Sistema IBM/360 Modelo 67

El IBM System/360 Modelo 67 ( S/360-67 ) fue un modelo importante de mainframe de IBM a finales de la década de 1960. ^{[ 1 ]} A diferencia del resto de la serie S/360 , incluía características para facilitar las aplicaciones de tiempo compartido , en particular una unidad de traducción dinámica de direcciones ( DAT), la "caja DAT", para admitir memoria virtual , direccionamiento de 32 bits y el controlador de canales 2846 para permitir compartir canales entre procesadores. El S/360-67 era compatible con el resto de la serie S/360.

El S/360-67 fue diseñado para satisfacer las necesidades de clientes clave de tiempo compartido , en particular el MIT (donde el Proyecto MAC se había convertido en un notorio fracaso de ventas de IBM), la Universidad de Michigan , General Motors , Bell Labs , la Universidad de Princeton , el Instituto Tecnológico Carnegie (más tarde Universidad Carnegie Mellon ) ^{[ 2 ]} y la Escuela Naval de Posgrado . ^{[ 3 ]}

A mediados de la década de 1960, varias organizaciones mostraron interés en ofrecer servicios informáticos interactivos mediante el uso de tiempo compartido . ^{[ 4 ]} En aquel entonces, el trabajo que podían realizar las computadoras estaba limitado por su falta de capacidad de almacenamiento de memoria real. Cuando IBM presentó su familia de computadoras System/360 a mediados de la década de 1960, no ofreció una solución para esta limitación, y dentro de IBM existían opiniones divergentes sobre la importancia del tiempo compartido y la necesidad de brindarle soporte.

Un artículo titulado Estructura de programa y direccionamiento en un entorno de tiempo compartido, escrito por Bruce Arden , Bernard Galler , Frank Westervelt (todos directores asociados del Centro de Computación Académica de la Universidad de Michigan) y Tom O'Brian, que se basaba en algunas ideas básicas desarrolladas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), se publicó en enero de 1966. ^{[ 5 ]} El artículo describía una arquitectura de memoria virtual que utilizaba traducción dinámica de direcciones (DAT) que podría utilizarse para implementar el tiempo compartido.

Tras un año de negociaciones y estudios de diseño, IBM accedió a fabricar una versión única de su ordenador central S/360-65 para la Universidad de Michigan. El S/360-65M ^{[ 4 ]} incluiría funciones de traducción dinámica de direcciones (DAT) que admitirían memoria virtual y permitirían la compatibilidad con el tiempo compartido. Inicialmente, IBM decidió no suministrar un sistema operativo de tiempo compartido para la nueva máquina.

Cuando otras organizaciones se enteraron del proyecto, se mostraron interesadas en la idea del tiempo compartido y expresaron su deseo de adquirir las máquinas IBM S/360 modificadas. Ante este interés demostrado, IBM cambió el número de modelo del ordenador a S/360-67 y lo convirtió en un producto con soporte técnico. Al percatarse de la existencia de un mercado para el tiempo compartido, IBM accedió a desarrollar un nuevo sistema operativo para este fin, denominado IBM Time Sharing System (TSS/360), que se lanzaría casi simultáneamente con el primer modelo S/360-67.

El primer S/360-67 fue enviado en mayo de 1966. El S/360-67 fue retirado el 15 de marzo de 1977. ^{[ 6 ]}

Antes del anuncio del Modelo 67, IBM había anunciado los modelos 64 y 66, versiones DAT de sus modelos 60 y 62, pero fueron reemplazados casi inmediatamente por el 67 al mismo tiempo que los modelos 60 y 62 fueron reemplazados por el 65. ^{[ 7 ]}

IBM anunció el S/360-67 en sus "cartas azules" del 16 de agosto de 1965 (un mecanismo estándar utilizado por IBM para hacer anuncios de productos). IBM declaró que: ^{[ 8 ]}

• "Se han eliminado las restricciones especiales de licitación para el modelo System/360 67" (es decir, ahora está disponible para el público en general).
• Incluía "configuraciones multiprocesador, con un alto grado de disponibilidad del sistema", con hasta cuatro unidades de procesamiento [si bien se anunciaron configuraciones con hasta cuatro procesadores, solo se construyeron configuraciones de uno y dos procesadores] ^{[ 1 ].}
• Tenía "su propio sistema operativo potente... [el] monitor del sistema de tiempo compartido (TSS)" que ofrecía "acceso y respuesta prácticamente instantáneos desde la computadora" para "aprovechar las capacidades únicas de un sistema multiprocesador".
• Ofrecía "la reubicación dinámica de programas problemáticos mediante las funciones de traducción dinámica de direcciones de la Unidad de Procesamiento 2067, lo que permitía responder, en cuestión de segundos, a muchos usuarios simultáneos".

El diseño del S/360-67 incorporó un componente para la implementación de memoria virtual, la "caja DAT" (caja de traducción dinámica de direcciones). La DAT del 360/67 se basaba en la arquitectura descrita en un artículo de JACM de 1966 por Arden, Galler, Westervelt y O'Brien ^{[ 5 ]} e incluía tablas de segmentos y de páginas. La compatibilidad con memoria virtual del Modelo 67 era muy similar a la que posteriormente se convirtió en estándar en toda la línea System/370 .

El S/360-67 proporcionaba un espacio de direcciones de 24 o 32 bits ^{[ 1 ]} , a diferencia del espacio de direcciones estrictamente de 24 bits de otros sistemas S/360 y los primeros S/370, y el espacio de direcciones de 31 bits del S/370-XA disponible en los S/370 posteriores. El espacio de direcciones virtuales del S/360-67 estaba dividido en páginas (de 4096 bytes) ^{[ 1 ]} agrupadas en segmentos (de 1 millón de bytes); las páginas se asignaban dinámicamente a la memoria real del procesador. Estas características del S/360-67, junto con los bits de referencia y cambio como parte de la clave de almacenamiento, permitieron a los sistemas operativos implementar la paginación bajo demanda : hacer referencia a una página que no estaba en la memoria provocaba un fallo de página , que a su vez podía ser interceptado y procesado por un controlador de interrupciones del sistema operativo .

El sistema de memoria virtual del S/360-67 era capaz de cumplir tres objetivos distintos:

• Amplio espacio de direcciones. Mapeaba la memoria física a un conjunto mayor de memoria virtual, que podía intercambiarse dinámicamente entre la memoria real y el almacenamiento de acceso aleatorio (normalmente: almacenamiento en disco o tambor) según fuera necesario.
• Componentes del sistema operativo aislados. Esto permitió eliminar la mayor parte de la memoria que el sistema operativo consumía del entorno del usuario, aumentando así la memoria disponible para las aplicaciones y reduciendo el riesgo de que estas interfirieran o corrompieran los datos y programas del sistema operativo.
• Múltiples espacios de direcciones. Al implementar múltiples espacios de direcciones virtuales , cada uno para un usuario diferente, cada usuario podría tener potencialmente una máquina virtual privada .

El primer objetivo eliminó (al menos durante décadas) una limitación crucial de las máquinas anteriores: la falta de almacenamiento físico. El segundo permitió mejoras sustanciales en seguridad y fiabilidad. El tercero posibilitó la implementación de máquinas virtuales reales . Documentos contemporáneos dejan claro que la virtualización completa del hardware y las máquinas virtuales no fueron objetivos de diseño originales del S/360-67.

El S/360-67 incluía las siguientes extensiones además de las características estándar y opcionales disponibles en todos los sistemas S/360: ^{[ 1 ]}

• 16 registros de control
• Traducción dinámica de direcciones (DAT) con soporte para direcciones virtuales de 24 o 32 bits mediante tablas de segmentos y páginas (hasta 16 segmentos, cada uno con hasta 256 páginas de 4096 bytes).
• Modo PSW extendido que permite, por ejemplo, enmascaramiento de interrupciones adicional, DAT
• Temporizador de intervalos de alta resolución con una resolución de aproximadamente 13 microsegundos.
• Bits de referencia y cambio como parte de las claves de protección de almacenamiento
• Control directo extendido que permite a los procesadores en una configuración dúplex presentar una interrupción externa al otro procesador.
• Particionamiento de los procesadores, el almacenamiento del procesador y los canales de E/S en una configuración dúplex en dos subsistemas separados.
• Direccionamiento flotante para permitir que el almacenamiento del procesador en una configuración dúplex particionada se asigne a direcciones de memoria reales consecutivas.
• Un controlador de canal IBM 2846 que permite que ambos procesadores en una configuración dúplex accedan a todos los canales de E/S y que permite que las interrupciones de E/S se presenten a cualquiera de los procesadores independientemente de qué procesador inició la operación de E/S.
• Las configuraciones simplex pueden incluir 7 canales de E/S, mientras que las configuraciones dúplex pueden incluir 14 canales de E/S.
• Tres nuevas instrucciones de estado de supervisor: Cargar control múltiple (LMC), Almacenar control múltiple (SMC), Cargar dirección real (LRA)
• Dos nuevas instrucciones de estado del problema: Registro de sucursal y tienda (BASR) y Sucursal y tienda (BAS)
• Dos nuevas interrupciones del programa: excepción de traducción de segmento (16) y excepción de traducción de página (17).

El S/360-67 operaba con un tiempo de ciclo interno básico de 200 nanosegundos y un ciclo de almacenamiento de núcleo magnético básico de 750 nanosegundos, el mismo que el S/360-65. ^{[ 1 ]} El tiempo de ciclo de 200 ns situó al S/360-67 en el medio de la línea S/360, entre el Modelo 30 en el extremo inferior y el Modelo 195 en el extremo superior. Se podían leer o escribir de 1 a 8 bytes (8 bits de datos y 1 bit de paridad por byte) en la memoria del procesador en un solo ciclo. Un sumador paralelo de 60 bits facilitaba el manejo de fracciones largas en operaciones de punto flotante. Un sumador serie de 8 bits permitía la ejecución simultánea de aritmética de exponentes de punto flotante, y también manejaba aritmética decimal e instrucciones de longitud de campo variable (VFL).

El S/360-67 incorporaba cuatro nuevos componentes:

• Modelos de unidad de procesamiento 2067, 1 y 2,
• 2365 Procesador Almacenamiento Modelo 12,
• Controlador de canal 2846 y
• Unidad de configuración 2167.

Estos componentes, junto con el procesador de almacenamiento modelo 2365 , el canal selector 2860, el canal multiplexor 2870 y otras unidades y dispositivos de control del sistema 360, estaban disponibles para su uso con el S/360-67.

Tenga en cuenta que, si bien Carnegie Tech disponía de un sistema 360/67 con una unidad de control de licencias IBM 2361 , esa opción no figuraba en el catálogo de precios y es posible que no funcionara en una configuración dúplex.

Para el modelo 67 del IBM System/360 existían tres configuraciones básicas:

• Simplex : un procesador IBM 2067-1, de dos a cuatro componentes de almacenamiento de procesador IBM 2365-2 (de 512 KB a 1 MB), hasta siete canales de datos y otros periféricos. Este sistema se denominó IBM System/360 modelo 67-1.
• Semidúplex : un procesador IBM 2067-2, de dos a cuatro componentes de almacenamiento de procesador IBM 2365-12 (de 512 KB a 1 MB), una unidad de configuración IBM 2167, uno o dos controladores de canal IBM 2846, hasta catorce canales de datos y otros periféricos.
• Dúplex : dos procesadores IBM 2067-2, de tres a ocho componentes de almacenamiento de procesador IBM 2365-12 (de 768 KB a 2 MB), una unidad de configuración IBM 2167, uno o dos controladores de canal IBM 2846, hasta catorce canales de datos y otros periféricos.

Un sistema semidúplex podía actualizarse in situ a un sistema dúplex añadiendo un procesador IBM 2067-2 y un tercer procesador de almacenamiento IBM 2365-12, a menos que el sistema semidúplex ya contara con tres o más. Las configuraciones semidúplex y dúplex se denominaban IBM System/360 modelo 67-2.

Cuando se anunció el S/360-67 en agosto de 1965, IBM también anunció TSS/360 , un proyecto de sistema operativo de tiempo compartido que fue cancelado en 1971 (tras haber sido cancelado también en 1968, pero retomado en 1969). Posteriormente, IBM modificó TSS/360 y ofreció el TSS/370 PRPQ ^{[ 11 ]} durante tres versiones antes de cancelarlo. El incumplimiento de IBM en la entrega de TSS/360 según lo prometido abrió la puerta para que otros desarrollaran sistemas operativos que utilizarían las características únicas del S/360-67.

MTS, el Sistema de Terminales de Michigan , fue el sistema operativo de tiempo compartido desarrollado en la Universidad de Michigan y utilizado por primera vez en el Modelo 67 en enero de 1967. En octubre de 1967 se añadió soporte para memoria virtual a MTS. En octubre de 1968 se añadió soporte para multiprocesadores para un S/360-67 dúplex. ^{[ 12 ]}

CP/CMS fue el primer sistema operativo de máquina virtual . Desarrollado en el Centro Científico de IBM en Cambridge (CSC), cerca del MIT, CP/CMS era esencialmente un sistema de investigación sin soporte, creado al margen de las organizaciones de productos principales de IBM, con la participación activa de investigadores externos. Con el tiempo, evolucionó hasta convertirse en un sistema operativo de IBM con soporte completo ( VM/370 y el actual z/VM ). VP/CSS , basado en CP/CMS, fue desarrollado por National CSS para proporcionar servicios comerciales de tiempo compartido.

El S/360-67 dejó un legado importante. Tras el fracaso del TSS/360 , IBM se sorprendió por el auge de una comunidad de tiempo compartido en la plataforma S/360-67 ( CP/CMS , MTS , MUSIC ). Un gran número de centros comerciales, académicos y de servicios instalaron el sistema. Aprovechando el escaso apoyo de IBM al tiempo compartido y compartiendo información y recursos (incluidas modificaciones del código fuente), crearon y mantuvieron una generación de centros de tiempo compartido.

Las características únicas del S/360-67 no se incorporaron inicialmente a la siguiente serie de productos de IBM, el System/370 , aunque el 370/145 tenía una memoria asociativa que parecía más útil para la paginación que para su propósito aparente. ^{[ 13 ]} Esto fue en gran medida consecuencia de una amarga y muy visible batalla política dentro de IBM sobre las ventajas del tiempo compartido frente al procesamiento por lotes . Al menos inicialmente, el tiempo compartido perdió.

Sin embargo, IBM se enfrentó a una creciente demanda por parte de los clientes de capacidades de tiempo compartido y memoria virtual. IBM tampoco podía ignorar la gran cantidad de instalaciones de tiempo compartido S/360-67 , incluyendo la nueva industria de proveedores de tiempo compartido , como National CSS ^{[ 14 ] [ 15 ]} e Interactive Data Corporation (IDC), ^{[ 16 ]} que estaban alcanzando rápidamente el éxito comercial.

En 1972, IBM incorporó funciones de memoria virtual a la serie S/370, una decisión que muchos consideraron una reivindicación del trabajo realizado en el proyecto S/360-67; el microcódigo del 370/145 se actualizó para utilizar la memoria asociativa para la traducción de direcciones virtuales. ^{[ 17 ]} La supervivencia y el éxito de la familia de máquinas virtuales de IBM , y de la tecnología de virtualización en general, también deben mucho al S/360-67.

En 2010, en la descripción técnica de su último mainframe, el z196 , IBM declaró que su virtualización de software comenzó con el modelo System/360 67. ^{[ 18 ]}

• Memoria virtual

• EW Pugh, LR Johnson y John H. Palmer, Los sistemas IBM 360 y los primeros 370, MIT Press, Cambridge, MA y Londres, ISBN 0-262-16123-0Incluye un extenso análisis (819 págs. ) de las ofertas de IBM durante este período. 
• Melinda Varian, VM y la comunidad de VM, pasado, presente y futuro , SHARE 89, Sesiones 9059–9061, 1997
• Principios de funcionamiento del sistema IBM System/360 (PDF) (Octava edición). IBM. Septiembre de 1968. A22-6821-7.
• Características funcionales del IBM System/360 Modelo 67 (PDF) (Tercera edición). IBM. Febrero de 1972. GA27-2719-2.

• A. Padegs, "System/360 and Beyond", IBM Journal of Research & Development, vol. 25 no. 5, pp. 377–390, September 1981
• IBM System/360 System Summary, thirteenth edition, January 1974, IBM publication GA22-6810-12, pages 6–13 to 6–15 describe the model 67
• IBM System/360 Model 67 Reference Data (Blue card)
• Several photos of a dual processor IBM 360/67 at the University of Michigan's academic Computing Center in the late 1960s or early 1970s are included in Dave Mills' article describing the Michigan Terminal System (MTS)
• Pictures of an IBM S/360-67 at Newcastle (UK) UniversityArchived July 16, 2011, at the Wayback Machine
• TSS/360 Concepts and Facilities
• Time-sharing in the IBM System/360 model 67