IBM System/360 Модель 20

IBM System/360 Модель 20

IBM System/360 Model 20, справа IBM 1442 , слева — построчный принтер IBM 2203
Производитель	Международная корпорация бизнес-машин ( IBM )
Семейство продуктов	Система/360
Дата выпуска	Ноябрь 1964 г. ( 1964-11 )
Память	4–32 КБ Ядро

IBM System/360 Model 20 — самый маленький представитель семейства IBM System/360 , анонсированный в ноябре 1964 года. Model 20 поддерживает только подмножество набора инструкций System/360, с двоичными числами, ограниченными 16 битами, и без арифметики с плавающей точкой . ^[1] В последующие годы его бы классифицировали как 16-битный мини-компьютер , а не как мэйнфрейм , но термин «мини-компьютер» не был в ходу, и в любом случае IBM хотела подчеркнуть совместимость Model 20, а не ее отличия от остальной линейки System/360. Однако он имеет полный набор десятичных инструкций System/360, который позволяет выполнять сложение, вычитание, произведение и деление до 31 десятичного знака.

Разработанная IBM в Бёблингене , Германия, ^{[2] : стр.217–218, 352,} система была предназначена для обработки данных и в качестве замены для табулирующего оборудования . Несовместимый малый компьютер, IBM 1130, представленный в следующем году, был разработан для научных и инженерных вычислений.

Разработка Model 20 стала результатом перетягивания каната внутри IBM. Джон Ханстра хотел получить машину начального уровня, которая могла бы выполнять инструкции IBM 1401. Фред Брукс хотел, чтобы машина имела архитектуру System/360. Конечный результат был компромиссом, где преобладали соображения стоимости: система сдавалась в аренду менее чем за 2000 долларов в месяц (что эквивалентно 19 648 долларам в 2023 году), включая многофункциональную карточную машину и линейный принтер, по сравнению с примерно 3000 долларами (что эквивалентно 29 472 долларам в 2023 году) за сопоставимую систему 1401. ^{[2] : стр. 446}

Судя по количеству проданных систем, Model 20 была самой успешной моделью System/360. По словам Пью, «количество процессоров Model 20, установленных к концу 1970 года в Соединенных Штатах, превысило 7400». ^{[2] : стр. 639} Другие модели, однако, принесли больший доход. Несмотря на свою популярность, в 2020 году осталось относительно немного Model 20 в рабочем состоянии. ^[3]

Модель 20 была доступна с шестью размерами памяти: 4, 8, 12, 16, 24 и 32 КБ. Как и в других моделях System/360, память адресуется побайтно. ^{[1] : стр. 1} Она имеет восемь 16-битных регистров общего назначения, пронумерованных от R8 до R15, которые могут использоваться в вычислениях как базовые регистры . Вся память также напрямую адресуется с помощью функции, называемой прямой адресацией, которая объединяет двенадцатибитное смещение и младшие биты того, что обычно является полем базового регистра инструкции (R0-R7), для формирования объединенного пятнадцатибитного адреса. ^{[1] : стр. 4} Никакой защиты памяти не предусмотрено, за исключением нижних 144 байтов «защищенной области».

Набор инструкций представляет собой подмножество System/360, состоящее из 37 инструкций вместо 143, ^{[1] : стр. 7–25  [4] : стр. 384} с некоторыми несовместимыми инструкциями, такими как BASR (регистр перехода и сохранения) вместо BALR (регистр перехода и ссылки).

• Двоичная арифметика использует инструкции S/360 "полуслово" для работы с 16-битными величинами. Загрузка полуслова, сложение полуслова, вычитание полуслова, сравнение полуслова и сохранение полуслова были доступны вместе с добавлением регистра и вычитанием регистра,
• Десятичная арифметика включает в себя полный набор десятичных инструкций S/360 для операций с упакованными десятичными операндами длиной до 31 цифры плюс знак в памяти.
• Логические инструкции : Move Characters, Move with offset, Move Immediate, Move Numerics, Move Zones, Compare Logical Immediate, Compare Logical Characters, Edit, And immediately, Or immediately, Test under Mask и Translate. Одна особенно необычная логическая инструкция, отсутствующая в других моделях System/360, — это «Halt and Proceed» (HPR, код операции X'99'), которая останавливает ввод/вывод и останавливает процессор, отображая код оператору. Операцию можно перезапустить, нажав кнопку «start».
• Инструкции ветвления включают стандартный S/360 Branch on Condition. Вместо «Branch and Link» набор инструкций использует «Branch and Store» (BASR, X'0D' и BAS, X'4D'), который функционирует аналогично, за исключением того, что сохраняется 16-битный адрес ссылки. «Set PSW» (SPSW, X'B1'), который загружает 32-битное слово состояния программы (PSW), заменяет стандартный «Load PSW». Модель 20 не имеет концепции привилегированных инструкций или различия между состоянием супервизора и состоянием пользователя , поэтому SPSW доступен для пользовательских программ.
• Инструкции ввода/вывода уникальны для модели 20. Ввиду отсутствия каналов ввода/вывода все периферийные устройства напрямую контролируются процессором.
  • «Тест ввода-вывода и ветвления» (TIOB, X'9A'), который проверяет указанное устройство на наличие любой комбинации четырех аппаратно-зависимых условий.
  • «Управляющий ввод-вывод» (CIO, X'9B') выполняет операцию управления (не данные) на устройстве.
  • "Transfer I/O" (XIO, X'D0') выполняет операцию передачи данных на устройстве. XIO начинает передачу и указывает количество байтов для чтения или записи. Передача данных может быть опционально выполнена с помощью захвата цикла (в документации IBM это называется разделением времени ), то есть взятия циклов процессора из пользовательской программы по мере необходимости для выполнения операции.

Как и большинство других моделей System/360, Модель 20 является микропрограммируемой; она использует трансформаторную память постоянного хранения (TROS).

По состоянию на 1967 год поддерживались следующие периферийные устройства : ^{[1] : стр.36–110}

• Устройство магнитной ленты IBM 2415 с возможностью установки до 6 ленточных накопителей .
• Многофункциональная карточная машина IBM 2560.
• Устройство чтения/перфорации карт IBM 2520 или перфоратор карт.
• Магнитно-чернильный считыватель символов IBM 1419 .
• Дисковое хранилище IBM 2311 (модели 11 и 12).
• Перфоратор IBM 1442 Model 5.
• Линейный принтер IBM 2203.
• Линейный принтер IBM 1403 .
• Кардридер IBM 2501 .

Система также может иметь интегрированный адаптер связи. Доступны две версии адаптера: одна для синхронной передачи-приема (STR) и одна для двоичной синхронной связи (Bisync).

Модель 20 дискового хранилища использует дисковые накопители IBM 2311 , модель 11 или 12, подключенные к интегрированной «функции управления хранилищем» на ЦП. ^{[1] : стр. 58–76} Если подключено несколько накопителей, они должны быть одной и той же модели. Обе модели используют дисковый пакет 1316 , который обеспечивает максимум 203 цилиндра с 10 дорожками на цилиндр. Модель 11 использует все цилиндры, модель 12 использует только самые внешние 103. Каждая дорожка разделена на десять секторов по 270 байт каждый. Модель 11 имеет отформатированную емкость 5,4 миллиона байт, а модель 12 — 2,5 миллиона. ^[5]

Многофункциональная карточная машина IBM 2560 ( MFCM ) [ ^6] — это периферийное устройство, впервые предложенное в Model 20. Из-за проблем с надежностью, часто связанных с застреванием карт, аббревиатуру часто интерпретировали как отсылку ко многим менее благоприятным названиям.

2560 имеет два бункера, в которые можно помещать перфокарты. Карты во втором бункере могут содержать перфокарты для считывания или пустые карты для перфорации. Предлагались две модели:

• Модель A1: пять накопителей карт и дополнительный печатающий/интерпретирующий модуль с двумя, четырьмя или шестью печатающими головками. ^[7]
• Модель А2: четыре укладчика карт.

Поток карт: станция считывания, станция перфорации и на A2 станция печати, позволяющая печатать текст на картах. Затем карты поступали в один из накопителей после обработки. ^{[1] : 41–43} Это позволяет ему функционировать как считыватель карт и перфоратор карт . Поскольку программа может выдать инструкцию Write Card для печати на карте после считывания данных карты с помощью инструкции Read Primary Card или Read Secondary Card, он также может, под управлением программы, функционировать как интерпретатор и , поскольку программа может выдать инструкцию Primary Card Stacker Select или Secondary Card Stacker Select для выбора накопителя, в который должна быть помещена карта после считывания данных карты, он может функционировать как сортировщик карт . Это позволяет модели 20 заменить несколько отдельных единиц оборудования для обработки перфокарт.

В заявлении IBM говорилось, что 2560 обеспечивает «возможности обработки карт, которые ранее не были возможны за один проход через систему». ^{[8] [7] : 13  [9]} Поскольку все операции ввода-вывода выполняются процессором, система особенно подходит для управления устройствами, зависящими от времени, такими как 2560, где карта может быть считана, пробита, напечатана и отправлена ​​в указанный выходной накопитель с жесткими требованиями к времени, если необходимо поддерживать полную номинальную скорость.

Система программирования дисков (DPS) — это управляющая программа для модели 20 с объемом памяти не менее 12 КБ и одним дисководом. Компоненты DPS: ^[10]

• Начальный загрузчик программ (IPL).
• Небольшой резидентный монитор , который управляет вводом/выводом на диск, восстановлением после ошибок и переходом от задания к заданию, а также загружает программы для выполнения из библиотеки основных образов на диске.
• Программа управления заданиями, загружаемая монитором между заданиями, обрабатывает настройку заданий.
• Сервисные программы для управления библиотекой, обслуживания таблицы устройств ввода-вывода, редактирования связей , а также для загрузки и копирования системного диска, резервного копирования и восстановления других дисковых накопителей.

Функция Rollout/Rollin позволяет оператору компьютера прерывать запущенную пакетную программу, выполнять программу запроса, а затем перезапускать пакетное задание с того места, где оно было прервано.

Tape Programming Support (TPS) поддерживает системы с накопителями на магнитной ленте, но без дисководов. Минимальная конфигурация для TPS — 4096 байт основной памяти, устройство чтения карт, перфоратор карт, принтер и два накопителя на магнитной ленте. В таких системах TPS предоставляет ассемблер и служебные программы для работы с лентой. Дополнительные возможности предоставляются в системах с 8192 байтами основной памяти и еще больше с четырьмя или более накопителями на магнитной ленте. ^{[11] : 42–43}

Система программирования карт (CPS) представляет собой набор программ управления для компьютерной системы модели 20, имеющей только устройства ввода/вывода карт.

• Генератор программ отчетов (RPG) .
• Подмножество PL/I , только DPS. ^[12]
• Базовые версии ассемблера были доступны для CPS, TPS и DPS, включая макросы и процедуры обработки системы управления вводом/выводом (IOCS).

• Сортировка/Объединение .
• Программы для работы с дисками и лентами, такие как инициализация диска , инициализация ленты , очистка диска .

Компьютеры UNIVAC 9200 и 9300 были клонами Model 20.

Несмотря на то, что они были проданы или сданы в аренду в очень больших количествах для мэйнфреймовой системы своего времени, осталось лишь несколько компьютеров System/360 Model 20. Они в основном являются собственностью музеев или коллекционеров. Примеры существующих систем включают:

• Два процессора Model 20 вместе с многочисленными периферийными устройствами (составляющими по крайней мере одну полную систему), расположенные в Нюрнберге, Германия, были куплены на eBay в апреле/мае 2019 года за €3710 двумя британскими энтузиастами, которые в течение нескольких месяцев перевезли машину в Креслоу-парк в Бакингемшире , Великобритания. Система находилась в небольшом заброшенном здании, которое оставалось нетронутым в течение десятилетий, и, по-видимому, использовалась в этом здании, поскольку все периферийные устройства были по-прежнему полностью подключены и соединены между собой. ^[13] По состоянию на сентябрь 2024 года системы были перемещены на долгосрочной основе в Музей системных компьютеров в Хант-Вэлли, штат Мэриленд , США, для демонстрации и реставрации. ^[14]
• По состоянию на 2020 год ^{[обновлять]}процессор Model 20 вместе с некоторыми периферийными устройствами выставлен на всеобщее обозрение в Немецком музее в Мюнхене , Германия . ^[15]

Текущий список оставшихся процессоров System/360 можно найти на странице «Всемирный перечень оставшихся процессоров System/360».

• IBM Система/360
• Терминал удаленного ввода заданий IBM 2922 на базе модели 20

• Базовые приложения — System/360 Model 20 (E20-0098-0) «Целью данного руководства является описание IBM System/360, Model 20, и демонстрация того, как его можно использовать для обработки шести базовых приложений: выставление счетов, дебиторская задолженность, анализ продаж, управление запасами, кредиторская задолженность и расчет заработной платы».
• IBM System/360 Model 20 / Система программирования дисков / Программы дисковых утилит «Цель этого руководства — показать вам, как использовать и изменять программы дисковых утилит, описав операторы управления заданиями и утилитами, а также указав на различные дисковые операции, которые могут выполнять эти программы».
• Программы управления и обслуживания дисковой системы программирования IBM System/360 Model 20 «В данной публикации описываются назначение и функции программ управления и обслуживания дисковой системы программирования IBM System/360 Model 20 (DPS)».
• IBM System/360 Model 20 / Поддержка программирования карт / Базовый язык ассемблера «Данное справочное издание предоставляет программистам информацию, необходимую для написания программ на базовом языке ассемблера IBM System/360 Model 20».