IBM System/360

IBM System/360 — это семейство компьютеров общего назначения, выпускавшееся корпорацией IBM с 1964 по 1978 год. System/360 стала первой в мире серией ЭВМ, аппаратно совместимой между разными моделями: программы, написанные для одной модели, могли выполняться на любой другой без изменений, что стало революцией в компьютерной индустрии. Линейка охватывала широкий диапазон производительности — от младших моделей для коммерческих расчётов до мощных машин для научных и оборонных задач. Система/360 во многом определила современную архитектуру центральных процессоров, ввела понятие байта (8 бит), многоуровневую память и коды символов EBCDIC.

История создания

Предпосылки

В начале 1960-х годов IBM имела несколько несовместимых линий компьютеров: научные IBM 7090, коммерческие IBM 1401 и маленькие IBM 1620. Каждая линия имела собственную архитектуру, систему команд, форматы данных и программное обеспечение. Заказчики, желавшие перейти на более мощную модель, сталкивались с необходимостью полной переписки программ. IBM осознала, что дальнейшее развитие в условиях фрагментации становится экономически невыгодным: разработка новых моделей требовала создания с нуля всей экосистемы.

Разработка

В 1961 году президент IBM Томас Уотсон-младший одобрил проект «System/360», официально стартовавший в 1962 году. Главным архитектором стал Джин Амдал (Gene Amdahl), впоследствии основавший компанию Amdahl. Проект был назван «360» (по числу градусов в круге), чтобы подчеркнуть всесторонний охват рынка — от деловых приложений до научных вычислений.

Разработка обошлась IBM в 5 млрд долларов (в пересчёте на 2023 год — около 40 млрд долларов), что в два с лишним раза превышало первоначальный бюджет и поставило компанию на грань финансового краха. Программное обеспечение (OC/360) создавалось с нуля, для него были написаны десятки тысяч строк кода на ассемблере и Фортране.

Анонс и выпуск

System/360 была впервые публично представлена 7 апреля 1964 года — в день 100-летия со дня рождения Томаса Уотсона-старшего (основателя IBM). Первые поставки начались в 1965 году с моделью System/360 Model 30, а семейство было полностью доступно к концу 1966 года. Всего было произведено и продано более 30 000 систем.

Архитектура

Принципы совместимости

Главное новшество System/360 заключалось в том, что все модели поддерживали один и тот же набор команд (ISA) и одну и ту же структуру данных. Команды выполнялись одинаково на всех машинах, различалась лишь скорость. Это сделало возможным перенос программ без изменений при переходе на другую модель — вплоть до обратной совместимости.

Байт и адресация

IBM ввела 8-битный байт как основную единицу данных. Это заменило произвольные размеры слов в предыдущих машинах (6, 7, 12 бит и др.). Адресация была байтовой, что позволяло адресовать до 16 777 216 байт (16 Мбайт) на старших моделях (при 24-битной адресации). Для хранения адресов использовалось 32-битное машинное слово.

Кодировка символов

Для обработки текста использовался код EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), разработанный IBM специально для 360. На смену ему впоследствии пришёл стандарт ASCII, но EBCDIC применялся в мейнфреймах IBM вплоть до 2010-х годов.

Арифметика

Поддерживалась двоичная и десятичная (двоично-десятичная) арифметика. Десятичное представление было востребовано в бухгалтерских и банковских расчётах, где десятичные дроби критичны — они реализовывались программно на уровне микрокода.

Режимы работы

System/360 поддерживала два режима: проблемный (для пользовательских программ) и супервизорный (для операционной системы). Это заложило основу для многозадачности и защиты памяти, однако реальная защита памяти появилась только в 1969 году с выходом моделей Model 85 и выше.

Модельный ряд

Основные модели

Семейство состояло из нескольких поколений, отличавшихся производительностью, объёмом памяти и использованием различных типов процессоров (на дискретных транзисторах и гибридных схемах):

Специализированные модели

Отдельно выпускались модели для численного моделирования (Model 44) и модели с расширенной десятичной арифметикой (Model 20). Model 91, разработанная для научных вычислений, использовала конвейерную обработку команд и была способна выполнять несколько инструкций одновременно, что делало её самой быстрой в семействе.

Программное обеспечение

Операционные системы

Основной ОС для System/360 стала OS/360 — многозадачная система для старших моделей, поставлявшаяся в нескольких вариантах: PCP (однозадачная), MFT (многозадачная с фиксированным числом задач) и MVT (многозадачная с переменным числом задач). Для младших моделей (с малым объёмом оперативной памяти) была разработана DOS/360 — урезанная версия, поддерживавшая лишь одну задачу.

Языки программирования

Для System/360 были реализованы компиляторы FORTRAN IV, COBOL, PL/I (язык, созданный IBM специально для этой платформы), Assembler F (основной язык системного программирования) и RPM (монитор реального времени для промышленности).

Утилиты

Комплект системных утилит включал сортировщики (особенно востребованные в коммерции), средства управления данными на магнитных лентах и дисках, а также генераторы отчётов (RPG — Report Program Generator).

Аппаратное обеспечение

Процессоры

Процессоры начальных моделей строились на дискретных транзисторах (тип SLT — Solid Logic Technology), впервые применившихся в System/360. Более поздние модели (85, 195) использовали интегральные схемы, увеличившие производительность в десятки раз.

Память

Первые модели использовали магнитную память на ферритовых сердечниках (цилиндрических ферритах) — надёжную, но медленную (время доступа 1–2 микросекунды). В топовых моделях применялась быстрая статическая память на микросхемах (SRAM) — DRAM тогда ещё не существовало.

Система ввода-вывода

Подсистема ввода-вывода была организована по принципу каналов: специализированные процессоры (каналы) занимались передачей данных между памятью и периферией, разгружая основной процессор. Каналы имели собственную систему команд и могли работать параллельно. Система поддерживала до 16 каналов.

Периферийные устройства

Данные хранились на магнитных лентах (стандарт 9 дорожек, позднее 12 — IBM 3420), магнитных дисках (IBM 2311, 2314) и барабанных накопителях (IBM 2321). Использовались также перфокарты (скорость чтения 1000 карт/мин), принтеры (IBM 1403 — 1100 строк/мин), графопостроители и удалённые терминалы (IBM 2260, 3270).

Влияние и значение

Наука и промышленность

System/360 стала одной из первых коммерческих ЭВМ, системно применявшихся для автоматизации управления предприятиями: обработка заказов, складской учёт, бухгалтерия, логистика. В СССР и странах Восточной Европы на базе архитектуры System/360 была создана серия машин ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин), начавшаяся в 1968 году с копирования модели Model 30.

Общее влияние

System/360 заложила основы современной архитектуры мейнфреймов: 32-битная адресация, защита памяти, многозадачность, совместимость поколений — всё это было впервые реализовано именно в этой линейке. IBM EBCDIC и байтовое представление данных стали стандартами на десятилетия. Концепция аппаратной совместимости моделей получила название «аппаратной платформы» и впоследствии была перенята компаниями из мира ПК (например, IBM PC/AT и клоны).

Наследие

Производство System/360 было прекращено в 1977–1978 годах, но мейнфреймы IBM z/Architecture (выпускаемые с 2000 года) сохраняют обратную совместимость с кодом для System/360, написанным в 1960-х годах. Некоторые экземпляры System/360 всё ещё используются в учебных целях и для демонстрации истории вычислительной техники.

Интересные факты

• Из-за несовместимости формата данных (EBCDIC) с внешним миром (ASCII) внедрение System/360 в промышленность осложнялось: для обмена данными с другими организациями требовались программы-конвертеры.
• Разработка OS/360 так сильно затянулась, что IBM поставляла компьютеры с временной операционной системой BOS/360 (Basic Operating System), работавшей только с картами.
• Стоимость аренды базовой модели Model 30 в 1965 году составляла около 2500 долларов в месяц (что эквивалентно 20 000 долларов в ценах 2024 года). Покупка — около 100 000 долларов.
• В 1972 году IBM System/360 Model 91 была установлена в ЦНИИМАШ (Центральный научно-исследовательский институт машиностроения) для ракетно-космических расчётов.

Источники

• Pugh, Emerson W. (1995). Building IBM: Shaping an Industry and Its Technology. MIT Press.
• Amdahl, Gene M. (1967). The IBM System/360 Architecture. IBM Systems Journal.
• IBM Corporation (1964). IBM System/360 System Description. Document A22-6810.
• Петросянц А. (1972). ЭВМ третьего поколения: семейство IBM System/360. Электроника, № 8.
• Варга Е. (1978). Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ). Советское радио.