商用处理器发展里程碑,人类登月不可或缺

CPU处理器,是整个计算机系统的核心,直接影响着整个机器系统的性能和架构,也根本上影响着基于硬件平台的软件生态系统。当今的平板电脑、安卓手机、iPhone、iPad、甚至是游戏机、智能设备等嵌入式系统,无不需要有一颗稳定而又高效的中央处理器来支撑。可以说,如果没有以前一代代处理器的发展变革,就不会有当今桌面、移动等不同市场的处理器发展。

       
近日,美国宇航局NASA关闭了其最后一台大型机,宣告了NASA大型机时代的终结。美国太空计划由于预算的减少而搁置,但是中国的登月计划正如火如荼的展开,实现登月不可或缺的是对于轨道的计算,必然少不了大型机的支持。美国阿波罗计划正是运用了大型机进行人类第一次登月计划中相关的复杂计算。

而作为处理器发展中最为值得关注的历史,当属上个各种“庞然大物”式的计算机的诞生,以及随后大型机和超级计算机的不断涌现。基于此,我们将在本文为大家盘点并介绍IT发展史上具有里程碑意义的商用处理器。

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在阿波罗登月计划中,NASA领用IBM
360大型机系统计算出了阿波罗11号的着陆地点范围。虽然关于大型机明日黄花的论调也由来已久,但真实情况确是大型机一直屹立不倒。2012年一月IBM发布了其大型机战略计划,大型机将会继续以高可靠性、高可用性和高服务性的特点应用在银行等机构中。

银河国际手机版最新,在大型机出现之前,IT业界已经出现了数百个服务器处理器。这些芯片驱动着我们整个大型计算机系统的运行,并且推动技术革新并最终促成微处理器的成型。为了让大家了解这段历史,我们将为大家介绍不为大多数人所知的经典处理器,以及它们所起的里程碑式的历史性作用。

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一、1941-1959首个大型机系统

IBM硬件主管罗德在回应大型机渐行渐远的说法时说道,NASA关闭最后一台大型机之所以被关注,原因在于最早的大型机应用系统之一正是帮助将人类运送到月球的制导系统。大型机曾经因为阿波罗登月计划而辉煌,美国宇航局在登月计划中应用了几台IBM早期的大型机系统。帮助其进行复杂的运算,例如轨道计算等等。

自从1945年出现首个现代可编程计算机——Konrad
Zuse设计世界上首个完备程控功能的图灵计算机Z3,计算机芯片就爆发式涌出。五年之后,出现了ENIAC(如图所示),该计算机采用了17468个真空管,7200个水晶二极管,1500个中转,70000个电阻器,10000个电容器,1500继电器。

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而在其他的领域,例如银行等企业,大型机依然发挥着重要作用。在科技飞速发展的今天,大型机缘何经历半个世纪依然不倒,它与小型机、x86服务器、甚至是超级计算机又有何分别。接下来就来揭开大型机的神秘面纱。

ENIAC

大型机与超级计算机的区别

UNIVAC——首个商业计算机,采用了主频为2.25MHz的处理器。1954年,贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机,取名“催迪克”(TRADIC

  光从名字而言,可能有网友会将大型机与超级计算机混为一谈。超级计算机(旧时又名巨型机),有极强的计算速度,通常用于科学与工程上的计算,这些计算的速度与内存性能大小有关,而大型机的运算任务主要受数据传输与转移、可靠性及并发处理性能所限制。

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    Computer),装有800个晶体管。1959年,IBM
    7090是早期晶体管计算机系统最有名的机器,它也被人称为首个大型机。它提供有32K(32768)的寻址空间,在当时的售价高达290万美元,相当于现在的2280万美元。

  大型机更倾向整数运算,如订单数据、银行业务数据等,超级计算机则是更强调浮点计算性能如天气预报,大型机在处理数据的同时需要读写或传输大量信息,如海量的交易信息、航班信息等等。

二、1964-1965:IBM System/360和M65MP

  大型主机和超级计算机的主要区别在于以下几个方面:

在1964年,IBM发布了其System/x
系列System/360。直到现在,该系列产品仍能够支持64位zSeries架构(2000年首次露面
)。System系列也包括于1970年推出的System/370和1990年推出的System/390。

  1.大型主机使用专用指令系统和操作系统,超级计算机使用通用处理器及UNIX或类UNIX操作系统(如linux)。

System/360的首个处理器是M65MP(Model
65)。该处理器采用16-32位通用寄存器,支持24位指令集。其最大性能为每秒
750000的加法运算。IBM System/370则采用了Model
155和165处理器,该处理器的计算周期为80-115 nanoseconds(nanosecond
为十亿分之一秒,代表执行一个指令所花费的时间。)

  2.大型主机长于非数值计算(数据处理),超级计算机长于数值计算(科学计算)。

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IBM大型机处理器4381

3.大型主机主要用于商业领域,如银行和电信,而超级计算机用于尖端科学领域,特别是国防领域。例如我国国防科大研制的天河1-A超级计算机系统。

370和303x、43xx、308x、3090和937x系列出现重大革新,直到邻近1988年,其处理速度发展到了68
nanoseconds,而且hia 包括了32MB的处理器存储空间。System
S/390引入了18种不同的ES/9000处理器——其中八种处理器采用水冷、支持6路多线程和高达1GB内存。该系列处理器发展到了2000年的zSeries系列。现在,IBM已经可以提供45nm制程工艺的z196旗舰级大型机处理器(该处理器拥有14亿个晶体管,主频高达5.2GHz)。

  4.大型主机大量使用冗余等技术确保其安全性及稳定性,所以内部结构通常有两套。而超级计算机使用大量处理器,通常由多个机柜组成。

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大型机、小型机、x86服务器的区别

  首先来讲x86服务器,与平常人们所接触的台式机笔记本类似,采用CISC架构处理器。随着英特尔至强处理器的性能不断提升,业内有种说法是x86服务器有抢占小型机市场的趋势。

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Intel推出至强7500系列处理器(例如Nehalem-EX),将至强平台的可靠性、可用性和可维护性(RAS)带到新的高度,此外将原本只为RISC架构专属的诸如机器校验架构(Machine
Check
Architecture,MCA)等特性的移植,也使至强7500平台在面向高端关键性业务应用时底气更足。至强7500的推出,是Intel志在关键应用市场一展身手的重要一步。

  虽然近年来x86服务器的出货量占整个服务器(包含x86服务器、小型机、大型机)领域的80%左右,但是其市场份额却只有50%。这主要是因为在重要的关键业务应用上,小型机向来都是首选。

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小型机,一种介于PC服务器和大型机之间的高性能计算机,一般认为,传统小型机是指采用RISC、MIPS等专用处理器,主要支持UNIX操作系统的封闭、专用的计算机系统,所以又称RISC服务器或Unix服务器。

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大型机,又名大型主机,使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件。故此,大型机不仅仅是一个硬件上的概念,更是一个硬件和专属软件的有机整体。大型机是上世纪六十年代发展起来的计算机系统。经过四十年的不断更新,其稳定性和安全性在所有计算机系统中是首屈一指的。

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大型机与小型机的区别并不是很明显,他们与x86服务的区别主要是在于RAS、I/O吞吐量以及ISA。

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大型机的特点优势

  现在的大型机的性能,并不能用单一的每秒并行浮点计算能力来体现,大型机相比于其他计算机系统,其主要特点在于其RAS(Reliability,
Availability, Serviceability
高可靠性、高可用性、高服务性)。对于一些企业,其关键业务往往需要不间断服务,亚马逊网站宕机一分钟的损失就超过5万美元。力求零宕机的大型机正好符合要求。

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RAS

  大型机一般都在系统内集成了高程度的冗余和错误检查技术,防止系统发生灾难性问题。每个处理器核心都有2个完全的执行通道来同时执行每一条指令。

  如果两天通道的计算结果不一致,CPU的状态就会复原。重新执行该条指令,结果还是不一致的话,一个空闲状态的CPU将会被激活替代当前的CPU。

  除了CPU,其它的元件例如记忆芯片、内存总线、I/O通道电源等等,都有相应的冗余设计。确保系统的高可靠性。高可用性。

  即使出错,许多组件的热拔插特性也能确保系统的高服务性,在系统运行的同时被更换。

  1990年,IBM还推出了Parallel
Sysplex(并行系统综合体),由多个大型机组成一个联合体,最多支持32个系统作为一个系统镜像运行。即使一个独立系统遭受了毁灭性损失,其工作将自动由剩下的系统重新开始。整个系统也不会受到太大影响,

  I/O吞吐量

  除了RAS外,大型机还是被设计用来处理大容量的I/O应用

  大型机的设计中包括一些辅助电脑来管理I/O吞吐量的通道,而让CPU解放出来只处理高速内存中的数据,每一个I/O通道都能同时处理许多I/O操作和控制上千个设备。利用大型机处理数据中心超大数据是十分常见的。

  GB级或是TB级的文件时普通的是。相比于普通的个人电脑,大型机经常是同时处理上千个数据流。并且能保证每一个数据流的高速运转。

  ISA
系统指令架构

  作为大型机市场的绝对霸主,IBM大型机的整体指令集保持了对应用程序的向后兼容。这样客户采用新的硬件就更为容易,只需换上新系统,而无需做额外的软件测试工作。

  大型机的投资回报率,像其它的计算机平台一样,取决于其规模,所支持的工作负载,减少人力资源,保证关键业务应用的不间断服务,和一些其它的风险因素。持续的对系统指令架构的支持对于保持大型机客户也是十分重要的一环。

  与云计算虚拟化技术的兼容

  大型机与当前的技术热点云计算虚拟化都联系十分紧密,所有大型机操作系统中都广泛而深入的采用了虚拟化技术,而云计算技术也是如此,有关人士说到,“云计算”的概念假定了在使用计算资源和软件的同时,不用去管它们从何而来。大部分大型机使用者将意识到,这和大型机系统建造的模型不谋而合。

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大型机市场现状

  大型机主要是在政府机构银行等企业的关键业务上应用,大数据处理例如人口统计,工业和顾客统计
企业资源规划,银行交易处理等等。大型机始于20世纪60年代,直到今天还有固定的市场。

  现在大型机市场主要是IBM
z系列产品。IBM大型机一直服务于领先企业的关键业务领域,全球财富500强企业中的有71%是IBM
System z的用户,全球企业级数据有80%驻留在IBM大型主机上。

  IBM占据了大型机市场的90%以上的市场份额,其它的还有:Unisys大型机,ClearPath大型机,早期基于Burroughs的产品,现在基于OS1100的大型机。

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 2002年,Hitachi与IBM合作制造了z800系列大型机,但是后来Hitachi独立制造大型机产品。惠普自己特有的NonStop大型机系统,是通过收购Tandem计算机公司得到的。

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Gtoupe
Bull的DPS、富士通的BS2000以及ICL
VME大型机在欧洲市场还能见到。富士通、Hitachi和NEC仍然占据日本大部分大型机市场份额。富士通主要的大型机产品为GS系列。

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IBM大型机发展历史

  提到大型机,就不得不提IBM大型机之父吉恩·阿姆达尔。被认为是有史以来最伟大的计算机设计师之一的阿姆达尔,缔造了IBM
S/360大型机的辉煌。使得IBM在50~60年代统治整个大型计算机工业,奠定了IBM计算机帝国的江山。

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1964年4月7日,在阿姆达尔的带领下,历时三年,耗费50亿美元,第一台IBM大型机SYSTEM/360(简称S/360)诞生。这项50亿美元的投资甚至超过了原子弹的研究资费,但最终被证实是一项启动创新商业运作的历史性变革。

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S/360以取一圈360度之意,即为满足每个用户的需要而设计。它可以让低端电脑连接大型主机,下传和下载程序或资料,将电子数据处理的“松散终端”连接起来。

  可以说,S360大型机的推出,IBM在大型机领域就没有竞争对手了,一直以来,IBM在大型机市场的占有率都在80%以上。

  在50年代末至70年代,就有一些公司就开始生产大型机。IBM凭借其的360系列大型机主宰了市场,占据了美国大型机行业的70%份额。以至于美国媒体将这些企业称为IBM和七个小矮人,七个小矮人则是指Burroughs、UNIVAC、NCR、Control
Data、Honeywell、通用电子和RCA七个公司。

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近半个世纪以来,IBM的大型机产品线已经从当初的S/360、S/370、S/390,发展到后来的z9、z10系列,现在最新的大型机已经是zEnterprise系列中的z196。

  1968年,System/360
85型引入了高速缓存存储器,使得可以比以前快12倍的速度提供高优先级的数据,并且为今天很多的计算技术中可见的同一种高速缓存存储器打下了基础。

  1972年,IBM
公布了VM虚拟化。今天,zVM帮助创建敏捷的主机,能够迅速有效地利用资源来响应动态需求。

  1976年,System/370
上的SAS软件帮助创造了新的竞争优势:商业智能。这一创新将原始数据转换成为可操作的智能,它能够帮助组织发展获利性更好的客户关系和供应商关系,并实现了更好、更准确的决策。

  1988年,IBM引入了Enterprise System/3090
600S 型。它是业界最强大的通用处理器,为客户提供了额外的 56%
处理能力并引导了新的10型号S系列高级大型计算机,这些计算机利用 IBM
的企业系统体系结构/370、多虚拟系统/ESA
和虚拟机/扩展体系结构操作系统和数据管理软件。

 

 

大型机发展历史

  1994年,IBM公布了System/390并行系统综合体产品,它包括了耦合器、S/390并行事务服务器、高速耦合链路以及软件功能增强。并行系统综合体设计用于提供应用的持续可用性、减少或消除计划的应用程序,并且能够扩展到实际上不受限的容量。

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1995年,互补金属氧化物半导体(CMOS)所支持的处理器引入到了大型机环境,为现代大型机技术设定了新的路径图。CMOS芯片需要的电力比只使用一种类型晶体管的芯片要少。

  1998年,IBM引入了System/390
第5代服务器。Turbo型号突破了1000个MIPS的障碍,使它成为世界上最强大的主机之一。

  1999年,IBM引入了System/390
第6代服务器。它是第一个使用IBM创新的铜芯片技术的企业服务器2000年IBM公布了IBM
eServer
z系列900,它是从头构建的第一个以电子商务作为其主要功能的IBM主机。z系列主机构建用于处理不可预测的电子商务需求,使得数千个服务器能够在同一个机箱中运作。IBM还向z/OS引入了新的64位操作系统。

  2003年,IBM公布了eServer
z系列990,它是世界上最复杂的服务器、eServer系列的新旗舰产品。它为动态地平衡关键应用提供了均衡的、高度安全的平台,并且是投入了4年时间和超过10亿美元所得到的成果。运行z/OS
1。4的z990上的每秒SSL交易量增加到11000。

  2004年,IBM公布了新的 IBM eServer
z系列890。eServer
z890有一些新的选择方案,用于帮助更好地管理软件成本和设计用于提供简化、响应能力更好的基础架构的创新技术。z890
保留了 System/360
包容每一位用户的每种需求这一传统,并为中型企业提供了64年4月7日,诞生了第一台IBM大型机(SYSTEM/360,简称S/360)。这项投资50亿美元的投资,被证实是一项启动创新商业运作的历史性变革。

  2006年,IBM向全球正式推出专门针对中端用户、具有突破意义的IBM
System z9 Business Class大型主机。此外,IBM还宣布增加System z9
Enterprise Class(IBM System z9
109)服务器新功能,以强化系统的业务灵活性。

  2008年,IBM宣布推出System
z10大型主机以帮助客户创建一个全新企业级数据中心。凭借新的设计,System
z10通过显著提升性能、降低用电与冷却成本,以及占地空间需求,从而大幅度提升数据中心的效率。同时,它提供了无与伦比的安全水平,并通过自动化管理和自动跟踪IT资源来响应不断变化的业务需求。

  IBM System
z10企业级服务器(z10 EC
柜式)专业为企业级业务需求设计的世界一流的企业级服务器。z10
EC为企业发展和大规模整合,实现更高的IT安全性、弹性和可用性,以及降低IT风险提供了全新的性能和容量,同时引入了即时资源分配来响应不断变化的业务需求。

  2010年7月,IBM宣布推出zEnterprise大型主机服务器和一个全新设计的系统,该系统能够允许大型主机、POWER7和System
x
服务器上的工作负载共享资源,并作为一个单一的、虚拟的系统进行管理。全新的大型主机也是迄今为止最强大、且最具能源效率的大型主机。

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大型机最新战略动态

  2011年,IBM宣布zEnterprise大型主机服务器将支持Windows系统。

  众所周知,历史上大型机与Windows俨然是两个不同的领域,彼此“井水不犯河水”。然而这一局面不久将被打破。IBM欲通过传输大型机数据的Windows应用程序实现对其的兼容。通过将Windows应用程序合并到一个系统中,实现在数据中心架构中的统一管理。

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 根据此前国外媒体的报道,IBM旗下的zEnterprise大型机将实现对Windows系统的支持。至此,IBM
zEnterprise System能够支持的平台有z/OS、Linux、IBM AIX、x86
Linux和微软Windows平台。

  另外,今年1月11日,IBM在京发布大型机战略,全面展示了zEnterprise主机的技术性能及产品策略。2012年,IBM主机会继续以高可靠、高可用、高安全、高扩展、绿色节能等特性支持银行业特别是区域性银行实现高速发展。结合云计算和大数据的IT趋向,IBM将为银行客户进一步提供全方位的高端技术解决方案和支持服务。

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 2012年,IBM将对合作伙伴提供培训课程、硬软件技术支持、市场合作等全方位服务。此外,IBM将在2012年通过大学联盟,建成覆盖大中国地区的主机系统教育资源体系,无偿向合作伙伴开放,并推出zResearch和zCareer项目,全方位支持主机应用研发以及主机人才交流服务。

  IBM主机系统诞生于1964年,曾支撑美国航天登月计划,是IBM智慧的系统与软件之完美结合,代表了IBM最高技术水平与创新精神。近50年以来,IBM主机一直服务于领先企业的关键业务领域。

全文总结

  经历了半个世纪的大型机,在云计算虚拟化蔚然成风的今天,依然占据的特有的位置,NASA关闭其最后一台大型机的事件,仅仅是代表部分客户对于计算形势的改变。就像IBM硬件主管罗德所说,有些客户应经决定改用不同的模式,但是还有些客户在积极采用大型机模式。

  作为特有的一种计算机类型,50年来一直保持着技术的更新换代,与当前云计算和虚拟化又是联系紧密,而对于Windows系统的支持,更是一个长远发展的信号,大型机势必还会在一段时期内为银行等企业的关键数据业务保驾护航。

 

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