Sistema IBM/370

Cuando se introdujeron las primeras máquinas System/370, el Modelo 155 y el Modelo 165 , la arquitectura System/370 se describió como una extensión, pero no un rediseño, de la arquitectura System/360 de IBM que se introdujo en 1964. ^{[ 19 ]} La arquitectura System/370 incorporó solo una pequeña cantidad de cambios a la arquitectura System/360. Estos cambios incluyeron: ^{[ 20 ]}

• 13 nuevas instrucciones, entre las cuales se encontraban:

• MOVER LARGO ( MVCL ); ^{[ 21 ]}
• COMPARAR LÓGICO LARGO ( CLCL ); ^{[ 22 ]}

permitiendo así operaciones en hasta 2^24-1 bytes (16 MB), frente a los límites de 256 bytes en el MVC y CLC de la 360; ^{[ 23 ] [ 24 ]}

• DESPLAZAMIENTO Y REDONDEO DECIMAL ( SRP ), ^{[ 25 ]} que multiplicaba o dividía un valor decimal empaquetado por una potencia de 10, redondeando el resultado al dividir;

• aritmética de punto flotante opcional de 128 bits ( hexadecimal ) , introducida en el System/360 Modelo 85 ^{[ 26 ] [ 27 ]}
• un nuevo reloj de hora del día de mayor resolución ^{[ 28 ]}
• soporte para el canal multiplexor de bloques ^{[ 29 ]} introducido en el System/360 Modelo 85. ^{[ 30 ]}
• Todas las funciones del emulador fueron diseñadas para ejecutarse bajo el control de los sistemas operativos estándar. IBM documentó los programas del emulador S/370 como emuladores integrados.

Estos modelos tenían memoria principal y no incluían soporte para almacenamiento virtual , ya que carecían de una unidad DAT (Traducción Dinámica de Direcciones).

Todos los modelos del System/370 utilizaban la tecnología de circuitos integrados monolíticos de IBM denominada MST (Monolithic System Technology), lo que los convertía en ordenadores de tercera generación. La tecnología MST proporcionaba al System/370 entre cuatro y ocho veces más densidad de circuitos y más de diez veces más fiabilidad en comparación con la tecnología SLT de segunda generación del System/360. ^{[ 10 ] : 440}

El 23 de septiembre de 1970, IBM anunció el Modelo 145 , un tercer modelo del Sistema/370, que fue el primero en incorporar memoria principal de semiconductores fabricada con circuitos integrados monolíticos y cuya entrega estaba prevista para finales del verano de 1971. Todos los modelos S/370 posteriores utilizaron este tipo de memoria.

En 1972, se produjo un cambio muy significativo cuando se introdujo el soporte para almacenamiento virtual con el anuncio de IBM "System/370 Advanced Function". Inicialmente (y de forma controvertida), IBM había optado por excluir el almacenamiento virtual de la línea S/370. ^{[ 10 ] : 479–484 [ 31 ]} El anuncio del 2 de agosto de 1972 incluía:

• Hardware de reubicación de direcciones en todos los S/370, excepto en los modelos originales 155 y 165.
• Los nuevos modelos S/370 158 y 168, con hardware de reubicación de direcciones.
• Cuatro nuevos sistemas operativos: DOS/VS (DOS con almacenamiento virtual), OS/VS1 ( OS/360 MFT con almacenamiento virtual), OS/VS2 (OS/360 MVT con almacenamiento virtual), Versión 1, denominada SVS (Almacenamiento Virtual Único), y Versión 2, denominada MVS (Almacenamiento Virtual Múltiple) y prevista para estar disponible 20 meses después (a finales de marzo de 1974), y VM/370 , la reimplementación de CP/CMS.

De hecho, el almacenamiento virtual ya se había implementado en el hardware S/370 antes de este anuncio:

• En junio de 1971, en el S/370-145 (uno de los cuales tuvo que ser "contrabandeado" al Centro Científico de Cambridge para evitar que alguien notara la llegada de un S/370 a ese foco de desarrollo de memoria virtual , ya que esto habría señalado que el S/370 estaba a punto de recibir tecnología de reubicación de direcciones). ^{[ 32 ]} El S/370-145 tenía una memoria asociativa ^{[ 33 ] [ 34 ] : CPU 117-CPU 129} utilizada por el microcódigo para la función de compatibilidad con DOS desde sus primeros envíos en junio de 1971; ^{[ 33 ]} el mismo hardware fue utilizado por el microcódigo para DAT. ^{[ 34 ] : CPU 139} Aunque IBM optó por excluir el almacenamiento virtual del anuncio del S/370, esa decisión se estaba reconsiderando durante la finalización de la ingeniería del 145, en parte debido a la experiencia con memoria virtual en CSC y otros lugares. La arquitectura de microcódigo 145 simplificó la adición de almacenamiento virtual, lo que permitió que esta capacidad estuviera presente en los primeros modelos 145 sin las extensas modificaciones de hardware necesarias en otros modelos. Sin embargo, IBM no documentó la capacidad de almacenamiento virtual del 145, ni anotó los bits relevantes en los registros de control y PSW que se mostraban en el panel de control del operador al seleccionarlos con los interruptores de rodillo. Los bits de referencia y cambio de las teclas de protección de almacenamiento, sin embargo, estaban etiquetados en los rodillos, una pista evidente para cualquiera que hubiera trabajado con el modelo 360/67 anterior. Los clientes existentes del S/370-145 se alegraron al saber que no tenían que comprar una actualización de hardware para ejecutar DOS/VS o OS/VS1 (o OS/VS2 Release 1 , que era posible, pero no común debido a la cantidad limitada de almacenamiento principal disponible en el S/370-145).

Poco después del anuncio del 2 de agosto de 1972, se anunciaron discretamente las actualizaciones de la caja DAT (hardware de reubicación de direcciones) para los S/370-155 y S/370-165, pero solo estaban disponibles para su compra por clientes que ya poseían un modelo 155 o 165. ^{[ 35 ]} Después de la instalación, estos modelos se conocieron como S/370-155-II y S/370-165-II. IBM quería que los clientes actualizaran sus sistemas 155 y 165 a los ampliamente vendidos S/370-158 y -168. ^{[ 36 ]} Estas actualizaciones eran sorprendentemente caras (200 000 y 400 000 dólares, respectivamente) y tenían largos plazos de entrega después de que un cliente las solicitara; en consecuencia, nunca fueron populares entre los clientes, la mayoría de los cuales arrendaban sus sistemas a través de una empresa de arrendamiento de terceros . ^{[ 35 ]} Esto llevó a que los modelos originales S/370-155 y S/370-165 fueran descritos como "lastre". La actualización, necesaria para ejecutar OS/VS1 u OS/VS2, no era rentable para la mayoría de los clientes cuando IBM pudo entregarla e instalarla, por lo que muchos clientes se quedaron con estas máquinas ejecutando MVT hasta que finalizó su contrato de arrendamiento. No era raro que esto sucediera durante otros cuatro, cinco o incluso seis años para los más desafortunados, y resultó ser un factor significativo ^{[ 37 ]} en la lenta adopción de OS/VS2 MVS, no solo por parte de los clientes en general, sino también para muchos sitios internos de IBM.

Los cambios arquitectónicos posteriores consistieron principalmente en la expansión de la memoria (almacenamiento central) , tanto la memoria física como el espacio de direcciones virtuales , para permitir mayores cargas de trabajo y satisfacer la demanda de los clientes de más almacenamiento. Esta era la tendencia inevitable, ya que la Ley de Moore redujo el costo unitario de la memoria. Como en todo el desarrollo de mainframes de IBM, preservar la compatibilidad con versiones anteriores era fundamental.

• Asistencia específica del sistema operativo, Soporte de Programa de Control Extendido (ECPS). Funciones de extensión y funcionalidades extendidas para OS/VS1, MVS, ^{[ h ]} VM, ^{[ i ]} y DOS/VSE. ^{[ j ]} El aprovechamiento de los niveles de estos sistemas operativos, por ejemplo, MVS/System Extensions (MVS/SE), reduce la longitud de la ruta para algunas funciones frecuentes.

• La función de Espacio de Direcciones Duales ^{[ 38 ]} (DAS) permite que un programa privilegiado mueva datos entre dos espacios de direcciones sin la sobrecarga de asignar un búfer en el almacenamiento común, mover los datos al búfer, programar un SRB en el espacio de direcciones de destino, mover los datos a su destino final y liberar el búfer. IBM introdujo DAS en 1981 para el 3033 , pero más tarde lo puso a disposición para algunos procesadores 43xx, ^{[ 39 ]} 3031 y 3032. MVS/System Product (MVS/SP) Versión 1 aprovechó DAS si estaba disponible.
• En octubre de 1981, los procesadores 3033 y 3081 añadieron el "direccionamiento real extendido", que permitía el direccionamiento de 26 bits para el almacenamiento físico (aunque seguía imponiendo un límite de 24 bits para cualquier espacio de direcciones individual). Esta capacidad apareció más tarde en otros sistemas, como el 4381 y el 3090. ^{[ 40 ]}
• La arquitectura extendida System/370 ( S/370-XA ), disponible por primera vez a principios de 1983 en los procesadores 3081 y 3083, proporcionó una serie de mejoras importantes, incluyendo la expansión de los espacios de direcciones virtuales de 24 bits a 31 bits , la expansión de las direcciones reales de 24 o 26 bits a 31 bits y un rediseño completo de la arquitectura de E/S.
• En febrero de 1988, IBM anunció la arquitectura de sistemas empresariales/370 ( ESA/370 ) para los modelos mejorados ( E ) 3090 y 4381. Esta arquitectura incorporaba dieciséis registros de acceso de 32 bits , más modos de direccionamiento y diversas funciones para trabajar simultáneamente con múltiples espacios de direcciones.
• El 5 de septiembre de 1990, IBM anunció la arquitectura de sistemas empresariales/390 ^{[ 2 ]} ( ESA/390 ), compatible con versiones posteriores de ESA/370.

En 1981, IBM añadió la funcionalidad de espacio de direcciones dual al System/370. ^{[ 38 ]} Esto permite que un programa tenga dos espacios de direcciones; el Registro de Control 1 contiene el origen de la tabla de segmentos (STO) para el espacio de direcciones primario y CR7 contiene el STO para el espacio de direcciones secundario. El procesador puede funcionar en modo de espacio primario o en modo de espacio secundario. En el modo de espacio primario, las instrucciones y los datos se obtienen del espacio de direcciones primario. En el modo de espacio secundario, los operandos cuyas direcciones definidas como lógicas se obtienen del espacio de direcciones secundario; es impredecible si las instrucciones se obtendrán del espacio de direcciones primario o secundario, por lo que el código debe asignarse a ambos espacios de direcciones en los mismos rangos de direcciones en ambos espacios de direcciones. El programa puede cambiar entre el modo de espacio primario y el de espacio secundario con la instrucción SET ADDRESS SPACE CONTROL; también existen las instrucciones MOVE TO PRIMARY y MOVE TO SECONDARY que copian un rango de bytes de un rango de direcciones en un espacio de direcciones a un rango de direcciones en el otro espacio de direcciones. ^{[ 41 ]}

Los espacios de direcciones se identifican mediante un número de espacio de direcciones (ASN). El ASN contiene índices en una tabla de dos niveles, estructurada de forma similar a una tabla de páginas de dos niveles , con entradas que contienen un bit de presencia, varios campos que indican los permisos otorgados para el acceso al espacio de direcciones, la dirección de inicio y la longitud de la tabla de segmentos para el espacio de direcciones, y otra información. La instrucción SET SECONDARY ASN convierte el espacio de direcciones identificado por un valor ASN determinado en el espacio de direcciones secundario actual. ^{[ 41 ]}

La arquitectura inicial del System/370 tiene un límite de 24 bits en las direcciones físicas, lo que limita la memoria física a 16 MB. Las entradas de la tabla de páginas tienen 12 bits de dirección de marco de página con páginas de 4 KB y 13 bits de dirección de marco de página con páginas de 2 KB, por lo que la combinación de una dirección de marco de página de 12 bits con un desplazamiento de 12 bits dentro de la página o una dirección de marco de página de 13 bits con un desplazamiento de 11 bits dentro de la página produce una dirección física de 24 bits. ^{[ 42 ]}

La función de direccionamiento real extendido en System/370 aumenta este límite a 26 bits, incrementando el límite de memoria física a 64 MB. Se utilizaron dos bits reservados en la entrada de la tabla de páginas para páginas de 4 KB para extender la dirección del marco de página. El direccionamiento real extendido solo está disponible con la traducción de direcciones habilitada y con páginas de 4 KB. ^{[ 42 ]}

La siguiente tabla resume las principales series y modelos S/370. La segunda columna muestra la arquitectura principal asociada a cada serie. Muchos modelos implementaban más de una arquitectura; por ejemplo, los procesadores 308x se comercializaron inicialmente con arquitectura S/370, pero posteriormente ofrecieron XA; y muchos procesadores, como el 4381, contaban con un microcódigo que permitía al cliente seleccionar entre el funcionamiento con S/370 o XA (posteriormente, ESA).

Cabe destacar también el término confuso «compatible con System/370», que aparecía en la documentación de IBM para describir ciertos productos. Fuera de IBM, este término se utilizaba con mayor frecuencia para describir sistemas de Amdahl Corporation , Hitachi y otros, que podían ejecutar el mismo software S/370. Esta elección terminológica por parte de IBM podría haber sido un intento deliberado de ignorar la existencia de esos fabricantes de sistemas compatibles (PCM, por sus siglas en inglés), dado que competían agresivamente contra el dominio de IBM en el mercado del hardware.

IBM utilizó el nombre System/370 para anunciar las siguientes once ofertas (de tres dígitos):

Sistema/370 Modelo 195

El IBM System/370 Modelo 195 fue anunciado el 30 de junio de 1970 y, en ese momento, era "el sistema informático más potente de IBM". ^{[ 61 ]}

Su introducción se produjo unos 14 meses después del anuncio de su predecesor directo, el 360/195 . Ambas máquinas 195 fueron retiradas el 9 de febrero de 1977. ^{[ 62 ] [ 61 ]}

En la era de la 360, varios fabricantes ya habían estandarizado el conjunto de instrucciones IBM/360 y, en cierta medida, la arquitectura de la 360. Entre los fabricantes de computadoras más destacados se encontraban Univac con la serie UNIVAC 9000 , RCA con la serie RCA Spectra 70 , English Electric con el English Electric System 4 y la soviética ES EVM . Estas computadoras no eran perfectamente compatibles, ni (excepto los esfuerzos rusos) ^{[ 89 ] [ 90 ]} estaban diseñadas para serlo.

Eso cambió en la década de 1970 con la introducción del IBM/370 y el lanzamiento de la propia compañía de Gene Amdahl . Casi al mismo tiempo, los gigantes japoneses comenzaron a fijarse en el lucrativo mercado de las computadoras centrales, tanto a nivel nacional como internacional. Un consorcio japonés se centró en IBM y otros dos pertenecían al grupo BUNCH ( Burroughs / Univac / NCR / Control Data/ Honeywell ), competidores de IBM. ^{[ 91 ]} Estos últimos esfuerzos fueron abandonados y, finalmente, todos los esfuerzos japoneses se centraron en las líneas de computadoras centrales de IBM.

Algunos de los clones de la época incluían:

El canal multiplexor de bloques, anteriormente disponible solo en los modelos 360/85 y 360/195, era una parte estándar de la arquitectura. Para garantizar la compatibilidad, podía funcionar como un canal selector. ^{[ 106 ]} Los canales multiplexores de bloques estaban disponibles en versiones de un byte (1,5 MB/s) y de doble byte (3,0 MB/s).

Como parte del anuncio de DAT, IBM actualizó los canales para que tuvieran listas de direcciones de datos indirectas (IDAL), una forma de MMU de E/S.

Los canales de transmisión de datos tenían una velocidad de 3,0 MB/s a través de una interfaz de un solo byte, que posteriormente se actualizó a 4,5 MB/s.

La conmutación de conjuntos de canales permitía que un procesador en una configuración multiprocesador asumiera la carga de trabajo de E/S del otro procesador si este fallaba o se desconectaba para mantenimiento.

El sistema System/370-XA introdujo un subsistema de canales que realizaba la gestión de colas de E/S, tarea que anteriormente realizaba el sistema operativo.

El sistema System/390 introdujo el canal ESCON , un canal serie de fibra óptica semidúplex con una distancia máxima de 43 kilómetros. Originalmente operaba a 10 Mbyte/s, pero posteriormente se aumentó a 17 Mbyte/s.

Posteriormente, FICON se convirtió en el canal estándar de los mainframes de IBM; FIbre CONnection (FICON) es el nombre propietario de IBM para el protocolo ANSI FC-SB-3 Single-Byte Command Code Sets-3 Mapping Protocol para Fibre Channel (FC), utilizado para mapear la infraestructura de cableado y el protocolo de canal a unidad de control predecesores de IBM (ya sea ESCON o Bus y Etiqueta paralelos) a los servicios e infraestructura FC estándar a velocidades de datos de hasta 16 Gigabits/seg a distancias de hasta 100  km. El protocolo Fibre Channel (FCP) permite conectar dispositivos SCSI utilizando la misma infraestructura que FICON.