プロセッサーの感情的な歴史：IBM / 370

最初の部分は、 90年代半ばには、多くの異なるプロセッサを説明しました。これらのシステムは長い間プロセッサチップを使用していなかったため、IBMメインフレーム用のスペースはありませんでした。ただし、IBMメインフレームは他のコンピューターシステムと密接に関連しており、長い間、ほとんどすべての人が何らかの方法でガイドされたコンピューターテクノロジーの最良の例の1つです。ちなみに、ウィキペディアのようなHabrブログのフォーマットでは編集が可能で、コメントやその他の追加情報を考慮して、最初の部分のコンテンツを大幅に再設計することができました。



このパートでは、メインフレームのマシン言語を、70年代から90年代に普及した他のシステムと比較することに焦点を当てます。これらは主にx86、68k、VAX、およびARMです。システム390、特にZは非常に断片的であると見なされます。主な焦点はシステム370です。



最初の360システムは1965年に顧客に出荷され始め、より高度な370システムは1970年から出荷されました。IBMはこれらのシステムとのソフトウェア互換性を今日まで維持しています。驚いたことに、1990年以降に推測されるように、390システムが出荷される前は、メインフレームは24ビットアドレスで動作していました。つまり、1979年にリリースされた68000と同じように、16メガバイト以下のメモリをアドレス指定できました。65816または1982年にリリースされた32016。VAXはネイティブに32ビットアドレス指定をサポートしていました。 1980年代半ばに登場した人気の68020または80386プロセッサも、32ビットアドレスをサポートしていました。実際、80年代後半の最高のシステム用の16MBのメモリはすでに十分ではありませんでした。ただし、1983年以来、IBMは、拡張機能として31桁のアドレスを使用できる370互換のコンピューターを製造してきました。これにより、より優れたコンピューターのメモリの問題が解消されました。異常かつ独自に、これらの拡張機能と390システムは、完全な32ビットアドレスではなく31ビットアドレスを使用していました。 2000年、IBMは64ビットのアドレス指定とデータを使用する最初のZシステムを発表しました。 Zシステムは2008年からプロセッサチップを使用しています。彼らは2007年以来、ZアーキテクチャをシングルチップでPOWERアーキテクチャと組み合わせようとしています。、しかしこれまでのところ失敗しています。これまでのところ、CISCとRISCを1つのチップに組み合わせることができたのはIntelだけです。1995年にPentiumProがこの種の最初のチップになりました。





IBM System / 370-145、テープドライブ2401とディスプレイの代わりにプリンター、1971年。テレビが20年以上大量生産されているにもかかわらず、この非常に高価なシステムにディスプレイがないのは驚くべきことかもしれません。



ちなみに、一部の当局は、最初のシリアルパーソナルコンピューターはIBMであると信じています。5100は、1975年から生産されており、ハードウェアエミュレータを介してシステム360命令を実行できます。改良版は、1980年代半ばまで生産されていました。ただし、Wang2200はかなり最初のものでした。価格（約10,000ドル）で、これらの最初のパーソナルコンピュータは明らかに家庭用ではありませんでした。





IBM 5100、APLバリアント



何十年にもわたってコンピューティングテクノロジーの開発の主な方向性を決定したIBMPCアーキテクチャの出現により、IBMは1983年に、当時最高のコンピューターテクノロジーのほぼすべてを1つのPC XT / 370製品に組み合わせようとしました：370システム、IBM PC XT、Motorola 68000このXT / 370は、通常のIBM XTのようにメインフレームを操作したり、メインフレームソフトウェアを直接実行したりするためのインテリジェント端末として使用できます。興味深いことに、XT / 370は、2つの68000を必要とする仮想メモリの使用のサポートを追加しました。1984年、PC ATの登場により、AT / 370「パーソナルメインフレーム」の改良バージョンがリリースされました。これは、メインフレームモードのXTの約2倍の速度でした。 / 370。そのようなシステムの歴史はそこで終わりませんでした。なぜなら、390のシステムに対応する90年代の同様の製品が生産されたからです。私の知る限り、これはZシステムでは行われていません。



IBMは、メインフレームにかなり珍しいビジネスモデルを使用しています。このモデルでは、コンピューターは販売されずにレンタルされます。このようなモデルの利点の1つは、機器の継続的なアップグレードが保証され、古い機器が対応するクラスの更新された機器に自動的に置き換えられることです。このモデルにも欠点があります。たとえば、コンピュータテクノロジーの歴史を研究する人々にとって特に目に見える不利な点は、使用済みのコンピュータはほとんどの場合廃棄されるため、どの美術館でも見つけることがほとんど不可能であるという事実です。LCMで



ライブIBM4361システムを見つけて驚いた！しかし、これは本物の鉄ではないかもしれないと信じる理由があります。何らかの理由で、美術館の訪問者はこのコンピューターにアクセスできません。また、どのモデルがそこに提示されているのかは明らかではなく、博物館の他のコンピューターが非常に正確に識別されているにもかかわらずです。 4361システムのうち、3つのモデル3、4、5が知られており、モデル3はモデル4と5よりも遅れて登場しました。しかし、博物館のシステムはモデル1として自己識別します。これはプロトタイプである可能性があります。しかし、博物館のスタッフは、身元確認の支援についての直接的な質問には答えませんでした。これは、他の、そしてしばしばかなり難しい質問に非常に迅速に答えるという事実にもかかわらずです。コードの実行のタイミングのいくつかの機能は、完全に確実ではありませんが、エミュレータがネットワークに接続されている可能性が最も高いと想定する根拠を提供します。博物館での夏には、covidに関連して、明らかにエミュレーターに切り替えました...ネットワーク経由で鉄のメインフレームに到達するチャンスはまだありますHNETですが、まだ成功していません。



しかし、それが何であれ、70年代半ばから高給の専門家が働いてきたのとほぼ同じ方法で、誰もがつながり、仕事を試みることができます。今日は信じられないほどの値段でした。たとえば、80年代半ばの1時間のコンピュータ時間は20ドル以上かかりましたが、それでもディスク容量に追加料金を支払う必要がありました。確かに、私たちはメインフレームの動作時間について話しているのであって、作業が行われていた端末について話しているのではありません。したがって、たとえば、1時間の実際の作業からテキストを編集する場合、支払いに5分もかかることはめったにありません。メインフレーム自体の価格も素晴らしかった。たとえば、Intelの従業員は、80年代の初めに、使用できるメインフレームが1つしか与えられなかったことを思い出します。その性能は10MIPSで、当時の価格は約2,000万ドルで、今日の3倍の重さでした。面白い、Intelは、より安価なVAXシステムよりもそのようなコンピューターを好んだ。今でもRaspberry Piは丸薬のサイズで、価格は数ドルで、1000MIPS以上を簡単に提供できます。ちなみに、Raspberry Piまたはほとんどすべての最新のコンピューターでは、IBM / 370エミュレーターを実行できます。これは、80年代または90年代のどのIBMシステムよりも大幅に高速に実行されます。ただし、エミュレーターを構成する必要があり、IBM / 370のすべての便利なプログラムが無料で利用できるわけではないため、メインフレームを回避するには、適切に調整されたシステムに無料でアクセスできることがよくあります。驚いたことに、そのようなアクセスプログラムであるターミナルエミュレータ3270は、携帯電話でも利用できます。ちなみに、HerculesエミュレーターでVM / CMSシステムをセットアップしてファイル転送を処理することができましたが、少なくとも1週間はかかりました。



Herculesエミュレーターは後でIBM / 390およびIBM / Zシステムをエミュレートできますが、ソフトウェアライセンスの問題のため、これを行うのははるかに困難です。そのような問題の例として、IBMがすでに公開されている本からエミュレーションセクションを削除することを主張した有名なケースを引用します！この本の最新の電子版では、このセクションは存在しません。印刷版でのみ、または無料ソフトウェア専用のサイトの別のファイルとして見つけることができます。事実、2000年代初頭以降の通常のPCでのエミュレーションは、はるかに高価なメインフレームでの実行よりも著しく高速になる可能性があります。したがって、IBMは、IBMから購入したハードウェアでのみ合法的に使用できるように、ソフトウェアライセンスを変更する必要がありました。もちろん、エミュレーターが最高のメインフレームよりも高速であると言っているわけではありません。それらは、著しく優れたパフォーマンス対コストの比率を示すだけです。



Zまたは390システムを操作する1つの方法は、それらのシステムのエミュレーターにLinuxをインストールすることです。 390およびZの場合、少なくともUbuntuおよびDebianディストリビューションが利用可能です。ここで注目に値するのは、Linuxの急速な開発は、主にIBMからの重要なサポートによるものです。特に、IBMは2001年にLinux開発に10億ドルを投資しました。



ここで、360と互換性のあるシステムの機械言語の機能について考えてみましょう。このようなシステムの基本的なアセンブラーは、BAL-基本アセンブリ言語と呼ばれます。驚いたことに、IBMについての噂が信じられるべきであるならば、アセンブラーはまだそこにある主要な実用的なプログラミング言語の1つです。



問題のメインフレームのアセンブラーには、後で登場する他のよく知られたアーキテクチャにはすでに存在していなかった多くの古風な機能があります。たとえば、BALニーモニックが引数のタイプを決定するという事実についてです。一例として、x86のアセンブラ命令を検討MOV EAX,EBXとMOV EAX,addressの両方を使用MOVのニーモニックを- 。 BALの場合、このような場合、コマンドでそれぞれ異なるニーモニックLRとLが使用されLR 0,1、L 0,address..。ただし、同様の異なるニーモニックでは、レジスタの命名に番号を使用できますが、通常、プログラミングの便宜のためにマクロパッケージで最初に定義されるのは、番号0、1、...ではなくマクロR0、R1、...です。もう1つの古風な点は、条件付きコンパイル構造でのラベルジャンプの使用ですが、私の謙虚な意見では、これはブロック構造よりも便利な場合があります。しかし、最も有名な古風なものは、シンボリック情報を処理するためのEBCDICエンコーディングの使用です。このコーディングでは、昨日でも奇妙なことに、英語のアルファベットの文字が連続してエンコードされていません。たとえば、文字Iのコードは201で、次のJは209です。このエンコーディングは、コンピューター以前の時代に生まれたパンチカードを操作するためのテクノロジーに基づいています。 System 360はハードウェアでもASCIIをサポートしていますが、古くて忘れられていたバージョンでは、ここで、数字0の文字のコードは80であり、現在の48ではありません。私の知る限り、IBMメインフレームを使用したASCIIは、使用しようとさえしないのが最善でした。 ASCIIサポートは370システムですでに削除されましたが、390システムで新しいレベルに導入されました。一部のBALニーモニックは、その超短さと非ネモニシティでさえも際立っています。たとえば、NはAND、O-OR、X-XOR、A-ADD、S-SUBTRACT、M-を意味します。かける、 ...



BALアセンブラを使用すると、2進数、10進数、実数の3つの基本的なデータタイプを操作できます。 390システムは、実数を処理するために別の特殊なタイプを使用します。一部のZシステムでは、10進数の実数などの完全に一意のデータを使用することもできます。各タイプを操作するための指示は、特別でかなり分離されたクラスの指示を形成します。一般に、ごくわずかな例外を除いて、すべての360互換システムは10進および実数の算術命令をサポートします。ご存知のように、x86または68kアーキテクチャの場合、実数の操作のサポートはすぐには表示されず、長い間オプションのオプションでした。10進数の操作は、バイナリ演算とは完全に別のものではなく、むしろ拡張でした。



実数と2進数を操作する場合は、異なるレジスタセットが使用され、10進数を操作する場合は、レジスタはまったく使用されません。システム370は、バイナリ整数用に16個の汎用32ビットレジスタを提供し、プログラムカウンタはプロセッサステータスワードの一部です。個別のスタックはなく、任意のレジスタを使用して編成できます。これは、スタックでの作業がその後ARMで実装された方法です。サブルーチン呼び出しも、ARMの場合と同様に、リンクレジスタを介して実行されます。ほとんどの場合、すべてのレジスタは交換可能ですが、例外は非常にまれです。バイナリレジスタシステムのBALを競合するVAXアーキテクチャと比較すると、VAXのレジスタが1つ少ないことがわかります。これはARMにも当てはまります。



命令のオペランドの構造は、x86アセンブラーを知っている人にはかなりなじみがあるように思われます。バイナリ番号の場合、オペランドはレジスタレジスタまたはレジスタメモリ構造を持ち、後者の場合、32ビットと16ビットの両方の符号付き拡張可能値をメモリからロードできます。例えば、x86命令の類似体でADD EAX,EBXあろうAR 0,1、ADD EAX,address- A 0,address、ADD EAX,address[EBX]- A 0,address(1)、ADD EAX,address[EBX][EDX]- A 0,address(1,3)。ただし、360システムとその後の開発でさえ、スケーリングの操作方法を認識していません。たとえば、ADD EAX,address[8*EBX]1つのコマンドでBALに書き込むことはできません。一方、x86は、BALコマンドなどの16ビットの署名付き拡張機能を操作する方法を認識していません。AH 0,address、これは、メモリから16ビットの符号付き番号を取得し、それをレジスタ0の内容に追加することを意味します。x86では、実装するために2つの命令が必要です。



BALのまれな機能は、符号付き番号と符号なし番号の加算と減算に別々の命令があり、BALの符号なし操作はブール値と呼ばれることです。この奇妙な点は、他のほとんどのアーキテクチャでよく知られている360アーキテクチャにフラグがないことが原因です。代わりに、2つのビットのみが使用されます。これらは、異なる命令によって異なる方法で設定されます。符号付き操作と符号なし操作の唯一の違いは、2つの属性ビットの設定が異なることです。それらの署名された操作の場合、結果がゼロであったかどうか、正か負か、オーバーフローが発生したかどうか、署名されていない操作の場合、結果がゼロかどうか、転送またはローンが発生したかどうかを確認できます。条件付き分岐命令では、2ビットで可能なケースの16のサブセットすべてが可能です。今日の操作標識を使用したこの異常な作業のため、条件付き分岐命令をすばやく理解することは困難です。 BAL拡張機能は通常、条件付きジャンプ用に非常に読みやすいマクロを追加しますが、4ビットのそれぞれを解析する必要はありません。ここでは、公平を期すために、たとえば、フラグがまったくないMIPSアーキテクチャでは、符号付きと符号なしの加算と減算に別々のコマンドがあることがわかります。たとえば、フラグがまったくないMIPSアーキテクチャでは！たとえば、フラグがまったくないMIPSアーキテクチャでは！



もう1つのまれな機能は、符号付きと符号なしの比較のための別々のコマンドにあります。 MIPSだけでなくMicroBlazeでも同様の人に会いました。後者では、ちなみに、転送は操作フラグの唯一のサポートされているフラグです。



IBM 360と互換性のあるシステムでは、キャリーフラグを使用した算術演算がないため、たとえば128ビットの数値などのバイナリ番号を処理する必要がある場合は、最初の32ビット演算を実行した後にキャリー記号をチェックして加算または減算を整理する必要があります。必要に応じて移行します。もちろん、これはx86、ARM、68k、さらには6502と比較して非常に面倒ですが、はるかに後のMIPSではさらに面倒です。転送の通常の作業は、Zシステムでのみ行われました。



BALには周期的なシフトはありませんが、x86の場合のように、非周期的なシフトはシングルまたはダブルのいずれかになります。ただし、BALには、符号なし番号と符号付き番号に対して別々のシフト命令があり、後者のみがフラグフラグを設定します。明らかに、両方の場合の左シフトの結果はフラグのみが異なります。スピンは390システムにのみ追加されました。



BALにレジスタをロードするためのコマンドの中には、おそらく一意のコマンドがあります。整数のモジュール、このモジュールの否定、または符号が変更された数値をロードできます。これは、ARMアーキテクチャでのみ遭遇したリモートで類似したものです。ここで、360のアーキテクチャ全体が算術に署名する傾向があり、このアーキテクチャの符号なし算術はかなり二次的であることに注意してください。当初、BALには符号なしの除算と乗算がなく、システム390にのみ追加されました。レジスタがロードされると、フラグはx86と同様に変更されませんが、フラグを設定する特別なブートコマンドがあります。これは、フラグを設定できるARMを思い出させます。統治する。



シフトを含むすべての符号付き算術演算は、オーバーフロー例外をスローする可能性があります。例外がスローされるかどうかは、ステータスレジスタの特別なマスクフラグによって決定されます。興味深いことに、BALでのバイナリ分割と乗算はフラグにまったく影響しません。ここで、分割がフラグを台無しにするだけのx86を思い出すことができます。



BALのビット単位の論理演算は、通常のAND、OR、排他的ORのセットで表されます。つまり、個別の否定演算はありません。論理演算は、レジスタレジスタまたはレジスタメモリ構造だけでなく、「メモリ定数」または「メモリメモリ」も持つことができます。後者のアドレス指定方法は、10進数に使用される方法と似ています。 「memory-constant」タイプのアドレス指定は、バイトを操作する場合にのみ可能です。明らかに、論理演算では、算術とは異なり、16ビットの数値を使用することは不可能です。メモリ間アドレス指定の場合、最大256バイトのデータを処理できます。論理演算を処理するための3つのデータタイプがあります：バイト、32ビットワード、バイトのシーケンス-そしてこのタイプのそれぞれのための特別な命令、それはかなり普遍的ではありません。



BALの論理演算は、バイトを転送するための演算に隣接しています。 1つのコマンドで最大256バイトを転送する通常の転送に加えて、4バイトのバイトを転送するための独自の命令もあります。送信できるのはバイトの上半分または下半分のみで、残りの半分はコピー中にその値を保持します。このような奇妙な操作は、文字および10進情報を操作するときにBAL機能をサポートするために必要です。一度に最大1600万バイトを超える370システムの転送および比較命令もあり、中断される可能性があります。驚いたことに、最大256バイトのブロックを処理するための低速コマンドも中断できません。これにより、中断要求に応答して不快な遅延が発生する可能性があります。転送コマンドを使用して、指定したバイトでメモリを埋めることもできます。メモリからメモリへの転送に加えて、個々のバイトを特定の値に設定することもできます。明らかに、390とZの新しい命令を除いて、バイトを転送するための命令は、x86ではより高度です。



レジスタには、x86または68kのLEAコマンドのように、指定されたアドレスの値だけでなく、アドレス自体もロードできます。この機能を使用すると、必要な定数をレジスタに直接ロードすることもできますが、最大値は4095を超えることはできません。また、レジスタを4095までインクリメントすることもできます。ただし、レジスタのデクリメントは1までしか実行できません。インクリメントとデクリメントの両方-これらはアドレスコマンドであるため、フラグは変更されません。メモリ内のワードから個々のバイト、さらにはバイトのグループをレジスタにロードできます。たとえば、最初と3番目のバイトのみです。これは、一連の4つのコマンドを介してのみ私が知っている他のすべての32ビットアーキテクチャで可能です。同様に、BALでは、レジスタの一部のみをメモリにダンプできます。



BALシリーズの命令は非常に特殊化されています。他のアーキテクチャでは、これらは一連のより単純な命令によって実装されます。たとえば、TR命令を使用すると、文字列を変換できます。一方の引数は変換する文字列を指定し、もう一方の引数は変換テーブルのアドレスを指定します。この命令の特別な変形であるTRTを使用して、特定の文字列をスキャンし、空の文字をスキップできます。これは、標準のC strpos呼び出しの機能です。EDおよびEDMK命令は完全に一意であり、プリミティブsprintfの機能を備えています。ただし、ほとんどすべての文字列操作では、文字列の最大長が255バイト以下に制限されているため、電力が大幅に削減されます。



BALでは、ローテーションまたはSWAPタイプのコマンドがないため、16ビットの符号なしの値を操作することは困難です。 390システムでは、この問題は改善されました。一部のBAL命令は廃止されました。たとえば、MVOニブルシフト命令は、より便利なSRPに置き換えられました。ブロック転送と比較には、新しい命令を使用することをお勧めしますが、アドレス指定の方法が異なるため、まれに最適ではない場合があります。



4つの基本的なBALアドレッシングモードの例はすでにあります。 3アドレスコマンド用の5番目のものもあります。 VAX、68k、PDP-11、さらには6809自動インクリメントまたはデクリメントモードなどのモードは、BALでは使用できません。 VAX、68020、PDP-11のようなDIMMモードもありません。そしてもちろん、BALは、VAXやPDP-11アセンブラーとは異なり、完全に非直交です。 BALは、最も成功している最新のアーキテクチャであるx86およびARMアセンブラに最も近いものです。 BALの右から左へのオペランドの順序は、x86用のIntelアセンブラーまたはARMアセンブラーと同じであるため、VAX、PDP-11、または68kとは異なります。 BALのデータのバイト順序はメジャーからマイナー（MSB）であり、x86、ARM、またはVAXとは異なりますが、68kまたはMIPSで受け入れられるものに対応します。



10進数を使用した操作は、メモリ間のアドレス指定によってのみBALに実装されます。 10進数は、最大16バイトのメモリチャンクで指定でき、最大31桁の数字を使用できます。これは、107ビットのバイナリ数の精度に対応します。したがって、バイナリ整数を使用する最新のプログラミングシステムだけが、ほぼ60年前の360システムよりも大きな値を処理できます！もちろん、バイナリ演算によって任意の大きな数値を実装することは可能ですが、何らかの理由で、最近まで、古代のシステム360よりも大きい数値をサポートする一般的なプログラミング言語はありませんでした。現在でも、x86の128ビット整数のサポートは、通常、GCCなどの非公式の拡張のみです。



BALの10進数は一意に表され、符号を格納する必要があります。VAX、x86、68kなどにはそのようなものはありません。さらに、符号は数値表現の最後のバイトに格納されます。 10進数の場合、BALは、加算、減算、乗算、さらには除算など、すべての基本操作を直接サポートしています。これは、私が知っている他のアーキテクチャにも見られません。さらに、BALは、10進数をコピー、比較、およびシフトするための命令も提供します。前述のMVOおよびSRP命令は、まさにそのようなシフトのために設計されています。操作はパックされた10進数でのみ実行できますが、それらを印刷するには、それらをアンパックする必要があります。また、BALでアンパックされた数字を表すには、記号も必要です。この場合、記号は上部のテトラッドに配置されるため、スペースを取りません。これには特別な作業が必要です。印刷前のノートブック。ボックス化とボックス化解除の操作が、解凍された10進数の16バイト以下でしか機能しないため、15ビットの数値しか使用できないのは不思議です。この不快な問題は、EDまたはEDMKを使用して命令をアンパックすることで解決できますが、大量のアンパックされた番号をパックするには、それほど単純ではない一連の命令を実行する必要があります。この問題に対処するために、390のシステムに新しい手順が追加されました。不思議なことに、パックとアンパックの命令は、10進データだけでなく、任意のバイナリデータで機能します。この不快な問題は、EDまたはEDMKを使用して命令をアンパックすることで解決できますが、大量のアンパックされた番号をパックするには、それほど単純ではない一連の命令を実行する必要があります。この問題に対処するために、390のシステムに新しい手順が追加されました。不思議なことに、パックとアンパックの命令は、10進データだけでなく、任意のバイナリデータで機能します。この不快な問題は、EDまたはEDMKを使用して命令をアンパックすることで解決できますが、大量のアンパックされた番号をパックするには、それほど単純ではない一連の命令を実行する必要があります。この問題に対処するために、390のシステムに新しい手順が追加されました。不思議なことに、パックとアンパックの命令は、10進数だけでなく、任意のバイナリデータで機能します。



BALには、2進数をパック10進数に、またはその逆に一度に変換できる特別な独自の命令があります。これらの命令の10進数には、常に8バイト、つまり15桁と符号が割り当てられます。ただし、32ビットレジスタは9桁の10進数に対応する符号付きの数値を表すのに十分であるため、正しいBAL形式のすべての10進数を1つのコマンドでバイナリに変換できるわけではありません。 Zシステムの場合、そのような変換に関する拡張命令があります。



BALのジャンプ命令は、原則としてペアになっているという点で異なります。ジャンプアドレスは、明示的にもレジスタの内容によっても設定できます。他の多くのアーキテクチャでは、レジスタの内容に沿ったジャンプは無条件のジャンプ専用です。ちなみに、BALには無条件のジャンプはなく、ARMアーキテクチャと同様に、常に真の条件を設定することで実装されます。前述のように、BALの条件付き分岐には固有の構文があります。たとえば、命令を考えてみましょうBT 9,address、これは、条件0と3が満たされた場合にジャンプすることを意味しますが、異なるコマンドの後の条件は異なることを意味します。たとえば、符号付き加算後、これらの条件は「結果が0またはオーバーフローが発生した」ことを意味し、符号なし加算後は「結果が0でキャリーがなかったか、結果が0ではなくキャリーがあった」ことを意味します。煩雑さとある程度の冗長性にもかかわらず、遷移の条件を処理するためのそのようなシステムは、おそらく知られているすべての中で最も柔軟であることを認めざるを得ません。例のコマンドの9は、バイナリ表現1001で使用されます。つまり、ビット番号を設定します。システム自体は、条件のすべての組み合わせを4ビットでエンコードします。ARMでも使用されます。 BALの条件付きジャンプに加えて、デクリメント付きのカウンタージャンプがあります。これは、アセンブラーZ80、x86、68k、PDP-11とほぼ同じです。しかし、BALには、ジャンプに関する2つの完全に固有の命令もあります。これは、レジスターオペランドの1つの数に応じて、3アドレスまたは4アドレスになります。これらの固有のコマンドでは、2つのレジスタが加算され、結果の合計が別のレジスタの内容と比較されます。この比較の結果は、ジャンプするかどうかを決定することです。このような異常な指示は、ジャンプテーブルの操作に役立つと考えられています。



すでに述べたように、BALでのサブルーチンの呼び出しは、スタックを使用せずに、リターンアドレスをレジスタに格納するだけで実装されます。ただし、そのような呼び出しのBAL命令（そのうちの1つはBALとも呼ばれます）は、戻りアドレスだけでなく、ステータスレジスタの一部、特に条件フラグ、現在の命令の長さ、さらにはオプションの例外（整数や10進数など）のマスクも保持します。オーバーフロー-これはすでに上で述べました。このような異常な情報の拡張ストレージは、メインフレームアーキテクチャの命令カウンタがマシンステータスワードの上部であり、サブルーチンを呼び出すための命令がその上部を機械的に保持するという事実によるものです。サブルーチンから戻るための特別なコマンドはありません。通常のレジスタ内のアドレスへのジャンプを使用する必要があります。390システムでは、31ビットアーキテクチャへの移行に関連して、サブルーチンを呼び出したり、サブルーチンから戻ったりするための新しい命令が登場しました。新しい命令により、1つのプログラムでさまざまなモードで実行されるコードを柔軟に使用できるようになります。



単一コマンドのサブルーチンをすばやく呼び出すために、BALには、指定されたアドレスで命令を実行して次の命令に進む一意のEX命令があります。 EX命令は、呼び出された命令を変更できます。これにより、呼び出された命令で任意のレジスタを使用したり、バイトの一括転送のパラメータを設定したりできます。同様の命令ですが、より単純ですが、TMS9900コマンドシステムにもあります。



当初、BALには、Z80やx86のような相対的で再配置可能な遷移がありませんでした。それらは390システムにのみ追加されました。



コマンドSPM、TM、TS、STCK、およびSTPTもやや珍しいものです。それらの最初のものは、1つのコマンドがすべての操作フラグとオプションの例外マスクを設定することを可能にします。 TMコマンドを使用すると、ビットのグループをチェックして、すべて0、すべて1、0と1の混合の3つのケースを識別できます。このチェックは、他のアーキテクチャの1つのコマンドでは実行できません。ただし、TMはメモリ内の個々のバイトでのみ機能します。 TSは、複数のプロセッサを操作するときに使用されます。68kにも同様のコマンドがあります。 STCK命令は外部（！）タイマーの値を読み取り、STPT命令はプロセッサー回路に組み込まれている内部タイマーの値を読み取ります。奇妙ですが、STPTには特権がありますが、STCKには特権がありません。



マルチプロセッシング作業をサポートするように設計されたCSおよびCDS命令についても言及する価値があります。これらは370システムに実装されました。つまり、70年代初頭から利用可能になっています。 x86では、CSのアナログであるCMPXCHG命令は、1987年までに実装され、CDSのアナログであるCMPXCHG8B命令は、1994年にのみ実装されました。



370のシステムから、STIDPシステムの自己識別コマンドが導入されました。これは特権があり、あまり有益ではありません。 x86の場合、このコマンドははるかに強力になりました。また、LCMのIBM 4361では、すべてのユーザーがSTIDPを実行できることに注意してください。これは明らかに例外によってトリガーされるエミュレーションです。



4つのアドレス指定可能なBALモードは、命令に2つのオペランドを指定し、5番目のモードは3つのアドレスコマンドを指定します。ただし、一部の情報を無視するとユニキャストコマンドを使用でき、暗黙的な情報を使用すると4アドレスコマンドを使用できます。アドレス指定で使用する場合、レジスタ0には特別な役割があります。ここでは単に無視されます。これにより、アドレスを計算するときにベースとインデックスを無視できます。すべてのBAL命令は、厳密に2、4、または6バイトです。 68000またはPDP-11のように見えますが、x86、VAX、またはARMではありません。



390システムにさらにいくつかのアドレス指定モードが追加され、その数は18になりました。命令の数も大幅に増加しました。新しい命令の中には、Unicodeでの作業をサポートするものもあります。これは、x86ではまだ使用できません。 390システムの新しい命令の中には、他にもユニークなものがあります。さらにいくつかのアドレス指定モードがZシステムに追加され、最新のZのコマンドの総数は非常に多く、おそらく最新のx86-64のコマンドの数よりもさらに多くなります。



システム360、370、および390では、ARMの場合と同様に、メモリ内のデータにアクセスするときのオフセットは12ビット、つまり4095以下であり、あまり便利ではありません。大きなコードでは、ベースのレジスタが不足している可能性があります。 x86では、このオフセットは16ビットであり、もちろん、はるかに便利です。しかし、Zシステムは20ビットオフセットアドレッシングのサポートを追加しました。これはもちろんさらに優れています。ただし、x86-64または68020では、オフセットが32ビットになる可能性があることに注意してください。前述のように、ARMのような390より前のシステムには、レジスタを操作するときに大きな定数を使用する機能がありませんでした。 x86アーキテクチャは、ここでははるかに柔軟です。したがって、360または370システムでアセンブラを使用する場合、多くの場合、文字、疑似定数を使用する必要がありましたが、これはやや低速です。



パフォーマンスに関しては、IBM / 360と互換性のあるシステムには常に優れた指標があります。特にプロジェクトでの4361-1での私の実験シャッターアルゴリズムによる数πの計算は、非常に良いタイミングを示しました。 4361-1命令は、ARMやその他の最新のプロセッサのように実質的に遅延なしで実行されます。しかし、60年代から受け継がれたやや扱いにくい命令システム、特に16ビットの分周器による分周がないため、プロセッサ電子機器の効率の結果は80186のレベルであることが判明しました。これは結果よりも約80％悪いです。当時最高のVAXコンピューターであるモデル785によって示されています。ただし、LCMのメインフレームは、当時利用可能なIBMメインフレームの中で明らかに最高ではありません。ここで、メインフレームがチャネルを使用していることにも注意してください。これは、I / Oを非常に高速にし、ほとんどの最新のコンピューターよりもはるかに高速な専用プロセッサーです。



学生の頃、1987年にバッチモードで、1989年に対話を通じて、IBM / 370の国内クローンであるEC-1045を使用していました。バッチモードの場合、パンチカードを用意する必要がありました。当時、私はすでに家庭用コンピュータを使用していたため、古風なパンチカードを使用しても最高の印象は残りませんでした。しかし、インタラクティブモードは悪くはなく、多くのユーザーがいて、しばしば壊れただけでした。そのため、午前4時までに出勤する生徒もいました！それ以来、メインフレームを扱うことはできなくなりました。つい最近、私はエミュレーションを通じてコン​​ピューターの歴史のためのこの画期的なテクノロジーを扱うことにしました。



IBM360のクローニングは非常に人気がありました。クローンはイギリス、ドイツ、日本、そしてアメリカの他の会社で作られました。 USSRでは、このクローニングは非常に劇的な意味合いを帯びていました。このクローニングのために、ITの分野におけるほとんどすべての国内開発が折りたたまれ、そのいくつかは非常に有望でした。特に、ウラルコンピューターの話題は締めくくられ、有名なコンピューター科学者のチャールズ・シモニーが温かく語った。以前のBESM-6クラスのマシンは速度の点でIBM360に匹敵しましたが、BESM-10プロジェクトも終了しました。また、このクローニングのために、ICLとのほぼ締結された契約が阻止されました。おそらくこの契約により、英国のIT業界は新しい原動力を獲得し、衰退することはなかったでしょう。スーパーコンピューターのみElbrusは、おそらく防衛産業との関係のために、Dijkstraが冷戦で最大の米国の勝利と呼んだ「クローン侵略」を生き延びました。



USSRでメインフレームを使用していた人々が思い出すように、国内のクローンは信頼性が非常に低く、サービス担当者からの絶え間ない注意が必要でした。元のアメリカのIBMメインフレームは、当時最も信頼性の高いコンピューターの一部でした。ソビエトのクローンでは、時には十数キログラム以上（通常は5キログラム以上）の貴金属、金、プラチナ、パラジウム、銀が置かれましたが、これは状況を確実に修正するのに役立ちませんでした。非常に流動性の高い値が多数あるため、稼働中の国内クローンがどこかで生き残ることができるとは想像しがたいです。



興味深いことに、IBM 360の主な開発者はIBMを離れ、Amdahlを設立しました。Amdahlは20年以上にわたり、IBMメインフレームと互換性のあるシステムの製造を専門としており、同時に速度と信頼性が低価格でいくらか優れています。その結果、メインフレーム市場の大きな変化により、アムダールはICLと同様に、日本企業の富士通の一部となりました。



IBM / 360アーキテクチャのコンピュータに加えて、他のメインフレームがありました。 60年代、アメリカのメインフレームメーカーは、非公式に白雪姫と七人の小人という名を冠しました。白雪姫がIBMだったと推測するのはおそらく簡単です。オリジナルのアーキテクチャのメインフレームは、他の国でも生産されました。英国の建築ICL1900は特に言及する価値があります。



すでに書いたように、VM / CMS 6の動作構成をセットアップすることができました。しかし、XEDITエディターは無料で利用できず、単純なEDITはあまりにも特殊で不便であるため、ホストでテキストを編集する必要があります。また、ターミナルエミュレータからメインフレームに、またはその逆にファイルを転送するための標準プログラムが利用できないことが発見されました。そのため、このような転送には仮想パンチカードを使用する必要がありました。デバッグに関連して、もう1つの不快な驚きがありました。 DEBUGコマンドはステッピングをサポートしていません！そのような可能性は8080プロセッサのDDTデバッガーにも当てはまりましたが、それほど重要ではありませんが、DEBUGが分解の方法を知らないことも驚くべきことです。これは70年代のプロセッサの最も単純なモニターにも組み込まれていることがよくあります。長い行の折り返しと行末の制御文字は、CMSの低レベルではサポートされていません。したがって、アセンブリ言語プログラムから印刷する場合は、画面の右端を超えて行が消えないように手動で行をフォーマットし、最後の行を終了スペースで埋める必要があります。また、自動垂直スクロールがないことも珍しいことです。



初めてメインフレームを操作したい人は、メインフレームが巨大なエコシステムであり、多くの馴染みのある概念が異なる解釈を持つ可能性があることを覚えておく必要があります。たとえば、ファイルの単純な概念はありません。ファイルの重要な属性の1つはレコードサイズであり、LinuxまたはMicrosoftWindowsファイルにはこのようなものはありません。ファイル自体はそれらにアクセスする方法が異なり、これについて書かれた、そしておそらくは薄い本はありません。また、CMSでは、ディスク名が完全なファイル名の最後に書き込まれ、名前、拡張子、ディスクがスペースで区切られ、ディスク名自体が何らかの理由でファイルモードと呼ばれることも珍しいことです。また、USSRで私が知っている限り、マルチタスクMVSを整理したいと思います。



一般に、非常に高価なコンピューターで使用されていた有名なオペレーティングシステムの中には、ファイルディレクトリの操作をサポートしていないものがあります。これは、CP / MやCommodoreDOSなどのマイクロコンピューター用の最初の基本的なオペレーティングシステムと同等です。 CMSがメインフレームのCP / Mと呼ばれることもあったのは偶然ではありません。驚いたことに、私が知る限り、システムの最後のリリースは2018年にさかのぼりますが、CMSでのディレクトリのサポートは導入されませんでした。何らかの理由で、高価なコンピューターのディレクトリでの作業は、80年代以前はサポートが不十分でした。たとえば、DEC RT-11にはそのようなサポートはなく、PDP-11に最適なOSの1つであるRSX-11もありませんでした。、サポートされているのは2レベルのディレクトリのみです。 2000年代まで最も人気のあったIBMOSはMVS（1974）であり、ここでも、Apple MFS（1984）のように、カタログは部分的にしか作成されていませんでした。 Unix（1973）、MS-DOS（1983以降）、さらには8ビットのApple ProDOS（1983）でも、これは最初から問題ありませんでした。最も高度なファイル処理はVAX / VMS（1977）で提供され、ディレクトリに加えて、ファイルのバージョン管理のサポートも組み込まれています。



興味深いことに、CMS、MVS、およびその他のIBMオペレーティングシステムのスクリプト言語であるREXXは、CommodoreAmigaのバッチファイル言語の短縮バージョンになりました。



メインフレームソフトウェアは通常2色です。カラー端末は比較的まれにしか使用されなかったため、カラープログラムはほとんどありません。動的なグラフィックを備えたプログラムもほとんどありません。画面を頻繁に更新すると、目立った不快なちらつきが発生します。



LCMのエミュレーターIBM4381、ターミナル3270-3で起動された動的デモ



結論として、IBMテクノロジーに対する賞賛を表明せざるを得ません。彼らは常に独自の独創性と高いレベルによって区別されてきました。特に、最新のシステムでも公開されている非常に質の高いドキュメントに注目したいと思います。 IBMは、世界最大の企業の1つであるにもかかわらず、技術開発において驚異的なダイナミズムを示しています。従業員数は、マイクロソフト、グーグル、インテルの合計とほぼ同じです！



メインフレームのテーマは巨大です。もちろん、私はそれが含むことができるもののほんの一部しか書くことができませんでした。説明と追加情報をいただければ幸いです。



この資料は英語でも入手できます。