Obsah
2. Souběžné spouštění více úloh
4. Matematický procesor počítačů IBM System/360
5. Единая система электронных вычислительных машин
1. IBM System/360 Model 30
Počítač IBM System/360 Model 30 patřil mezi méně výkonné stroje první série modelů System/360. V polovině šedesátých let minulého století se jednalo o jeden z nejlevnějších mainframů kompatibilních s ostatními počítači řady System/360. Přesněji řečeno: existoval ještě méně výkonný Model 20, u něj však, navzdory jeho označení shodnému s ostatními mainframy, nebyla zaručena stoprocentní kompatibilita s řadou System/360. Vraťme se však k Modelu 30. Tento počítač, který byl firmou IBM nabízen od roku 1965, měl procesorovou jednotku složenou z diskrétních elektronických součástek, tj. především tranzistorů, diod a rezistorů. Operační paměť byla vytvořena z feritových jader, podobně jako u již popsaných řad 70× a 70×x, a její kapacita mohla být zpočátku rovna 16 kB, 32 kB či 64 kB, později též 96 kB a 128 kB. Pro představu – 32 kB feritové operační paměti stálo přibližně 40 000 tehdejších dolarů, což v přepočtu znamená 1,22 dolaru za každý bajt (kupní síla dnešního dolaru je navíc mnohem nižší než před 45 roky).
Obrázek 1: Zrekonstruovaný řídicí panel počítače IBM System/360 Model 30. Na dlaždici před panelem (zhruba pod čtveřicí bílých tlačítek) je pro porovnání velikostí umístěný současný mikrořadič PIC.
2. Souběžné spouštění více úloh
Cyklus operační paměti byl v případě Modelu 30 roven 750 ns, což odpovídá frekvenci 1,33 MHz. Zajímavý byl způsob práce s operační pamětí. Pokud byla v počítači nainstalována paměť o kapacitě alespoň 64 kB, mohla být rozdělena na dvě až tři části, přičemž každá část mohla být použita pro samostatně běžící úlohu (takzvaný job, obdoba dnešních procesů, i když samotné spuštění úlohy bylo náročnější než spuštění procesu). Celá věc však měla jeden háček – v té době ještě operační systém nepodporoval realokaci programů při jejich načítání do operační paměti a následné inicializaci procesu, což znamená, že program nebylo možné v paměti umisťovat na libovolnou počáteční adresu. Řešení tohoto problému sice nebylo příliš elegantní, ale alespoň fungovalo – každý program se již při sestavování (linkování) nastavil na jinou počáteční adresu (existovaly pouze dvě či tři tyto adresy, protože i počet oblastí byl roven dvěma či třem), což znamenalo, že již v této chvíli bylo určeno, ve které oblasti operační paměti mohl být spuštěn.
Obrázek 2: Počítače IBM System/360 Model 25 patří také mezi zástupce levnějších modelů řady 360, ovšem vyráběny byly až o cca pět let později, než zde popisovaný Model 30.
Pokud bylo vyžadováno, aby nějaký program mohl být spuštěn v libovolné ze dvou či tří paměťových oblastí, udělaly se jednoduše jeho dvě nebo tři varianty, protože záznam několika variant programu na magnetickou pásku či děrné štítky se i přes počáteční náklady vyplatil – strojový čas mainframů byl v delším časovém horizontu mnohem dražší než páska/štítky a možnost běhu více úloh na jednom počítači samozřejmě znamenala úsporu finančních prostředků (nebo naopak větší zisky pro výpočetní centra). K tomuto počítači se vztahuje ještě jedna zajímavost: vzhledem k tomu, že se Model 30 mohl použít jako upgrade modelu 1401 (viz předchozí části tohoto seriálu), objednávalo si mnoho firem Model 30 vybavený pouze 16 kB operační paměti, protože model 1401 větší kapacitu operační paměti nepodporoval, s čímž také počítaly všechny aplikace vytvořené pro tento počítač („16 kB operační paměti stačí pro každého“ :-). Tato zdánlivá úspora se však ve skutečnosti prodražila, protože se nevyužilo všech schopností Modelu 30, například možnosti řazení záznamů přímo v operační paměti a nikoli nepřímo na magnetických páskách.
Obrázek 3: Moduly počítačů řady IBM System/360. Zpočátku měl každý modul podobu větší či menší skříně, později docházelo ke slučování některých funkcí do menšího počtu modulů i k celkovému zmenšování jak obsazeného prostoru, tak i spotřeby elektrické energie (to znamenalo i menší nároky na chlazení – klimatizaci).
3. IBM System/360 Model 91
V předchozích dvou kapitolách jsme si popsali jeden z nejlevnějších a tudíž i nejméně výkonných mainframů řady IBM System/360. Na druhé straně cenového a samozřejmě i výkonnostního spektra první generace počítačů „360“ se nacházel mainframe IBM System/360 Model 91, který firma IBM uvedla na trh v roce 1966. Procesor tohoto počítače (mimochodem ještě sestavený z diskrétních elektronických součástek, i když právě u tohoto modelu se začaly využívat předchůdci dnešních integrovaných obvodů – destičky s pěti až šesti tranzistory) nabízel svým uživatelům výpočetní výkon výrazně přesahující 1 MIPS a kapacita jeho operační paměti dosahovala 4 MB až 6 MB. Z programátorského hlediska se jednalo o klasického zástupce „třistašedesátek“ – k programátorům bylo k dispozici šestnáct pracovních registrů o šířce 32 bitů, se kterými se prováděly aritmetické a logické operace. Některé z těchto registrů měly speciální význam, ale zařazení speciálních registrů do množiny registrů pracovních přispělo k větší ortogonalitě instrukční sady.
Obrázek 4: Ovládací panel počítače IBM System/360 Model 91 po levé straně a připojený terminál na straně pravé.
4. Matematický procesor počítačů IBM System/360
Navíc byl počítač IBM System/360 Model 91 vybaven i matematickým procesorem se čtyřmi pracovními registry, z nichž každý měl šířku 64 bitů. Pro reprezentaci čísel v pohyblivé řádové čárce se používal formát navržený samotnou firmou IBM s jednoduchou (single) či dvojitou (double) přesností, o kterém se v tomto článku zmiňuji především z toho důvodu, že se dodnes z historických důvodů používá například v několika souborových formátech. I když moderní matematické koprocesory na platformě i386 využívají formát numerických hodnot definovaný v IEEE 754, který je v několika ohledech od formátu firmy IBM odlišný (rozdílné šířky mantisy a exponentu, jiná hodnota biasu), je původní „360“ formát zachován například v mainframech IBM System z10, spolu s formátem IEEE 754. Matematicky zaměřené aplikace se programovaly především ve Fortranu, ovšem pro IBM System/360 existovalo i velké množství dalších programovacích jazyků, například Lisp, Algol, COBOL či PL/1.
Obrázek 5: Částečně zrekonstruovaný ovládací panel počítače IBM System/360 Model 91.
5. Единая система электронных вычислительных машин
Na konci šedesátých let minulého století se na obou stranách železné opony odehrály události důležité pro další vývoj výpočetní techniky. V USA vznikl ARPANet, tj. předchůdce dnešního Internetu a v zemích RVHP byl zahájen společný projekt Jednotného Systému Elektronických Počítačů (JSEP), v azbuce Единая система электронных вычислительных машин (jedinaja sistema elektronich vyčíslitelnych mašin). Počáteční dvě písmena názvu tohoto projektu v azbuce se používaly i pro označování jednotlivých počítačů, tj. znaky EC jsou ve skutečnosti znaky převzaté z azbuky („je“ a „s“). Výzkumné práce na tomto projektu řídila mezivládní komise zemí RVHP a o technických parametrech bylo rozhodováno na radě hlavních konstruktérů. Tito výzkumníci měli jasné zadání – sestavit počítačovou architekturu v co nejvyšší míře kompatibilní s již popsanými mainframy IBM System/360. Důvod byl jednoduchý – země RVHP v oblasti výpočetní techniky zaostávaly za USA i celým Západem a samotné počítače nebylo možné kvůli embargu do RVHP ze Západu legálně dovážet.
6. JSEP-1
V rámci projektu JSEP vznikly tři řady počítačů označovaných jednoduše čísly, tj. JSEP-1, JSEP-2 a JSEP-3. V našich končinách je pravděpodobně nejznámějším zástupcem řady JSEP-1 počítač vyrobený přímo v ČSSR, který nesl název EC 1021 (co znamenají znaky EC, jsme si již řekli v předchozí kapitole). Tento počítač byl vyráběn v ZPA (Závody průmyslové automatizace) na začátku sedmdesátých let minulého století v celkovém počtu cca 300 kusů, což je na tehdejší dobu poměrně vysoké číslo. Jedná se o osmibitový počítač vybavený operační pamětí o kapacitě 64 kB, přičemž posledních přibližně 120 kusů počítače bylo již osazeno pamětí složenou z integrovaných obvodů, což významně přispělo k jeho vyšší provozní spolehlivosti. Výpočetní rychlost počítače dosahovala téměř 0,5 MIPS. Pro uložení dat se používala klasická devítistopá magnetická páska a ruční vstup dat i jejich tisk mohl být prováděn pomocí elektronického psacího stroje vybaveného mechanikou Consul 256.
Obrázek 6: Počítač EC 1021 vyráběný v ČSSR, který pro svoji instalaci vyžadoval klimatizovaný sál o ploše cca 150 m2 (mnoho dalších modelů EC i originální IBM System/360 však potřebovaly mnohem větší prostory).
Jednalo se o sálový počítač vyžadující klimatizovanou místnost o ploše 150 m2, v níž musela být udržována konstantní teplota v rozmezí 20 až 23 °C. Dalším počítačem této řady je EC 1033, jehož součásti si můžete prohlédnout v následující fotogalerii: http://www.ics.muni.cz/…_nahled.html. Na rozdíl od EC 1021 se však jedná o stroj vyráběný v SSSR. Velmi poučný článek o použití EC 1033 lze nalézt na stránkách ÚVT MU v Brně (výše uvedená fotogalerie pochází z téhož zdroje).
7. JSEP-2
Střediskové počítače řady JSEP-2, které začaly být vyráběny v roce 1977 (mimochodem, ve stejném roce vznikl Microsoft), byly vybaveny buď feritovými, nebo polovodičovými operačními paměťmi o kapacitách desítek kilobajtů až jednotek megabajtů (maximálně 6 MB u modelu EC 1046) s možností použití rychlých vyrovnávacích pamětí u modelů EC 1026, EC 1036 a EC 1046. Pro stavbu těchto počítačů byly (samozřejmě kromě diskrétních součástek) použity i integrované obvody technologie TTL či ECL střední integrace. Výpočetní rychlost těchto počítačů dosahovala – v závislosti na daném modelu a nainstalovaných přídavných modulech – cca 15 tisíc operací za sekundu až 1 MIPS. Některé modely řady JSEP-2 se vyznačují modulární architekturou umožňující postupné rozšiřování (parametry rozhraní modulů i jejich velikosti byly samozřejmě standardizovány, což umožňovalo alespoň částečnou kooperaci mezi výrobci z různých zemí RVHP) i možností tvorby vícepočítačových systémů. Základní technické parametry typických počítačů řady JSEP-2 jsou vypsány v následující tabulce:
| Typ | EC 1025 | EC 1026 | EC 1036 | EC 1046 | EC 1056 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vyrobeno | ČSSR | ČSSR | SSSR | SSSR | NDR | |
| Kapacita RAM | [kB] | 128–256 | 256–512 | 2048–4096 | 4096–6144 | 2048–4096 |
| Cyklus RAM | [ns] | 625 | 1125 | 1300 | 800 | 760 |
| Kapacita cache | [kB] | × | 8 | 8 | 16 | × |
| Cyklus cache | [ns] | × | 625 | 80 | 120 | × |
| Operace součtu | [µs] | 5 | 5 | 1 | 0,6 | 1 |
Obrázek 7: Model počítače EC 1045, na němž jsou patrné jeho jednotlivé moduly – procesorová jednotka, vnější paměti atd.
8. JSEP-3
Třetí řada počítačů JSEP označovaná jako JSEP-3 se vyznačovala oproti předchozí řadě především vyšším výpočetním výkonem v řádu jednotek MIPS a taktéž využitím modernějších technologií. V této řadě počítačů se ve větší míře uplatnily integrované obvody s vyšší mírou integrace (hradlová pole s řádově tisíci hradly, paměťové obvody) u nichž byla použita technologie TTL (řadiče apod.) i ECL (rychlé vyrovnávací paměti, vyšší spotřeba). Kromě universálních mikroprocesorů postavených většinou na bipolární technologii se v některých modelech řady JSEP-3 používají též specializované procesory určené například pro výpočty s vektory a maticemi, zpracování textů, práci s databázemi atd. Pro řízení přenosu dat mezi operační pamětí a periferními zařízeními byly určeny specializované kanálové procesory pracující nezávisle na hlavní (operační) jednotce. Při porovnávání technických parametrů počítačů řady JSEP-3 s předchozí řadou si povšimněte, že se v JSEP-3 kapacita operační paměti již pohybuje v řádu megabajtů (1 až 16 MB) a nikoli pouze stovek kilobajtů. U většiny modelů taktéž došlo ke zvýšení kapacity a rychlosti vyrovnávací paměti a nárůstu výpočetního výkonu (zde reprezentovaného dobou trvání instrukce součtu dvou čísel s pevnou řádovou čárkou):
| Typ | EC 1027 | EC 1037 | EC 1057 | EC 1087 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Vyrobeno | ČSSR | SSSR | NDR | SSSR | |
| Kapacita RAM | [MB] | 1–2 | 2–4 | 2–16 | 16 |
| Cyklus RAM | [ns] | 1000 | 1100 | 480 | 640 |
| Kapacita cache | [kB] | 8 | 8 | 32 | 64 |
| Cyklus cache | [ns] | 250 | 80 | 120 | 45 |
| Operace součtu | [µs] | 1,2 | 0,8 | 0,33 | 0,05 |
Obrázek 8: Počítač IBM System/360 Model 40, kterým se taktéž „inspirovali“ konstruktéři ze zemí RVHP při návrhu počítačů řady JSEP.
9. Odkazy na Internetu
- Mainframe family tree and chronology
http://www-03.ibm.com/…ame_FT1.html - 704 Data Processing System
http://www-03.ibm.com/…e_PP704.html - 705 Data Processing System
http://www-03.ibm.com/…e_PP705.html - The IBM 704
http://www.columbia.edu/…ory/704.html - IBM Mainframe album
http://www-03.ibm.com/…e_album.html - Mainframe computer
http://en.wikipedia.org/…ame_computer - IBM mainframe
http://en.wikipedia.org/…BM_mainframe - IBM 700/7000 series
http://en.wikipedia.org/…/7000_series - IBM System/360
http://en.wikipedia.org/…M_System/360 - IBM System/370
http://en.wikipedia.org/…M_System/370 - IBM Floating Point Architecture
http://en.wikipedia.org/…Architecture - Extended Binary Coded Decimal Interchange Code
http://en.wikipedia.org/wiki/EBCDIC - 25 let ÚVT MU v Brně – Technika: Sálové počítače
http://www.ics.muni.cz/…ocitace.html - IBM System/360 (1964)
http://www.computermuseum.li/…360-1964.htm - Mainframe Museum ‚Where we started‘
http://www.techsystemsps.com/…e-Museum.htm - 360 Assembly
http://en.wikibooks.org/…360_Assembly - 360 Assembly/360 Architecture
http://en.wikibooks.org/…Architecture - ASCII/EBCDIC Conversion Table
http://docs.hp.com/…/apcs01.html - EBCDIC
http://www.hansenb.pdx.edu/…s/ebcdic.php - EBCDIC tables
http://home.mnet-online.de/…ic/cc_en.htm - The Mainframe Blog
http://mainframe.typepad.com/…nal_mai.html - IBM Tightens Stranglehold Over Mainframe Market Gets Hit with Antitrust Complaint in Europe
http://www.ccianet.org/…Europe.shtml - Lectures in the History of Computing: Mainframes
http://www.computinghistorymuseum.org/…omputers.ppt - 36-bit
http://en.wikipedia.org/…_word_length - 36bit.org
http://www.36bit.org/ - ES EVM
http://en.wikipedia.org/wiki/ES_EVM - History of computer hardware in Soviet Bloc countries
http://en.wikipedia.org/…st_countries
ČLÁNKY DO MAILU