプログラミング言語)を使い、システムルーチン呼び出しを自動生成し、必要な情報が必要なときにスワップインされることを保証している。.

33 関係: ALGOL健全性形式手法マルチユーザーマルチタスクバッチ処理メモリ管理リングプロテクションワードプログラミング言語テキサス大学オースティン校アイントホーフェン工科大学アセンブリ言語エドガー・ダイクストラオペレーティングシステムオランダ語カーネルキャッシュ (コンピュータシステム)キャッシュアルゴリズムコンパイラコンテキストスイッチスケジューリングセマフォセグメント方式サブルーチン入出力磁気ドラムメモリ磁気コアメモリMacOSMicrosoft Windows NTMulticsProject GENIESDS 940

ALGOL

ALGOL(アルゴル)は、命令型プログラミング言語ファミリーの1つファミリー名は大文字/小文字をまじえて表記される場合 と、全て大文字で表記される場合 (ALGOL 68) がある。本項目では ALGOL で統一する。。名前「ALGOL」は「アルゴリズム言語」を意味する英語「algorithmic language」に由来する。1950年代中ごろに開発され、多くの言語に影響を及ぼし、ACMや教科書や学術論文などでアルゴリズム記述のデファクトスタンダードとして30年以上使われた。現代の多くの言語が「ALGOL系」あるいは「ALGOL風」(algol-like) とされているという意味で、ほぼ同世代の高水準言語である FORTRAN、LISP、COBOL に比べて最も成功したと言うこともできる。FORTRANで明らかとなった問題を防ぐよう設計され、BCPL、B、Pascal、Simula、Cといった様々なプログラミング言語に影響を与えた。ALGOLはLisp以外としては「begin と end で囲む」という構文によるブロック構造を導入し、制御構造を自在に入れ子(ネスト)にできる初の広まった言語となったFORTRANにはそのような構造は無い。COBOLではピリオドで全ての入れ子が終端するという仕様だったため(現在はend-ifなどを使う)、入れ子で書ける論理に制限があり、酷いバグの原因にもなりやすかった。。また構文の形式的定義を真剣に検討した最初のプログラミング言語でもあり、"Algol 60 Report" で導入されたバッカス・ナウア記法は、その後のコンピュータ言語等の構文の形式的定義を示す手法として(プログラミング言語だけに限られず)定番の記法となっている。.

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健全性

健全性(けんぜんせい、Soundness)は、論証が次の属性を持つことと同値である。.

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形式手法

Z言語を使った形式仕様記述の例 形式手法(けいしきしゅほう、formal methods)は、ソフトウェア工学における数学を基盤としたソフトウェアおよびハードウェアシステムの仕様記述、開発、検証の技術である。ソフトウェアおよびハードウェア設計への形式手法の適用は、他の工学分野と同様、適切な数学的解析を行うことで設計の信頼性と頑健性が向上するという予想によって動機付けられている。 形式手法は理論計算機科学の様々な成果を基盤として応用したものであり、数理論理学、形式言語、オートマタ理論、プログラム意味論、型システム、代数的データ型などを活用して、ソフトウェアおよびハードウェアの仕様記述とその検証を行う。.

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マルチユーザー

マルチユーザーとは、1台のコンピュータに対して同時に複数のユーザーが使用可能なオペレーティングシステムやアプリケーションソフトウェアのことを定義する用語である。タイムシェアリングシステムは、まさにマルチユーザーと言える。メインフレームコンピュータで使われるバッチ処理の多くも、ある処理が入出力待ちをしている間もCPUを稼動させるよう複数の処理を連続に処理するために、マルチユーザーであると考えられる場合もある。しかしながら、バッチ処理の場合はマルチタスクの用語を使うほうが、より一般的である。 Category:オペレーティングシステムの仕組み.

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マルチタスク

マルチタスク (multi tasking) は、コンピュータにおいて複数のタスク(プロセス)を切り替えて実行できるシステムのことである。Unixなど「プロセス」という用語を使うシステムではマルチプロセスともいう(ほぼ同じものを別のシステムでは別の名で呼んでいることもあれば、違うものを同じ名で呼んでいることもあれば、何らかの理由で呼び分けていることもある)。マルチプログラミングという語は複数のプログラムを動かすという点に着目した語である(一般に、「タスク」とか「プロセス」は、プログラムの活動実体、といったようなものを指す語である)。逆に、同時に一つのタスクしか実行できない方式をシングルタスクという。.

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バッチ処理

バッチ処理(バッチしょり)とは、.

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メモリ管理

メモリ管理(メモリかんり)とは、コンピュータのメモリを管理するもの。単純化すれば、プログラム(プロセスなど)の要求に応じてメモリの一部を割り当てる方法と、そのメモリが不要となったときに再利用のために解放する方法を提供する。 今日では、CPU(メモリ管理ユニット)とオペレーティングシステムが協働して仮想記憶やメモリ保護を提供するのが一般的である。 また、各種データ構造を線形空間であるメモリに展開する場合の管理手法(アルゴリズム)についても「メモリ管理」と呼ばれる。.

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リングプロテクション

リングプロテクション(Ring Protection または Protection Ring)は、複数の特権レベルの階層構造を持ったコンピュータアーキテクチャの一種。単にリングとも言う。また、階層保護ドメイン (hierarchical protection domains) とも呼ぶ。データや機能を障害から保護し(フォールトトレラント性)、悪意ある行為から保護する(コンピュータセキュリティ)。capability-based security とは対極の考え方に基づく。.

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ワード

ワード(word)は、データ量あるいは情報量の単位である。バイト同様に場合によりまちまちな単位であるが、1980年頃には8ビットに落ち着いたバイトと異なり、現在もまちまちに使われている。場合によってはサイズを固定せずに「データのひとかたまり」を意味していることもある(「可変長ワード」)。 たとえばコンピュータのプロセッサの場合、そのプロセッサの汎用レジスタのサイズをワードとし、その倍長を「ダブルワード」、半分を「ハーフワード」などと呼ぶものもある。System/360に始まる32ビットマシンの時代が長く続いたので32ビットを1ワードとする文化があり、あるいは32ビットはミニコンピュータのベストセラーVAXの文化でもある。一方でパーソナルコンピュータには、x86の初代である8086における1ワードである16ビットが最初に基準となったことによる命名規則による文化もある。近年はマイクロプロセッサも64ビット化し、あるいはSIMDなどで128ビットなどのワードも現れている。 歴史的には、System/360(バイトマシンの確立)より前のマシンでは、「オクテットの2倍か4倍のサイズをワードとする」という設計にする動機が薄く、12ビット~36ビット程度のワードの扱いを得意とする設計とした「ワードマシン」か、6ビット程度の「字」の扱いを得意とする「キャラクタマシン」の、どちらかの設計とすることが多かった。マイコン時代にも、東芝のTLCS-12Aという12ビットワードのマシンの例がある。.

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プログラミング言語

プログラミング言語(プログラミングげんご、programming language)とは、コンピュータプログラムを記述するための形式言語である。なお、コンピュータ以外にもプログラマブルなものがあることを考慮するならば、この記事で扱っている内容については、「コンピュータプログラミング言語」(computer programming language)に限定されている。.

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テキサス大学オースティン校

公立の学費でアイビーリーグと同等の教育を受けられる(ただし、留学生と州外の生徒は公立料金の扱いは除外される)大学を指すパブリック・アイビーの一つである。一般的には「UT Austin」もしくは「UT」などと呼称される。5万人の学部生と大学院生、1万6千人の教授、関係者を抱え、270以上の学部、大学院教育プログラムを提供し、幅広い研究、教育を行っている。学生間には強烈な仲間意識があり、独特な校風を有している。卒業生、関係者は各分野で活躍しており、数々の分野において高く評価されている。Newsweek世界大学ランキングでは世界第27位。.

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アイントホーフェン工科大学

アイントホーフェン工科大学(Technische Universiteit Eindhoven)は、オランダのアイントホーフェンにある公立大学。TU/eと略される。.

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アセンブリ言語

モトローラ MC6800 のアセンブリ言語のソースコード アセンブリ言語(アセンブリげんご、英: assembly language)とは、コンピュータ、マイクロコントローラ、その他のプログラム可能な機器を動作させるための機械語を人間にわかりやすい形で記述する、代表的な低水準言語である。なお、英語の assembly とは「組立」という意味である。.

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エドガー・ダイクストラ

ドガー・ダイクストラ(Edsger Wybe Dijkstra, 1930年5月11日 - 2002年8月6日)は、オランダ人の計算機科学者。1972年、プログラミング言語の基礎研究への貢献に対してチューリング賞を受賞。構造化プログラミングの提唱者。1984年から2002年に亡くなるまでテキサス大学オースティン校の計算機科学の Schlumberger Centennial Chair を務めた。 2002年の死の直前、プログラム計算のについての仕事に対して ACM PODC Influential Paper Award を授与された。この賞は翌年からダイクストラを称えてと呼ばれるようになった。 エズガー・ダイクストラと表記されることもある。オランダ語での発音は、IPA表記で で、エツハー・ウィベ・デイクストラに近い。.

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オペレーティングシステム

ペレーティングシステム(Operating System、OS、オーエス)とは、コンピュータのオペレーション(操作・運用・運転)のために、ソフトウェアの中でも基本的、中核的位置づけのシステムソフトウェアである。通常、OSメーカーが組み上げたコンピュータプログラムの集合として、作成され提供されている。 オペレーティングシステムは通常、ユーザーやアプリケーションプログラムとハードウェアの中間に位置し、ユーザーやアプリケーションプログラムに対して標準的なインターフェースを提供すると同時に、ハードウェアなどの各リソースに対して効率的な管理を行う。現代のオペレーティングシステムの主な機能は、ファイルシステムなどの補助記憶装置管理、仮想記憶などのメモリ管理、マルチタスクなどのプロセス管理、更にはGUIなどのユーザインタフェース、TCP/IPなどのネットワーク、などがある。オペレーティングシステムは、パーソナルコンピュータからスーパーコンピュータまでの各種のコンピュータや、更にはスマートフォンやゲーム機などを含む各種の組み込みシステムで、内部的に使用されている。 製品としてのOSには、デスクトップ環境やウィンドウシステムなど、あるいはデータベース管理システム (DBMS) などのミドルウェア、ファイル管理ソフトウェアやエディタや各種設定ツールなどのユーティリティ、基本的なアプリケーションソフトウェア(ウェブブラウザや時計などのアクセサリ)が、マーケティング上の理由などから一緒に含められていることもある。 OSの中で、タスク管理やメモリ管理など特に中核的な機能の部分をカーネル、カーネル以外の部分(シェルなど)をユーザランドと呼ぶ事もある。 現代の主なOSには、Microsoft Windows、Windows Phone、IBM z/OS、Android、macOS(OS X)、iOS、Linux、FreeBSD などがある。.

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オランダ語

ヨーロッパにおける低地フランク語の分布 オランダ語(オランダご、Nederlands )は、インド・ヨーロッパ語族の西ゲルマン語群に属し、オランダおよびベルギー北部を中心に2300万人以上が使っている言語。ベルギー方言はフラマン語と言うことがある。 日本語では現在は主にオランダ語と言うが、江戸時代には蘭語(らんご)とも呼ばれ、今でも蘭(らん)という略称が広く使われている。.

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カーネル

ーネルはアプリケーションソフトウェアとコンピュータのハードウェアを結び付ける。 カーネル(kernel)は、階層型に設計されたオペレーティングシステム (OS) の中核となる部分である。アプリケーションとハードウェアレベルでの実際のデータ処理との間の架け橋である。システムのリソースを管理し、ハードウェアとソフトウェアコンポーネントのやりとりを管理する。 オペレーティングシステムの基本コンポーネントとして、カーネルはメモリ、CPU、入出力を中心としたハードウェアを抽象化し、ハードウェアとソフトウェアがやり取りできるようにする。また、ユーザープログラムのための機能として、プロセスの抽象化、プロセス間通信、システムコールなどを提供する。 これらのタスクはカーネルによって方式が異なり、設計も実装も異なる。モノリシックカーネルは全てを一つの仮想アドレス空間に格納されたコードで実行して性能を向上させようとする。マイクロカーネルはサービスの大部分をユーザー空間で実行し、コードの保守性とモジュール性を向上させようとする, by K.J.。多くのカーネルはこの二つのカテゴリのいずれか、あるいは中間である。.

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キャッシュ (コンピュータシステム)

ャッシュ (cache) は、CPUのバスやネットワークなど様々な情報伝達経路において、ある領域から他の領域へ情報を転送する際、その転送遅延を極力隠蔽し転送効率を向上するために考案された記憶階層の実現手段である。実装するシステムに応じてハードウェア・ソフトウェア双方の形態がある(今後コンピュータのプログラムなども含め全ての転送すべき情報をデータと表す)。 キャッシュ概要図 転送元と転送先の中間に位置し、データ内容の一部とその参照を保持する。データ転送元への転送要求があり、それへの参照が既にキャッシュに格納されていた場合は、元データからの転送は行わずキャッシュが転送を代行する(この状態をキャッシュヒット、キャッシュに所望のデータが存在せず元データから転送する状態をキャッシュミスという。なお、由来は不明で和製英語と思われるが日本の一部の文献及び資格試験において「キャッシュミスヒット」という用語が使われている)。もしくは出力データをある程度滞留させ、データ粒度を高める機能を持つ。これらによりデータの2種の局所性、すなわち時間的局所性と空間的局所性を活用し、データ転送の冗長性やオーバヘッドを低減させることで転送効率を向上させる。 コンピュータの各記憶領域を始めとして、ネットワークやデータベース、GPU、DSPなど様々なシステムの様々な階層に搭載されている。.

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キャッシュアルゴリズム

ャッシュアルゴリズム(Cache algorithm)は、コンピュータ上で情報を格納するキャッシュを管理するプログラムまたはハードウェア構造を最適化するアルゴリズム群。キャッシュが一杯になったとき、このアルゴリズムで新たな情報を格納するための場所を選択し確保する。置換アルゴリズムあるいは置換ポリシーとも。 キャッシュのヒット率(hit rate)とは、探しているデータがキャッシュ上で見つかる率(頻度)である。キャッシュサイズを増やさずにヒット率を向上させるには、キャッシュアルゴリズムはより多くの使用(usage)情報を必要とする。 キャッシュのレイテンシとは、あるデータを要求してからキャッシュがそれを返すまでにかかる時間である。より高速な置換戦略は一般に、より少ない使用情報を使用していて、情報の更新にかかる時間が少ない(ダイレクトマップ式なら全く情報を持たない)。 それぞれのキャッシュアルゴリズムは、ヒット率とレイテンシの兼ね合いを考慮している。.

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コンパイラ

ンパイラ(英:compiler)とは、コンピュータ・プログラミング言語の処理系(言語処理系)の一種で、高水準言語によるソースコードから、機械語に(あるいは、元のプログラムよりも低い水準のコードに)変換するプログラムである。.

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コンテキストスイッチ

ンテキストスイッチ (context switch) とは、複数のプロセスが1つのCPUを共有できるように、CPUの状態(コンテキスト (情報工学))を保存したり復元したりする過程のことである。コンテキストスイッチはマルチタスクオペレーティングシステムに不可欠な機能である。通常コンテキストスイッチは多くの計算機処理を必要とするため、オペレーティングシステムの設計においてはコンテキストスイッチを最適化することが重要である。.

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スケジューリング

計算機科学においてスケジューリングは、スレッドやプロセスやデータの流れについて、システム資源(例えば、プロセッサ時間、通信帯域など)へのアクセスを与える方法である。システムを効果的に負荷分散するため、あるいはターゲットの Quality of Service を保証するためになされる。スケジューリングアルゴリズムは、マルチタスク(同時に複数のプロセスを実行)や多重化(複数のデータの流れを同時に転送)の発展とともに進化してきた。 スケジューラの主な関心事は以下の通りである。.

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セマフォ

マフォ(semaphore)とは、計算機科学において、並列プログラミング環境での複数の実行単位(主にプロセス)が共有する資源にアクセスするのを制御する際の、単純だが便利な抽象化を提供する変数または抽象データ型である。 ある資源が何個使用可能かを示す記録と考えればわかりやすく、それにその資源を使用する際や解放する際にその記録を「安全に」(すなわち競合状態となることなく)書き換え、必要に応じて資源が使用可能になるまで待つ操作が結びついている。セマフォは競合状態を防ぐ便利なツールであるが、セマフォを使うことでプログラムにおける競合状態がなくなると保証するものではない。任意個の資源を扱うセマフォをカウンティングセマフォ、値が0と1に制限されている(ロック/アンロック、使用可能/使用不可の意味がある)セマフォをバイナリセマフォと呼ぶ。後者はミューテックスと同等の機能を持つ。 セマフォの概念はオランダ人計算機科学者エドガー・ダイクストラが考案した。今ではさまざまなオペレーティングシステムで採用されている。 「semaphore」の本来の語義は「視覚による通信・信号」全般を指し、腕木通信や、それから派生した鉄道の腕木信号(や自動車の方向指示器)、手旗信号などが含まれる。日本語でのセマフォは、本用途(コンピュータ、プログラミング関連)に限られる。 語源の腕木式信号機.

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セグメント方式

メント方式 (memory segmentation)は、メモリ管理の方式の一つ。プログラムやデータをセグメントまたはセクションという「可変な」大きさのまとまりで管理する。セグメントは、メモリ空間上で、情報の属性などによって分類されたグループである。セグメント方式でメモリ位置を参照するには、セグメントを識別する値とセグメント内のオフセットを指定する。セグメントまたはセクションはプログラムをコンパイルした際に生成されるオブジェクトファイルでも使われており、それらがリンクされて実行ファイルが生成され、そのイメージがメモリにロードされる。 セグメントは仮想記憶やメモリ保護機能を実現する方式の一つである。プログラムのモジュール毎やメモリ使用法の異なるクラス毎に「コードセグメント」や「データセグメント」といった各種セグメントが生成される。1つのセグメントを複数のプログラムが共有することもある。.

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サブルーチン

ブルーチン(subroutine)は、コンピュータプログラミングにおいて、プログラム中で意味や内容がまとまっている作業をひとつの手続きとしたものである。繰り返し利用されるルーチン作業をモジュールとしてまとめたもので、呼び出す側の「主」となるもの(メインルーチン)と対比して「サブルーチン」と呼ばれる。サブプログラム (subprogram) と呼ばれることもある。また、「サブ」をつけずに「ルーチン」と呼ぶこともある。 プログラムのソース中で、繰り返し現れる作業をサブルーチン化することで、可読性や保守性を高く保つことができる。繰り返し現れる作業でなくても、意味的なまとまりを示すためにサブルーチン化することもある。また、キャッシュのような階層的メモリの設計を持つコンピュータ(現在のパソコンやワークステーションなどほぼすべて)では、よく使われるサブルーチンがキャッシュに格納されることで高速な動作を期待できる。.

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入出力

入出力(にゅうしゅつりょく、input/output)は、データなどの「ものごと」の流れにおける出入りのことで、入力と出力の2つを総称した概念のことである。input/outputの頭文字をとってI/Oと略される。.

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磁気ドラムメモリ

磁気ドラムメモリ(じき-、Magnetic Drum Memory)は、1932年、オーストリア ウィーンの技術者グスタフ・タウシェク(en)が発明した記憶装置である。.

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磁気コアメモリ

磁気コアメモリ(じきこあめもり)は、小さなドーナツ状のフェライトコアを磁化させることにより情報を記憶させる記憶装置。 コンピュータの初期世代ではよく使われた。原理的に破壊読み出しで、読み出すと必ずデータが消えるため、再度データを書き戻す必要がある。破壊読み出しだが、磁気で記憶させるため、不揮発性という特徴がある(ただし、電源投入時のノイズ等で内容が破壊されうるので、設計次第で揮発性メモリのように扱われる)。 縦方向、横方向、さらに斜め方向の三つの線の交点にコアを配置する。縦横方向でアドレッシングを行ない、斜め方向の線でデータを読み出す。.

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MacOS

macOS(マックオーエス)は、アップルが開発・販売する、Macのオペレーティングシステムである。かつての名称はOS X、Mac OS Xであった(後述)。 技術的に直系ではないが、Classic Mac OS (Mac OS、System) の後継として、新たにBSD系UNIXをベースに開発された。.

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Microsoft Windows NT

Microsoft Windows NT(マイクロソフト ウィンドウズ エヌティー)は、マイクロソフトが開発したオペレーティングシステム (OS) である。DECが手がけたVMSのアーキテクチャを基礎としており、開発もDECの元社員が全面的に行い、リリースに至っている。 Windows 9x系といったWindowsファミリーのオペレーティングシステムより安定性に優れている。Windows 2000 以降はOSの名称からNTは外されたものの、OSとしてはWindows NTのバージョン5以降であり、現在のWindows 10(Windows NT ver10.0)に至るまでWindowsNTは継続した製品シリーズである。.

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Multics

Multics(マルティックス)は1960年代に開発されたタイムシェアリングオペレーティングシステムであり、後世に多大な影響を与えた。名前は「multiplexed information and computing service」に由来している。プロジェクトは1964年にマサチューセッツ州ケンブリッジで始まった。最後まで使われていたカナダ国防省のシステムは、2000年10月30日に退役した。.

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Project GENIE

Project GENIEは、1964年にカリフォルニア大学バークレー校で開始されたコンピュータ研究プロジェクト。主な内容は、商用化可能なタイムシェアリングシステム Berkeley Timesharing System の開発であり、成果は SDS 940 システムとして製品化された。.

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SDS 940

SDS 940 は、 (SDS) の開発したメインフレーム。 の主に集積回路で構築された24ビットCPUをベースとした、タイムシェアリングを直接サポートする設計のマシンである。1966年2月に発表され、4月から出荷された。1960年代の Tymshare 拡大の原動力となった。また、スタンフォード研究所の有名な "oN-Line System" (NLS) はこのマシン上に構築された。 1969年、SDSがゼロックスに買収されると、同社はゼロックス・データ・システムズ (XDS) と改称され、マシンも XDS 940 と改称された。.

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