IBM System/370

IBM System/370 — это семейство универсальных мейнфреймов (больших вычислительных машин), выпускавшееся корпорацией IBM с 1970 по 1990-е годы. Оно пришло на смену семейству System/360 и стало основой для развития архитектуры мейнфреймов IBM на последующие десятилетия. System/370 сохранила программную совместимость с System/360, но добавила ряд ключевых аппаратных и программных усовершенствований, включая поддержку виртуальной памяти, динамической реконфигурации и расширенные возможности для работы в многопользовательских режимах.

История

Разработка System/370 началась в конце 1960-х годов как продолжение успешной линейки System/360. Основной целью было устранение ограничений предшественника, особенно в области управления памятью и многозадачности. Первая модель, IBM System/370 Model 155, была анонсирована 30 июня 1970 года, а Model 165 — чуть позже, в том же году. Обе модели были полностью совместимы с System/360 на уровне программного обеспечения, что позволяло пользователям мигрировать без переписывания кода.

В 1972 году IBM представила модель 158 и 168, которые стали первыми мейнфреймами с аппаратной поддержкой виртуальной памяти (Virtual Machine/370, VM/370). Это стало революционным шагом, позволившим запускать несколько операционных систем одновременно на одной физической машине. В 1977 году вышла серия 303x (3031, 3032, 3033), которая значительно повысила производительность и надёжность.

В 1980-х годах линейка эволюционировала в серии 308x (3081, 3083, 3084) и 3090, которые уже использовали более сложную архитектуру, но сохраняли обратную совместимость с System/370. Последние модели, официально относившиеся к семейству 370, выпускались до середины 1990-х годов, после чего их сменила архитектура System/390 (ESA/390).

Архитектура и ключевые особенности

Процессор и набор команд

System/370 использовала 32-битную архитектуру с 24-битной адресацией памяти (позднее расширенной до 31-битной в моделях 370-XA). Набор команд был расширен по сравнению с System/360: добавлены инструкции для работы с десятичной арифметикой, операциями с плавающей запятой и системными вызовами. Процессоры строились на гибридных и интегральных схемах, а в более поздних моделях — на биполярных микросхемах.

Виртуальная память

Главным нововведением стала поддержка виртуальной памяти. В моделях 158 и 168 была реализована страничная организация памяти с размером страницы 4 КБ. Это позволило операционной системе VM/370 создавать изолированные виртуальные машины, каждая из которых могла работать под управлением собственной копии ОС (например, MVS, DOS/VS, OS/VS1). Виртуальная память также улучшила защиту данных и упростила разработку многозадачных приложений.

Каналы ввода-вывода

Система использовала канальную архитектуру: выделенные процессоры (каналы) управляли обменом данными между памятью и периферийными устройствами. В System/370 были введены два типа каналов:

• Байт-мультиплексные каналы — для медленных устройств (терминалы, принтеры).
• Селекторные каналы — для быстрых устройств (дисковые накопители, магнитные ленты).

Позднее появились блочно-мультиплексные каналы, которые могли обслуживать несколько быстрых устройств одновременно.

Система команд и расширения

В 1970-х годах IBM добавила в архитектуру 370 ряд расширений, таких как:

• Extended Floating-Point — поддержка 128-битных чисел с плавающей запятой.
• Decimal Floating-Point — для финансовых расчётов.
• Dynamic Address Translation (DAT) — аппаратная поддержка виртуальной памяти.

В 1980-х годах для моделей 370-XA была введена 31-битная адресация, что позволило адресовать до 2 ГБ памяти.

Модельный ряд

Ранние модели (1970–1975)

• Model 155 — первая модель, ориентированная на средний бизнес. Производительность около 0.5 MIPS.
• Model 165 — старшая модель, до 1.5 MIPS.
• Model 145 — компактная модель с использованием технологии монолитной памяти.
• Model 195 — флагманская модель с жидкостным охлаждением и производительностью до 3 MIPS.

Модели с виртуальной памятью (1972–1977)

• Model 158 — первая модель с аппаратной поддержкой виртуальной памяти.
• Model 168 — высокопроизводительная модель, поддерживающая до 16 МБ оперативной памяти.

Серия 303x (1977–1981)

• 3031 — замена Model 158, производительность до 2 MIPS.
• 3032 — средняя модель, до 3.5 MIPS.
• 3033 — флагман, до 5 MIPS, поддерживал до 32 МБ памяти.

Серия 308x (1981–1985)

• 3081 — первый мейнфрейм с двумя процессорами в одном корпусе, до 10 MIPS.
• 3083 — однопроцессорная модель.
• 3084 — четырёхпроцессорная модель, до 20 MIPS.

Серия 3090 (1985–1990)

• 3090 — семейство с производительностью от 10 до 50 MIPS, поддерживало до 256 МБ памяти. Включало модели с векторными сопроцессорами для научных расчётов.

Операционные системы

System/370 поддерживала широкий спектр операционных систем, разработанных как IBM, так и сторонними поставщиками:

• OS/360 — базовая ОС, унаследованная от System/360.
• OS/VS1 и OS/VS2 — версии с поддержкой виртуальной памяти.
• MVS (Multiple Virtual Storage) — флагманская ОС IBM, ставшая стандартом для крупных вычислительных центров. MVS поддерживала многозадачность, виртуальные машины и сложные системы управления данными.
• VM/370 — система виртуальных машин, позволявшая запускать несколько гостевых ОС одновременно.
• DOS/VS — упрощённая ОС для малых и средних систем.
• TSO (Time Sharing Option) — подсистема для интерактивной работы пользователей через терминалы.

Также существовали порты UNIX (например, AIX/370) и специализированные ОС для реального времени.

Применение

System/370 использовалась в основном в корпоративных и государственных вычислительных центрах. Основные области применения:

• Финансовый сектор — банковские системы, обработка транзакций, расчётные системы.
• Государственное управление — налоговые службы, пенсионные фонды, системы социального обеспечения.
• Промышленность — управление производством, логистика, складской учёт.
• Научные исследования — моделирование, обработка данных с экспериментов.
• Образование — университетские вычислительные центры, обучение программированию.

В СССР и России System/370 использовалась в ограниченных масштабах, в основном в крупных организациях и научных институтах. В 1970-х годах советские разработчики создали клоны System/370 — серию ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин), которые были программно совместимы с оригиналом.

Наследие

Архитектура System/370 заложила основу для всех последующих мейнфреймов IBM. Её ключевые концепции — виртуальная память, канальная архитектура, поддержка виртуальных машин — используются до сих пор в современных мейнфреймах z/Architecture. Многие организации продолжали эксплуатировать System/370 вплоть до 2000-х годов, а некоторые — и в 2010-х, благодаря эмуляторам и совместимости с новым оборудованием.

Система оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники, в частности на теорию операционных систем и архитектуру процессоров. В 1990-х годах её сменила архитектура ESA/390, а затем — z/Architecture, которая сохраняет обратную совместимость с программами, написанными для System/360 и System/370.

Источники

• IBM Corporation. IBM System/370 Principles of Operation. GA22-7000-4, 1970.
• IBM Corporation. IBM System/370 Model 155 Functional Characteristics. GA22-7001, 1970.
• P. J. Denning. Virtual Memory. ACM Computing Surveys, Vol. 2, No. 3, 1970.
• A. P. H. McCabe. The IBM System/370: A Review. Computer Journal, Vol. 14, No. 4, 1971.
• Е. П. Балашов, В. В. Пржиялковский. ЕС ЭВМ: архитектура и программное обеспечение. Москва: Наука, 1985.