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1、第一章 大型服务器概述 大型机也曾有过辉煌的时代，那是在60年代到80年代期间，信息处理主要是以主机系统+傻终端为代表的，即大型机的集中式数据处理。那时，需要使用大型机存储和处理数据的企业也是廖廖可数。因为那时经济还没有真正实现全球化，信息的交流更不像今天这样普及。 进入80年代以后，大型机一下子变得抬不起头来。随着PC机性能的极大提高和网络技术的普及，客户机/服务器(Client/Server)技术得以飞速发展，这种C/S模式使信息利用的难度大大降低，并很快在全球普及开来。而大型机却是每况愈下，就是在不久前，有人还曾预言，大型机就要从地球上消失了！ 而进入90年代后，随着企业规模的扩大与信息
2、技术的发展，很多采用分散式运算模式的企业突然发现，其服务器的数量已经到了令人吃惊的地步，由此带来的是，复杂的管理模式、运算营运成本失控、关键型应用无法实现，因而迫使他们用大型机实现服务器的再集中。11 大型服务器的发展历史1948年，开发制造了基于电子管的计算机SSEC。1952年公司生产的第一台用于科学计算的大型机701问世，1953年又推出了第一台用于与数据处理的大型机702和小型机650。701字长36位，使用了4000个电子管和12000个锗晶体二极管，运算速度为每秒20000次。采用静电存储管作主存，容量为2048个字，并使用磁鼓作为辅存。此外，701还配备了齐全的外设，如卡片输入输
3、出机和打印机等。这样，为第一代商用计算机描绘出一个丰满而生动的形象。 在此之后，于1956年继续推出701与702的后继产品704和705。1956年推出了第一台随机存储系统305，是“计算与控制随机访问方法”的缩写。它是现代磁盘系统的先驱，由50个磁盘组成，存储容量为5，随机存取文件的时间小于1秒。1958年，推出了大型科学计算机7090，并实现了晶体化。它采用存取周期为218微秒的磁芯存储器、每台容量为1的磁鼓和每台容量为28的固定磁盘，并配置了等高级语言。1960年将7000系列全部晶体化，并制造了70941大型科学计算机和7040、7044大型数据处理机。70941的主频比7090高，
4、又增加了双精度运算指令和变址寄存器个数，并采用了交叉存取技术。1963年又推出了70942计算机。总之，在1955年到1965年这10年间，美国名牌大学与大公司使用的计算机大多数是704到7094这些机器。1961年，完成了第一台流水线计算机（7030），这台计算机的既有执行定点操作和字符处理的串行运算器，又有执行快速浮点运算的并行运算器，采用最多可重叠执行6条指令的控制方式。为了提高速度，使用和高速漂移晶体管作电流开关元件，电路延迟时间为10纳秒，主存为存储容量为16000字的磁芯存储器，采用多体交叉存取。为了提高可靠性，首先采用了海明纠错码。此外，还采用了多道程序技术，并且能使与输入输出设
5、备并行工作。作为第一台流水线计算机，它成为超级计算机的雏形。1964年4月7日，公布了360系统，成为计算机发展史上的一个重要里程碑。System/360是5种不同型号计算机的统称，它克服了第二代计算机的品种重复、性能单调、程序不兼容和用户负担重等缺点。360系统的主要贡献是：从应用角度来看，克服了第二代计算机性能单调的弱点，集科学计算、数据处理和实时控制功能于一身，确立了通用性。命名360的意思是指一个圆的360度角，表示全方位的应用服务，表达了这一计算机家族的普遍适用性。从生产角度来看，实现了系列化。360系统的主要型号有：20型、25型和30型小型机；44型和50型中型机；65型、75型
6、、85型大型机；以及91型和105型超级计算机。型号虽多，但采用了标准化措施：统一指令格式（有16位、32位、48位3种字长，5种格式）、统一数据格式（有16位、32位、64位3种标准形式和可变字长形式）、统一字符编码、统一接口、统一中断系统以及统一人机对话方式等。由于确立了兼容性，使同一程序在不同型号的机器语言级上兼容。促进了计算机工业能力的规范和发展。从发展角度来看，既采用了新的技术，又留有继续发展的余地。日后的System/370和System/390 (简称S/390)都是在System/360基础上的延续，它们各自标定着相应的系统体系结构。360系统在处理机设计中采用了微程序技术，为
7、系列机功能的扩充创造了条件。为了使操作进一步独立于，采用了通道技术。在可靠性、可用性和可维护性方面，对指令与数据进行奇偶校验，对存储进行4位编码的存储键保护。对于高档机型还采用了高速缓存、流水控制、超常精度运算及冗余技术。从使用角度来看，360系统配有操作系统、汇编语言和、等高级语言，使用十分方便。更重要的是360在建立计算机系统的继承性上起了开创性的作用。所谓系统的继承性是指它有长远的开发价值，有逐步扩充的余地，有不断提高性能的灵活性。它能使计算机系统适应用户新的需求，使已有的软件资源能继续得到有效的利用，使新系列的开发周期越来越短。尽管System/360体系结构沿用了6年之久，在该体系结
8、构发布后6个月，公司的决策层就 开始筹划开发基于单晶硅电路技术的新型计算机体系结构。这也就是后来的System/370 。1970年六月，正式发布了370的155和165两种型号。370的体系结构保持了与360的向上兼容（也就是说，为360写的应用可以继续在370上运行，而为370写的应用则不一定能够在370上运行），并且增加了新的功能（新增加的功能运行在方式）。在370的开发研制过程中，认识到内存容量对应用程序运行的影响，因此在370的结构中引入了虚拟存储器的概念。虚拟存储器需要一个地址转换机制去增加应用程序可用的存储空间，它使得计算机系统具有比实际配置的内存大的多的存储空间。1972年八月
9、，推出的370158和168系统采用了虚拟存储器技术。在370158和168系统中还采用了多处理技术。所谓多处理技术是指两个以上的处理器装在一个计算机系统中，共同工作（这个概念与现在机器重的对称多处理是同一个概念）。到1976年年底，370已发展成为具有17种型号的庞大计算机家族。伴随用户应用程序对系统主存及交互处理能力需求的日渐增长，IBM又把基于System/37 0体系结构的产品划分成两个相互兼容的产品系列：30XX大型机系列和43XX中型机系列。 这里的30XX和43XX即指产品系列的名称，XX是两位数字的通配符。1981年，公布了扩展的370体系结构（370）。370将地址线位数增加
10、到31位，大大增强了370的寻址能力，同时有保留了24位兼容方式（向上兼容），使得原来为24位地址写的应用可以不加修改地在370上继续运行。370中的某些型号还增加了扩展存储器（）。这是一种新形式的处理器存储器，与主存分离，用于保存计算机中较常用的信息。这样使得整个系统的性能得到了改善。1985年2月，IBM公司在3090的基础上扩展了30XX系列产品，最早的类型有Models 200和 400，该系列产品即成为当时IBM大型机系统的领航船。从80年代下半叶开始，为适应I/T行业迅猛发展的势头，大型机系统体系结构的更新步伐 明显加快，并且，每走一步都留下一个坚实的印记。 1986年10月，IB
11、M发布9370系列产品，这标志着System/370向低端方向的延伸，目标是服务于中小型企业。1988年，对370的体系结构作了进一步的改进，发布了（）370。370增加了访问寄存器，改进了虚存的性能。通过这项技术，应用可以访问称之为数据空间另一个虚存空间。因此，370允许应用访问多个2的数据空间。基于该体系结构的产品系列使得多用户可以更方便地共享系统资源。1990年9月，开发了390以及9000390系列计算机系统，其性能价格比远高于370系统。ES/9000是多个产品系列的统称，主要包括9021，9121和9221。390和9000的18种型号不仅与以往的360、370系列机的所有应用程序
12、可以兼容，而且还增加了新的功能。同370系列一样，390系列也是多用户计算机系统，也就是说一台计算机可以供多个（两个之上千个）用户同时使用。同时，在390中又加入了许多新的技术，如等。其中ESCON和parallelsysplex 是该体系结构在原有体系结构基础上的两项重大技术革新，它们直接而有力地增强了系统的内部通讯能力及可扩展能力。并且，在系统性能得到显著改善的同时 ，保持了对System/360的向上兼容性。在扩展ES/9000产品系列的基础之上，IBM于1994年发布了System/390(简称S/390)体系结构。S/390所引入的先进技术不胜枚举，其中有两点不能不提：其一是COMS
13、技术的应用，在大大降低企业计算运营及维护成本的同时大幅度提高了性能；其二是面向企业需求的计算机系统配置，这一设计理念从用户的角度出发，使其应用于企业计算的投资能够发挥最高效率。相应地，多个产品系列应运而生，主要有9672系列，2003系列以及3000系列，其系统类型多达上百种，例如9672-RA5，2003-216等等。的390系列基于以前的370系统相比，在体系结构上作了如下改进：企业系统连接结构：这是一种新的输入输出结构，它定义了一套规则，使诸如存储器子系统、控制部件、通讯控制部件等设备都通过这套规则与处理器相连接。使用光缆通讯，而不再使用以前在370上使用的电信号。使用光纤通信后，不仅大
14、大提高了设备和通道之间的信号传输速度，而且还可以把设备放置在远离处理器几十公里以外的地方。加密结构：在390中，计算机通过集成密码特征来实现对计算机中的信息进行加密或解密，以防止信息被非法访问。子系统存储保护：防止诸如等子系统对存储器的干扰。这个功能由操作系统和子系统共同提供。数据压缩：390在硬件级上提供数据压缩，其速度是软件压缩的5倍以上。异步数据转移结构（）：利用处理器去更有效地实现中央存储器与扩展存储器之间的信息移动，以空出处理器来完成其它任务。2排序增强：使用硬件完成2种的排序算法。在计算机系统中，的主要功能是处理数据，而计算机系统中的其它部件（例如存储器）则为提供数据。如果存储器的访问速度更不上的处理速度，那么整个系统的运行速度就大受限制了。为了最大程度地提高整个计算机系统的运行效率，同时又考虑到成本的因素，大多数计算机系统（包括390系统）都采用了由多种不同性能和不同价格的存储介质组合在一起，形成一个虚拟存储体系。图1.1 S/390的虚拟存储体系结构如图1.1所示，在390中，整个虚拟存储体系由8层组成：寄存器：是速度最快的存储介质，但数量较少。用于存放当前正在执行的指令和正在使用的各类数据。它位于内部。其中通用寄存器为32位，浮点寄存器则为64位。高速缓冲器：位于内部，由高速半导体存储线路组成。其中存放的是下一批待执行的指令。二级高速缓冲器：不在内部。主要
