System/370

System/370 (IBM System/370, S/370) — семейство универсальных (мейнфреймовых) вычислительных машин, выпускавшееся корпорацией IBM с 1970 по 1990-е годы. Является прямым развитием архитектуры IBM System/360, сохраняя обратную совместимость с ней на уровне программного обеспечения, и представляет собой третье поколение мейнфреймов IBM (после IBM 700/7000 и System/360). System/370 стала основой для последующих архитектур IBM 370-XA, ESA/370 и, в конечном итоге, современной z/Architecture.

История

Предпосылки и разработка

К концу 1960-х годов архитектура System/360, представленная в 1964 году, стала доминирующей на рынке мейнфреймов. Однако она имела ряд ограничений, в первую очередь — отсутствие аппаратной поддержки виртуальной памяти, что требовало от программистов сложного управления физической памятью. Кроме того, росла потребность в повышении производительности, надёжности и возможностях многозадачности.

Разработка System/370 велась в лабораториях IBM в Покипси (штат Нью-Йорк) и Бёблингене (ФРГ). Ключевой задачей было внедрение виртуальной памяти без нарушения обратной совместимости с существующим программным обеспечением для System/360.

Анонс и первые модели

Официально System/370 была анонсирована 30 июня 1970 года. Первые модели — IBM System/370 Model 155 и Model 165 — поступили в продажу в 1971 году. Они использовали монолитную интегральную логику (MST — Monolithic System Technology) и полупроводниковую память вместо магнитных сердечников, что значительно повысило скорость работы и надёжность.

Первоначально System/370 не поддерживала виртуальную память — эта функция была реализована только в 1972 году с выходом моделей Model 158 и Model 168, а также в виде опционального обновления (Dynamic Address Translation — DAT) для более ранних машин. Внедрение виртуальной памяти стало одним из главных революционных шагов в истории мейнфреймов.

Развитие и последующие поколения

В 1970-х годах IBM выпустила ряд моделей среднего и старшего класса, включая Model 125, Model 135, Model 145, Model 195 (сверхвысокопроизводительная). В 1977 году появилась IBM 3033 — первая машина, формально не носившая название «System/370», но полностью совместимая с её архитектурой и ставшая началом линейки 4300 и 3080.

В 1981 году IBM представила архитектуру 370-XA (Extended Architecture), которая расширила адресное пространство с 24 до 31 бита (адресация до 2 гигабайт) и улучшила механизмы каналов ввода-вывода. В 1988 году вышла ESA/370 (Enterprise Systems Architecture/370), добавившая поддержку до 16 адресных пространств (регионы данных) и улучшенную работу с виртуальной памятью.

Производство машин, полностью совместимых с архитектурой System/370, продолжалось до середины 1990-х годов, когда они были вытеснены системами на базе ESA/390 и затем z/Architecture.

Архитектура

Основные характеристики

Система System/370 является 32-битной архитектурой с 24-битной (позднее — 31-битной) адресацией памяти. Ключевые особенности:

• Виртуальная память (DAT): аппаратная поддержка страничной организации памяти (страницы размером 4 КБ), позволяющая программам работать с адресным пространством, превышающим физический объём ОЗУ.
• Привилегированные режимы: разделение на режим супервизора (операционная система) и режим задачи (пользовательские программы) для защиты памяти и критических инструкций.
• Канальная архитектура ввода-вывода: использование специализированных процессоров (каналов) для управления периферийными устройствами, что освобождало центральный процессор от прямого управления вводом-выводом.
• Система прерываний: 5 классов прерываний (внешние, ввода-вывода, машинные, программные, вызов супервизора), обеспечивающая многозадачность и реакцию на события.
• Инструкции десятичной арифметики: поддержка упакованных десятичных чисел для коммерческих расчётов.
• Плавающая запятая: поддержка как 32-битных (коротких), так и 64-битных (длинных) чисел с плавающей точкой, а также 128-битных (расширенных) в старших моделях.

Регистры

Архитектура определяет набор регистров общего назначения (16 × 32 бита), регистров с плавающей точкой (4 × 64 бита), управляющих регистров (16 × 32 бита) и регистров состояния (Program Status Word — PSW, 64 бита). PSW содержит ключевую информацию о состоянии процессора, включая счётчик команд, код условия, маски прерываний и ключ защиты памяти.

Расширения архитектуры

• 370-XA (1981): расширение адресации до 31 бита (адреса до 2 ГБ), увеличение числа уровней прерываний, поддержка 31-битных каналов.
• ESA/370 (1988): поддержка до 16 адресных пространств (регионов), улучшенная работа с виртуальной памятью (до 16 ТБ виртуального адресного пространства), новые инструкции для работы с данными.

Операционные системы

System/370 стала платформой для широкого спектра операционных систем, многие из которых используются до сих пор (в эмулированном или модернизированном виде):

• OS/360 и OS/VS: базовые операционные системы, поддерживающие виртуальную память (OS/VS1, OS/VS2 — MVS). MVS (Multiple Virtual Storage) стала основой для z/OS.
• DOS/360 и DOS/VS: операционные системы для машин среднего класса, позже эволюционировавшие в VSE (Virtual Storage Extended).
• VM/370: система виртуальных машин, позволявшая запускать несколько экземпляров других ОС (включая MVS, DOS/VS) на одном физическом компьютере. VM/370 стала предшественником современных z/VM.
• CP/CMS: система, предшествовавшая VM/370, разработанная в Кембриджском научном центре IBM.
• TPF (Transaction Processing Facility): операционная система реального времени для обработки транзакций, используемая в авиабилетных системах (например, Sabre).
• MTS (Michigan Terminal System): университетская операционная система, работавшая на System/370.

Модели и аппаратные реализации

Основные модели 1970-х годов

Модели 1980-х годов (линейки 4300, 3080, 3090)

• IBM 4300 (1979–1984): серия машин среднего класса (модели 4331, 4341, 4361, 4381), ориентированных на коммерческие и научные задачи. Поддерживали DOS/VSE и VM/SP.
• IBM 3080 (1981–1984): серия старшего класса (модели 3081, 3083, 3084), поддерживавшая архитектуру 370-XA. Модель 3084 была двухпроцессорной.
• IBM 3090 (1985–1989): серия, поддерживавшая ESA/370, с возможностью до 6 процессоров и векторными сопроцессорами. Модели 3090-600E и 3090-600S.

Клоны и совместимые системы

Архитектура System/370 была лицензирована и воспроизведена рядом компаний, особенно в СССР и странах Восточного блока. Наиболее известные клоны:

• ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин) — серия советских мейнфреймов, разработанная в 1970–1980-х годах. Модели ЕС-1030, ЕС-1035, ЕС-1060 и другие были программно-совместимы с System/370. Производство велось в СССР, ГДР, Болгарии, Венгрии, Польше, Чехословакии.
• Amdahl 470V/6 — первый коммерческий клон, выпущенный компанией Amdahl Corporation (основана бывшим инженером IBM Джином Амдалом) в 1975 году. Он был быстрее и дешевле оригинальных IBM-машин.
• Hitachi, Fujitsu, NEC — японские компании производили совместимые мейнфреймы (например, Hitachi M-200H, Fujitsu M-380), работавшие под управлением OS/VS и MVS.

Применение

System/370 использовалась в широком спектре областей:

• Банковское дело и финансы: обработка транзакций, управление счетами, расчётно-кассовое обслуживание.
• Государственное управление: системы социального обеспечения, налогообложения, переписи населения.
• Промышленность: управление производственными процессами, планирование ресурсов (MRP), логистика.
• Наука и образование: научные расчёты, обработка данных, университетские вычислительные центры.
• Авиация и транспорт: системы бронирования билетов (Sabre, SITA), управление воздушным движением.
• Телекоммуникации: биллинг, управление сетями.

Наследие

Архитектура System/370 заложила основы современных мейнфреймов IBM. Её ключевые концепции — виртуальная память, канальная архитектура, система прерываний, обратная совместимость — были унаследованы и развиты в архитектурах ESA/390 (1990) и z/Architecture (2000). Современные мейнфреймы IBM zSeries и IBM LinuxONE могут выполнять программы, написанные для System/370, без изменений, что обеспечивает колоссальную преемственность кода.

Многие операционные системы, созданные для System/370, продолжают использоваться в обновлённом виде: z/OS (потомок MVS), z/VM (потомок VM/370), VSE/ESA (потомок DOS/VS). Система/370 также оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники в СССР и странах Восточной Европы через серию ЕС ЭВМ.

Источники

• IBM Corporation. IBM System/370 Principles of Operation. GA22-7000 (1970–1988, несколько редакций).
• Amdahl, G. M. The Architecture of the IBM System/370. IBM Journal of Research and Development, Vol. 14, No. 3 (1970).
• Pugh, E. W.; Johnson, L. R.; Palmer, J. H. IBM’s 360 and Early 370 Systems. MIT Press, 1991.
• Prasad, N. S. IBM Mainframes: Architecture and Design. McGraw-Hill, 1989.
• Ершов, А. П. Единая система ЭВМ: архитектура и программное обеспечение. Наука, 1980.