详解IBM RISC的成长历史(1)

日期: 2008-04-14 来源:TechTarget中国

  1965 IBM ACS


  20世纪60年代,计算机市场混沌初开,市场竞争逐步升级,任何厂商要在竞争中占据有利地位,必须研制出当时一流的计算机。当时IBM在科学计算领域还处于相对落后地位,为改变这一状态,IBM决定研发一个尖端系统,取代CDC 6800(之后被称之为CDC 7600)的地位。


  基于John Cocke的科学计算超级计算机理念,IBM ACS(Advanced Computing Systems 尖端计算系统)的构想于1965年诞生,这要比伯克利和斯坦福大学早期研究的RISC(精简指令集计算结构)早好几年。而ACS这一项目是从Project Y (1963年)发展过来的,ACS开始3年后于1968年被搁置,不过ACS中诸多领先而创新的CPU架构技术,随后被应用在IBM RS/6000中。


  在ACS项目以后,John Cocke又带领他的团队启动了IBM 801项目,并充分利用了之前在编译器和指令集方面的研究成果;另外,在IBM Cheetah和America项目中,John Cocke也起到了非常大的作用,而这些努力也为后来RS/6000的成功问世奠定了坚实的基础。


  1974年—代号“801”


  1974年,IBM公司的RISC技术正式应用于Thomas J. Watson研究中心的一个项目中,该项目主要是为了能够建造一个大型的电话交换网络,其计算机所需的处理器因在801号建筑内研发而得名“801”。项目设计目标是在每个时钟周期内完成一条指令。虽然试验版本的801并没有建成,但由John Cocke主导的设计理念看上去已成为一个通用高性能微处理器理想的基础。


  1985年—代号“America”


  1985年,基于试验版本的801设计和ACS的理念,位于奥士汀的IBM实验室完成了一个全新的模型,之后该模型发展成为了超标量架构设计的RISC System/6000 (后更名为RS/6000)处理器,该处理器于1990年正式问世。该RISC芯片研究是在“America”的代号下研发的,系统中的RIOS也同样使用了America技术。


  1986年—RT PC


  1986年1月份,世界首台基于RISC架构的UNIX计算机由IBM发布,名为RT PC,所采用的UXIX操作系统为AIX,配备有无浮点计算能力的32位ROMP处理器。虽然IBM对这台计算机寄予厚望,但是其命运却不尽如人意。RT被认为是“计算力不足、价格太高、也太迟了”,而且还被误认为是个人电脑产品线的一款产品……后来,RT PC更名为RT。


  1986年—AIX v1发布(Advanced Interactive Executive,尖端交互执行操作系统)


  AIX是Advanced Interactive Executive的缩写,即尖端交互执行操作系统。AIX第一版本AIX v1于1986年首次发布,是第一个能够支持商用RISC系统(RT/PC)的UNIX操作系统。RT使用了虚拟资源管理器(Virtual Resource Manager,VRM),VRM可为内核提供一个虚拟机环境,允许一个以上的操作系统同时运行。AIX是基于INTERACTIVE Systems公司的IN/ix(第一个商用UNIX)。
 
  1987年—AIX (PS/2)


  IBM为RT PC提供了PS/2 AIX操作系统。PS/2 AIX是多用户、多任务处理和可使用虚拟内存的标准AIX的一个特定版本。


  1988年—AIX v2


  1988年,IBM发布AIX v2,它是可支持第二版RISC系统(RT/PC)的UNIX操作系统。


  1990年—POWER


  1990年2月份,IBM公司宣布推出全新基于RISC架构的计算机产品线——RISC System/6000(之后被命名为RS/6000,现名为System pSeries),可运行AIX v3。该系统的架构也被正式命名为POWER(后称之为POWER 1)。


  POWER是Performance Optimization With Enhanced RISC的缩写,即以加强的RISC实现性能优化。RISC SYSTEM/6000的各款产品可配置多个32位POWER架构处理器。当时的POWER 1处理器内配置有8KB指令高速缓存(I-cache),32KB或64KB数据高速缓存(D-cache);1个浮点计算单元,可在一个时钟周期内发出一个复合浮点“乘-加”运算(FMA);仅2个时钟周期的响应延迟;具有优化的3-D图形功能。IBM公司相应推出的7013-540 (30 MHz)计算机,每秒可处理3000万次的指令。其内含硅芯片上的电子逻辑电路有80多万个晶体管。整机最大内存可达到256MB,内部磁盘存储器的容量可达2.5GB。


  1990年—AIX Version 3


  IBM宣布推出AIX v3,具有以下特点:


  ◆ 第一个可支持超标量RISC(POWER)处理器的UNIX操作系统


  ◆第一个可支持动态内核(在内核参数修改后不需要系统重新启动)的UNIX操作系统


  ◆第一个提供对象数据库管理器(ODM,可简化设备配置速度)的UNIX操作系统


  ◆第一个捆绑逻辑卷管理器(LVM)功能的UNIX操作系统


  ◆第一个捆绑日志文件系统(JFS)功能的UNIX操作系统


  ◆包括了系统管理界面工具(SMIT)功能,可实现菜单驱动、对用户友好的系统管理


  1991年 成就PowerPC家族


  通过与苹果和摩托罗拉联手,IBM计划推出新一代处理器架构,使其可广泛应用在从小型可依靠电池运行的计算机,到大型超级计算机及大型主机等领域。该计划最终成就了PowerPC家族微处理器,可应用于RISC架构硬件和软件的单芯片配置(系统)。


  1992年—RSC


  1992年1月,IBM公司宣布推出7011-220 (33 MHz)入门级桌面工作站,基于POWER架构的单芯片配置,所以人们把该工作站称之为RISC单芯片(RISC Single Chip,RSC)。当年还有人嬉称之为“比萨盒”。


  1992年—AIX PS/2 Version 1.3


  IBM PS/2的AIX PS/2操作系统1.3版本正式推出。


  1993年—SP


  IBM Scalable POWERparallel Systems(IBM可扩展POWER并行系统,简称SP,后通常被称为SP1)为串行和并行的应用提供了一个可扩展的平台。SP1基于RISC SYSTEM/6000技术,其基本组件于1993年2月份正式推出,代码为9076 SP1,该系统框架(frame)包含8-16个RISC SYSTEM/6000处理器节点(最大四个框架,64个节点)。SP采用了MPP(大规模并行处理)的理念,每一个处理器节点都有其自己的资源(处理器、内存、硬盘和操作系统),是个无需共享资源的架构。


  1993年—PowerPC 601


  1993年9月,IBM宣布推出7011-250 (66 MHz)工作站,该工作站是首个基于32位PowerPC 601处理器的RISC System/6000计算机。


  PowerPC 601处理器是IBM、苹果和摩托罗拉合作的第一个结晶。PowerPC 601的基础设计来源自IBM RISC单芯片处理器的设计。601的超标量体系结构通过改进,有了更强好的性能表现;应用额外的客户化线路设计,可减小芯片内核的尺寸,提高运行频率。摩托罗拉88110微处理器总线接口界面是601总线接口界面开发的基础。


  601并没有采用全部的PowerPC指令集,而是去掉了一些不常用的指令;601还增加了一些新的指令和功能,例如支持对称多处理器(SMP)系统。601能在每个时钟周期内分发、执行和完成最多三条指令。指令是被分发给多个执行单元(一个整型单元、一个分支处理单元和一个浮点单元),并行的进行执行,并能无序完成。


  一个SMP系统支持多个处理器,每个处理器有自己的高速缓存,而内存和驱动器则是共享的。


  601是POWER到整个PowerPC架构的桥梁,PowerPC的一些代表产品包括603、604和604e。


  1993年—POWER2


  1993年9月,IBM宣布推出7013-590 (66 MHz)产品,这是首个基于32位POWER2架构的RISC SYSTEM/6000产品。POWER2处理器与前作相比,有了诸多重大改进,更适合科学和技术应用,这些改进包括:浮点计算单元(FPU)包括了2个64位执行单元,每时钟周期内可执行2条浮点“乘-加”指令;增加了第二定点执行单元。此外,POWER2中增加了几个全新的硬件指令,包括:4倍长字存储指令,硬件平方根指令和浮点到整数转换指令。


  1993年—AIX Version 3.2.5


  1993年9月21日,IBM宣布推出AIX v3.2.5版本,AIX开始在稳定性和品质方面日臻成熟。该版本具有以下特点:
  
  ◆ 第一个支持POWER2处理器的UNIX操作系统


  ◆第一个充分发挥超标量POWER架构处理器能力的UNIX操作系统,可在每一处理器时钟周期内完成最多6项任务


  ◆AIX内核对扩展性的支持得到提高,最多可扩展到1个物理处理器和1GB内存



  1994年—笔记本电脑


  1994年3月,IBM笔记本工作站——RS/6000 7007-N40 (50 MHz)面世。该款笔记本电脑主要为那些需要移动办公的专业人员而设计,配备了AIX操作系统,处理器为PowerPC 601。


  1994年—SP2


  1994年4月,可扩展POWER并行系统的第二代产品SP2 (Scalable POWERparallel Systems 2)正式问世,它基于IBM的RISC SYSTEM/6000微处理器技术,运行AIX/6000操作系统,SP2可从2个节点扩展到128个节点。由于使用了POWER2处理器和其他的一些新功能,SP2处理性能达到了SP1的两倍。


  1994年—AIX Version 4.1


  同样是在1994年(7月26日),IBM宣布推出了AIX Version 4.1操作系统,其优点包括:


  ◆第一个可支持PowerPC 601和POWER2+处理器的UNIX操作系统


  ◆第一个可支持对称多处理(SMP)架构的AIX操作系统


  ◆可扩展性更强,AIX内核最多可支持8个物理处理器和2GB内存


  ◆符合行业标准、更加简化(更快的图形化安装,通用桌面环境)


  ◆HACMP集群(高可用性集群多处理,High Availability Cluster Multi-Processing)


  1995年—PowerPC 604


  IBM宣布推出32位PowerPC 604 RISC System/6000微处理器(120 MHz),并首先应用在RISC SYSTEM/6000的7020-40P (66 MHz)机型上。


  1995年—Windows NT PowerPC版本


  可用在RISC SYSTEM/6000 40P和43P等机型的Windows NT Workstation 3.51操作系统发布。在1996年,还发布了可运行在RISC SYSTEM/6000上的NT 4.0操作系统。


  1996年—POWER2 Super Chip


  1996年10月份,IBM宣布在RISC SYSTEM/6000 7013-595 (135 MHz)上采用全新32位POWER2 Super Chip超级芯片(就是现在所说的P2SC)。P2SC是一款POWER2 8芯片架构的单芯片配置,其上有1500万个晶体管,并使用了高密度的CMOS-6S技术。SP系统从此有了又宽又薄的全新节点机。


  1996年—RS/6000


  1996年10月,IBM正式把RISC System/6000更名为RS/6000。


  1996年—PowerPC 603e


  1996年10月,IBM宣布推出使用32位PowerPC 603e处理器的RS/6000 860(166 MHz)笔记本电脑。


  1996年—PowerPC 604e


  1996年,IBM宣布推出配备有32位PowerPC 604e RS/6000微处理器(166 MHz)的43P 140和43P 240两款计算机。604e是一款采用了超标量架构设计的处理器,能同时分发4条指令,最多7条指令能同时完成执行。


  1996年—Windows NT for the PowerPC withdrawn


  1996年,PowerPC版本的Windows NT取消


  1996年—AIX Version 4.2


  1996年4月23日,IBM AIX Version 4.2操作系统正式面市,它是第一个可支持PowerPC 604和POWER2++处理器的UNIX操作系统,AIX内核对扩展性的支持有所改进,最多可扩展到8个物理处理器和4GB内存;更加符合UNIX95等业界;进一步加强RAS特性,支持NFS V3。


  1997年—RS64


  1997年10月份,IBM首款64位PowerPC RISC处理器RS64(代号Apache)正式面市。作为一款超标量架构处理器,RS64为商业应用而优化。该处理器具有独立的64 KB L1高速缓存,用于指令和数据,另有L2高速缓存控制器。L2高速缓存以与处理器相同的速度运行。RS64包括了1个16字节接口界面用于连接2路集合关联的(set associative)的4MB L2高速缓存。RS64也被用在AS/400(A35)计算机上。在A35之前,能运行OS/400的是A10(代号Cobra,世界上第一个64位PowerPC微处理器)和A25(代号Muskie)。


  通过推出RS/6000 7017-S70(125 MHz,代号Raven)企业级服务器,IBM把64位技术全面带向了市场。S70是第1个12路SMP系统,运行AIX V4.3操作系统。


  1997年—AIX Version 4.3


  1997年10月31日,IBM宣布推出AIX Version 4.3操作系统,具有诸多新的特点,包括:


  ◆第一个可支持POWER3和PowerPC RS64处理器的UNIX操作系统


  ◆1998年4月6日成为第一个获得Open Group UNIX 98(Single UNIX Specification Version 2)标准认证的UNIX操作系统


  ◆ AIX 4.3被D.H. Brown咨询公司评为64位UNIX操作系统的第一名


  ◆第一个可支持TCP/IP v6的UNIX操作系统


  ◆第一个64位AIX操作系统,可支持同时运行64位和32位应用,支持32/64位API。


  ◆ 包括了基于Web的系统管理器,提供了SMIT之外又一种管理界面选择


  ◆ 包括了负载管理器(WLM),允许在单一操作系统的内部进行资源控制


  ◆ AIX内核最多已可支持扩展到24个物理处理器和96GB内存


  1998年—RS64 II


  PowerPC RS64 II 64位RISC微处理器(代号NorthStar)成为了Star系列处理器家族的第一位成员。


  1998年7月,IBM发布RS64-II,它具有专用32字节接口界面,提供独享的4路集合关联的(set associative)8MB L2高速缓存。处理器的设计运行频率位262 MHz。262 MHz处理器卡包括4个处理器。RS/6000 7017-S70通过安装处理器卡,可配置成4路、8路和12路系统。

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