IBM 700/7000 серии

Мэйнфрейм IBM 704 на NACA в 1957 году

Серия IBM 700/7000 - это серия крупномасштабных ( мэйнфрейм ) компьютерных систем, которые производились IBM в 1950-х и начале 1960-х годов. В эту серию входят несколько разных несовместимых архитектур процессоров. 700-е используют ламповую логику и устарели с введением транзисторных 7000-х. 7000, в свою очередь, в конечном итоге были заменены на System / 360 , о котором было объявлено в 1964 году. Однако 360/65, первая модель 360, достаточно мощная, чтобы заменить 7000, стала доступна только в ноябре 1965 года. Ранние проблемы с OS / 360 и высокая стоимость конвертации программного обеспечения позволила долгие годы эксплуатировать многие 7000-е.

Архитектура [ править ]

В IBM 700/7000 есть шесть совершенно разных способов хранения данных и инструкций:

• Первый научный (36/18- битные слова): 701 (Калькулятор Защиты)
• Более поздние научные (36-битные слова, аппаратные числа с плавающей запятой): 704 , 709 , 7040 , 7044 , 7090 , 7094
• Коммерческие ( строки символов переменной длины ): 702 , 705, 7080
• Серия 1400 (строки символов переменной длины): 7010
• Десятичный (10-значные слова): 7070 , 7072 , 7074
• Суперкомпьютер (64-битные слова): 7030 «Растяжка»

Класс 700 использует электронные лампы , класс 7000 - транзисторный . Все машины (как и большинство других компьютеров того времени) используют память на магнитных сердечниках ; за исключением ранних моделей 701 и 702, которые первоначально использовали память ЭЛТ трубки Вильямса, а затем были преобразованы в память магнитного сердечника.

Проблемы совместимости программного обеспечения [ править ]

Ранние компьютеры продавались без программного обеспечения. Когда начали появляться операционные системы , наличие четырех различных архитектур мэйнфреймов плюс 1400 среднеуровневых архитектур стало серьезной проблемой для IBM, поскольку это означало, что требовалось по крайней мере четыре различных программирования.

System / 360 объединила лучшие характеристики архитектур серий 7000 и 1400 в единую конструкцию. Однако некоторые модели 360 имеют дополнительные функции, которые позволяют им эмулировать наборы команд 1400 и 7000 в микрокоде. Одним из преимуществ System / 370 , преемника модели 360, представленной в середине 1970 года, была улучшенная эмуляция серии 1400/7000, которая могла выполняться под управлением операционной системы, а не выключаться и перезапускаться в режиме эмуляции, как требовалось. на 360-е годы.

Периферийные устройства [ править ]

Хотя архитектуры различаются, машины одного класса используют одни и те же электронные технологии и, как правило, одинаковые периферийные устройства. Ленточные накопители обычно ^[а] использование формат 7-дорожка , с IBM 727 для машин вакуумных трубок и 729 для транзисторных машин. И в вакуумной лампе, и в большинстве моделей транзисторов используются те же устройства чтения карт, перфораторы и линейные принтеры, которые были представлены с 701. Эти устройства, IBM 711 , 721 и 716, основаны на технологии бухгалтерских машин IBM и даже включают в себя коммутационную панель.панели управления. Они относительно медленны, и для установок серии 7000 было обычным делом включать IBM 1401 с его гораздо более быстрыми периферийными устройствами, чтобы выполнять операции с карты на ленту и с ленты на линию с принтером в автономном режиме. Три более поздних машины, 7010, 7040 и 7044, переняли периферийные устройства от средней серии IBM 1400. Часть технологий для 7030 использовалась в каналах данных и периферийных устройствах на других компьютерах серии 7000, например, 7340 Hypertape .

Первая научная архитектура (701 г.) [ править ]

Эта машина, известная как Defense Calculator, когда разрабатывалась в лаборатории IBM Poughkeepsie, была официально представлена ​​7 апреля 1953 года как машина электронной обработки данных IBM 701 .

Форматы данных

Числа имеют длину 36 или 18 бит , только с фиксированной точкой .

• Числа с фиксированной точкой хранятся в двоичном формате знак / величина .

Формат инструкции

Инструкции имеют длину 18 бит, один адрес.

• Знак (1 бит) - целое слово (-) или полуслова (+) адрес операнда
• Код операции (5 бит) - 32 инструкции
• Адрес (12 бит) - 4096 адресов полуслова

Чтобы расширить память с 2048 до 4096 слов, была добавлена ​​33-я инструкция, которая использует самый старший бит своего адресного поля для выбора банка. (Эта инструкция, вероятно, была создана с использованием инструкции «No OP», которая, по-видимому, была единственной инструкцией с неиспользованными битами, поскольку изначально игнорировала свое поле адреса. Однако документация по этой новой инструкции в настоящее время недоступна.)

Регистры

Регистры процессора состояли из:

• AC - 38-битный аккумулятор
• MQ - 36-битный коэффициент множителя

объем памяти

2048 или 4096 - 36-битные двоичные слова с шестибитными символами

Более поздняя научная архитектура (704/709/7090/7094) [ править ]

36-битная научная архитектура IBM использовалась для множества приложений с интенсивными вычислениями. Первыми машинами были ламповые 704 и 709 , за ними следовали транзисторные 7090 , 7094, 7094-II и более дешевые 7040 и 7044. Конечной моделью была система с прямой связью (DCS), состоящая из 7094, соединенного с 7044, который обрабатывал операции ввода и вывода.

Форматы данных

Числа имеют длину 36 бит, как с фиксированной, так и с плавающей запятой. ( См .: Почему 36 бит? )

• Числа с фиксированной точкой хранятся в двоичном формате знак / величина .
• Числа с плавающей запятой одинарной точности имеют знак величины, 8-битную экспоненту с избытком 128 и 27-битную величину.
• Числа с плавающей запятой двойной точности, представленные в 7094, имеют знак величины, 17-битную экспоненту с превышением 65536 и 54-битную величину.
• Буквенные символы представляют собой 6-битные двоично - десятичные символы , упакованные по шесть штук в слово.

Формат инструкции

Базовый формат команды - это трехбитовый префикс , пятнадцатиразрядный декремент , трехбитовый тег и пятнадцатиразрядный адрес . Поле префикса указывает класс инструкции. Поле декремента часто содержит непосредственный операнд для изменения результатов операции или используется для дальнейшего определения типа инструкции. Три бита тега определяют три (семь в 7094) индексных регистрах , содержимое которых вычитается из адреса для получения действующего адреса . Поле адреса содержит либо адрес, либо непосредственный операнд.

Регистры

Регистры процессора состояли из:

• AC - 38-битный аккумулятор
• MQ - 36-битный коэффициент множителя
• XR - 15-битные индексные регистры (три или семь)
• SI - 36-битный индикатор чувствительности

Регистры аккумулятора (и множителя-частного) работают в формате знак / величина .

The Index registers operate using two's complement format and when used to modify an instruction address are subtracted from the address in the instruction. On machines with three index registers, if the tag has two or three bits set (i.e. selected multiple registers) then their values are ORed together before being subtracted. The IBM 7094, with seven index registers has a "compatibility" mode to permit programs from earlier machines that used this trick to continue to be used.

The Sense Indicators permit interaction with the operator via panel switches and lights.

Memory

• 704: 4,096 or 8,192 or 32,768 – 36-bit binary words with six-bit characters
• 709, 7090, 7094, 7094 II, 7040, 7044: 32,768 – 36-bit binary words with six-bit characters

Input/output

The 709/7090 series use Data Synchronizer Channels for high speed input/output, such as tape and disk. The basic 7-bit^[b] DSCs, e.g., 7607, execute their own simple programs from the computer memory that controls the transfer of data between memory and the I/O devices; the more advanced 9-bit^[c] 7909 supports more sophisticated channel programs. Because the unit record equipment on the 709x was so slow, Punched card I/O and high-speed printing were often performed by transferring magnetic tapes to and from an off-line IBM 1401. Later, the data channels were used to connect a 7090 to a 7040 or a 7094 to a 7044 to form the IBM 7094/7044 Direct Coupled System (DCS). In that configuration, the 7044, which could use faster 1400 series peripherals, primarily handled I/O.

FORTRAN assembly program[edit]

The FORTRAN Assembly Program (FAP) is an assembler for the 709, 7090, and 7094 under IBM's makeshift FMS (Fortran Monitor System) operating system. An earlier assembler was SCAT (SHARE Compiler-Assembler-Translator). Macros were added to FAP by Bell Laboratories (BE-FAP), and the final 7090/7094 assembler was IBMAP, under IBSYS.

Its pseudo-operation BSS, used to reserve memory, is the origin of the common name of the "BSS section", still used in many assembly languages today for designating reserved memory address ranges of the type not having to be saved in the executable image.

Commercial architecture (702/705/7080)[edit]

The IBM 702 and IBM 705 are similar, and the 705 can run many 702 programs without modification, but they are not completely compatible.

The IBM 7080 is a transistorized version of the 705, with various improvements. For backward compatibility it can be run in 705 I^[1] mode, 705 II^[2] mode, 705 III^[3] mode, or full 7080 mode.

Data format

Data is represented by a variable-length string of characters terminated by a Record mark.

Instruction format

Five characters: one character opcode and four character address – OAAAA

Registers

• 702
  • two Accumulators (A & B) – 512 characters
• 705
  • one Accumulator – 256 characters
  • 14 auxiliary storage units – 16 characters
  • one auxiliary storage unit – 32 characters
• 7080
  • one Accumulator – 256 characters
  • 30 auxiliary storage units – 512 characters
  • 32 communication storage units – 8 characters

Memory

• 702
  • 2,000 to 10,000 characters in Williams tubes (in increments of 2,000 characters)
  • Character cycle rate – 23 microseconds
• 705 (models I, II, or III)
  • 20,000 or 40,000 or 80,000 characters of core memory
  • Character cycle rate – 17 microseconds or 9.8 microseconds
• 7080
  • 80,000 or 160,000 characters of Core memory
  • Character cycle rate – 2.18 microseconds

Input/output

The 705 and the basic 7080 use channels with a 7-bit^[b] interface. The 7080 can be equipped with 7908 data channels to attach faster devices using a 9-bit^[c] interface.

1400 series architecture (7010)[edit]

The 700/7000 commercial architecture inspired the very successful IBM 1400 series of mid-sized business computers. In turn, IBM later introduced a mainframe version of the IBM 1410 called the IBM 7010.

Data format

• Data is represented by a variable length string of characters terminated by a word mark.

Instruction format

• Variable length: 1, 2, 6, 7, 11, or 12 characters.

Registers

None, all instructions operated on memory. However, fifteen five-character fields in fixed locations in low memory can be treated as index registers, whose values can be added to the address specified in an instruction. Also, certain internal registers that would today be invisible, such as the addresses of the characters being currently processed, are exposed to the programmer.

Memory

• 100,000 characters^[4]

Decimal architecture (7070/7072/7074)[edit]

The IBM 7070, IBM 7072, and IBM 7074 are decimal, fixed-word-length machines. They use a ten-digit word like the smaller and older IBM 650, but are not instruction set compatible with the 650.

Data format

• Word length – 10 decimal digits plus sign
• Digit encoding – two-out-of-five code
• Floating point – optional, with a two-digit exponent
• Three signs for each word – Plus, Minus, and Alpha
  • Plus and Minus indicate 10-digit numeric values
  • Alpha indicates five characters of text coded by pairs of digits. 61 = A, 91 = 1.

Instruction format

• All instructions use one word
• Two-digit opcode (including sign, Plus or Minus only)
• Two-digit index register
• Two-digit field control – allows selecting sets of digits, shifting left or right
• Four-digit address

Registers

• All registers use one word and can also be addressed as memory.
• Accumulators – three (addresses 9991, 9992, and 9993 – standard; 99991, 99992, and 99993 – extended 7074)
• Program register – one (address 9995 – standard; 99995 – extended 7074)
  • Addressable from console only. Stores current instruction.
• Instruction counter – one (address 9999 – standard; 99999 – extended 7074)
  • Addressable from console only
• Index registers – 99 (addresses 0001-0099)

Memory

• 5000 to 9990 words (standard)
• 15000 to 30000 words (extended 7074)
• Access time – 6 microseconds (7070/7072), 4 microseconds (7074)
• Add time – 72 microseconds (7070), 12 microseconds (7072), 10 microseconds (7074)

Input/output

The 707x uses channels with a 7-bit^[b] interface. The 7070 and 7074 can be equipped with 7907 data channels to attach faster devices using a 9-bit^[c] interface.

Timeline[edit]

An IBM 7074 was used by the U.S. Internal Revenue Service in 1962.^[5]

The IBM 7700 Data Acquisition System is not a member of the IBM 7000 series, despite its number and its announcement date of December 2, 1963.

Performance[edit]

All of the 700 and 7000 series machines predate standard performance measurement tools such as the Whetstone (1972), Dhrystone (1984), LINPACK (1979), or Livermore loops (1986) benchmarks.

In the table below, the Gibson and Knight measurements report speed, where higher numbers are better; the TRIDIA measurement reports time, where lower numbers are better.

See also[edit]

• IBM 650

Notes[edit]

References[edit]

External links[edit]

Wikimedia Commons has media related to IBM 700 series.

Wikimedia Commons has media related to IBM 7000 series.

• IBM Mainframe family tree
• The Architecture of IBM's Early Computers (PDF)
• C Gordon Bell, Computer Structures: Readings and Examples, McGraw-Hill, 1971; part 6, section 1, "The IBM 701-7094 II Sequence, a Family by Evolution", ISBN 0-07-004357-4
• IBM 705
• IBM 7030 Stretch
• IBM 7070
• IBM 7094
• IBM 7090/94 Architecture
• Jack Harper's FAP page
• Birth of an Unwanted IBM Computer, by Bob Bemer