Мейнфреймы

Мейнфре́йм (от англ. mainframe) - данный термин имеет два основных значения.

Большая универсальная ЭВМ - высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

Компьютер c архитектурой IBM System/360, 370, 390, zSeries.

Особенности и характеристики современных мейнфреймов:

Среднее время наработки на отказ оценивается в 12-15 лет. Надежность мейнфреймов - это результат почти 60-летнего их совершенствования. Группа разработки VM/ESA затратила двадцать лет на удаление ошибок из операционной системы, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях.

Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счет использования следующих принципов.

Дублирование: два резервных процессора, запасные микросхемы памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.

Горячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.

Целостность данных. В мейнфреймах используется память, исправляющая ошибки. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих устройства ввода-вывода. Дисковые подсистемы построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных.

Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80-95% от их пиковой производительности. Для UNIX-серверов, обычно, рабочая нагрузка не может превышать 20-30% от пиковой загрузки. Серверы типа Unix или Microsoft Windows чтобы быть устойчивыми должны выполнять единственное приложение, то есть под каждое приложение типа базы данных, промежуточного ПО или интернет-сервера должна быть выделена отдельная машина, в то время как операционная система мейнфрейма будет тянуть всё сразу, причем все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие куски ПО.

Пропускная способность подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработана так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод.

Масштабирование может быть как вертикальным так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (System Complex) - многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределенный Sysplex называют GeoPlex. В случае использования ОС VM для совместной работы можно объединить любое количество компьютеров. Программное масштабирование - на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причем все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в тоже же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.

Доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Все это, в совокупности, ведет к повышению скорости и эффективности обработки.

Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства, и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают совершенную защиту.

Сохранение инвестиций - использование данных и существующих прикладных программ, не влечет дополнительных расходов по приобретению нового программного обеспечения для другой платформы, переучиванию персонала, переноса данных.

Пользовательский интерфейс всегда оставался наиболее слабым местом мейнфреймов. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов, в кратчайшие сроки и при минимальных затратах, обеспечить современный интернет-интерфейс.

IBM System/360

IBM System/360 (S/360) - это семейство компьютеров класса мейнфреймов, которое было анонсировано 7 апреля 1964 года. Это был первый ряд компьютеров, в котором проводилось чёткое различие между архитектурой и реализацией.

Рис.6 IBM System/360

Отличие от предыдущих серий, IBM создала линейку компьютеров, от малых к большим, от низкой к высокой производительности, все модели которой использовали один и тот же набор команд (с двумя исключениями из правила - для специфичных рынков). Эта особенность позволяла заказчику использовать недорогую модель, после чего обновиться до более крупной системы, с ростом компании - без необходимости переписывать программное обеспечение. Для обеспечения совместимости, IBM впервые применила технологию микрокода, который применялся во всех моделях серии кроме самых старших.

Затраты на разработку System/360 составили около 5 млрд. долларов США (что соответствует 30 млрд. в ценах 2005 г., если сравнивать с 1964). Таким образом, это был второй по стоимости проект НИОКР 1960-х годов после программы «Аполлон».

Дальнейшим развитием IBM/360 стали системы 370, 390, zSeries и z9. В СССР IBM/360 была клонирована под названием ЕС ЭВМ.

Благодаря широкому распространению IBM/360 8-битные символы и 8-битный байт как минимально адресуемая ячейка памяти стали стандартом для всей компьютерной техники.

Шестнадцатеричная система, широко применявшаяся в документации IBM/360, практически вытеснила ранее доминировавшую восьмеричную.

IBM System/370

Рис.7 IBM System/370

BM System/370 (S/370) - серия мейнфреймов, выпущенная компанией IBM. Впервые анонсирована 30 июля 1970 года. Эти машины обладали теми же преимуществами, что и их предшественники System/360: высокой управляемостью, универсальностью, масштабируемостью и надёжностью при обработке приложений с большим объёмом данных в многопользовательской среде и были совместимы с системами System/360. Основными новациями System/370 можно считать возможность использования нескольких процессоров в рамках одной системы, полноценную поддержку виртуальной памяти и новый 128-разрядный блок вещественной арифметики.

IBM System/390

IBM System/390 (S/390) - мейнфреймы компьютерной архитектуры IBM ESA/390, разработанные компанией IBM.

IBM ESA/390 (англ. Enterprise Systems Architecture/390) является развитием архитектур System/360 и System/370; о её выпуске было объявлено в 1990 г. В результате пересмотра бизнес инфраструктуры в 2000 г., дальнейшее развитие архитектуры линии IBM S/390 получило название z/Architecture, а мейнфреймы - zSeries и System z9.

IBM System z

IBM System z (более раннее название IBM eServer zSeries) - бренд созданный компанией IBM, для обозначения линейки мейнфреймов.

Буква Z происходит от «zero down time», означающее нулевое время простоя, что отражает одно из главных качеств сервера - высочайшую надежность, позволяющую непрерывно поддерживать работу сервера на заданном уровне производительности по схеме 7 × 24 (то есть 24 часа в сутки) × 365 (дней).

Рис.8 zSeries 800

2000 году компания IBM сменила название IBM System/390 на IBM eServer zSeries и уже в октябре 2000 была выпущена первая модель этого семейства zSeries 900. В 2002 году было представлено новое семейство zSeries 800. А в апреле появился сервер zSeries 890. В середине 2005 системы этого типа получили новое обозначение - System Z.

Рассмотрим один из представителей этого семейства мейнфреймов - zSeries 890 - класс мейнфреймов, созданный компанией IBM и предназначенный для предприятий среднего размера. В целом z890 построен на базе технологии сервера z990, но обладает меньшей мощностью.

Общие Характеристики:

От 1 до 4 процессоров.

От 8 до 256 GB внутренней памяти.

До 30 логических разделов LPAR.

До 256 каналов ввода/вывода.

Конструкция:

z890 построен по классической схеме zSeries, но имеет только один фрейм(A-фрейм), в то время как z990 имеет два фрейма(A и Z фреймы).

Фрейм z890 состоит из:

CEC каркаса

Каркаса ввода/вывода

Источников питания

Системы воздушного охлаждения

Системы жидкостного охлаждения

Поскольку для сервера z890 реализована только одна аппаратная модель - А04, CEC cage содержит только один процессорный блок(в то время как CEC cage в z990 имеет 4 блока). Поэтому z890 может иметь от 1 до 4 процессоров и от 8 до 32 GB внутренней памяти. Один из процессоров может быть конфигурован как SAP.

Блоки z890 поддерживают пропускнцую способность данных в 16 Gb/sec между памятью и устройствами ввода/вывода используяю до восьми процессорных шин STI(Self-Timed Interconnect).

Серверы z890 работают только в LPAR-режиме. В одном сервере можно определить до 30 логических разделов(LP), и соответственно до 30 логических канальных подсистем(LCSS). Существуют определенные правила построения LPs и LCSSs:

1. Суперкомпьютеры

Определение понятия суперкомпью́тер (англ. supercomputer) не раз было предметом многочисленных споров и дискуссий.

Чаще всего авторство термина приписывается Джорджу Мишелю и Сиднею Фернбачу, в конце 60-х годов XX века работавшим в Ливерморской национальной лаборатории и компании Control Data Corporation. Тем не менее, известен тот факт, что ещё в 1920 году газета New York World рассказывала о «супервычислениях», выполняемых при помощи табулятора IBM, собранного по заказу Колумбийского университета.

В общеупотребительный лексикон термин «суперкомпьютер» вошёл благодаря распространённости компьютерных систем Сеймура Крея, таких как, Control Data 6600, Control Data 7600, Cray-1, Cray-2, Cray-3 и Cray-4. Сеймур Крей разрабатывал вычислительные машины, которые по сути становились основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60-х годов до 1996 года. Не случайно в то время одним из популярных определений суперкомпьютера было следующее: - «любой компьютер, который создал Сеймур Крей». Сам Крей никогда не называл свои детища суперкомпьютерами, предпочитая использовать вместо этого обычное название «компьютер».

Из-за большой гибкости самого термина до сих пор распространены довольно нечёткие представления о понятии «суперкомпьютер». Шутливая классификация Гордона Белла и Дона Нельсона, разработанная приблизительно в 1989 году, предлагала считать суперкомпьютером любой компьютер, весящий более тонны. Современные суперкомпьютеры действительно весят более 1 тонны, однако далеко не каждый тяжёлый компьютер достоин считаться суперкомпьютером. В общем случае, суперкомпьютер - это компьютер значительно более мощный, чем доступные для большинства пользователей машины. При этом, скорость технического прогресса сегодня такова, что нынешний лидер легко может стать завтрашним аутсайдером.

Архитектура также не может считаться признаком принадлежности к классу суперкомпьютеров. Ранние компьютеры CDC были обычными машинами, всего лишь оснащёнными быстрыми для своего времени скалярными процессорами, скорость работы которых была в несколько десятков раз выше, чем у компьютеров, предлагаемых другими компаниями.

Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно работающих векторных процессоров практически стало стандартным суперкомпьютерным решением. Конец 80-х и начало 90-х годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров.

Массивно-параллельные системы стали объединять в себе сотни и даже тысячи отдельных процессорных элементов, причём ими могли служить не только специально разработанные, но и общеизвестные и доступные в свободной продаже процессоры. Большинство массивно-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC, наподобие PowerPC или PA-RISC.

В конце 90-х годов высокая стоимость специализированных суперкомпьютерных решений и нарастающая потребность разных слоёв общества в доступных вычислительных ресурсах привели к широкому распространению компьютерных кластеров. Эти системы характеризует использование отдельных узлов на основе дешёвых и широко доступных компьютерных комплектующих для серверов и персональных компьютеров и объединённых при помощи мощных коммуникационных систем и специализированных программно-аппаратных решений. Несмотря на кажущуюся простоту, кластеры довольно быстро заняли достаточно большой сегмент суперкомпьютерного рынка, обеспечивая высочайшую производительность при минимальной стоимости решений.

В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью («числодробилки» или «числогрызы»). Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, предсказания погоды, моделирование ядерных испытаний и т. п.), что в том числе отличает их от серверов и мэйнфреймов (англ. mainframe) - компьютеров с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи (например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей).

Компьютеры IBM , имеют архитектуру CISC ... , а процессоры Motorola, используемые фирмой Apple ...

Архитектура компьютера и его компоненты

Реферат >> Информатика

Объем информации, перерабатываемый процессором компьютера в единицу времени. Ритм работы компьютера навязывается генератором тактовых... . Для примера можно перечислить поколения IBM -компьютеров в порядке возрастания их производительности: Intel ...

История развития компьютеров , процессоров ,операционных систем

Реферат >> Информатика

... (операционная система, созданная компанией IBM для компьютера IBM 7094). 1.3. Третье поколение (... достижением явилась многозадачность. На компьютере IBM 7094, когда текущая... 1983 году появился компьютер IBM PC/AT с центральным процессором Intel 80286, ...

Устройство компьютера Компоненты персонального

Дипломная работа >> Информатика

Использоваться во времена процессоров Intel Pentium. Ранее (начиная с компьютеров IBM PC/AT до... платформ на базе процессоров до Socket ...

Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независи-мо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.

В декабре 1961 года специальный комитет фирмы IBM, изучив техническую политику фирмы в области разработки вычислительной техники, представил план-отчёт создания ЭВМ на микроэлектронной основе. Во главе реализации плана встали два ведущих разработчика фирмы -- Д. Амдал и Г. Блау. Работая с проблемой производства логических схем, они предложили при создании семейства использовать гибридные интегральные схемы, для чего при фирме в 1963 году было открыто предприятие по их выпуску. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании шести моделей своего семейства IBM-360 («System-360»), появление которого ознаменовало появление компьютеров третьего поколения.

За 6 лет существования семейства фирма IBM пустила более 33 тыс. машин. Затраты на научно-исследовательские работы составили примерно полмиллиарда долларов (по меркам того времени -- сумма была просто огромной).

При создании семейства «System-360» разработчики встретились с трудностями при создании операционной системы, которая должна была отвечать за эффективное размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 -- для больших. До конца 60-х гг. фирма IBM в общей сложности выпустила более 20 моделей семейства IBM-360. В модели 85 впервые в мире был применена кэш-память (от фр. cache -- тайник), а модель 195 стала первой ЭВМ на монолитных схемах.

В конце 1970 года фирма IBM стала выпускать новое семейство вычислительных машин -- IBM-370, которой сохранило свою совместимость с IBM-360, но и имело ряд изменений: они были удобны для комплектования многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем, работающих на общем поле оперативной памяти.

Почти одновременно с IBM компьютеры третьего поколения стали выпускать и другие фирмы. В 1966--1967 гг. их выпускали фирмы Англии, ФРГ и Японии. В Англии фирмой ICL был основан выпуск семейства машин «System-4» (производительность от 15 до 300 тыс. оп/с). В ФРГ были выпущены машины серии 4004 фирмы Siemens (машины этого семейства полностью копировали ЭВМ семейства «Spectra-70»), а в Японии -- машины серии «Hytac-8000», разработанные фирмой Hitachi (это семейство являлось модификацией семейства «Spectra-70»). Другая японская фирма Fujitsu в 1968 году объявила о создании серии ЭВМ «FACOM-230».

В Голландии фирма Philips Gloeilampenfabriken, образованная в 1968 году для выпуска компьютеров, стала выпускать компьютеры серии P1000, сравнимой с IBM-360. В декабре 1969 года ряд стран (НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР, а также в 1972 году -- Куба, а в 1973 году -- СРР) подписали Соглашение о сотрудничестве в области вычислительных технологий.

На выставке «ЕСЭВМ-73» (1973 г.) были показаны первые результаты этого сотрудничества: шесть моделей компьютеров третьего поколения и несколько периферийных устройств, а также четыре ОС для них.

С 1975 года начался выпуск новых модернизированных моделей ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1032, ЕС-1033, имеющих наилучшее соотношение производительность/стоимость, в которых использовались новые логические схемы и схемы полупроводниковой памяти.

Вскоре появились машины второй серии сотрудничества. Наиболее ярким представителем его была мощная модель ЕС-1065, представлявшая собой многопроцессорную системы, состоящую из четырех процессоров и имевшую память 16 Мбайт. Машина была выполнена на интегральных схемах ИС-500 и имела производительность 4--5 млн. оп/с.

С машинами третьего поколения связано ещё одно значительное событие -- разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок -- дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа.

История появления первых прототипов современных дисплеев относится к послевоенным годам. В 1948 году Г. Фуллер, сотрудник лаборатории вычислительной техники Гарвардского университета, описал конструкцию нумероскопа. В этом приборе, под руководством ЭВМ, на экране электронно-лучевой трубки появлялась цифровая информация.

Дисплей принципиально изменил процесса ввода-вывода данных и упростил общение с компьютером.

В 70-ых гг. XX века благодаря появлению микропроцессоров стало возможным осуществлять буферизацию как данных, принимаемых с экранного терминала, так и данных, передаваемых ЭВМ. Благодаря чему регенерацию изображения на экране удалось реализовать средствами самого терминала. Появилась возможность редактирования и контроля данных перед их передачей в ЭВМ, что уменьшило число ошибок. На экране появился курсор -- подвижная метка, инициализирующая место ввода или редактирования символа. Экран дисплея стал цветным. Появилась возможность отображения на экране сложных графических изображений -- это дало возможность для создания красочных игр (хотя первые компьютерные игры появились ещё в 1950-е, но были псевдографическими) и предназначенных для работы с графикой программ.

В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM.

Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Например, странами СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии («ЕС ЭВМ») «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033», «ЕС-1046», «ЕС-1061», «ЕС-1066» и др. Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб. К ЭВМ этого поколения также относится «IВМ-370», «Электроника -- 100/25», «Электроника -- 79», «СМ-3», «СМ-4» и др.

Невысокое качество электронных комплектующих было слабым местом советских ЭВМ третьего поколения. Отсюда постоянное отставание от западных разработок по быстродействию, весу и габаритам, но, как настаивают разработчики СМ, не по функциональным возможностям. Для того, чтобы компенсировать это отставание, в разрабатывались спецпроцессоры, позволяющие строить высокопроизводительные системы для частных задач. Оснащенная спецпроцессором Фурье-преобразований СМ-4, например, использовалась для радиолокационного картографирования Венеры.

Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ.

Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детальке большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов.

В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть и одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

В прошлой статье я описал линейку IBM System/360 «в целом», не вдаваясь особо в подробности реализации. В этот раз мы продолжим разговор об этой ЭВМ и рассмотрим ее внутреннюю архитектуру.

Разумеется, никакой революции System/360 не смогла бы совершить, если бы у нового семейства ЭВМ не было тщательно продуманной и спроектированной архитектуры (потом позаимствованной и советскими разработчиками). Два основных руководства назывались «IBM System/360 Principles of Operation» и «IBM System/360 I/O Interface Channel to Control Unit Original Equipment Manufacturers" Information manuals».

Что предлагалось разработчикам в System/360? Шестнадцать 32-битных регистров общего назначения, именовавшихся от R0 до R15. Четыре 64-битных регистра для чисел с плавающей запятой, они именовались FP0, FP2, FP4 и FP6. Один 64-битный регистр состояния (Program Status Word или PSW), помимо прочего содержащий 24-битный адрес инструкции.

Кроме адреса текущей исполняемой инструкции, PSW сохранял биты, разрешающие/запрещающие прерывания, состояние программы, защитный ключ для сравнения с ключами устройств и другие важные параметры. Привилегированная команда LPSW позволяла целиком загрузить значение этого регистра и использовалась в основном для возврата из обработчика прерывания, восстанавливая то состояние, которое было до вызова обработчика. Так же ряд команд позволял манипулировать отдельными флагами этого регистра, не вызывая переходов в другие участки кода.

Прерывания делились на 5 «классов» в зависимости от приоритета. С каждым классом были ассоциированы две ячейки памяти размером в двойное слово: старый PSW и новый PSW. Когда происходило прерывание, текущее значение PSW вместе с кодом прерывания сохранялось на место старого PSW, а в сам регистр загружалось значение из нового PSW, вызывая переход в обработчик. Классы прерываний были следующими (в порядке возрастания приоритета).

Прерывания ввода/вывода: сигнализировали о разнообразных событиях ввода-вывода, в том числе и таких затратных по времени как, например, завершение перемотки пленки.

Программные прерывания. Сигнализировали о возникновении одного из 15 исключений в ходе выполнения программы. Некоторые из этих прерывания могли быть подавлены с помощью сброса соответствующих флагов в PSW.

Прерывание вызова супервайзора. Происходило в результате выполнения инструкций, обращенных к супервайзору.

Внешние прерывания. Происходили в результате внешних событий, таких как срабатывание таймера или нажатие кнопки прерывания.

Прерывание машинной проверки, происходило в случаях аппаратных сбоев, например при ошибке четности при проверке содержимого регистров.

Как уже понятно, для адресации памяти использовались 24 бита, что позволяло адресовать 16 мегабайт памяти, но начиная с модели 67 появилась возможность 32-битной адресации, что расширило объем адресуемой (теоретически) памяти до 4 гигабайт. Использовался big-endian порядок, то есть от старшего к младшему. Различные инструкции позволяли работать с байтами, полу-словами (2 байта), полными словами (4 байта), двойными и четверными словами (соответственно 8 и 16 байт).

Штатно поддерживались следующие типы данных:

Целые числа длиной в половину или целое слово
Два вида упакованных в бинарный формат десятичных чисел
Дробные числа с плавающей запятой (нюансы реализации зависели от версии)
Символы, хранились в одном байте каждый

Адресация чаще всего использовалась «усеченная»: инструкции не содержали полный адрес, а только смещение, относительно базового адреса, содержащегося в одном из регистров общего назначения.

Инструкции могли быть длиной 2, 4 или 6 байт, при этом код операции хранилися в нулевом байте, а остальное занимало описание операндов. Инструкции выравнивались по границам полуслова, поэтому самый младший бит в адресе текущей инструкции всегда был равен нулю.

Интересно в System/360 был реализован ввод-вывод. Операции ввода-вывода выполнялись концептуально обособленными процессорами, которые назывались «Каналами». У каналов были собственные наборы инструкций, и они работали с памятью независимо от программы, выполнявшейся центральным процессором. В недорогих моделях для поддержки каналов использовался «движок» микрокода центрального процессора, в более дорогих - каналы размещались в собственных шкафах.

Очень необычно в IBM подошли к управлению своей ЭВМ. Они определили определенный набор функций, не уточняя при этом с помощью каких именно физических средств они должны реализовываться. Это позволило сделать управление универсальным, не зависящим от конкретного железа, для отдачи команд и вывода результатов в ход могло идти любое оборудование: кнопки, наборные диски, клавиатуры, текст и графика на мониторах и т.п. Любая отсылка к «кнопке» или «переключателю» могла означать любой из возможных вводов, начиная со светового пера и заканчивая выбором опции на экране с помощью ввода с клавиатуры.

В различных моделях System/360 использовались разные дополнительные возможности, расширявшие базовые.

Защита записи. Если система поддерживала эту опцию, то каждому блоку внешних хранилищ размером в 2 Кб присваивался ключ, который проверялся при записи на это хранилище каналом. То есть каждый канал мог писать только в «свои» блоки. Обычно канал с нулевым адресом использовался самой операционной системой, и для него проверка ключа не осуществлялась. Этот подход позволял защитить системные файлы от стирания пользовательскими программами. В очень редких моделях так же была возможность выставить и защиту от чтения.

Поддержка мультисистемности. Расширение набора команд, позволявшее работать нескольким процессорам одновременно.

Прямой контроль. Эта опция обеспечивала поддержку 6 внешних сигнальных линий, которые могли быть использованы для нужд пользователя.

Интервальный таймер. С этой опцией процессор осуществлял периодический декремент слова, находящегося в памяти по адресу 0x50, когда это значение достигало нуля, происходило прерывание. Младшие модели уменьшали число с частотой, совпадавшей с частотой электрической сети (50 или 60 Гц), старшие модели были оснащены таймерами с куда более высоким разрешением.

В общем, про System/360 можно говорить очень много, поэтому если будет интерес, я продолжу тему в следующей статье.

Преклоните колени, оупстите очи долу, задумайтесь о вечном и прошепчите как молитву - "ПРОЦ ОПШЕНС МЭЙН". Можно два раза. Сегодня великий день - 52 года назад американская корпорация IBM анонсировала систему мейнфреймов System 360. По большому счету именно с этого начался отсчет эры всеобщей компьютеризации и именно тогда родился тот компьютер, который мы знаем сейчас.

IBM 360 model 50 в компании Volkswagen.

После того, как начались массированные поставки 360-х по всему миру, постепенно все забыли о том, что в байте может быть меньше 8 бит, о том, что восьмеричная система лучше шестнадцатеричной и, что самое главное, в мире начало стремительно расти количество программистов, представителей профессии, которая внезапно перестала восприниматься, как нечто волшебное или космическое.

Концептуально, IBM 360 представляла собой фильмы Кубрика в металле. Как Кубрик своими фильмами задавал новые стандарты стиля, используя, все же, уже проверенные технические и идеологические решения (в конце концов до "Пуленепробиваемого жилета" уже был "Отныне и вовек"), так и IBM 360 был прыжком в будущее с опорой на уже имевшиеся технические. Систему делали очень быстро - всего за 2 года и обошлась она концерну в безумные 5 миллиардов долларов (30 миллиардов по нынешним меркам) и это были еще те времена, когда специалисты приходил на работу работать, у них не было персональных "старбаксов" прямо в офисах и никто не устраивал им еженедельные полеты на Бали, чтобы поднабраться интеллектуальных сил (вся эта шняга началась только черел 10-15 лет с подачи Гарри Кинделла из Digital Research). Так что если бы вот эти шкафы разрабатывалис бы сегодня, то на них ушло бы не 2 года и н 30 миллиардов долларов. Возможно именно поэтому, сейчас уже никто не делает таких прорывных вещей.

International Business Machines Corp., Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York, 1962

Производство советского аналога IBM 360 , который назывался "Единая Система ЭВМ" было организовано на нескольких советских и венгерских заводах. Самые мощные машины - ЕС-1052 ("Первый ряд" - собственно аналог IBM 360) и ЕС-1066 ("Третий ряд" - IBM 370) выпускались на заводе ВЭМ у нас в Пензе. Я немного там работал программистом, как раз в то время, когда планировалось производство самой-самой мощной машины семейства, известного как "Четвертый ряд" - ЕС-1087. Уже было закуплено и привезено оборудование для создания новой сборочной линии, но тут страна пошла в разнос и никто эту линию так и не смонтировал.

Именно на этой технике я учился программировать и некоторое время работал программистом в самом конце 80х. И карты на перфораторах набивал (на первом курсе мы делали лабы на ЕС-1022 у которой вообще еще никаких мониторов не было) и как стучит барабанный принтер хорошо помню и почти крафтовую бумагу на которой печатались тексты программ. Они назывались распечатками или по иностранному - "листингами". И даже успел написать одну программу, считывавшую и записывавшую информацию на магнитную ленту. Да, не забыть - впервые на компе поиграл тоже на ЕС - в "Посадку на Луну".

Программы на ЕС ЭВМ писались, как правило, на четырех языках - PL/I, Cobol, Algol-60 и ассемблере. Алгол был процедурно-ориентированным языком, можно сказать, что он был развитием Бейсика и Фортрана и, одновременно, предтечей Паскаля и Си. В нем впервые использовались циклы.

Программа, выводящая "Hello, World!" на Алгол-60

BEGIN FILE F (KIND=REMOTE); EBCDIC ARRAY E ; REPLACE E BY "HELLO, WORLD!"; WHILE TRUE DO BEGIN WRITE (F, *, E); END; END.

Кобол специально разрабатывался для тех, кому проще было написать программу на простом человеческом языке, а не с помощью операторов, кроме того, он ориентировался на работу с базами данных, поэтому имел развитую систему структур данных, в том числе и "запись". Руководила созданием языка "бабушка программирования", контр-адмирал Грейс Хоппер (1906-92). Кобол с самого начала отличался от подавляющего большинства других языков тем, что был стандартизирован

Программа, выводящая "Hello, World!" на Кобол

IDENTIFICATION DIVISION . PROGRAM-ID . HELLO-WORLD . * ENVIRONMENT DIVISION . * DATA DIVISION . * PROCEDURE DIVISION . PARA-1 . DISPLAY "Hello, world." . * EXIT PROGRAM . END PROGRAM HELLO-WORLD .

Ну а PL/1 был универсальным, нет, не так - ОЧЕНЬ УНИВЕРСАЛЬНЫМ языком, сочетавшем в себе практически все идеи в области языков программирования высокого уровня, имевшиеся к моменту начала его разработки (по сути, это был коктейль из Алгола, Кобола, Снобола и Фортрана). Однако, так получилось, что он так и не был до конца стандартизирован, имелись его различные реализации, он был довольно сложен для изучения (слишком много всего туда засунули) и, в итоге, он так и остался "языком мейнфреймов". Хотя у меня к нему отношение как к первой любви, это правда. И именно со слов "проц опшенс мэйн" начинались все программы на этом языке. Кстати, чем он был еще интересен, так это тем, что любую программу можно было написать совершенно по разному - можно было коротко, а можно и не очень. Это было вызвано тем, что многие определения в языке имели вариант по умолчанию и в написании строк программы можно было опускать значительную часть текста, а другие операторы или определения имели просто краткие формы написания. Идея с длинными наименованиями пришла из Кобола, а с короткими из Фортрана и Алгола.

Программа, выводящая "Hello, World!" на PL/1 - длинный вариант:

Test: procedure options(main); declare My_String char(20) varying initialize("Hello, world!"); put skip list(My_String); end Test;

То же самое, но максимально укороченно:

Test: proc options (main); put list ("Hello, world!"); end;

Почувствовали разницу? Помню, курсе на третьем (последнем курсе на котором мы еще писал на этом языке, потом перешли на Паскаль и ассемблер) мы подкалывали первокурсников предлагая им прочитать свои программы. Они их просто не понимали.

Понятно, что такой громандый проект как IBM 360 не мог быть реализован одним-двумя гениями, как потом случалось в 70е и случается и поныне. IBM уже тогда была одной из крупнейших компаний в мире с более чем ста тысячей работников. Руководил компанией в те годы Томас Уотсон мл. (1914-93), сменивший на посту CEO своего отца, Томаса Уотсона, автора лозунга "Think!", руководивший компанией в 1914-52 годах одновременно и в роли председателя правления и в роли CEO. В годы войны Уотсон мл. был военным летчиком, гонявшим самолеты из США в СССР через Сибирь, в 1979-81 работал послом в СССР. Главным идеологом s/360 был Джин Амдал (1922-2015), в конце 70х ушедший из IBM и занявшийся разработкой и производством сначала микросхем, а затем и компьютеров на них. Он скончался совсем недавно - 10 ноября. Непосредственно созданием системы руководил Филипп Брукс (р.1931), блестящий ученый, бакалавр по физике и доктор по прикладной математике, выпускник Гарварда, где ему преподавал один из создателей первых компьютеров Говард Эйкен, когда система была анонсирована ему было всего 33 года, но напряженная работа в последние годы (он начинал в IBM с разработки предыдущей системы IBM 7030) так его вымотала, что он решил уйти из фирмы и заняться преподаванием компьютерных наук. В том же году он возглавил им же созданный факультет компьютерной техники в Университете Северной Каролины, коий и возглавлял на протяжении 20 лет. Брукс до сих пор в прекрасной форме и занимается исследованиями в области визуализации и виртуальной реальности. В 2010 года, отвечая на вопрос журналистски о своем наибольшем личностном достижении в жизни, он сказал что это было решение использовать в IBM 360 на 6- , а 8-битные байты плюс решение допустимости использования строчных букв при написании кода. Но все их усилия могли бы если не пойти прахом, но уж точно не принести такого успеха, если бы не продавец от Бога, помошник Уотсона-мл. Джон Опел (1925-2011), который занимался собственно продвижением IBM s/360 по всему миру. В 1971 году он возглавит IBM и будет оставаться руководителем до 1986 года, сполна испытав чувство успеха от запуска в производства еще одной компьютерной иконы - персонального компьютера IBM PC. Это именно Опел предложил подключить к работам над софтом еще не родившегося компа молодую компанию Microsoft.

Дисковый накопитель IBM 2311
Поставлялся с самыми первыми моделями семейства. Емкость 7,25 Мб, скорость доступа 85мс, скорость передачи информации 156 кбайт/сек.

В отличии от многих других систем ЭВМ, System 360 развивается до сих пор. С 2000 года в производстве находятся мейнфреймы системы z/Architecture, которые условно можно считать шестым поколением системы 360.

Производство компьютеров System 360 завершилось в 1971 году и в настоящее время не существует ни одной рабочей ЭВМ этого типа. Причина проста - это были очень объемные устройства, притом, с колоссальным количеством изделий из цветных металлов внутри, поэтому после списания никто их не хранил, а быстро сдавали на утилизацию. Тем не менее, в нескольких музеях в США, Новой Зеландии, Австралии и Австрии находятся около полутора десятков компьютеров IBM 360, некоторые из которых даже в условно рабочем состоянии.

Остались ли компьютеры ЕС ЭВМ в странах бывшего СССР я не знаю. Не удивлюсь, что единственным экспонатом российских музеев, имеющим отношение к советскому клону IBM 360 является накопитель на магнитной ленте, вернее, корпус от него, хранящийся в Тольяттинском Краеведческом музее.

Когда я начинал первую статью про IBM System/360, я не представлял, что это выльется в целую серию статей, настолько оказалась обширной и интересной эта революционная система. Три статьи уже вышли (первая , вторая , третья), я пишу эту, и понимаю, что тема себя далеко не исчерпала, и про System/360 можно писать еще долго. На этот раз поговорим о периферии и работе с внешними устройствами в System/360.

Каналы

Поскольку периферийные устройства в то время зачастую были очень не быстрыми, для работы с ними предназначались так называемые «каналы» - отдельные процессоры с уменьшенным набором инструкций, предназначенные для передачи информации между устройством и основной памятью. Концепция каналов немного напоминает современную DMA. По принципу действия, каналы делились на байт-мультиплексорные и селекторные. Первые предназначались для работы с медленными устройствами (принтеры, перфораторы, считыватели перфокарт), вторые - для устройств с большей скоростью (магнитные диски, ленты, внешние ячейки памяти). Практически все машины System/360, кроме «нестандартной» Model 20 оснащались байт-мультиплексорным каналом и одним и более селекторными. В моделях попроще каналы были интегрированные, а в топовых моделях они были выполнены в виде отдельных шкафов.

Как несложно понять из названия, мультиплексорный канал позволял обмениваться данными сразу от нескольких устройств через один канал в ОЗУ компьютера. Чаще всего адрес этого канала был 0, а для адресации к суб-каналам использовались адреса от C0 до FF. Например, по адресам 0C0-0C7 размещались стримеры, 00E/00F: принтеры 1403-N, 010-013: принтеры 3211, 020-0BF: телекоммуникационные устройства семейства 270x. Эти адреса до сих пор используются в виртуальных машинах z/VM.

Селекторные каналы позволяли подключать более скоростные устройства. Обычно, между устройством и каналом размещался еще управляющий модуль, позволявший объединять несколько однотипных устройств и направлять данные с них в один или несколько каналов, параллельно или последовательно, что позволяло варьировать варианты подключения для достижения оптимальной производительности.

В моделях 85 и 195 IBM представили новый типа каналов - блок-мультиплексорный. Эти каналы позволяли подключенному устройству приостановить работу текущей программы канала, пока устройство не было готово передать данные, освободив таким образом канал для других устройств. Изначально эти каналы предназначались для работы с дисками с фиксированной головкой семейства 2305.

Именование компонентов

В IBM разработали систему цифровых кодов для маркировки новых устройств. Они маркировались кодом из 4 цифр, начинавшимся с 2. Ряд старых устройств, уже существовавших до System/360 сохранил свои маркировки (например, известнейшие принтеры семейства 1403, на которых печатались те самые репродукции Джоконды).

Устройства нумеровались следующим образом.

20xx: Арифметические процессоры, например IBM 2030, центральный процессор IBM System/360 Model 30
21xx: Блоки питания и прочее оборудование, близко связанное с процессором, например конфигурационный модуль IBM 2167
22xx: Различные устройства вывода, например, CRT мониторы IBM 2250 и IBM 2260, IBM 2203 - принтер System/360 Model 20
23xx: Устройства хранения данных с прямым доступом, например, дисковые накопители IBM 2311 и IBM 2314, или ячейки данных IBM 2321. Так же эта маркировка использовалась для главных устройств хранения (IBM 2361 - хранилище большой емкости, IBM 2365 - хранилище процессора)
24xx: Накопители на магнитной ленте, например IBM 2401, IBM 2405 и IBM 2415
25xx: Устройства для работы с перфокартами, например, считыватель карт IBM 2501, перфоратор IBM 2520, считыватель/перфоратор IBM 2540 и многофункциональная карточная машина IBM 2560
26xx: Устройства для работы с бумажными лентами, например, ридер IBM 2671
27xx: Коммуникационное оборудование, например, интерактивные терминалы IBM 2701, IBM 2705, IBM 2741
28xx: Каналы и контроллеры. Например, управляющий модуль IBM 2821, IBM 2841 и IBM 2844
29xx: Прочие устройства, например, коммутатор каналов данных IBM 2914 и репитер каналов данных IBM 2944

Устройства хранения с прямым доступом

2302 базировался на более ранней модели 1302 и представлял собой жесткий диск со скоростью доступа 156 Кб/с и поставлялся как модель 3 с двумя модулями по 112.79 Мб, либо как модель 4, с четырьмя такими модулями.

2311 в свою очередь являлся обновленной версией IBM 1311 и позволял работать с пакетами сменных дисков IBM 1316. Теоретическая емкость накопителя составляла 7.2 Мб, но на практике все зависело от формата. Например, при использовании с System/360 Model 20, этот накопитель предоставлял всего лишь 5.4 Мб свободного пространства.

Пакет дисков IBM 1316 по нынешним меркам можно считать огромным. Шесть дисков диаметром около 36 см насаживались по 6 штук на общий шпиндель. Самая верхняя и самая нижняя поверхности стопки не несли на себе никаких данных, таким образом, для записи было доступно 10 поверхностей. Все головки чтения/записи были объединены в один блок и двигались вместе. Число дорожек составляло 203. Чтоб уменьшить количество движений головок, данные записывались «вертикально» на поверхности дисков сверху вниз, формируя «цилиндры». Размер секторов был переменный, как и на магнитной ленте.

Позже, в 1966 году появился накопитель 2314s, использовавший в работе обновленные пакеты дисков 2316 емкостью 28 Мб.

Для тех случаев, когда была важна скорость чтения-записи, а не емкость, использовались барабанные накопители, в которых на каждую дорожку использовалась отдельная головка. Емкость первых моделей составляла около 4 Мб, а скорость операций достигала 303.8 Кб/с, позже, на смену барабанным накопителям пришли дисковые, так же с отдельными головками на дорожку. Таким был, например, IBM 2305, представленный в 1970 году. Диски накопителя вращались со скоростью 6000 оборотов в минуту, скорость обмена данными достигала аж 3 Мб/с, были доступны емкости в 5 и 11 Мб.

Несмотря на малую емкость и высокую цену, подобные устройства были востребованы, например, для размещения оверлеев (модулей программы, которые подгружались в ОЗУ динамически).

Еще более дорогим и редким решением была IBM 2321 Data Cell. Этот накопитель работал с так называемыми «ячейками памяти», каждая из которых содержала внутри 200 магнитных лент, которые могли перематываться и считываться независиом. IBM 2321 позволяла установить до 10 таких «ячеек», обеспечивая хранение до 400 миллионов байт. До 8 IBM 2321 могли подключаться к управляющему модулю IBM 2841, таким образом предоставляя целых 3 Гб хранилища. Время доступа составляло от 95 до 600 миллисекунд, в зависимости от положения пленок.

Таким образом, date cell являлась очень неплохим компромиссом между жесткими дисками и ленточными накопителями. По сравнению с жестким диском IBM 2311, IBM 2321 могла хранить в 55 раз больше данных, при скорости доступа всего в 7 раз ниже.

Так как в Data Cell использовались три раздельных привода, для их смазки в машину заливалось почти 20 литров машинного масла, которое циркулировало в системе под давлением, что порождало много историй про утечки, чаще всего неправдивые. Из-за обилия коротких фрагментов ленты в сменных модулях, их часто сравнивали с лапшой.