IBM 360

IBM System/360 — это семейство универсальных компьютеров (мейнфреймов), выпускавшееся корпорацией International Business Machines (IBM) с 1964 по 1977 год. Система стала первой в мире широко распространённой серией вычислительных машин, совместимых по архитектуре и программному обеспечению, что позволило пользователям переходить на более мощные модели без переписывания существующих программ. System/360 определила стандарты для компьютерной индустрии на десятилетия вперёд, введя понятие архитектуры как набора инструкций, отделённого от конкретной реализации.

История

Предпосылки и разработка

К началу 1960-х годов IBM выпускала несколько линий компьютеров, несовместимых друг с другом: научные (IBM 7090), коммерческие (IBM 1401) и малые (IBM 1620). Каждая серия имела собственную систему команд, операционную систему и периферийное оборудование. Это создавало серьёзные трудности для клиентов, желавших расширять или модернизировать свои вычислительные мощности.

В 1961 году руководство IBM приняло стратегическое решение создать единую архитектуру, которая охватила бы весь спектр применений — от простых расчётов до сложных научных задач. Проект, получивший кодовое название «System/360» (в честь 360 градусов полного круга, символизируя универсальность), возглавил Томас Уотсон-младший. Разработка велась в лабораториях IBM в Покипси (штат Нью-Йорк) и Сан-Хосе (Калифорния). На проект было потрачено около 5 миллиардов долларов США в пересчёте на современные цены — что по тем временам было сопоставимо с расходами на «Манхэттенский проект».

Анонс и выпуск

7 апреля 1964 года IBM официально представила System/360 на пресс-конференции в Нью-Йорке. Первоначально были анонсированы шесть моделей: 360/30, 360/40, 360/50, 360/60, 360/62 и 360/70. Первые поставки начались в 1965 году. Система имела огромный коммерческий успех: к 1970 году было установлено более 17 000 систем, а к концу производства в 1977 году — свыше 50 000. System/360 принесла IBM доминирующее положение на рынке мейнфреймов, которое компания сохраняла до конца XX века.

Развитие и последующие поколения

В 1970 году IBM представила семейство System/370, которое было обратно совместимо с System/360, но добавило поддержку виртуальной памяти и другие усовершенствования. Архитектура System/360 стала основой для всех последующих мейнфреймов IBM, включая современные серии z/Architecture.

Архитектура

Система команд

System/360 использовала 32-битную архитектуру с 16 универсальными регистрами общего назначения (по 32 бита каждый) и 4 регистрами с плавающей запятой (по 64 бита). Система команд включала операции:

• Арифметические (сложение, вычитание, умножение, деление) для целых и чисел с плавающей запятой.
• Логические (И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, сдвиги).
• Управления (переходы, вызовы подпрограмм).
• Ввода-вывода (специализированные команды для работы с периферией).

Ключевой особенностью была совместимость «снизу вверх»: программы, написанные для младших моделей, могли выполняться на старших без изменений, хотя и медленнее.

Представление данных

Система поддерживала несколько форматов данных:

• Двоичные целые: 16-битные (полуслово), 32-битные (слово) и 64-битные (двойное слово).
• Числа с плавающей запятой: 32-битные (короткое) и 64-битные (длинное) по стандарту IBM.
• Десятичные числа: упакованный десятичный формат (по 4 бита на цифру) для коммерческих расчётов.
• Символьные строки: кодировка EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), разработанная IBM специально для System/360.

Память и адресация

Адресное пространство составляло 24 бита, что позволяло адресовать до 16 мегабайт оперативной памяти (на практике максимальный объём в ранних моделях был 1–8 мегабайт). Память была организована в виде байтов, адресуемых по отдельности. Для защиты памяти использовалась система ключей защиты (storage keys), предотвращавшая несанкционированный доступ к данным.

Модельный ряд

Младшие модели

• IBM 360/30 — базовая модель, предназначенная для замены IBM 1401. Имела тактовую частоту около 1 МГц и производительность порядка 0,01–0,03 MIPS (миллионов инструкций в секунду). Объём памяти — от 8 до 64 КБ.
• IBM 360/40 — средняя модель, часто использовалась в бизнесе. Производительность — 0,03–0,08 MIPS. Память — до 256 КБ.

Средние модели

• IBM 360/50 — популярная модель для научных и коммерческих задач. Производительность — 0,1–0,2 MIPS. Память — до 512 КБ.
• IBM 360/65 — улучшенная версия 360/50 с более быстрой памятью и производительностью до 0,3 MIPS.

Старшие модели

• IBM 360/75 — высокопроизводительная модель для научных расчётов. Производительность — до 0,5 MIPS. Память — до 1 МБ.
• IBM 360/85 — топовая модель с кэш-памятью (впервые в мейнфреймах). Производительность — до 1 MIPS. Память — до 4 МБ.
• IBM 360/195 — самая мощная модель, выпущенная в 1970 году. Производительность — до 3 MIPS. Память — до 8 МБ.

Специализированные модели

• IBM 360/20 — упрощённая модель для малого бизнеса, не полностью совместимая с основной архитектурой.
• IBM 360/44 — модель, оптимизированная для научных вычислений с расширенным набором команд для работы с числами с плавающей запятой.

Программное обеспечение

Операционные системы

Для System/360 было разработано несколько операционных систем:

• OS/360 — основная операционная система для средних и старших моделей. Имела несколько вариантов: MFT (Multiprogramming with a Fixed number of Tasks) и MVT (Multiprogramming with a Variable number of Tasks). OS/360 поддерживала мультипрограммирование, пакетную обработку и, в более поздних версиях, работу с терминалами.
• DOS/360 — упрощённая операционная система для младших моделей (360/30, 360/40). Поддерживала ограниченное мультипрограммирование.
• TSS/360 — экспериментальная система разделения времени, разработанная для интерактивной работы. Оказалась неудачной из-за высокой сложности и низкой производительности.

Языки программирования

System/360 поддерживала широкий спектр языков:

• FORTRAN IV — для научных расчётов.
• COBOL — для коммерческих приложений.
• PL/I — универсальный язык, разработанный IBM.
• Assembler — язык низкого уровня для системного программирования.
• RPG — язык для отчётности, популярный в бизнесе.

Периферийные устройства

Накопители

• IBM 2311 — дисковый накопитель на сменных дисках ёмкостью 7,25 МБ.
• IBM 2314 — дисковый накопитель на 8 дисках общей ёмкостью 29 МБ.
• IBM 2401 — ленточный накопитель на магнитной ленте (9 дорожек, плотность записи 800 или 1600 bpi).

Устройства ввода-вывода

• IBM 2540 — считыватель перфокарт (1000 карт/мин).
• IBM 1403 — построчный принтер (1100 строк/мин).
• IBM 2260 — дисплейный терминал (12 строк по 80 символов).

Значение и влияние

Технологическое влияние

System/360 ввела в компьютерную индустрию несколько фундаментальных концепций:

• Совместимость архитектуры — программы могли переноситься между моделями без изменений.
• Микропрограммирование — управляющая память (микрокод) позволяла эмулировать различные системы команд.
• Стандартизация интерфейсов — периферийные устройства подключались через единый канал ввода-вывода.
• Виртуализация — впервые реализована в модели 360/67.

Экономическое влияние

Успех System/360 укрепил доминирование IBM на рынке компьютеров. К 1970 году доля IBM на рынке мейнфреймов составляла около 70%. Система стала стандартом для крупных корпораций, правительственных учреждений и научных центров по всему миру.

Наследие

Архитектура System/360 живёт до сих пор в современных мейнфреймах IBM z/Architecture. Многие концепции, такие как виртуальная память, защита памяти и мультипрограммирование, стали стандартом для всех современных операционных систем. Система также оказала влияние на развитие архитектуры x86 и других процессоров.

Критика

Несмотря на успех, System/360 подвергалась критике за:

• Высокую стоимость — особенно для младших моделей, которые были дороже заменяемых ими IBM 1401.
• Сложность программного обеспечения — OS/360 была одной из самых сложных программных систем своего времени, что приводило к задержкам и ошибкам.
• Ограниченную адресацию — 24-битная адресация (16 МБ) стала узким местом по мере роста требований к памяти.
• Неудачную систему разделения времени TSS/360 — проект был признан провальным и впоследствии заменён на CP/CMS (предшественник VM/370).

Источники

• Amdahl, G. M., Blaauw, G. A., Brooks, F. P. «Architecture of the IBM System/360». IBM Journal of Research and Development, 1964.
• Pugh, E. W. «Building IBM: Shaping an Industry and Its Technology». MIT Press, 1995.
• IBM Corporation. «IBM System/360 Principles of Operation». IBM Systems Reference Library, 1964.
• Brooks, F. P. «The Mythical Man-Month: Essays on Software Engineering». Addison-Wesley, 1975.