Исторический обзор семейства ес эвм. Третье поколение эвм То самое заседание

| IBM System/360

IBM System/360 (S/360) - 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.

S/360 совершила одну из первых революций на рынке «корпоративных вычислений». Данная модель не была первой, другие ЭВМ уже присутствовали на рынке, но именно героиня этой статьи перевернула представление про «компьютеры для бизнеса». S/360 во многом заложила подходы, ставшие основой современных компьютеров, как персональных, так и «больших», без которых мы бы не увидели всех чудес современного IT.

Первый вопрос, на который стоит ответить: почему именно IBM/360 стала переворотом для рынка? Отбросив разные причины, которых немало, стоит сразу назвать главную - правильный подход к архитектуре и конструкции позволил IBM сделать новую модель доступной (относительно, конечно). Именно это позволило умным машинам шагнуть из правительственных и университетских вычислительных центров в области бизнеса, и частный бизнес стал с радостью осваивать новый, невероятно удобный инструмент.

Что было нового в System/360?

Первой инновацией IBM, использующейся до сих пор, стал анонс целой линейки компьютеров, отличавшихся по цене, размеру и производительности, но использовавших общий набор команд (кроме нескольких моделей для специфичных рынков). Это позволяло компаниям приобрести модель попроще, а по мере роста потребностей, осуществить «апгрейд» железа, без необходимости переписывания уже отлаженного ПО.

Первый анонс обещал 6 моделей IBM/360 и 40 наименований периферии. Были анонсированы модели 30, 40, 50, 60, 62 и 70. Первые три должны были заменить «нижнюю» линейку IBM 1400 series и продавались до 1965 года. Старшие модели разрабатывались на замену IBM 7000 series, но в продажу так и не поступили, так как их заменили модели 65 и 75, вышедшие в конце 1965 и начале 1966 годов соответственно.

Со временем появилось много других интересных вариаций. Например, бюджетная 20 модель, обладавшая всего 4К базовой памяти, 8 16-битными регистрами (а не 16 32-битными как у остальных моделей) и уменьшенным набором инструкций. Еще одна бюджетная модель под номером 22, по сути была переработанной 30 моделью с более медленными портами ввода-вывода и ограничениями по объёму памяти.

Разумеется, развивались и небюджетные сегменты. Например, в model 67 IBM впервые реализовали технологию динамической трансляции адресов (DAT или dynamic address translation), которая сейчас известна нам под названием «виртуальная память». DAT в свою очередь позволила реализовать работу с разделением времени.

В моделях 65 и потом 67 была реализована поддержка двух процессоров , и на рынок поставлялись «двухъядерные» модификации этих систем.

В IBM System/360 впервые была применена технология «микрокода». В обычной архитектуре программа на языке высокого уровня транслируется в серию команд процессора, которые последний выполняет. Действия при выполнении команд реализованы аппаратно и изменяться не могут. В случае использования микрокода, именно он определяет, как будут выполняться те или иные команды, ставя в соответствие машинным командам «более низкоуровневые» атомарные операции. Изменяя микрокод, можно было изменять то, как выполняются машинные команды, что в свою очередь позволяло исправить какие-либо ошибки, что было невозможно при реализации машинных команд «в железе». В свою очередь, использование микрокода позволило усложнить набор машинных команд и предоставить больше возможностей разработчикам.

Недостатком подхода с микрокодом выступает более медленная работа компьютера, поэтому в старших моделях System/360 IBM использовали уже «аппаратную» реализацию, исключавшую микрокод.

Поскольку обратная совместимость была очень важна для клиентов IBM, уже инвестировавших огромные деньги в разработку ПО для их предыдущих компьютеров, в System/360 была поддержка эмуляции ЭВМ предыдущего поколения. Так, например, 30 модель могла эмулировать IBM 1400 system, а 65-я - IBM 7094. Для этого использовалась сложная комбинация аппаратного обеспечения, микрокодов и программы виртуализации, позволявшей старому коду работать в новой системе. В первых моделях для запуска программы в режиме виртуализации компьютер нужно было останавливать и запускать заново. Позже, в 85 модели и System/370, подобные программы уже могли быть запущены операционной системой и работать одновременно с «родными» приложениями.

За что еще мы должны быть благодарны System/360?

Девятидорожечная магнитная лента , ставшая практически стандартом хранения цифровой информации;
- кодовая таблица EBCDIC;
- 8-битные байты. Сейчас это может показаться удивительным, но во время разработки System/360 по финансовым причинам хотели ограничить байт 4 или 6 битами. Рассматривался еще вариант байтов с переменной длиной и битовой адресацией как в IBM 7030;
- байтовая адресация памяти;
- 32 битные слова;
- архитектура IBM для дробных чисел (фактически стандарт на протяжении 20 лет);
- шестнадцатеричные константы, использовавшиеся в документации System/360, вытеснили восьмеричные, использовавшиеся до этого.

Разумеется, на смену System/360 пришли следующие поколения компьютеров. System/370, System/390 и System z. Многие другие компании строили свои ЭВМ на основе архитектуры System/360. Среди них

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.

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.

Олег Спиряев

Среди важнейших достижений XX века, изменивших способы сбора, передачи и использования информации, обычно называют компьютеры IBM System/360 и IBM PC. На самом деле корпорация IBM (http://www.ibm.com) сделала гораздо больше, сыграв весьма значительную роль в создании вычислительной техники и ее применении.

Во вторник, 7 апреля 1964 г., Томас Дж. Уотсон-младший, позднее возглавивший IBM, объявил о выпуске семейства ЭВМ System/360. Это был, пожалуй, самый дорогостоящий проект в истории вычислительной техники. Целью его была разработка всесторонне продуманного комплекса решений в области аппаратуры, ПО, технологии производства, организации распространения и технического обслуживания семейства компьютеров, различных по производительности и стоимости. Универсальность семейства достигалась за счет того, что компьютеры были рассчитаны на обработку как десятичных чисел, так и чисел с плавающей точкой, а также за счет развитого системного ПО, отвечающего специфическим потребностям различных пользователей. В разработке семейства System/360 участвовали Джин Амдал, Г. Блау, Ф. П. Брукс-младший. Машины этого типа получили общее имя "мэйнфрейм" (mainframe) - по названию типовых стоек IBM, в которых размещалось оборудование центрального процессора.

Мэйнфрейм IBM System/360.

Двумя неделями ранее более двухсот менеджеров из компьютерной отрасли узнали о предстоящем событии из первого номера бюллетеня, ознаменовавшего начало работы компании International Data Corporation (IDC), основателем которой был Патрик Дж. Макговерн. Первое издание называлось EDP Industry and Market Report. Более позднее свое название - The Gray Sheet ("Серый лист") - бюллетень получил от цвета бумаги, на которой был напечатан. System/360 и первый отчет IDC дали начало новым сегментам ИТ-отрасли, стоимость которых на сегодняшний день измеряется миллиардами долларов.

Однако в 1964 г. хватало и скептиков. Так, журнал Fortune подсчитал, что риски IBM, связанные с выпуском System/360, составляли как минимум миллиард долларов, - иными словами, неудача проекта могла привести к банкротству "Голубого гиганта". Сомнения компьютерных инженеров были связаны и с ощущением начала эры их "суперважности" (ведь с тех пор программисты уже не могли непосредственно влиять на конфигурацию вычислительной платформы). К моменту появления System/360 в пользовании находилось примерно двадцать тысяч компьютеров. Всего одно из десятков предприятий могло купить машину такого типа - стоила она по тем временам довольно дорого. Рынок ПО вообще практически отсутствовал, а приложения писались под конкретные потребности клиента. Многие компании, занимавшиеся производством компьютеров, ушли с рынка, не дождавшись лучших времен. Среди них были такие гиганты электронной отрасли, как RCA, General Electric и Xerox (заметим, что до сих пор компьютерная отрасль требует от работающих на этом поприще просто стальных нервов). Кстати, на разработку мэйнфреймов IBM потратила 5 млрд долл. (что по нынешним ценам эквивалентно примерно 30 млрд долл.), и это было очень рискованным шагом, поскольку ежегодный доход компании тогда составлял всего 3,2 млрд долл. Но IBM поставила на эту лошадь и выиграла.

Пользователи вначале никак не отреагировали на первые мэйнфреймы серии 360, но месяца через два они поняли, чем хороши такие системы, и количество заказов превзошло все ожидания IBM. На протяжении же последующих пяти лет число компьютеров этого семейства, применяемых для решения корпоративных задач, возросло до 90 тыс.

От System/360 к S/390

Размеры компьютера System/360, по сегодняшним меркам, были весьма внушительны - он занимал целую комнату. Правда, конфигурация тогдашних мэйнфреймов сегодня, мягко говоря, не поражает воображения: тактовая частота процессора составляла 2 МГц, а емкость накопительной системы (ленты и диски) - всего 8 Мбайт. Но, несмотря на это, к такому компьютеру можно было одновременно подключить до 248 терминалов, с которых вводились данные и на которые выводились результаты.

При разработке этого проекта родились такие технологии, как параллельная обработка, конвейер, процессор ввода-вывода, виртуальная память, виртуальная машина, впоследствии перекочевавшие в "обычные" компьютеры.

Мэйнфреймы System/360 стали первым большим семейством компьютеров, позволявшим применять взаимозаменяемое ПО и периферийное оборудование. Вместо того чтобы приобретать новую систему, когда потребности и бюджет заметно вырастали, заказчики теперь могли просто наращивать вычислительные возможности по частям, добавляя или заменяя лишь необходимые аппаратные средства.

Различные устройства этой серии обладали полной совместимостью, что позволяло компоновать из них комплексы, как из деталей конструктора. Были созданы устройства ввода-вывода (в том числе с перфокарт), хранения данных (диски, ленточные накопители). Например, в рамках System/360 предлагался выбор из пяти процессоров, 44 периферийных устройств и 19 комбинаций питания, быстродействия и памяти. Пользователь мог эксплуатировать те же самые магнитные ленты и дисковые накопители с процессорами, отличавшимися по производительности в 100 раз. Стоил такой компьютер тогда около 2 млн долл.

Вообще говоря, в 1964 г. IBM объявила о создании шести моделей семейства System/360, ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. Цифра 360 (полная окружность в градусах) указывала на возможность создать систему для приложений любого направления. При разработке моделей семейства использовался ряд новых принципов, что делало машины универсальными и позволяло с одинаковой эффективностью применять их как для решения задач из различных областей науки и техники, так и для обработки данных в сфере управления и бизнеса.

Действительно, мэйнфреймы могли решать самые разные задачи - от расчета зарплаты до расчета ракет. Подобные системы от IBM потом участвовали в американской лунной программе и в реальном масштабе времени обрабатывали данные во время экспедиций "Аполлонов". Кроме того, на базе System/360 была построена первая в мире полуавтоматическая система резервирования билетов SABRE.

Системы IBM в работе.

В качестве элементной базы для семейства System/360 были выбраны гибридные микросхемы, благодаря чему новые модели стали считать машинами третьего поколения. В ранних своих компьютерах IBM использовала транзисторы, полученные по лицензии от корпорации Texas Instruments (http://www.ti.com). Но впоследствии руководство IBM приняло решение выпускать все электронные компоненты самостоятельно, чтобы не зависеть от внешних поставщиков и обеспечить максимально низкие цены на электронику. При разработке же System/360 руководство IBM решило не полагаться на интегральные схемы, изобретенные в 1959 г., так как в то время это была новая, еще не апробированная и дорогая технология. Вместо этого в IBM была разработана гибридная технология SLT (Solid Logic Technology).

Другой проблемой было производство памяти, основанной на магнитных сердечниках. Конечно, IBM обладала современными технологиями, но нужны были новые производственные мощности. Было расширено существующее подразделение в Кингстоне и построена новая фабрика в Боулдере (шт. Колорадо). Но и это полностью не решило проблему, и тогда был проведен эксперимент по переносу части производственных мощностей в Японию, где работники на фабрике изготовляли модули памяти вручную, без автоматического оборудования. Зарплаты японских рабочих, при самом высоком качестве работы, были тогда столь низки, что память, сделанная в Японии, оказывалась дешевле памяти, изготовленной в США при помощи автоматического оборудования.

Таким образом, на транзисторные машины второго поколения пришлось всего лишь пять лет в биографии IBM. При создании семейства System/360 IBM в последний раз позволила себе роскошь выпускать компьютеры, несовместимые с предыдущими моделями. Но самое главное, что эти компьютеры породили новое явление в компьютерной индустрии, создав так называемую платформу. Под этим обычно понимают индустриальный стандарт на аппаратное обеспечение с частично или полностью открытой архитектурой, что дает возможность сторонним фирмам производить периферийное оборудование и строить собственные системы на ее основе.

Кроме того, IBM разработала широкий набор эмуляторов и имитаторов предыдущих компьютеров, чтобы облегчить пользователям переход на компьютеры серии System/360. Заменив свои системы на семейство IBM System/360, пользователи могли в течение многих лет работать с компьютерами этой серии, переходя на все более мощные машины без затрат на переработку ПО. Концепция программно-совместимого семейства компьютеров стала стандартом для всей компьютерной промышленности. Широко известная теперь серия вывела компанию в неоспоримые лидеры в области вычислительной техники. Только в США было установлено более 20 тыс. мэйнфреймов System/360, что дало IBM возможность поставить под свой контроль две трети всего рынка компьютеров.

Спустя шесть лет, в 1971 г., IBM представила две первые модели семейства System/370 (370/135 и 370/195), преемников System/360 на новой технологической базе - монолитных интегральных схемах. Запуском в производство моделей семейства System/370 руководил Т. В. Лерсон, сменивший в 1974 г. Т. Дж. Уотсона-мл. на посту президента IBM. Появление новой серии не стало революцией, скорее это была эволюция ранних идей. Компьютеры линейки System/370 были уже полностью построены на интегральных схемах, что дало увеличение производительности по сравнению с линейкой System/360. Новые машины были более надежными, а благодаря использованию полупроводниковой памяти уменьшились в размерах.

Стоит отметить, что самые передовые решения, приводящие к повышению производительности, сразу же появлялись на этих машинах. Так, модель IBM 360/67 имела аппаратуру динамического преобразования адресов. B IBM 360/91 была реализована способность устройства управления обнаруживать все операции, допускающие одновременное исполнение. Многопроцессорность на основе общей оперативной памяти была также реализована в IBM 360/67. При этом межпроцессорную связь обеспечивала команда "сигнал процессору", предусматривающая передачу и прием кода приказа, декодирование кодов приказов и ответ процессору, пославшему сигнал. Для связи процессоров была добавлена дюжина новых команд. Предусмотрена была возможность прерывания одного процесса другим (например, в IBM System/360 модели 65 MP).

Выпущенная в 1971 г. System/370 модели 145 стала первым универсальным компьютером, в котором использовались большие интегральные схемы для построения оперативной памяти и логических функций. Новая технология, заменившая SLT, позволила интегрировать на одной микросхеме элементы, ранее размещавшиеся на нескольких. Благодаря этому машины System/370 стали в три-пять раз производительнее, чем System/360, построенные по SLT-технологии. Кроме того, в модели 145 память на магнитных сердечниках была заменена памятью на основе полупроводниковой технологии.

Мэйнфрейм System/370-45 стал одним из первых серийных компьютеров, использующих технологию "виртуальной памяти". Эта технология расширила возможности компьютеров за счет того, что пространство на жестком диске стало можно использовать для размещения дополнительной оперативной памяти, необходимой для работы ПО. Опережающий просмотр команд для динамического предсказания логических переходов был реализован в машине IBM 3081. Средством повышения производительности стали и присоединенные процессоры, подключавшиеся к центральным ЭВМ в качестве периферийных устройств. Были разработаны специальные устройства, предназначенные для решения очень узких классов задач, однако из-за небольших тиражей и высокой стоимости их применение было ограничено.

В 70-х годах получили широкое распространение матричные процессоры - устройства, реализовавшие концепцию "одна команда - много данных". Матричный процессор IBM-3838 состоял из управляющего процессора, оперативной памяти емкостью до 1 Мбайт, пяти процессорных элементов и устройства сопряжения с каналом, обеспечивающего скорость обмена с компьютером 3-4,5 Мбайт/с. Слово данных матричного процессора имело длину 32 бит. Одновременно матричный процессор мог обрабатывать до семи пользовательских задач. Все процессоры выполняли одновременно одну команду, каждый над своими данными. Производительность матричного процессора оценивалась как 30 MFLOPS или 100 MIPS.

С 1983 г. началась поставка моделей System/370 Extended Architecture. Накопленный компанией опыт позволил создать архитектуру ESA/370, а затем ESA/390. В 1990 г. были выпущены мэйнфреймы семейства 390, которые, как и все предыдущие модели этих семейств, поддерживали совместимость приложений снизу вверх. В 1995 г. появились серверы S/390 Parallel Enterprise Server.

Следующее поколение суперскалярной RISC-технологии, разработанное IBM к концу 80-х годов, - архитектура POWER (Performance Optimization with Enhanced RISC). В начале 1990 г. успешно дебютировала серия RISC System/6000. Тогда же для IBM RS/6000 была выпущена версия ОС Unix, названная AIX Version 3. В 1990 г. IBM продала 25 тыс. компьютеров RS/6000. Объем нового бизнеса IBM к концу того же года достиг 1 млрд долл.

Корпорация IBM учитывала приверженность пользователей к мэйнфреймам, связанную с хорошо обкатанными приложениями, развитыми возможностями защиты данных, резервного копирования и восстановления после сбоев. Однако мэйнфреймы на биполярных микросхемах, обеспечивая быстродействие 60 MIPS на один процессор, требовали водяного охлаждения, слишком много электроэнергии, специальных инженерных сооружений и больших площадей. Взамен IBM предложила мэйнфреймы на КМОП-процессорах, которые обходились потребителям на 70% дешевле.

Существенно, что IBM удваивала производительность КМОП-мэйнфреймов каждые полтора года. Всего за десять лет сменилось пять поколений машин на базе КМОП. Мэйнфреймы System/390 G5 в конфигурации с 10 процессорами способны выполнять до 900 млн инструкций в секунду. Технология IBM S/390 Parallel Sysplex позволяет еще больше увеличить производительность. Неотъемлемой частью архитектуры кластеризации IBM Parallel Sysplex стала технология объединения вычислительных систем, позволяющая нескольким компьютерам взаимодействовать с общим полем данных. При ее использовании коэффициент готовности системы достигает 99,999%.

Для балансировки распределения трафика между серверами, входящими в кластер Sysplex, корпорации IBM и Cisco Systems предлагают совместно разработанное ПО Generic Routing Encapsulation. Это один из результатов стратегического альянса двух корпораций.

На платформе S/390 работают прикладные системы класса ERP компаний SAP, People Soft, Oracle, Baan. Сама IBM предлагает набор программных и аппаратных средств IBM Treasure Series for S/390 для создания хранилищ данных, механизмов поиска и анализа информации приложений SAP R/3 в СУБД DB2.

После выпуска S/390 G5 корпорации IBM удалось захватить 95% мирового рынка мэйнфреймов. В 2000 г. появилось их шестое поколение - S/390 G 6.

Новое поколение - zSeries

Когда в октябре 2000 г. в IBM приступили к ребрэндингу своих серверных систем, эти преобразования были представлены как реакция на растущие требования бизнеса в Интернете. Руководство корпорации объявило о своем намерении использовать на всех платформах такие открытые стандарты и продукты, как TCP/IP, HTML, Java, XML, Apache, и о желании поддерживать быстро приобретающую популярность ОС Linux. Именно тогда мэйнфреймы получили название eServer zSeries, призванное подчеркнуть нулевое время простоя (zero down time) этих систем.

Архитектура z/Architecture, на которой основаны системы zSeries, - это новый стандарт производительности и интеграции, ставший продолжением концепции сбалансированной системы в архитектуре S/390. Такие системы способны устранять узкие места, связанные с недостатком адресуемой памяти, предоставляя фактически неограниченные возможности 64-разрядной адресации и обеспечивая огромный запас для непредвиденных рабочих нагрузок и приложений растущего предприятия.

Новым флагманом мэйнфреймов стала серия компьютеров IBM eServer zSeries 900, оптимизированная для задач электронного бизнеса. В ее состав входят 64-разрядные многопроцессорные системы с оперативной памятью объемом 64 Гбайт и с пропускной способностью системы ввода-вывода и адаптеров сетевых каналов, составляющей 24 и 3 Гбайт/с соответственно. Производительность zSeries 900 превышает 2500 MIPS. Важнейший их компонент - 20-процессорный модуль MCM (Multi-Chip Module). Его 16 процессоров предназначены для исполнения прикладных задач в SMP-режиме, а остальные выполняют такие системные функции, как управление вводом-выводом, восстановление при возникновении ошибок, криптозащита.

Каждая система может работать автономно или в составе кластера Parallel Sysplex совместно с другими компьютерами zSeries и системами IBM S/390. Кластер обеспечивает высокую масштабируемость и исключительный уровень готовности. До 32 систем zSeries 900 можно объединять в кластеры на базе технологии Parallel Sysplex.

В 15 логических разделах zSeries 900 могут независимо друг от друга работать различные ОС (z/OS, z/VM и Linux for zSeries), обращаясь к общим системным ресурсам.

Выпуск новой и недорогой системы начального уровня IBM zSeries 800 (ранее известной под кодовым названием Raptor - "хищник") радикально изменил ценовые характеристики рынка мэйнфреймов. Новая система доступна в нескольких вариантах: восемь моделей общего назначения и единственный в своем роде мэйнфрейм под полным управлением Linux. Отличаются они прежде всего числом процессоров (от одного до четырех) и объемом оперативной памяти (от 8 до 32 Гбайт).

С выпуском zSeries 800 корпорация IBM смогла предложить высокую надежность и производительность технологии zSeries заказчикам, которым мэйнфреймы раньше были не по средствам. Кроме того, IBM впервые реализовала современную технологию кластеризации Parallel Sysplex на мэйнфреймах начального уровня. Напомним, что эта технология обеспечивает практически нулевое время простоя, высокую доступность приложений и надежность бизнеса за счет объединения нескольких мэйнфреймов в сетевой кластер.

Заказчики, использующие мэйнфреймы, все чаще добавляют новые Web-приложения в существующие инфраструктуры для экономии энергии, пространства и расходов на управление. Система zSeries 800 рассчитана на варианты объединения серверов для заказчиков со средним уровнем финансовых возможностей. Она позволяет отказаться от дорогостоящих и недозагруженных серверных пулов, составленных из Web-серверов, серверов файлов, печати и электронной почты, за счет переноса всей нагрузки на один мэйнфрейм, упрощая, таким образом, администрирование и снижая затраты. Благодаря технологии виртуальных машин IBM z/VM система zSeries 800 может объединить от 20 до нескольких сотен серверов Sun или Intel на одной физической платформе.

Благодаря современной технологии система zSeries 800 предоставляет экономичную и гибкую среду для разработки, тестирования и эксплуатации приложений, переноса приложений с 32- на 64-разрядную платформу и новых рабочих нагрузок электронного бизнеса. В zSeries 800 нашли применение технологии самовосстановления и самоуправления, реализованные в компьютерах IBM, включая резервные мощности, кластеры Parallel Sysplex, одновременный ввод-вывод и автоматическое обращение в IBM при обнаружении неисправности системы. Одновременно с новыми мэйнфреймами IBM анонсировала специальную версию 64-разрядной ОС z/OS.e, которая предназначается для исполнения приложений электронного бизнеса, в том числе сервера приложений WebSphere, баз данных DB2 и приложений MQSeries.

Самая мощная на сегодняшний день система масштаба предприятия - это модель eServer zSeries 990 (кодовое название T-Rex, "Тиранозавр"). Подобные системы предназначены для компаний финансового сектора и других отраслей, где требуется максимальная отказоустойчивость, защита информации и высокие вычислительные возможности. Стоимость нового IBM eServer zSeries 990 начинается с 1 млн долл. Новая система - результат четырех лет работы 1200 разработчиков IBM. Инвестиции в разработку "Тиранозавра", по словам представителей IBM, составили около 1 млрд долл. Но система стоит того.

Считается, что zSeries 990 - самый мощный и масштабируемый мэйнфрейм IBM за всю их 40-летнюю историю. Этот сервер обладает вдвое большими возможностями виртуализации и способностью делать примерно втрое больше работы, чем zSeries 900. В дополнение к новому дизайну, который позволяет заказчикам наращивать мощность без отключения системы, значительно упрощена структура продукта.

Производительность 32-процессорной системы zSeries 990 составляет 9000 MIPS, что втрое превышает показатели zSeries 900. Эта модель содержит в два раза больше процессоров, причем масштабировать сервер от одного до 32 процессоров допустимо без отключения системы.

На zSeries 990 поддерживается до 30 логических разделов (LPAR), что вдвое превышает возможности zSeries 900. С помощью версии z/VM 4.4 заказчики могут быстро создавать и эффективно управлять сотнями виртуальных Linux-серверов в одном физическом корпусе. Расширенные технологии виртуализации IBM делают zSeries 990 хорошей платформой для консолидации, когда необходимо сократить стоимость групп серверов и затраты на их управление.

Побивая собственный рекорд безопасности, новая 16-процессорная система zSeries 990 может обрабатывать11 000 транзакций в секунду, проводимых по протоколу Secure Sockets Layer (SSL); это на 57% выше по сравнению с 16-процессорной системой zSeries 900. Квитирование установления связи по протоколу SSL, то самое, что вызывает появление в нижней панели браузеров пиктограммы запертого замка, очень важно для транзакций электронного бизнеса и позволяет безопаснее обрабатывать заказы в оперативном режиме. Возможность обработки большего количества транзакций SSL означает, что компании смогут обслуживать больше заказчиков и за меньшее время обеспечивать больший объем продаж.

Для тех заказчиков, которым нужна высокая способность к подключению для новых задач электронного бизнеса, выполняемых на мэйнфрейме, система zSeries 990 предоставляет до 512 каналов ввода-вывода, что вдвое превышает возможности ее предшественницы. Кроме того, теперь доступно до 16 HiperSocket, которые обеспечивают высокоскоростное соединение по протоколу TCP/IP между виртуальными серверами в пределах одной системы zSeries 990 (это вчетверо превышает возможности zSeries 900). IBM также представила новую технологию под названием "логическая канальная подсистема", которая облегчит для заказчиков консолидацию нескольких мэйнфреймов в единую систему zSeries 990. В zSeries 990 по сравнению с zSeries 900 вчетверо увеличен объем памяти - 256 Гбайт против 64 Гбайт. Сердце zSeries 990 - многокристальный модуль MCM.

Подарок к юбилею

В сороковую годовщину появления мэйнфрейма System/360 корпорация IBM анонсировала систему eServer z890 с современной технологией для упрощения ИТ-среды. Эта система позволила предложить и новые ценовые условия для компаний среднего бизнеса. Кроме того, был объявлен сервер хранения IBM TotalStorage Enterprise Storage Server 750, обеспечивающий профессиональные корпоративные возможности более крупных систем хранения новому сегменту заказчиков. Вместе новый мэйнфрейм и системы хранения позволят компаниям среднего бизнеса консолидировать и упростить свою ИТ-среду с помощью самых современных отраслевых технологий.

Мэйнфрейм z890 создан на основе технологии z990 и предлагает высокий уровень гибкости, виртуализации, автоматизации и масштабируемости. Старшая модель линейки z890 почти в два раза превосходит по вычислительной мощности старшую модель линейки z800, что стало результатом практически 100%-ного увеличения производительности каждого центрального процессора общего назначения. Но, обеспечивая в целом значительное превосходство в вычислительной мощности по сравнению с z800, мэйнфрейм z890 благодаря высокой гибкости предлагается и в виде моделей начального уровня, вычислительная мощность которых более чем на 30% ниже, чем у серверов начального уровня z800. Кроме того, IBM предлагает z890 в качестве единой модели с 28 уровнями вычислительной мощности, что позволяет заказчикам более точно соизмерять размер сервера со своими бизнес-требованиями.

IBM продолжает развивать инновации, использующиеся в мэйнфреймах, добавляя новые возможности в системы z890 и z990. Так, чтобы обеспечить интеграцию Web-приложений на базе zSeries, была разработана новая технология zSeries Application Assist Processor (zAAP) - первая в отрасли среда выполнения Java, специально настроенная для работы с z/OS. Она предназначена для заказчиков, стремящихся интегрировать на одной серверной платформе Web-приложения на основе технологии Java с существующими базовыми бизнес-приложениями и данными. Технология zAAP позволяет увеличить общую системную производительность, упростить серверную инфраструктуру и повысить эффективность эксплуатации при одновременном снижении общих расходов на выполнение вычислений для Java-приложений, развернутых на платформе zSeries.

Расширенная с учетом поддержки zAAP, функция изменения вычислительной мощности по запросу, On/Off CoD (On/Off Capacity on Demand) обеспечивает дополнительные вычислительные ресурсы для кластерных систем Parallel Sysplex и рабочих нагрузок Java. Это позволяет с максимальной гибкостью реагировать на неожиданные изменения спроса.

Для упрощения инфраструктуры предназначен контроллер OSA Express Integrated Console Controller, благодаря которому устраняется потребность в определенном периферийном аппаратном обеспечении и поддерживается до 120 соединений для сеанса консоли.

Усовершенствования для z990 также включают поддержку до четырех логических подсистем каналов, до 1024 каналов ввода-вывода и улучшенную возможность соединения сетей, что помогает ИТ-специалистам упростить управление наиболее сложной инфраструктурой в многофункциональной среде.

Одновременно с новой системой IBM представила и новую версию ОС z/OS 1.6, выход которой запланирован на сентябрь 2004 г. Эта ОС содержит множество усовершенствований, предназначенных для интеграции рабочих нагрузок Java в среде z/OS, включая поддержку zAAP, улучшенное управление рабочими нагрузками для приложений Web-серверов и усовершенствованные средства обеспечения доступности IP-сетей. Кроме того, IBM планирует включить в z/OS 1.6 64-разрядную среду приложений для C/C++ и Java SDK, которая повысит масштабируемость и упростит портирование приложений.

Новая версия z/VM с усовершенствованными функциями виртуализации предназначена для хостинга Linux с улучшенной поддержкой сетей, функций безопасности и открытых устройств (SCSI). z/VSE V3R1 - это следующее поколение VSE для заказчиков zSeries, для которого планируется поддержка открытых устройств (SCSI). Операционная система z/VSE работает в 31-разрядном режиме.

Технология безопасности для мэйнфреймов

В начале года IBM представила новую технологию безопасности (часть релиза операционной системы мэйнфреймов z/OS 1.5) и впервые в индустрии реализовала централизованное управление многоуровневой системой безопасности.

Вместе с IBM DB2 Universal Database for z/OS Version 8 решение IBM обеспечивает многоуровневую защиту мэйнфреймов zSeries, что облегчает выполнение требований законодательства и органов финансового контроля и открывает новые возможности электронного хостинга. Эта технология также улучшает совместное использование важной конфиденциальной информации правительственными и другими организациями.

Технология многоуровневой защиты позволяет администраторам ИС предоставлять доступ к информации на основе потребностей пользователя или его полномочий. Она предотвращает неавторизованный доступ и разглашение секретной информации.

IBM z/OS 1.5 и DB2 V8 позволяют управлять единым хранением данных на уровне строк и доступом к данным пользователей на основе персональных потребностей. Например, если пользователю присвоен самый высокий уровень допуска к секретной информации, то он получает больше прав на использование базы данных, чем обычный пользователь.

Внедрение нового решения IBM избавляет организации от необходимости дублировать инфраструктуру для защиты секретных данных, что, в свою очередь, помогает сократить расходы на ИТ, размещение и администрирование. Кроме того, обеспечивается лучшая оперативность данных, их совместное использование, администрирование и управление, поскольку не требуется объединять информацию из разных источников.

Как известно, централизованное управление многоуровневой защитой - основная задача для правительственных учреждений, которые хотят ликвидировать дублирование инфраструктуры и упростить организацию совместного использования информации разными ведомствами при повышенном уровне безопасности. ПО IBM z/OS и DB2 может помочь частным компаниям обеспечить безопасность и открывает новые возможности предоставления услуг безопасного хостинга.

Многоуровневая безопасность z/OS может использовать такие преимущества IBM eServer zSeries, как мощная криптозащита, высокая доступность, масштабируемость и гибкость для обеспечения надежной защиты среды.

Заключение

В 90-х годах прошлого века сложилось впечатление, что все задачи можно решить при помощи персональных компьютеров, объединенных в сеть. Чуть позже на замену мэйнфреймам предполагался Интернет. Однако, как показывают сегодняшние реалии, поколебать рыночные позиции этих монстров ИТ-отрасли так и не удалось. На самом деле ПК просто расширили область применения компьютеров и в бизнесе, и в быту, однако ряд задач по-прежнему невозможно решить иначе как на мэйнфрейме.

Мэйнфреймы используются в критически важных областях деятельности компаний, а сроки их службы исчисляются десятилетиями. Поэтому многие из этих машин успешно работают до сих пор. В новом веке интерес к мэйнфреймам вновь растет. Их высокая надежность и производительность остаются непреходящими ценностями. Мэйнфреймы отлично вписались в Интернет-эру; а, может быть, Интернет - лишь один из путей их эволюции. По мнению ряда экспертов, мэйнфреймы, например, практически неуязвимы для вирусов, что привлекает корпорации, желающие застраховаться от кибератак.

Мэйнфреймы пригодны для решения практически любых задач - от научных и инженерных до деловых, требующих больших вычислительных мощностей. Они имеют хорошо сбалансированную многопроцессорную архитектуру с возможностью загрузки нескольких независимых копий ОС. Масштабируемость архитектуры позволяет при увеличении количества процессоров и памяти получать контролируемый, расчетный прирост производительности. Большой объем оперативной памяти таких систем создает новые, ранее недоступные возможности во многих прикладных областях - от ведения больших резидентных баз данных до сложных научных вычислений, например, в таких областях, как исследование генома человека или морская нефтеразведка.

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:

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