IBM serie 700/7000

La serie IBM 700/7000 es una serie de sistemas informáticos (mainframe) a gran escala fabricados por IBM durante la década de 1950 y principios de la de 1960. La serie incluye varias arquitecturas de procesador diferentes e incompatibles. Los 700 usan lógica de tubo de vacío y quedaron obsoletos con la introducción de los 7000 transistorizados. Los 7000, a su vez, finalmente fueron reemplazados por System/360, que se anunció en 1964. Sin embargo, el 360/65, el primer 360 lo suficientemente potente como para reemplazar al 7000, no estuvo disponible hasta noviembre de 1965. Los primeros problemas con OS/360 y el alto costo de convertir el software mantuvo muchos 7000 en servicio durante años.

Arquitecturas

La serie IBM 700/7000 tiene seis formas completamente diferentes de almacenar datos e instrucciones:

• Primeras palabras científicas (36/18-bit): 701 (Cálculo de Defensa)
• Más tarde científico (36-bit words, hardware flotante-point): 704, 709, 7040, 7044, 7090, 7094
• Compromiso (cadenas de caracteres de longitud variable): 702, 705, 7080
• Serie 1400 (cadenas de caracteres de longitud variable): 7010
• Palabras decimales (10 dígitos): 7070, 7072, 7074
• Supercomputer (64-bit words): 7030 "Stretch"

La clase 700 utiliza válvulas de vacío, la clase 7000 está transistorizada. Todas las máquinas (como la mayoría de las otras computadoras de la época) usan memoria de núcleo magnético; a excepción de los primeros modelos 701 y 702, que inicialmente usaban memoria CRT de tubo Williams y luego se convirtieron a memoria de núcleo magnético.

Problemas de compatibilidad de software

Las primeras computadoras se vendían sin software. A medida que comenzaron a surgir los sistemas operativos, tener cuatro arquitecturas de mainframe diferentes más las 1400 arquitecturas de línea media se convirtió en un problema importante para IBM, ya que significaba que se requerían al menos cuatro esfuerzos de programación diferentes.

El System/360 combina las mejores características de las arquitecturas de las series 7000 y 1400 en un solo diseño tanto para computación comercial como para computación científica y de ingeniería. Sin embargo, su arquitectura no es compatible con las de las series 7000 y 1400, por lo que algunos modelos 360 tienen funciones opcionales que les permiten emular los conjuntos de instrucciones 1400 y 7000 en microcódigo. Uno de los puntos de venta del System/370, el sucesor del 360 introducido a mediados de 1970, fue la emulación mejorada de la serie 1400/7000, que se podía realizar bajo el control del sistema operativo en lugar de apagar y reiniciar en modo de emulación, como era necesario. para la emulación de 7040/44, 7070/72/74, 7080 y 7090/94 en todos los 360 excepto el 360/85.

Periféricos

Si bien las arquitecturas difieren, las máquinas de la misma clase utilizan las mismas tecnologías electrónicas y, por lo general, utilizan los mismos periféricos. Las unidades de cinta generalmente usan un formato de 7 pistas, con el IBM 727 para máquinas de tubos de vacío y el 729 para máquinas de transistores. Tanto el modelo de tubo de vacío como la mayoría de los modelos de transistores utilizan los mismos lectores de tarjetas, perforadores de tarjetas e impresoras de línea que se introdujeron con el 701. Estas unidades, IBM 711, 721 y 716, se basan en la tecnología de máquinas de contabilidad de IBM e incluso incluyen plugboard paneles de control. Son relativamente lentos y era común que las instalaciones de la serie 7000 incluyeran un IBM 1401, con sus periféricos mucho más rápidos, para realizar operaciones de impresora de tarjeta a cinta y de cinta a línea fuera de línea. Tres máquinas posteriores, la 7010, la 7040 y la 7044, adoptaron periféricos de la serie IBM 1400 de línea media. Parte de la tecnología para el 7030 se usó en canales de datos y dispositivos periféricos en otras computadoras de la serie 7000, por ejemplo, 7340 Hypertape.

Primera arquitectura científica (701)

Consola del operador IBM 701

Una instalación IBM 704

Conocida como la Calculadora de defensa mientras se desarrollaba en el Laboratorio IBM Poughkeepsie, esta máquina se presentó formalmente el 7 de abril de 1953 como la Máquina de procesamiento electrónico de datos IBM 701.

Formatos de datos

Los números tienen una longitud de 36 o 18 bits, solo punto fijo.

• Los números de punto fijo se almacenan en formato binario de señal/magnitud.

Formato de instrucción

Las instrucciones tienen una longitud de 18 bits y una sola dirección.

• Firme (1 bit) – Palabras enteras (-) o media palabra (+) dirección de operación
• Opcode (5 bits) – 32 instrucciones
• Dirección (12 bits) – 4096 Direcciones de media palabra

Para expandir la memoria de 2048 a 4096 palabras, se agregó una instrucción número 33 que usa el bit más significativo de su campo de dirección para seleccionar el banco. (Esta instrucción probablemente se creó usando la instrucción "No OP", que parece haber sido la única instrucción con bits sin usar, ya que originalmente ignoró su campo de dirección. Sin embargo, la documentación sobre esta nueva instrucción no está disponible actualmente..)

Registros

Los registros del procesador consistían en:

• AC - Acumulador de 38 bits
• MQ – 36-bit Multiplier-Quotient

Memoria

2048 o 4096: palabras binarias de 36 bits con caracteres de seis bits

Arquitectura científica posterior (704/709/7090/7094)

IBM 7090 en el Proyecto Mercurio de la NASA, 1962

La arquitectura científica de 36 bits de IBM se utilizó para una variedad de aplicaciones de computación intensiva. Las primeras máquinas fueron las de tubo de vacío 704 y 709, seguidas por las transistorizadas 7090, 7094, 7094-II y las más económicas 7040 y 7044. El último modelo fue el Direct Coupled System (DCS) que consiste en un 7094 conectado a un 7044 que manejaba operaciones de entrada y salida.

Formatos de datos

Los números tienen una longitud de 36 bits, tanto de punto fijo como de punto flotante.

• Los números de punto fijo se almacenan en formato binario de señal/magnitud.
• Números de puntos flotantes de una sola precisión tienen un signo de magnitud, un exceso de 8 bits-128 exponente y una magnitud de 27 bits
• Los números flotantes de doble precisión, introducidos en el 7094, tienen un signo de magnitud, un exponente de exceso de 17 bits-65536 y una magnitud de 54 bits
• Los caracteres alfaméricos son de 6 bits BCD, empaquetados de seis a una palabra.

Formato de instrucción

El formato de instrucción básico es un prefijo de tres bits, un decremento de quince bits, una etiqueta de tres bits y dirección. El campo de prefijo especifica la clase de instrucción. El campo de decremento a menudo contiene un operando inmediato para modificar los resultados de la operación, o se usa para definir aún más el tipo de instrucción. Los tres bits de la etiqueta especifican tres (siete en el 7094) registros de índice, cuyo contenido se resta de la dirección para producir un domicilio efectivo. El campo de dirección contiene una dirección o un operando inmediato.

Registros

Módulo lógico tubo vacío de una computadora IBM de 700 series

Transistorized IBM Tarjeta de sistema modular estándar (SMS) utilizada en la serie 7000

Los registros del procesador consistían en:

• AC - Acumulador de 38 bits
• MQ – 36-bit Multiplier-Quotient
• XR – Registros de índice de 15 bits (tres o siete)
• SI – Indicador de sensor de 36 bits

Los registros del acumulador (y del cociente multiplicador) funcionan en formato de signo/magnitud.

Los registros de índice funcionan con el formato de complemento a dos y, cuando se usan para modificar una dirección de instrucción, se restan de la dirección en la instrucción. En máquinas con tres registros de índice, si la etiqueta tiene dos o tres bits establecidos (es decir, varios registros seleccionados), sus valores se unen con OR antes de restarlos. El IBM 7094, con siete registros de índice, tiene una "compatibilidad" mode para permitir que los programas de máquinas anteriores que usaron este truco continúen usándose.

Los indicadores de sentido permiten la interacción con el operador a través de los interruptores y las luces del panel.

Memoria

• 704: 4.096 o 8.192 o 32.768 – palabras binarias de 36 bits con caracteres de seis bits
• 709, 7090, 7094, 7094 II, 7040, 7044: 32,768 – 36 bits de palabras binarias con caracteres de seis bits

Input/output

La serie 709/7090 utiliza canales de sincronización de datos para entrada/salida de alta velocidad, como cinta y disco. Los DSC básicos de 7 bits, por ejemplo, 7607, ejecutan sus propios programas simples desde la memoria de la computadora que controla la transferencia de datos entre la memoria y los dispositivos de E/S; el más avanzado 7909 de 9 bits admite programas de canales más sofisticados. Debido a que el equipo de grabación de la unidad en el 709x era tan lento, la E/S de tarjetas perforadas y la impresión de alta velocidad a menudo se realizaban transfiriendo cintas magnéticas hacia y desde un IBM 1401 fuera de línea. Más tarde, los canales de datos se usaron para conectar un 7090 a un 7040 o un 7094 a un 7044 para formar el IBM 7094/7044 Direct Coupled System (DCS). En esa configuración, el 7044, que podía usar periféricos de la serie 1400 más rápidos, manejaba principalmente E/S.

Programa ensamblador FORTRAN

El programa de ensamblaje FORTRAN (FAP) es un ensamblador para 709, 7090 y 7094 bajo los sistemas operativos improvisados FMS (Fortran Monitor System) e IBSYS de IBM. Un ensamblador anterior fue SCAT (SHARE Compiler-Assembler-Translator). Bell Laboratories (BE-FAP) agregó macros a FAP, y el ensamblador final 7090/7094 fue IBMAP, bajo IBSYS/IBJOB.

Su pseudooperación BSS, utilizada para reservar memoria, es el origen del nombre común de la "sección BSS", todavía utilizada en muchos lenguajes ensambladores hoy en día para designar memoria reservada. rangos de direcciones de memoria del tipo que no tienen que guardarse en la imagen ejecutable.

Arquitectura comercial (702/705/7080)

IBM 702

IBM 7080

El IBM 702 y el IBM 705 son similares, y el 705 puede ejecutar muchos programas 702 sin modificaciones, pero no son completamente compatibles.

El IBM 7080 es una versión transistorizada del 705, con varias mejoras. Para compatibilidad con versiones anteriores, se puede ejecutar en modo 705 I, modo 705 II, modo 705 III o modo 7080 completo.

Formato de datos

Los datos se representan mediante una cadena de caracteres de longitud variable que termina en una marca de registro.

Formato de instrucción

Cinco caracteres: código de operación de un carácter y dirección de cuatro caracteres: OAAAA

Registros

• 702
  • dos acumuladores (A & B) – 512 caracteres
• 705
  • un acumulador – 256 caracteres
  • 14 unidades auxiliares de almacenamiento – 16 caracteres
  • una unidad auxiliar de almacenamiento – 32 caracteres
• 7080
  • un acumulador – 256 caracteres
  • 30 unidades auxiliares de almacenamiento – 512 caracteres
  • 32 unidades de almacenamiento de comunicación – 8 caracteres

Memoria

• 702
  • 2.000 a 10.000 caracteres en tubos Williams (en incrementos de 2.000 caracteres)
  • Tasa de ciclo de caracteres – 23 microsegundos
• 705 (modelos I, II o III)
  • 20.000 o 40.000 o 80.000 caracteres de memoria núcleo
  • Tasa de ciclo de caracteres – 17 microsegundos o 9,8 microsegundos
• 7080
  • 80,000 o 160.000 caracteres de memoria núcleo
  • Tasa de ciclo de caracteres – 2.18 microsegundos

Input/output

El 705 y el 7080 básico utilizan canales con una interfaz de 7 bits. El 7080 se puede equipar con 7908 canales de datos para conectar dispositivos más rápidos mediante una interfaz de 9 bits.

Arquitectura de la serie 1400 (7010)

Sistema IBM 7010: consola (en frente), discos y módulos de procesamiento (izquierda), almacenamiento de cinta, lector de tarjetas de perforación e impresora (derecha)

La arquitectura comercial 700/7000 inspiró la muy exitosa serie IBM 1400 de computadoras medianas para empresas. A su vez, IBM presentó más tarde una versión de mainframe del IBM 1410 llamada IBM 7010.

Formato de datos

• Los datos están representados por una cadena de caracteres de longitud variable terminada por una marca de palabras.

Formato de instrucción

• Longitud variable: 1, 2, 6, 7, 11, o 12 caracteres.

Registros

Quince campos de cinco caracteres en ubicaciones fijas con poca memoria se pueden tratar como registros de índice, cuyos valores se pueden agregar a la dirección especificada en una instrucción. Además, ciertos registros internos que hoy serían invisibles, como las direcciones de los personajes que se procesan actualmente, están expuestos al programador; en particular, el registro de direcciones B se usa a menudo para el enlace de subrutinas.

Memoria

• 100.000 caracteres

Arquitectura decimal (7070/7072/7074)

IBM 7074

El IBM 7070, IBM 7072 e IBM 7074 son máquinas decimales de longitud de palabra fija. Utilizan una palabra de diez dígitos como el IBM 650 más pequeño y antiguo, pero no son compatibles con el conjunto de instrucciones del 650.

Formato de datos

• Longitud de la palabra – 10 dígitos decimales más signo
• Codificación de dígitos – código de dos fuera de cinco
• Punto de flotación – opcional, con un exponente de dos dígitos
• Tres señales para cada palabra – Más, Menos y Alfa
  • Plus y Minus indican valores numéricos de 10 dígitos
  • Alpha indica cinco caracteres de texto codificados por pares de dígitos. 61 = A, 91 = 1.

Formato de instrucción

• Todas las instrucciones usan una palabra
• Opcode de dos dígitos (incluyendo sólo el signo, Plus o Minus)
• Registro de índices de dos dígitos
• Control de campo de dos dígitos – permite seleccionar conjuntos de dígitos, desplazando izquierda o derecha
• Dirección de cuatro dígitos

Registros

• Todos los registros usan una palabra y también pueden ser tratados como memoria.
• Acumuladores – tres (disfraces 9991, 9992 y 9993 – estándar; 99991, 99992, y 99993 – extendido 7074)
• Registro del programa – uno (dirección 9995 – estándar; 99995 – extendido 7074)
  • Dirigible desde la consola solamente. Almacena la instrucción actual.
• contador de instrucciones – uno (dirección 9999 – estándar; 99999 – extendido 7074)
  • Dirigible desde la consola solamente
• Registros de índices – 99 (direcciónes 0001-0099)

Memoria

• 5000 a 9990 palabras (estándar)
• 15000 a 30000 palabras (extended 7074)
• Tiempo de acceso – 6 microsegundos (7070/7072), 4 microsegundos (7074)
• Añadir tiempo – 72 microsegundos (7070), 12 microsegundos (7072), 10 microsegundos (7074)

Input/output

El 707x utiliza canales con una interfaz de 7 bits. El 7070 y el 7074 se pueden equipar con canales de datos 7907 para conectar dispositivos más rápidos mediante una interfaz de 9 bits.

Cronología

El Servicio de Impuestos Internos de EE. UU. utilizó un IBM 7074 en 1962.

El sistema de adquisición de datos IBM 7700 no es miembro de la serie IBM 7000, a pesar de su número y fecha de anuncio del 2 de diciembre de 1963.

Rendimiento

Todas las máquinas de las series 700 y 7000 son anteriores a las herramientas de medición de rendimiento estándar, como los puntos de referencia Whetstone (1972), Dhrystone (1984), LINPACK (1979) o Livermore loops (1986).

En la siguiente tabla, las medidas de Gibson y Knight informan sobre la velocidad, donde los números más altos son mejores; la medición TRIDIA informa el tiempo, donde los números más bajos son mejores.