IBM 700/7000 series

1957年ねんのNACAでのIBM 704メインフレーム

IBM 700/7000シリーズ (アイビーエムななひゃく・ななせんシリーズ) は、1950年代ねんだいから1960年代ねんだい初頭しょとうにかけてIBM社しゃが製造せいぞうしていた大だい規模きぼコンピュータシステム (メインフレーム) のシリーズである。このシリーズには、互換ごかん性せいのないいくつかの異ことなるプロセッサ・アーキテクチャが含ふくまれている。700シリーズは真空しんくう管かんロジックを使用しようしており、トランジスタ化かされた7000シリーズが導入どうにゅうされたことによって時代遅じだいおくれになった。7000シリーズは、最終さいしゅう的てきに、1964年ねんに発表はっぴょうされたSystem/360に置おき換かえられた。しかし、7000シリーズに取とって代かわる十分じゅうぶんに強力きょうりょくな最初さいしょの360である360/65は、1965年ねん11月がつまで利用りよう可能かのうにはならなかった。OS/360の初期しょきの問題もんだいと、ソフトウェアの変換へんかんコストが高たかかったため、その後ごも何なん年ねんにもわたって多おおくの7000シリーズが使用しようされた。

日本にっぽんでも、特とくにIBM 7000シリーズが輸入ゆにゅうされ、利用りようされている。

アーキテクチャ

IBM 700/7000シリーズは、データと命令めいれいの格納かくのう方法ほうほうが全まったく異ことなる6つの方法ほうほうがある。

• 最初さいしょの科学かがく技術ぎじゅつ計算けいさん機き (36/18ビットワード): 701 (防衛ぼうえい電卓でんたくとして知しられる)
• その後ごの科学かがく技術ぎじゅつ計算けいさん機き (36ビットワード、ハードウェア浮動ふどう小数点しょうすうてん): 704、709、7040、7044、7090、7094
• 事務じむ処理しょり用よう (可変長かへんちょう文字もじ列れつ): 702、705、7080
• 1400シリーズ (可変長かへんちょう文字もじ列れつ): 7010
• 10進数しんすう (10桁けたワード): 7070、7072、7074
• スーパーコンピュータ (64ビットワード): 7030 (「ストレッチ」(Stretch)として知しられる)

700クラスは真空しんくう管かんを使用しようし、7000クラスはトランジスタ化かされている。初期しょきの701と702のモデルを除のぞいて、すべてのマシンは (当時とうじの他ほかのほとんどのコンピュータと同様どうように) 磁気じきコアメモリを使用しようしているが、当初とうしょはウィリアムス管かんを使用しようし、後のちに磁気じきコアメモリに変換へんかんされた。

シリーズでも機種きしゅによりワードマシン（科学かがく技術ぎじゅつ計算けいさん用よう）であったりキャラクタマシン（事務じむ計けい算用さんよう（商用しょうよう））であったりと、仕様しようが一貫いっかんしたりしているわけではない。ストレッチ(Stretch)として知しられる7030のように性格せいかくの全まったく違ちがう機種きしゅにも、通とおし番号ばんごうのように見みえる名前なまえが付与ふよされた。

ソフトウェアの互換ごかん性せいの問題もんだい

初期しょきのコンピュータはソフトウェアなしで販売はんばいされていた。オペレーティングシステムが登場とうじょうし始はじめると、4つの異ことなるメインフレームアーキテクチャと1400ミッドラインアーキテクチャを持もつことは、少すくなくとも4つの異ことなるプログラミング作業さぎょうが必要ひつようとなることを意味いみし、IBMにとって大おおきな問題もんだいとなった。

System/360は、7000シリーズおよび1400シリーズのアーキテクチャの最高さいこうの機能きのうを1つの設計せっけいに統合とうごうした。ただし、一部いちぶの360モデルには、1400と7000の命令めいれいセットをマイクロコードでエミュレートできるオプション機能きのうを持もっている。1970年ねん半なかばに発売はつばいされた360の後継こうけい機きであるSystem/370のセールスポイントの1つは、改良かいりょうされた1400/7000シリーズのエミュレーションで、360上じょうで必要ひつように応おうじてシャットダウンしてエミュレーションモードで再さい起動きどうするのではなく、オペレーティングシステムの制御せいぎょ下かで実行じっこうできるようになったことである。

周辺しゅうへん機器きき

アーキテクチャは異ことなるものの、同おなじクラスのマシンは同おなじエレクトロニクス技術ぎじゅつを使用しようし、通常つうじょうは同おなじ周辺しゅうへん機器ききを使用しようする。テープ・ドライブは通常つうじょう7トラック形式けいしき (英語えいご版ばん) を使用しようし、真空しんくう管かんマシンにはIBM 727が、トランジスタマシンには729が使用しようされている。真空しんくう管かん機きもほとんどのトランジスタ機きも、701で導入どうにゅうされたものと同おなじカードリーダー/カードパンチ、ラインプリンターを使用しようしている。これらのユニット、IBM 711、721、および716は、IBMの会計かいけい機きテクノロジーに基もとづいており、プラグボード式しきのコントロールパネルも含ふくまれている。これらは比較的ひかくてき低速ていそくであり、7000シリーズの設置せっちにおいては、はるかに高速こうそくな周辺しゅうへん機器ききを搭載とうさいしたIBM 1401を組くみ込こんで、カードからテープ、およびテープからラインプリンタへの操作そうさをオフラインで実行じっこうするのが一般いっぱん的てきであった。その後ごの3台だいのマシン、7010、7040、7044は、ミッドラインのIBM 1400シリーズの周辺しゅうへん機器ききを採用さいようした。7030のテクノロジーの一部いちぶは、IBM 7340Hypertapeなど、他たの7000シリーズコンピュータのデータチャネルや周辺しゅうへん機器ききで使用しようされた。

最初さいしょの科学かがく技術ぎじゅつ計算けいさん機き (701)

詳細しょうさいは「IBM 701」を参照さんしょう

IBM 701オペレータコンソール

インストールされたIBM 704システム

IBMポキプシー 研究所けんきゅうじょでの開発かいはつ中ちゅうは「防衛ぼうえい計算けいさん機き」(Defense Calculator)として知しられていたが、1953年ねん4月がつ7日にちにこのマシンはIBM 701電子でんしデータ処理しょりマシン (IBM 701 Electronic Data Processing Machine) として正式せいしきに発表はっぴょうされた。

データ形式けいしき

数値すうちの幅はばは36ビットまたは18ビットで、固定こてい小数点しょうすうてんのみである。

• 固定こてい小数点しょうすうてん数すうは、二に進しんの符号ふごう/絶対ぜったい値ち形式けいしきで格納かくのうされる。

命令めいれい形式けいしき

命令めいれいは18ビット長ちょうのシングルアドレスである。

• 符号ふごう(1ビット) - ワード全体ぜんたい(-)またはハーフワード(+)オペランドアドレス
• オペコード(5ビット) - 32命令めいれい
• アドレス(12ビット) - 4096ハーフワードアドレス

メモリを2048ワードから4096ワードに拡張かくちょうするために、アドレスフィールドの最さい上位じょういビットを使用しようしてバンクを選択せんたくする33番目ばんめの命令めいれいが追加ついかされた。(この命令めいれいは、元々もともとアドレスフィールドを無視むししていたため、未み使用しようのビットを持もつ唯一ゆいいつの命令めいれいであると思おもわれる「No OP」命令めいれいを使用しようして作成さくせいされた可能かのう性せいがあるが、この新あたらしい命令めいれいの説明せつめい書しょは現在げんざい入手にゅうしゅできない)。 レジスタ プロセッサレジスタは以下いかのように構成こうせいされていた。

• AC - 38ビットアキュムレータ
• MQ - 36ビット乗数じょうすう/商しょう

メモリ

2,048または4,096 - 6ビット文字もじの36ビットバイナリワード

その後ごの科学かがく技術ぎじゅつ計算けいさん機き (704/709/7090/7094)

NASAのマーキュリー計画けいかくでのIBM 7090の様子ようす (1962年ねん)

日本電信電話にほんでんしんでんわ公社こうしゃ中央ちゅうおう統計とうけい所しょでのIBM 7044（1966年ねん）

IBMの36ビット科学かがく技術ぎじゅつアーキテクチャは、さまざまな計算けいさん集約しゅうやく型がたアプリケーションに使用しようされた。最初さいしょのマシンは真空しんくう管かん式しきの704と709で、その後ご、トランジスタ式しきの7090、7094、7094-II、そして低てい価格かかくの7040と7044が続つづいた。最終さいしゅうモデルは、入出力にゅうしゅつりょく操作そうさを処理しょりする7044にリンクされた7094で構成こうせいされる直接ちょくせつ結合けつごうシステム (Direct Coupled System: DCS) であった。

データ形式けいしき

数値すうちは固定こてい小数点しょうすうてんでも浮動ふどう小数点しょうすうてんでも36ビットである。(参照さんしょう：なぜ36ビットなのか?)

• 固定こてい小数点しょうすうてん数すうは、二に進しんの符号ふごう/絶対ぜったい値ち形式けいしきで格納かくのうされる。
• 単精度たんせいど浮動ふどう小数点しょうすうてん数すうは、仮数かすう部ぶ符号ふごう、8ビット指数しすう(エクセス128)、27ビット仮数かすうで構成こうせいされる。
• 7094で導入どうにゅうされた倍精度ばいせいど浮動ふどう小数点しょうすうてん数すうは、仮数かすう部ぶ符号ふごう、17ビット指数しすう(エクセス65536)、54ビット指数しすうで構成こうせいされる。
• 英数字えいすうじ文字もじ (Alphameric characters) は6ビットBCDで、1ワードに6文字もじが格納かくのうされる。

命令めいれい形式けいしき

基本きほん的てきな命令めいれいフォーマットは、3ビットのプレフィックス、15ビットのデクリメント、3ビットのタグ、15ビットのアドレスからなる。プレフィックス・フィールドは命令めいれいのクラスを指定していする。デクリメント・フィールドは、多おおくの場合ばあい、演算えんざん結果けっかを更新こうしんするための即値そくちオペランドを含ふくむか、命令めいれいタイプをさらに定義ていぎするために使用しようされる。タグの3ビットは3つ (7094では7つ) のインデックスレジスタを指定していし、その内容ないようがアドレスから減算げんざんされて実効じっこうアドレスが生成せいせいされる。アドレスフィールドには、アドレスまたは即時そくじオペランドが含ふくまれる。

レジスタ

プロセッサ・レジスタは次つぎのように構成こうせいされている。

• AC - 38ビットアキュムレータ
• MQ - 36ビット乗数じょうすう/商しょう
• XR - 15 ビットインデックスレジスタ (3個こ または 7個こ)
• SI - 36ビットセンスインジケータ

アキュムレータ (および乗数じょうすう/商しょう) レジスタは符号ふごう/絶対ぜったい値ち形式けいしきで動作どうさする。

インデックスレジスタは2の補数ほすう形式けいしきで動作どうさし、命令めいれいアドレスを修正しゅうせいするために使用しようされる場合ばあい、命令めいれい内ないのアドレスから減算げんざんされる。3つのインデックス・レジスタを持もつマシンでは、タグに2つまたは3つのビットがセットされている場合ばあい (つまり、複数ふくすうのレジスタを選択せんたくしている場合ばあい)、それらの値ねは減算げんざんされる前まえに一緒いっしょにOR演算えんざんされる。7つのインデックスレジスタを持もつIBM 7094には「互換ごかん性せい」モードがあり、このトリックを使用しようした以前いぜんのマシンのプログラムを引ひき続つづき使用しようできる。

センス・インジケータは、パネル・スイッチやライトを介かいしてオペレータとの対話たいわを可能かのうにする。 メモリ

• 704: 4,096 または 8,192 または 32,768 - 6 ビット文字もじを含ふくむ 36 ビットのバイナリワード
• 709、7090、7094、7094 II、7040、7044：32,768 - 6ビット文字もじを持もつ36ビットのバイナリワード

入力にゅうりょく/出力しゅつりょく

709/7090 シリーズは、テープやディスクなどの高速こうそく入出力にゅうしゅつりょくにデータ同期どうきチャネル (Data Synchronizer Channels; DSC) を使用しようする。基本きほん的てきな7ビットのDSC (7607など) は、メモリとI/Oデバイス間あいだのデータ転送てんそうを制御せいぎょするコンピュータメモリから独自どくじの簡単かんたんなプログラムを実行じっこうするが、より高度こうどな9ビットの7909では、より高度こうどなチャネルプログラムをサポートしている。709xのユニットレコード装置そうちは非常ひじょうに遅おそかったため、パンチカードのI/Oや高速こうそくプリントは、オフラインのIBM 1401との間あいだで磁気じきテープを転送てんそうして行おこなうことがよくあった。その後ご、データチャネルを使用しようして7090を7040に、または7094を7044に接続せつぞくしてIBM 7094/7044 Direct Coupled System (DCS)を構成こうせいするために使用しようされた。この構成こうせいでは、より高速こうそくな1400シリーズの周辺しゅうへん機器ききを使用しようできる 7044 が主おもにI/Oを処理しょりした。

FORTRANアセンブリプログラム

FORTRAN Assembly Program (FAP) は、IBMの間まに合あわせのFMS (Fortran Monitor System)オペレーティングシステムの下したで動作どうさする、709、7090、および 7094 用ようのアセンブラである。以前いぜんのアセンブラは SCAT (SHARE Compiler-Assembler-Translator) であった。マクロはベル研究所けんきゅうじょ (BE-FAP) によってFAPに追加ついかされ、最終さいしゅう的てきな7090/7094アセンブラはIBSYSの下したでIBMAPとなった。

メモリを予約よやくするために使用しようされるその擬似ぎじ命令めいれいBSSは「BSSセクション」という一般いっぱん名めいの由来ゆらいであり、今日きょうでも多おおくのアセンブリ言語げんごで、実行じっこうイメージに保存ほぞんする必要ひつようのないタイプの予約よやくメモリアドレス範囲はんいを指定していするために使用しようされている。

事務じむ処理しょり用ようアーキテクチャ (702/705/7080)

IBM 702

IBM 7080

IBM 702とIBM 705は類似るいじしており、705は702のプログラムの多おおくを変更へんこうすることなく動うごかすことができるが、完全かんぜんに互換ごかん性せいがあるわけではない。

IBM 7080は705をトランジスタ化かしたバージョンで、さまざまな改良かいりょうが加くわえられている。

後方こうほう互換ごかん性せいのために、705 I モード、705 II モード、705 III モード、または完全かんぜんな 7080モードで実行じっこうできる。

データ形式けいしき

データは、レコードマークで終おわる可変長かへんちょうの文字もじ列れつで表あらわされる。

命令めいれい形式けいしき

5文字もじ：1文字もじのオペコードと4文字もじのアドレス - OAAAA

レジスタ

• 702
  • 2つのアキュムレータ(A & B) - 512文字もじ
• 705
  • 1アキュムレータ - 256文字もじ
  • 14個この補助ほじょ記憶きおく装置そうち - 16文字もじ
  • 1つの補助ほじょ記憶きおく装置そうち - 32文字もじ
• 7080
  • 1アキュムレータ - 256文字もじ
  • 30個この補助ほじょ記憶きおく装置そうち - 512文字もじ
  • 32個この通信つうしん記憶きおく装置そうち - 8文字もじ

メモリ

• 702
  • ウィリアムズ管かんで2,000～10,000文字もじ（2,000文字もじ単位たんい)
  • 文字もじサイクルレート - 23マイクロ秒びょう
• 705 (モデルI、II、またはIII)
  • 20,000または40,000または80,000文字もじのコアメモリ
  • 文字もじサイクルレート - 17マイクロ秒びょうまたは9.8マイクロ秒びょう
• 7080
  • 80,000文字もじまたは160,000文字もじのコアメモリ
  • 文字もじサイクルレート - 2.18マイクロ秒びょう

入力にゅうりょく/出力しゅつりょく

705 と基本きほん的てきな 7080 は、7ビット・インターフェイスのチャネルを使用しようする。7080は、7908データチャンネルを装備そうびして、9ビット・インターフェースを使用しようして高速こうそくデバイスを接続せつぞくすることができる。

1400シリーズアーキテクチャ (7010)

700/7000 事務じむ処理しょり用ようアーキテクチャは、大おおきく成功せいこうしたIBM 1400シリーズの中型ちゅうがたビジネス・コンピュータに影響えいきょうを与あたえた。その後ご、IBMはIBM 7010と呼よばれるIBM 1410のメインフレーム版ばんを発表はっぴょうした。

データ形式けいしき

• データは、ワードマークで終おわる可変長かへんちょうの文字もじ列れつで表あらわされる。

命令めいれい形式けいしき

• 可変長かへんちょう：1、2、6、7、11、12文字もじ

レジスタ

なし、すべての命令めいれいはメモリ上じょうで動作どうさした。ただし、低位ていいメモリの固定こてい位置いちにある15個この5文字もじフィールドは、インデックスレジスタとして扱あつかうことができ、その値ねを命令めいれいで指定していされたアドレスに追加ついかすることができる。また、現在げんざい処理しょり中ちゅうの文字もじのアドレスなど、今日きょうでは目めに見みえない内部ないぶレジスタもプログラマに公開こうかいされている。

メモリ

• 100,000文字もじ

10進しんアーキテクチャ (7070/7072/7074)

東海銀行とうかいぎんこう本店ほんてん第だい1計算けいさん室しつにてIBM 7070（1961年ねん）

IBM 7074

IBM 7070、IBM 7072、IBM 7074は、10進しんの固定こていワード長ちょうのマシンである。

これらは、小型こがたで古ふるいIBM 650と同様どうように10桁けたワードを使用しようしているが、650と命令めいれいセットの互換ごかん性せいはない。

データ形式けいしき

• ワード長ちょう - 10進数しんすう10桁けた＋符号ふごう
• 数字すうじエンコーディング - 5者しゃ択よ2符号ふごう(two-out-of-fiveコード)
• 浮動ふどう小数点しょうすうてん - オプションで、2桁けたの指数しすうを使用しよう
• 各かくワードの3つの記号きごう - プラス、マイナス、アルファ
  • プラスとマイナスは10桁けたの数値すうちを示しめす。
  • アルファは、数字すうじのペアでコード化かされた5文字もじのテキストを示しめす。(61 = A, 91 = 1)

命令めいれい形式けいしき

• すべての指示しじは1ワードを使用しようする
• 2桁けたのオペコード (符号ふごうを含ふくむ、プラスまたはマイナスのみ)
• 2桁けたのインデックスレジスタ
• 2桁けたのフィールドコントロール - 桁けたの集合しゅうごうを選択せんたくし、左右さゆうに移動いどうすることができる
• 4桁けたのアドレス

レジスタ

• すべてのレジスタは1ワードを使用しようし、メモリとしてアドレスを指定していすることもできる。
• アキュムレータ - 3つ (アドレス 9991、9992、9993 - 標準ひょうじゅん、99991、99992、99993 - 拡張かくちょう 7074)
• プログラムレジスタ - 1つ (アドレス 9995 - 標準ひょうじゅん、99995 - 拡張かくちょう 7074)
  • コンソールからのみアドレス指定してい可能かのう。現在げんざいの命令めいれいを格納かくのうする。
• 命令めいれいカウンタ - 1つ (アドレス9999 - 標準ひょうじゅん、99999 - 拡張かくちょう 7074)
  • コンソールからのみアドレス指定してい可能かのう
• インデックスレジスタ - 99 (アドレス 0001-0099)

メモリ

• 5000～9990ワード (標準ひょうじゅん)
• 15000～30000ワード (拡張かくちょう 7074)
• アクセス時間じかん - 6マイクロ秒びょう (7070/7072)、4マイクロ秒びょう (7074)
• 加算かさん時間じかん - 72マイクロ秒びょう (7070)、12マイクロ秒びょう (7072)、10マイクロ秒びょう (7074)

入力にゅうりょく/出力しゅつりょく

707x は7ビット・インターフェースのチャネルを使用しようする。7070と7074は、9ビット・インターフェイスを使用しようしてより高速こうそくなデバイスを接続せつぞくするために、7907のデータチャネルを装備そうびすることができる。

タイムライン

年とし	カテゴリ				論理ろんり	メモリ
	10進しん	事務じむ処理しょり用よう	科学かがく技術ぎじゅつ	スーパーコンピュータ
1952			IBM 701		真空しんくう管かん	ウィリアムス管かん
1953		IBM 702
1954		IBM 705	IBM 704			コアメモリ
1958			IBM 709
	IBM 7070				トランジスタ
1959			IBM 7090
1960	IBM 7074
1961	IBM 7072	IBM 7080		IBM 7030
1962		IBM 7010	IBM 7094
1963			IBM 7040 IBM 7044
1964			IBM 7094 II

IBM 7074は、1962年ねんに米国べいこく内国ないこく歳入さいにゅう庁ちょうで使用しようされた。

IBM 7700データ収集しゅうしゅうシステム(IBM 7700 Data Acquisition System (英語えいご版ばん) )は、その番号ばんごうと発表はっぴょう日びが1963年ねん12月2日にちであるにもかかわらず、IBM 7000シリーズのメンバーではない。

パフォーマンス

700シリーズと7000シリーズのすべてのマシンは、Wheatstone (1972年ねん)、Dhrystone (1984年ねん)、LINPACK (1979年ねん)、リバモアループ (1986年ねん) などの標準ひょうじゅん的てきな性能せいのう測定そくていツールよりも前まえのものである。

下したの表ひょうでは、GibsonとKnightの測定そくていでは速度そくどを報告ほうこくしており、数値すうちが大おおきいほど速度そくどが高たかくなる。TRIDIAの測定そくていでは時間じかんを報告ほうこくするが、数値すうちが低ひくい方ほうが高速こうそくである。

Model	Gibson mix KIPS	Knight Index scientific	TRIDIA program (FORTRAN) (seconds)
IBM 705 m1,2	0.50
IBM 705 m3	0.38
IBM 709	21
IBM 7030		372	15.58
IBM 7040			148
IBM 7044	109		74
IBM 7090	139		66
IBM 7094		176	31.35
IBM 7094 II	257	217	16.50

参照さんしょう項目こうもく

• IBM 650
• IBM 1400シリーズ
• IBM System/360シリーズ
• IBM System/370シリーズ

外部がいぶリンク

• IBM Mainframe family tree
• The Architecture of IBM's Early Computers (PDF)
• C Gordon Bell, Computer Structures: Readings and Examples, McGraw-Hill, 1971; part 6, section 1, "The IBM 701-7094 II Sequence, a Family by Evolution", ISBN 0-07-004357-4
• IBM 705
• IBM 7030 Stretch
• IBM 7070
• IBM 7094
• IBM 7090/94 Architecture
• Jack Harper's FAP page
• Birth of an Unwanted IBM Computer, by Bob Bemer