IBM System/360 (50 years)

IBM System/360 | Επανασταση ετων 50

vinieta-featureΚλείνουν σήμερα (07/04/2014) 50 χρόνια από την μεγαλειώδη εκδήλωση ανακοίνωσης ενός από τα πιο επαναστατικά mainframe της ιστορίας. Του IBM System/360 (S/360). Ένα σύστημα με κεντρικό στόχο την δημιουργία μίας κοινής αρχιτεκτονικής πλατφόρμας. Κάτι που μπορεί σήμερα να μας φαίνεται αν όχι απλοϊκό, σίγουρα συνηθισμένο, ωστόσο μισό αιώνα νωρίτερα και μόνο ως ιδέα ήταν επαναστατική. Και τόσο απαραίτητη, ώστε να εξασφαλίσει στην IBM μία δεσπόζουσα θέση στην αγορά μεγάλων συστημάτων για τις επόμενες δεκαετίες.

Κοινό γνώρισμα όλων των υπολογιστών μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του ’60 ήταν οι διαφοροποιήσεις στην αρχιτεκτονική. Για την ακρίβεια τα περισσότερα σχέδια ξεκινούσαν από το μηδέν και πάρα πολλοί υπολογιστές υιοθετούσαν πολύ ιδιόμορφες αρχιτεκτονικές, ακόμη και στις βασικά συστατικά τους. Ήταν συνηθισμένο ακόμη και να κατασκευάζονται υπολογιστές με βάση τις ανάγκες ενός και μόνο πελάτη. Εκείνη την εποχή η IBM ήταν αναγκασμένη να υποστηρίζει πέντε δικούς της διαφορετικούς τύπους συστημάτων, εγκατεστημένα σε βιομηχανίες, υπηρεσίες και πανεπιστήμια. Ο όγκος της εργασίας, αλλά και το κόστος, αυξανόταν γεωμετρικά, απειλώντας να γονατίσει ακόμη και αυτήν τη γιγαντιαία εταιρεία.

IBM 1401: Ένα από τα πιο δημοφιλή μοντέλα της ΙΒΜ παρουσιάστηκε το 1959. Αν και ο S/360 σηματοδοτούσε μία εντελώς νέα αρχιτεκτονική, το μοντέλο 60 διατηρούσε προς τα πίσω συμβατότητα με τον 1401
IBM 1401: Ένα από τα πιο δημοφιλή μοντέλα της ΙΒΜ παρουσιάστηκε το 1959. Αν και ο S/360 σηματοδοτούσε μία εντελώς νέα αρχιτεκτονική, διατηρούσε προς τα πίσω συμβατότητα με τη σειρά 1400

Τη λύση κλήθηκε να δώσει μία επίλεκτη ομάδα μηχανικών που δούλεψε σε πλήρη μυστικότητα από το 1961 έως το 1964. Η λύση ήταν απλή στην φιλοσοφία της, αλλά εξαιρετικά δαπανηρή στην υλοποίησή της. Ο Τόμας Γουότσον ο νεότερος, γιος του ιδρυτή της IBM και διάδοχός του στη διεύθυνση της εταιρείας θα μπορούσαμε να πούμε ότι στοιχημάτισε τότε για το μέλλον της εταιρείας. Ή θα δαπανούσε αρκετά δισ. δολάρια σε μία εντελώς νέα και κοινή αρχιτεκτονική που θα μπορούσε να δώσει λύση, αλλά χωρίς βεβαιότητα, ή θα συνέχιζε την έως τότε τακτική των διαφορετικών συστημάτων, κινδυνεύοντας να χάσει και την πρωτοπορία και τον έλεγχο στα λειτουργικά κόστη μακροπρόθεσμα. Τελικά, επένδυσε στην πρώτη επιλογή.

Η κεντρική ιδέα ήταν η κατασκευή μίας οικογένειας υπολογιστών, όλων βασισμένων στην ίδια αρχιτεκτονική, οι οποίοι μάλιστα θα παρουσιάζονταν παράλληλα στην αγορά, καταργώντας όλα τα προηγούμενα μοντέλα της ΙΒΜ. Το πιο οικονομικό μοντέλο θα ήταν 40 φορές λιγότερο ισχυρό από το μεγαλύτερο και ακριβότερο. Η δε συμβατότητα θα ήταν καθολική (προς τα πάνω και προς τα κάτω). Ακόμη και η έννοια της λέξης «αρχιτεκτονική» στο χώρο των υπολογιστών ήταν εκείνη την εποχή ακόμη άγνωστη. Η κοινή αυτή αρχιτεκτονική, μαζί με τις εφαρμογές που θα αναπτύσσονταν πάνω της, θα έπρεπε να καλύπτει τις πολυποίκιλες ανάγκες τόσο των παραδοσιακών πελατων της ΙΒΜ, όσο και των νέων. Μικρές ή μεγάλες επιχειρήσεις. Βιομηχανίες ή ερευνητικά κέντρα. Χωρίς εξαιρέσεις. Ο κώδικας θα μπορούσε να μεταφέρεται αυτούσιος από το ένα σύστημα στο άλλο, είτε νεότερο, είτε μεγαλύτερο, είτε ακόμη και λιγότερο ισχυρό.

Από την παρουσίαση των πρώτων μοντέλων της οικογένειας S/360. Εμφανής η αναφορά στις 360 μοίρες του ορίζοντα, που υποδηλώνει την καθολικότητα των ρόλων του S/360.
Από την παρουσίαση των πρώτων μοντέλων της οικογένειας S/360. Εμφανής η αναφορά στις 360 μοίρες του ορίζοντα, που υποδηλώνει την καθολικότητα των ρόλων του S/360.

Τα οφέλη όμως θα ήταν πολλαπλά και για την ίδια την ΙΒΜ. Στην κατασκευή των επιμέρους μοντέλων θα χρησιμοποιούνταν κοινά υποσυστήματα. Όλες οι περιφερειακές συσκεύες θα μπορούσαν να συνδεθούν σε όλα τα μοντέλα. Θα χρειαζόταν να σχεδιαστεί ένα και μόνο λειτουργικό σύστημα. Το κόστος τεχνικής υποστήριξης και αναβάθμισης των εγκατεστημένων συστημάτων θα αποτελούσε ένα μικρό κλάσμα του παρελθόντος. Η οικονομία κλίμακας θα ήταν τεράστια. Αλλά το ίδιο και η εξοικονόμηση χρόνου και προσπάθειας μηχανικών και προγραμματιστών, οι οποίοι πλέον θα μπορούσαν να επικεντρώσουν τις δυνάμεις τους στην ανάπτυξη και συνεχή εξέλιξη νέων εφαρμογών και να καλύψουν πολύ καλύτερα πραγματικές ανάγκες. Δεν θα χρειαζόταν πλέον να ξανανακαλύπτουν τον τρόχο σε κάθε νέο μοντέλο υπολογιστή.

Επικεφαλής της ομάδας σχεδιασμού ήταν ο μηχανικός Φρεντ Μπρουκς, στον οποίο αποδίδεται και η πρώτη χρήση της έκφρασης «αρχιτεκτονική υπολογιστών«. Ο Μπρουκς έδινε απευθείας αναφορά στον πρόεδρο της IBM. Αντίστοιχα ο επικεφαλής σχεδιασμού της αρχιτεκτονικής του S/360 ήταν ο Τζιν Άμνταλ. Μετέπειτα ιδρυτής της ομόνυμης εταιρείας κατασκευής supercomputer (σ.σ. Amdahl που σήμερα ανήκει στην Fujitsu). Η τιτάνια προσπάθεια έσπασε και ρεκόρ χρόνου, καθώς σε λιγότερο από τρία χρόνια από την πρώτη σύλληψη της ιδέας, η ΙΒΜ ήταν έτοιμη να ανακοινώσει το τελικό προϊόν.

Στις 7 Απριλίου του 1964 ο ίδιος ο πρόεδρος της IBM, Τόμας Γουότσον ο νεότερος, παρουσιάζει την οικογένεια IBM System/360, σε μία μεγαλειώδη παράλληλη εκδήλωση σε 165 πόλεις των ΗΠΑ. Σύμφωνα με την ΙΒΜ, την ανακοίνωση παρακολούθησαν πάνω από 100.000 άνθρωποι. Την ίδια ημέρα παρουσιάστηκαν 6 μοντέλα και 44 περιφερειακές συσκευές, μεταξύ των οποίων μονάδες μαγνητικής αποθήκευσης, αναγνώστες καρτών, οθόνες, εκτυπωτές, συστήματα επικοινωνίας κ.α.

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ S/360

Τον Απρίλιο του 1964 παρουσιάστηκαν, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα έξι πρώτα μοντέλα της σειράς S/360 (Model 30, 40, 50, 60, 62 και 70). Οι επιδόσεις του βασικού Model 30 άγγιζαν τα 0,0018 MIPS. Το κορυφαίο Model 70 ήταν περίπου είκοσι φορές ισχυρότερο, με επιδόσεις της τάξης των 0,034 MIPS. Έως τον Απρίλιο του 1971 παρουσιάστηκαν 16 συνολικά μοντέλα, με τα εισαγωγικά μοντέλα 20, 22, 25 και 30 να διαφοροποιούνται (προς τα κάτω) στις προδιαγραφές, χωρίς να χάνουν τη συμβατότητα ωστόσο με τα υπόλοιπα. Τα χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής ήταν κοινά, με τα βασικότερα να είναι τα ακόλουθα:

    • Μήκος λέξης 32 bits
    • 16 32μπιτοι καταχωρητές γενικής χρήσης
    • 4 64μπιτοι καταχωρητές κινητής υποδιαστολής
    • 64μπιτος καταχωρητής κατάστασης (Status register) – περιλαμβάνει 24μπιτο καταχωρητή εντολών
    • 24 bits διευθύνσεις μνήμης (16 MB)
    • Διευθυνσιοδότηση κατά byte (8 bits)
    • Σειρά μεγάλου άκρου (Big-endian)
O Model 30 αποτελούσε βασική σύνθεση, με υποσύνολο της αρχιτεκτονικής S/360. Ήταν συμβατός με το πιο διαδεδομένο τότε σύστημα της ΙΒΜ, τον 1401 και κατασκευάστηκε προκειμένου να δοθεί η ευκαιρία σε πελάτες της IBM να αναβαθμίσουν τον εξοπλισμό τους με μικρό κόστος.
O Model 30 αποτελούσε βασική σύνθεση, με υποσύνολο της αρχιτεκτονικής S/360. Ήταν συμβατός με το πιο διαδεδομένο τότε σύστημα της ΙΒΜ, τον 1401 και κατασκευάστηκε προκειμένου να δοθεί η ευκαιρία σε πελάτες της IBM να αναβαθμίσουν τον εξοπλισμό τους με μικρό κόστος.

Το 1966 παρουσιάστηκε ένα ακόμη βασικό μοντέλο, υποδεέστερο του Model 30. Το Model 20 που διέθετε 4 ΚΒ μνήμη, οκτώ 8μπιτους, αντί για δεκαέξι 16μπιτους καταχωρητές και υποσύνολο του σετ εντολών. Το ίδιο ίσχυε και στα Model 25 και 22 που παρουσιάστηκαν το 1968 και 1971 αντίστοιχα. Πολλά από τα συστατικά της αρχιτεκτονικής S/360 κατέστησαν πολύ γρήγορα σταθερές για τον ανταγωνισμό και για αρκετές δεκαετίες. Όπως για παράδειγμα η διευθυνσιοδότηση σε επίπεδο byte των 8 bits, η αριθμητική κινητής υποδιαστολής, ακόμη και η 8μπιτη κωδικοποίηση των αλφαριθμητικών χαρακτήρων. Πολλοί κατασκευστές αναγκάστηκαν είτε να κατασκευάσουν συμβατά συστήματα, είτε και να αντιγράψουν την ΙΒΜ, καθώς σύντομα η αρχιτεκτονική της έγινε σημείο αναφοράς.

Η αρχιτεκτονική S/360 έγινε θεμέλιο των μεγάλων συστημάτων της IBM για τις επόμενες δεκαετίες. Ο επίσης 32μπιτος System/370 που διαδέχτηκε τους System/360 το 1971 ήταν προς τα πίσω συμβατός. Το ίδιο και ο System/390, ο οποίος παρουσιάστηκε το 1990, ήταν κι αυτός 32μπιτος και πλήρως συμβατός με τις προηγούμενες σειρές. Ακόμη και τα zSeries, τα σύγχρονα mainframe της IBM με πλήρως ανασχεδιασμένη 64μπιτη αρχιτεκτονική, διατηρούν την προς τα πίσω συμβατότητα, μισό αιώνα μετά την ανακοίνωση του System/360. Αυτό και από μόνο του αρκεί για να αποδειχτεί όχι μόνο πόσο επιτυχημένη ήταν η απόφαση του Τόμας Γουότσον περί συμβατότητας στις αρχές της δεκαετίας του ’60, αλλά και πόσο επιτυχημένος ήταν ο σχεδιασμός του S/360 ώστε να μπορέσει να αντέξει 50 ολόκληρα χρόνια.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ

Τα mainframe της σειρας System/360 κατασκευάστηκαν σε μία μεταβατική περίοδο. Όταν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC) είχαν μεν εφευρεθεί, η κατασκευή τους όμως και αξιοποίηση σε όλα τα υποσυστήματα ήταν ακόμη πολύ απαιτητική και ακριβή διαδικασία. Έτσι λοιπόν, από πλευράς συναρμολόγησης, οι S/360 αποτελούσαν υβρίδια. Τα κυκλώματα της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας διέθεταν σημαντικό βαθμό ολοκλήρωσης, αλλά αποτελούνταν από διακριτά στοιχεία. Πιο συγκεκριμένα, η IBM τοποθέτησε διακριτά στοιχεία (τρανζίστορ και διόδους) πάνω σε μικρή κεραμική επιφάνεια, δημιουργώντας ένα στοιχειώδες κύκλωμα, το οποίο περιβαλλόταν από πλαστικό ή μέταλλο. Πολλά τέτοια κυκλώματα επικολλούνταν πάνω σε κοινές πλακέτες, οι οποίες με τη σειρά τους τοποθετούνταν σε υποδοχές στο κύριο σώμα του υπολογιστή και λειτουργούσαν παράλληλα. Κάθε τέτοια πλακέτα ονομαζόταν SLT Module (Solid Logic Technology) και αποτελεί την πρώιμη μορφή μονολιθικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Η πρώτη εταιρεία -εκτός ΙΒΜ- που κατασκεύασε περιφερειακή συσκευή για τους System/360 ήταν η Memorex, με το disk drive Memorex 630 του 1967, το οποίο ήταν σημαντικά φθηνότερο του αντίστοιχου της IBM.
Η πρώτη εταιρεία -εκτός ΙΒΜ- που κατασκεύασε περιφερειακή συσκευή για τους System/360 ήταν η Memorex, με το disk drive Memorex 630 του 1967, το οποίο ήταν σημαντικά φθηνότερο του αντίστοιχου της IBM.

Σε ό,τι αφορά τη μνήμη του συστήματος, η IBM ακολούθησε την πεπατημένη και χρησιμοποίησε μνήμες τύπου μαγνητικού πυρήνα. Η πραγματική καινοτομία θα έρθει δύο χρόνια αργότερα με το κορυφαίο Model 67, που ήταν κατασκευασμένο για τη χρήση εφαμοργών καταμερισμού χρόνου. Σε εκείνο το μοντέλο, η διευθυνσιοδότηση της μνήμης διαφοροποιούνταν από τη βασική αρχιτεκτονική των S/360. Αντί των 24 bits, ο Model 67 διέθετε 32μπιτη διευθυνσιοδότηση. Η μνήμη ήταν χωρισμένη σε «σελίδες» των 4.096 bytes και η χαρτογράφησή τους γινόταν στον κεντρικό επεξεργαστή. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνταν ασφαλείς περιοχές μνήμης για πολλαπλούς χρήστες. Έτσι λοιπόν έχουμε μία πρώτη μορφή paging. Το κυριότερο όμως ήταν ότι οι διευθύνσεις αυτές αντιστοιχούσαν σε εικονική μνήμη και περιλάμβαναν τόσο την κεντρική μνήμη του συστήματος, όσο και εξωτερικές συσκευές αποθήκευσης (μαγνητικές ταινίες και δίσκους). Αυτή η μορφή εικονικής μνήμης και χαρτογράφησής της ακολουθήθηκε αργότερα και στους System/370.

Ανάμεσα στις στρατηγικές επιλογές της IBM ήταν και εκείνη της ανοικτής -κατ’ αντιστοιχία με τα σημερινά δεδομένα- αρχιτεκτονικής. Έως τότε οι εταιρείες ήταν υποχρεωμένες να κατασκευάζουν για τους υπολογιστές τους δεκάδες περιφερειακές συσκευές, οι οποίες συνεργάζονταν αποκλειστικά με αυτούς. Η IBM από την άλλη, παρόλο που παρουσίασε παράλληλα με τους πρώτους S/360 μία πλουσιότατη γκάμα, άνω των σαράντα, περιφερειακών, επέτρεψε -αν όχι επιδίωξε- να κατασκευαστούν παρόμοιες συσκευές που θα συνεργάζονταν με τους S/360 και από τρίτες εταιρείες. Αντί αυτό να λειτουργήσει ανταγωνιστικά προς τις δικές της συσκευές, πρακτικά βοηθούσε την εγκαθίδρυση του προτύπου της, καθώς οι πιθανοί πελάτες είχαν μία πολύ μεγαλύτερη γκάμα επιλογών για να φέρουν το σύστημά τους στα μέτρα τους. Η πρώτη εταιρεία που κατασκεύασε εξωτερική συσκευή για τους S/360 ήταν η Memorex, με τις μονάδες δίσκου Memorex 630 το 1967 και ακολούθησαν πολλές ακόμη. Η επιλογή αυτή της ΙΒΜ αποδείχτηκε απόλυτα επιτυχημένη και βοήθησε στην επικράτηση της αρχιτεκτονικής S/360 ως σταθεράς και για τους υπόλοιπους μεγάλους κατασκευαστές υπολογιστών, οι οποίοι έσπευσαν να εκμεταλλευτούν τα νέα δεδομένα που δημιούργησε η κυριαρχία των mainframe της IBM.

ΕΠΙΤΥΧΙΑ ΜΕ ΑΡΙΘΜΟΥΣ

IBM zSeries. Ακόμη και τα σύγχρονα mainframe της ΙΒΜ διατηρούν προς τα πίσω συμβατότητα με τους System/360. Μία αρχιτεκτονική που μετρά από σήμερα, μισό αιώνα ζωής.
IBM zSeries. Ακόμη και τα σύγχρονα mainframe της ΙΒΜ διατηρούν προς τα πίσω συμβατότητα με τους System/360. Μία αρχιτεκτονική που μετρά από σήμερα, μισό αιώνα ζωής.

Η IBM κέρδισε ένα ζωτικής σημασίας στοίχημα, καθώς ο σχεδιασμός του S/360 δεν απαίτησε μόνο το αστρονομικό ποσό, για τα δεδομένα της εποχής, των 5 δισ. δολαρίων, αλλά και την πλήρη απασχόληση όλου του δυναμικού της ΙΒΜ με ένα μόνο πρότζεκτ, τη στιγμή που εγκαταλείπονταν όλες οι υπόλοιπες γραμμές παραγωγής της ΙΒΜ στον τομέα των υπολογιστών. Η επιτυχία του συστήματος φάνηκε ήδη από την αρχή, συγκεντρώνοντας χίλιες παραγγελίες τις πρώτες τέσσερις εβδομάδες, και διπλασιάζοντάς τις στους επόμενους τέσσερις μήνες. Οι εταιρείες υποδέχτηκαν μία εντελώς νέα φιλοσοφία υπολογιστικής υποδομής με ενθουσιασμό. Ήταν πλέον δυνατό σε μία μικρομεσαία επιχείρηση να εγκαταστήσει ένα σχετικά φθηνό σύστημα βασικών δυνατοτήτων και να το ενισχύει με το πέρασμα του χρόνου, χωρίς να χρειάζεται να το αντικαταστήσει εξολοκλήρου. Ένα χρόνο αργότερα έχει γίνει ήδη απόσβεση του 70% της δαπάνης, ενώ μέχρι να κυκλοφορήσει το διάδοχο μοντέλο System/370 το 1970, τα έσοδα από τις πωλήσεις του S/370 έχουν ξεπεράσει τα 8,3 δισ. δολάρια. Σε όλη τη διάρκεια της δεκαετίας του ’70, η IBM κατέχει τουλάχιστον το 50% της αγοράς mainframe παγκοσμίως. Ακόμη και ο μεγάλος αντίπαλος των ΗΠΑ, η Σοβιετική Ένωση, επιλέγει το 1972 να αντιγράψει την αρχιτεκτονική του S/360. Το 1989, 25 χρόνια από την παρουσίαση των S/360, τα μισά έσοδα της ΙΒΜ προέρχονται από τις πωλήσεις υπολογιστών και περιφερειακών συσκευών συμβατών με εκείνη την αρχιτεκτονική.

ΠΗΓΕΣ

Δείτε επίσης…

Εγχειρίδια χρήσης υπολογιστών της σειράς System/360