3033: "The Big One"
Линейка System/370 доминировала в сегменте мейнфреймов в течение многих лет, предоставляя новые модели с новыми функциями и характеристиками производительности, а в марте 1977 года IBM анонсировала преемника этого удачного семейства компьютеров: 3033 ("The Big One").
Хотя IBM в основном делала акцент на дополнительной скорости (в 1,6 - 1,8 раз быстрее, чем System/370 168-3) и на значительно более компактных размерах (что не вяжется с названием "The Big One"), технические характеристики этой машины и в современном компьютере выглядели бы неплохо. Процессор, работавший на частоте 17,24 МГц, обладал конвейером длиной в 8 стадий, предсказанием ветвлений и даже упреждающим (спекулятивным) исполнением команд. Он содержал несколько логических блоков и 12 каналов. В процессоре 3033 можно было выделить следующие составляющие: функция обработки команд (instruction preprocessing function, IPPF), исполнительная функция (execution function, E-function), функция управления хранением процессора (processor storage control function, PSCF), функцию обслуживания (maintenance) и повтора (retry), а также популярные каналы, свойственные всем мейнфреймам IBM. Блок IPPF выбирал команды и готовил их к исполнению блоком E-function, устанавливал приоритеты и делал запросы операндов. Он не только использовал предсказание ветвлений, но и мог буферизировать одновременно три потока команд. В случае если предсказание было ошибочным, имелась другая готовая к исполнению последовательность команд. Неудивительно, что E-Function являлся механизмом исполнения команд процессора, который впервые мог похвастаться очень большим 64-Кбайт кэшем (с размером строчки 64 байта), ускоряющим доступ к памяти. Сама память использовала 8-way чередование (interleave), позволяя выполнять обновление в семи банках, с которых не производится чтение, что ускоряло время чтения следующего запроса к одному из семи банков (память DRAM требует обновления после чтения, чтобы можно было к ней обратиться вновь).
Функция управления хранением отвечала за все запросы на хранение или выборку данных из процессорной памяти и переводила виртуальные адреса в абсолютные адреса с помощью технологии, которую мы ранее упоминали как динамическую трансляцию адресов. Подобно современным процессорам, для ускорения процесса использовались буферы быстрого преобразования адреса (TLB). По существу, это кэш адресов, уже преобразованных из виртуальных в абсолютные, поэтому если процессор может найти их в этом кэше, необходимость в преобразовании отпадает. В случае с 3033, если адрес можно найти, то на определение адреса уйдёт один такт, если же нет, то весь процесс может занять от 10 до 40 тактов, а это существенная разница.
Функции обслуживания и повтора обеспечивали путь данных между консолью оператора и процессором 3033 для ручного обслуживания.
Итак, хотя 3033 был якобы всего лишь очень скоростным преемником мощного System/370 168-3, если посмотреть внимательнее, то можно увидеть, что он обладал почти всеми технологиями, присущими современному процессору, и даже некоторыми такими технологиями, которых нет у ряда современных CPU. Впрочем, 3033 всё же имел скалярную архитектуру и, несмотря на свои впечатляющие характеристики, он относительно быстро был заменён на модель 3081. Мы, конечно же, ещё вернёмся к 3081, но сначала давайте посмотрим, что на тот момент могла предложить DEC, вторая самая крупная компьютерная компания в мире.
VAX-11/780
 |
Хотя многие наши читатели знают, что набор команд x86 появился в 1978 году вместе с 8086, возможно, более важное событие произошло годом раньше, когда Digital выпустила VAX-11/780. Но разве может быть что-то важнее, чем набор команд x86?
При упоминании о компании DEC многие вспоминают производителя больших миникомпьютеров, который потерпел крах и был куплен компанией Compaq, когда микрокомпьютеры захватили ключевой рынок DEC. Но что же такого важного случилось в 1977 году? Появились DEC VAX и VMS, последний из которых и сегодня имеет большое значение.
По всей видимости, VAX-11/780 был выпущен для того, чтобы исправить недостатки очень популярного и любимого тогда PDP-11. Из всех изменений DEC заострила внимание только на возможности, наконец, сломать 16-битное (64 K) ограничение адресуемой памяти PDP-11, введя 32-битный адрес в VAX-11/780. Однако изменений было намного больше.
Многие считают, что VAX обладает самой лучшей CISC-архитектурой (полный набор команд), причём даже конкурирующие развились под её влиянием. Это была ортогональная система команд с 243 командами над несколькими базовыми типами данных и с 16 разными режимами адресации. Эта элегантная архитектура оказала сильное влияние на семейство Motorola 68000, которое стало платформой для Apple Lisa и Macintosh, пока в 1990-х годах не было заменено на PowerPC. Кстати, производительность VAX-11/780 была принята в качестве стандарта для оценки производительности, когда "VAX MIPS" (позднее просто "one MIPS") стал мерой производительности компьютера.
Впрочем, самым важным вкладом VAX стала операционная система VMS. Систему Windows NT разработал никто другой как Дэйв Катлер (Dave Cutler), разработчик VMS. Он был одним из тех многих разработчиков VMS, кто перешли в Microsoft работать над Windows NT. Несмотря на все споры вокруг Windows, Windows NT сегодня всё ещё является доминирующей по использованию операционной системой и будет оставаться такой в обозримом будущем, тем более что Windows 7 принимается лучше, чем Vista. Впрочем, нельзя сказать, что вся прелесть операционной системы VMS заключалась только в том, что она оказала влияние на Windows NT, поскольку это была очень удачно спроектированная система с дружелюбным пользовательским интерфейсом.
Многие хвалили эту лёгкую в использовании операционную систему, которая значительно опережала своё время. И хотя VAX уже нет, OpenVMS всё ещё существует и в настоящее время используется в процессорах Intel Itanium и в устаревших процессорах HP Alpha, её новый релиз должен состояться в этом году. Получается, что выпущенная 32 года назад операционная система остаётся в силе и по сей день.
Несмотря на всю прелесть VAX и VMS, они никогда не делали вызов компании IBM в экономическом плане и даже наоборот помогли "конкуренту" в борьбе с правительством, которому не нравилась монополия IBM. В 1981 году Президент Рональд Рейган аннулировал антимонопольный иск против IBM, и в этом же самом году "Голубой гигант" выпустил компьютер 3081, который, между прочим, стал первым мейнфреймом, с которым посчастливилось работать автору.
3081
Я до сих пор помню тот день в 1988 году, когда мне позвонили из IBM и пригласили на собеседование на должность оператора ЭВМ. Я был в восторге от одной мысли, что самая, на мой взгляд, лучшая компания в мире, единственная, где я хотел работать, может стать моим работодателем. В то время компания IBM являла собой вершину успеха.
В первый свой рабочий день я познакомился с машиной, выпущенной в 1981 году: 3081. В колледже у меня был кое-какой опыт работы со старым мейнфреймом Univac 1100/63, но до тех пор я был больше знаком с микрокомпьютерами, такими как 80386 и 68030. Первое впечатление, которое произвели на меня мейнфреймы, было неприятным. Даже по стандартам микрокомпьютеров того времени, интерфейс был примитивным и гораздо менее интуитивным, чем у PC. Одним словом, они меня не впечатлили.
Масштабы просто потрясали. Площадь помещения с воздушным кондиционированием и фальшполом была огромной, в ней размещался с десяток 3081 и огромное количество устройств памяти с прямым доступом (DASD). В нашем распоряжении было шесть громадных принтеров, размером почти как мейнфрейм. Там же было три терминала (консоли): один для зоны печати, второй для области с ленточными накопителями, а компьютерами управляли из основной консоли.
У нас было три интерфейса для операционной системы MVS, название которой расшифровывается как Multiple Virtual Storages (многосегментная виртуальная память), но мы называли её "man versus system" (человек против системы). Использовались системные консоли, которые разделялись по операциям: time share option (TSO) и operations planning and control (OPC). Консоль TSO многие использовали для своей работы, а консоль OPC применялась, главным образом, для планирования пакетных задач, которые должны были выполняться на системе. Многие программисты предпочитали работать с VM (другая операционная система, разработанная IBM для 3081), прежде чем переносить свою работу на машину с MVS.
Наше подразделение отвечало за основную клиентскую базу (customer master record, CMR), которая использовалась многими приложениями, а иногда и непосредственно пользователями. Она работала на внутреннем приложении IBM под названием AAS, которое никогда не продавалось. Было также несколько приложений под CICS - продукт, продаваемый IBM, и сейчас широко распространённый среди многих компаний. Многие из этих приложений были критичными, и любое время простоя в рабочее время очень дорого стоило. Нам сказали, что каждая минута простоя системы обходится компании IBM в миллион долларов (хотя ни тогда, ни сейчас я в это не верю). Как бы то ни было, после приостановки этих онлайн-приложений (обычно примерно в 8 часов вечера), начиналась пакетная обработка данных. Расписание для заданий в OPC создавалось при помощи языка управления заданиями (job control language, JCL). JCL мог запускать несколько программ в одном задании с указанием ресурсов и порядка исполнения. В программе явным образом не указывалось устройство DASD, поскольку JCL сам определял, откуда вводить и куда выводить данные. Как уже отмечалось, задания отслеживались в консоли OPC и выполнялись в зависимости от времени и/или других зависимостей. Они отправлялись в систему ввода заданий (job entry system, JES) и оттуда выполнялись.
Как уже отмечалось, интерфейс был бедным по сравнению с PC того времени, однако надёжность операционной системы была гораздо выше, чем у производных Windows NT, которыми мы пользуемся сегодня. Именно надёжность я оценил со временем и до сих пор восхищаюсь ею. 3081 обладал "двойной" архитектурой, т.е. у него было два процессора, которые делили один и тот же кэш. Их нельзя было разбить на два компьютера, поскольку они были неделимы. Однако операционная система была настолько сложной, что даже если бы один из процессоров вышел из строя, система продолжала бы работать. Приложение, использовавшее дефектный процессор, дало бы сбой, но так аккуратно, чтобы операционная система опознала бы сбой и отправила его в нужное место для "вылетевших" приложений (мы отслеживали его в консоли OPC и исправляли сами, либо перенаправляли проблему команде поддержки). Я не хочу этим сказать, что процессоры 3081 постоянно ломались, напротив, это происходило редко.
А вот устройства памяти с прямым доступом (DASD) довольно часто выходили из строя, хотя чаще всего сбои происходили, когда нам приходилось выключать их питание и периодически проводить резервирование. Такое поведение было ожидаемо, и у нас всегда были запланированы "дыры" в расписании для ремонта особо проблематичных устройств. Как правило, лишь один-два из несколько сотен DASD выходили из строя во время каждого выключения питания.
Каждый процессор 3081 работал на стремительной тактовой частоте почти 38,5 МГц. По оптимистичным подсчётам IBM, базовый компьютер 3081 (модель D) работал в 21 раз быстрее, чем 3033UP, в то время как high-end модель K - почти в 30 раз быстрее. Отчасти, конечно, это была заслуга дополнительного процессора, хотя совместное использование кэша создавало некоторую избыточность. К примеру, монопроцессор 3083 на самом деле работал на 15% быстрее, чем 3081, когда второй процессор 3081 не был задействован. Модель 3084 расширила эту линейку и имела уже пару двойных процессоров. В отличие от 3081, компьютер 3084 можно было разделить на две отдельные машины. Одним из усовершенствований 3081 была возможность адресации более 16 Мбайт памяти и использование 31-битной адресации вместо 24-битной, как у 3033. В общем, если учесть, что 3081 был выпущен всего на 4 года позднее, чем 3033, это была значительно усовершенствованная машина с хорошим аппаратным оснащением и невероятно стабильным программным обеспечением.
По своему опыту могу сказать, что работать с этими машинами было приятно. Но, несмотря на всю прелесть 3081, 3083 и 3084, мы всё же завидовали тем подразделениям, которые работали с 3090, и постоянно слышали рассказы о невероятной производительности этой машины.
3090
 |
Несмотря на то, что IBM 3090, анонсированный в 1985 году, не был одним из самых известных мейнфреймов, он предлагал серьёзное улучшение по сравнению с архитектурой System/370, которое заключалось не только в повышении скорости, но и в увеличении количества процессоров с возможностью обработки векторных данных.
Изначально были доступны всего две модели: Model 200 и Model 400 (первая цифра указывала на количество процессоров), но за 4 года своего существования линейка значительно расширилась. Были добавлены однопроцессорная версия (серия 1xx) и серия процессоров 600, а также расширенная версия каждой модели (обозначалась буквой "E" после названия модели; например, 600E). Даже начальные модели были внушительными: работали на частоте более 54 МГц и выполняли операции почти в два раза быстрее, чем мейнфреймы 3081, которые они заменили.
На следующий год мейнфрейм 3090 был оснащён функцией обработки векторных данных, что добавило ему 171 новую команду и в 1,5-3 раза ускорило программы, требующие большого объёма вычислений. Версия "E" мейнфрейма 3090 работала на частоте 69 МГц и могла выполнять примерно 25 MIPs (миллионов команд в секунду) на процессор. Для сравнения, процессор x86, а именно 80386, работал тогда на частоте 20 МГц, выполнял около 4 MIPs, был исключительно монопроцессором и не имел векторных команд.
Спустя всего 4 года мейнфрейм 3090 был заменён на линейку ES/9000. Благодаря набирающим популярность локальным сетям (LAN), новым мощным процессорам, таким как 80486, и многочисленным RISC-архитектурам (включая собственную архитектуру IBM POWER), становилось ясно, что эти технологии скоро переведут мейнфреймы в разряд устаревших, как это произошло с миникомпьютерами.
![Отзывы об истории мейнфреймов в Клубе экспертов THG [ 25 отзывов]](/forum/images/icons/icon5.gif){kind=icon}
