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AS/400 是當今世界上最流行的中小型、多用戶商業計算機系統,在多用戶伺服器領域裡,始終保持著最暢銷的地位。目前 AS/400 在全球的裝機量已超過 75 萬套,覆蓋 150 多個國家,支持 40 多種語言,有近 1 萬個商業夥伴和獨立軟體商, 3 萬多個商業應用。廣泛應用於流通、金融證券、製造、運輸等各個行業。

 

AS400AS400
IBM AS/400的創始人Frank G. Soltis博士認為「歷史」對設計新型計算機系統的影響
力遠勝於其他因素。
 同樣,在設計一個新型計算機系統時,開發的場所和先前的產品也有著相當大的影響力。

60年代,位於美國東部(the East Coast)的許多計算機公司,例如Digital,Data
General以及IBM的New York Lab.等,佔盡地利,不僅分享了諸如MIT等名校和研究所的
研究成果,而且雇傭了大批東部高校的高材生。
 MIT當時曾為美國國防部開發了一個名為MULTICS的項目。東部的公司在設計計算機的
結構和操作系統時,大量借鑒了MULTICS的思想。Bell Lab.的UNIX正是這一環境下的產
物。

然而AS/400的發展歷史卻是另一番光景。AS/400的誕生地位於美國中西部明尼蘇達州
(Minnesota)的Rochester,當時要想從發達的東部高校中招聘畢業生到偏遠的Rochester
工作是相當困難的。因此,AS/400的創始人都是中西部的,他們同東部的計算機公司並沒有什
么密切的聯繫,這也使他們設計的AS/400與別的計算機相比在很多方面都顯得與眾不同。

AS/400名稱由來
 在IBM正式發布AS/400之前,它的代號被稱為「Silverlake」。IBM公司在開始研製
AS/400的下一代系統時,為之取了一個名字為「Superior」的代號。許多人認為在正式公布
這一代新系統時,不會再叫AS/400了。在計算機業界有這麼一種看法,任何一種計算機系統
都只有6年左右的生命期,從1950年至今,只有極個別例外,包括AS/400。這種看法的依據是,
計算技術的發展日新月異,一個歷經6年的系統將不可能再合時宜。這對那些依賴於硬體技術
的系統也許是正確的。

到了1993年,業界有許多專家預言IBM的AS/400將消亡,取而代之的將是「AS/500」。
因為到1994年,AS/400已經6歲了。針對新的機器「Superior」,IBM有機會更名
AS/400(有人建議使用AS/6000),但最終IBM還是決定繼續延用AS/400這一業界最為人們
認可的名稱之一。一個品牌的創立並非易事,因此,當一個商品的名稱已獲得用戶很高的認
可度時,只有傻瓜才會想著去改變它。

AS/400這一名字的由來也頗具戲劇性。早在1988年,IBM本可將AS/400命名為
System/38,因為那時的AS/400隻不過是在System/38的基礎上增加了許多新功能,完全
可以視其為System/38的升級版本。但IBM其實已厭倦使用「System/3x」的名稱,他們要想
創出一點新意。恰好當時IBM內部正在制定一套新的產品命名規則。IBM有一個項目叫作
SAA(System AppLICation Architecture),SAA旨在建立一種通用的應用軟體,能運行於IBM所有主流系統上。

相似的系統名能更好地體現這種通用性,因此IBM的幾種主流系統都帶有「System」這一單
詞,如Enterprise System/9000(ES/9000),Personal System/2(PS)等,所不同的只是第一個單詞。
對AS/400第一個單詞的選擇在Rochester Lab.還引發了一場爭論,有人建議用「Advanced」,有人則要用「Application」。最後爭論的結果選擇了後者。但隨後在介紹AS/400 的先進系列時,IBM又使用了
「Advanced」。

那麼在選擇數字時為什麼選擇了「400」呢?由於AS/400是源於System/36和System/38
的,Rochester Lab.首先想到的是「37」和「39」,但馬上決定用「40」。「Application
System/40」這一名字在Rochester Lab.呼之欲出。但沒有想到IBM另一機構「Personal
Systems Organization」申請佔用全部的1位和2位數字,他們抱怨使用1位數字只能發布
9種不同的產品,沒有人會去買PS/0。最後,Rochester Lab.做了讓步,他們在「40」
之後再加了一個「0」,這樣「AS/400」終於誕生了。

AS/400斷代
 1988年推出的是第一代部門計算機,規模上也有一點象主機,沿用當時以主機為中心的信息
系統應用思想,推出以後取得了很大的成功。
 1994年是第二代,隨著Client/Server應用規模的推廣,AS/400推出了先進系列,俗稱」
黑匣子」,上面運行的操作系統叫OS/400版本3,操作系統和硬體相結合使AS/400在當時完
全成為一個開放的客戶機/伺服器平台。
 1996年推出了第三代,基於64位RISC晶元硬體技術的AS/400為進入以網路為中心的時代
打開了一個大門。

AS/400系統概況

   AS/400 是當今世界上最流行的中小型、多用戶商業計算機系統,在多用戶伺服器領域裡,始終保持著最暢銷的地位。目前 AS/400 在全球的裝機量已超過 75 萬套,覆蓋 150 多個國家,支持 40 多種語言,有近 1 萬個商業夥伴和獨立軟體商, 3 萬多個商業應用。廣泛應用於流通、金融證券、製造、運輸等各個行業。
   AS/400e 及其之後的產品系列,融合了 Java 、 Domino 、伺服器整合與邏輯分區、 Where sphere 和商業智能等許多業界最新技術,並增加了對歐元的支持,幫助用戶更有效地將企業產品和服務推向市場,在新興的電子商務領域獲益。
  本章主要介紹了 AS/400 先進的體系結構 -Timi 、集成性和單級存儲技術,揭示了 AS/400 成功的奧秘。同時也對 AS/400 的特性和發展歷史做了介紹。

AS/400 發展歷史 為了深入了解一個系統,必須熟悉它發展的歷史和背景。多數的計算機系統是從原有的系統基礎上發展起來的。 AS/400 的發展歷史:
   ◇ 1969 年 6 月發布 System/3 ( Batch machine )
   ◇ 1975 年 1 月發布 System/32 ( 用於小型商務辦公環境 )
   ◇ 1977 年 4 月發布 System/34
   ◇ 1978 年 10 月發布 System/38 (第一代 AS/400 ,商業上失敗,技術上成功)
   ◇ 1983 年 5 月發布 System/36 (商業上非常成功)
   ◇ 1988 年 6 月發布 AS/400 B 型號( Application System/400 ,第二代 AS/400 )
   ◇ 1994 年 5 月發布 AS/400 先進系列 / 伺服器( Advanced System/400 ,第三代 AS/400 )
   ◇ 1995 年 6 月發布 AS/400 Power PC 先進系列 / 伺服器
   ◇ 1997 年 8 月發布 AS/400e 系列
   ◇ 1999 年 2 月發布 AS/400 e 伺服器 170 、 7XX
   ◇ 1999 年 7 月發布 AS/400e Domino 專用伺服器(蓮花寶箱)
   ◇ 2000 年 10 月發布 ISERIES 400, 包括 270 、 820 、 830 、 840 及 IBM 蓮花寶箱( DSD )
iSeries 400 的特點   iSeries 400 通過緊密集成硬體、軟體、中間件和操作系統提供能夠滿足不同業務需求的高性能、可靠和易於使用特性。從 e 系列開始,在電子商務大舞台上開始扮演更為重要的角色。它可以提供擴展業務確保電子商務優勢所需的技術和工具。它的突出特點有:
   ● 卓越的性能,不斷獲得各種榮譽和認可,全面實現 64 位處理,先進的體系結構,最領先的 SOI 晶元技術;
   ● 卓越的可靠性和可用性,系統可提供 99.97% 的可用性 , 使 iSeries 成為商業關鍵事務處理的首選伺服器平台;
   ● 高度集成的系統環境,使用戶不需要太多的系統管理員就能保證其應用平穩地運行;
   ● 嚴密的安全防範系統,榮獲美國聯邦政府定義的商業計算機最高安全性級別 C2 級認證,堪稱世界上 " 最安全 " 的計算機系統。從來沒有發現過病毒。
   ● 開放標準兼容性,使用戶把運行在不同平台上的業務系統和數據平滑地連接在一起;
   ● 簡單易用,使用戶(尤其是新用戶)很快就能掌握它的系統管理和應用程序開發。
   ● 允許在一台伺服器上安裝 Linux 、 Java 、 Windows2000 和 Domino 等多種應用。
   ● 在系統中可以配備 16 台 PC 伺服器 Netfinity ,可以運行多種不同的操作系統,並公享主機系統的資源。
   ● 是唯一一種能直接(固有)支持多種不同文件結構,如 PC 文件、 Unix 文件、 Netware 文件、 Domino 文件、 ASCII 文件、 EDBCID 文件的系統。
AS/400 先進的體系結構 面向處理機的體系結構 面向 API 的體系結構  高級機器的體系結構

 在八十年代初, AS/400 的研製者,設計師們就預見到計算機技術的發展將會一日千里,用戶對計算機需求也將永無止境,因此設計出來的計算機不是功能應如何齊全,實際上也不可能設計這樣一個可永遠滿足用戶需求的計算機,而是應設計一個無限靈活的計算機,它可以隨時跟上計算機前沿的發展,容易接納計算機領域的新技術,同時又不會丟掉老用戶已有的投資,使升級后的計算機系統真正做到百分之百地兼容在舊系統上已開發的應用程序。這樣的計算機才會經久不衰,具有生命力、競爭力。什麼樣的計算機才能達到這個要求呢,那就是滿足這種要求的計算機,應該有一種高級的介面,這種介面既獨立於硬體,又獨立於軟體,是一個邏輯上的(而不是物理上的)系統介面。任何新技術的添加,只是這種介面的延伸和介面內部實現的改變,而不會對使用這種介面的程序產生什麼影響,這就是 AS/400 體系結構的設計初衷。 TIMI 技術就是這個高級介面的具體實現。
   從上圖可以看出 TIMI 層(以下簡稱 MI 層)是一個真正的獨立層,它將 OS/400 ,應用程序與 MI 層下方的硬體以及與硬體有關的軟體( LIC 層)完全隔離開來。底層硬體技術的更新完全被 MI 層下方的軟體所吸收,不會對 MI 層上方軟體產生影響, MI 層上方軟體可以不加任何改變,就可受益於 MI 層下方更新的硬體新技術。
  MI 層面實際上是為 AS/400 中所有應用程序和 OS/400 系統軟體的介面作了一種形式化的定義,提供了一個完整的 API 集( APIs ),所謂 " 完整 " 體現在任何一個 MI 層上方的應用程序或系統程序都不可能繞過這個 APIs 直接去訪問 MI 層下方的軟體和硬體。另外這個 APIs 是可以擴充的,可隨時加入一些標準化組織(例如 POSIX )指定的 API ,並且這種擴充是沒有限制的。例如,在 OS/400 V3R1 中加入了支持 Single UNIX Specification API 的功能,這樣一些 UNIX 的應用程序就可以被移植到 AS/400 上。當 AS/400 採用一些先進的硬體技術時,可能要修改或增加一些相關的 API ,修改也只是在 MI 層下方的實現。在 MI 層從不執行刪除 API 這一操作,舊的 API 被完整的保留下來,正因為如此,一些十年前開發的應用程序可以不加任何修改地運行在當今 AS/400 系列計算機上, TIMI 技術使得 AS/400 成為當今計算機領域中保護用戶投資的典範。
  MI 層提供的 APIs ,我們稱為 MI 指令。這些 MI 指令是不能直接執行的,要先將它們編譯成機器指令,也不能將 MI 指令集算成一種高級語言,而應看做是高級語言編譯之後生成的中間結果。

MI 指令的操作數有兩類:立即數和對象( Object )。立即數即傳統的位和位元組操作數,對象是一種數據結構,是一個封閉的整體。在使用對象時,只有將對象視為一個整體進行操作的指令才是有效的。因此應用程序和 MI 上方的系統軟體完全不必了解對象的內部細節(這些細節都被封裝在對象內部,對外界透明),對象的內部細節有任何改變也不會影響到那些對其進行操作的 MI 上方軟體,這就使得這些軟體獨立於底層的數據結構。
   與常規的機器界面指令不同,在 MI 指令的操作數中雖保留了立即數,但卻沒有了寄存器,物理內存空間, I/O 空間等概念,倒是多了對象這個些概念。在 MI 中定義了許多種對象類型,其中大部分都是一些結構複雜的數據結構。一個最重要的 MI 對象類型稱為 Space , Space 可以簡單的理解為一組與硬體無關的位元組序列。當一個 AS/400 程序要使用內存時,它可以使用 Space 。例如, AS/400 的編譯器( Compiler )在創建一個程序模板( Program template )時,必須要把這個程序模板放在某一個地方,這時就把它放在一個 Space 中。
   正是有了這種 TIMI 技術,使得 AS/400 可以最及時地採用計算機業界的先進技術,成為 IBM 公司展示自己新技術的櫥窗。例如, AS/400 是第一個採用 4M 位 ﹑ 16M 位內存晶元,第一個採用 N-Way 處理器技術,第一個採用 RAID-5 磁碟保護技術,第一個採用光纖連結等。從 CISC 到 PowerPC RISC 處理器,定址能力從 48 位到 64 位,不久的將來會擴展到 128 位,處理器晶元從 Gobra 到 Apache 到 Northstar ,處理器數量從 1 路到 12 路,幾年來 AS/400 歷經了幾次大的硬體更新換代,但對原來的 AS/400 用戶並沒有帶來什麼衝擊,相反卻感覺到了 AS/400 新技術帶來的性能上的巨大飛躍,用戶一旦投資 AS/400 ,就可以終身享受信息產業的新技術。在這一點上,同其它行業同類產品相比, AS/400 是最具競爭力的。因為其它公司許多應用程序並沒有完全獨立於硬體,因此在硬體升級,尤其是晶元從 CISC 過渡到 RISC 結構時,這些程序需要重新改寫,代價十分昂貴。例如 DEC 公司在推出 Alpha 晶元時有 15%~20% 的應用程序要重寫。 AS/400 沒有這種困擾,在 AS/400 從 48 位升級到 64 位時,好多應用程序甚至不需重新編譯就可移植到新的 AS/400 上, AS/400 是首家實現從硬體到操作系統到應用程序全部是 64 位的系統。由於 AS/400 的這種獨特的 TIMI 技術給 AS/400 所帶來的良好的靈活性,可擴充性,兼容性, 因此我們有理由相信,無論計算機技術如何變化, AS/400 都將永遠保持它在業界的領先地位。
 

系統集成

   集成是指將完成不同功能的程序模塊集合在一個有機的整體中。在這個整體中除含有操作系統功能外還有網路通信功能,資料庫管理功能,語言支持功能等。將它們作為一個整體來設計的優點是代碼量少,執行效率高,安全性好,易於安裝、維護和使用,同時也避免了功能上的重複和不同廠商產品之間的縫隙問題引起的一些爭端。當然這種集成性所引起的不利因素也是有的,那就是系統的靈活性會有所下降。
  AS/400 是一個最典型的集成的商用計算機,它把計算機系統通常要用到的一些功能如網路通信功能,資料庫管理功能,安全管理功能完全集成在 AS/400 操作系統中。這種集成系統的整體功能遠遠勝於各部分功能的簡單迭加。使用各種功能的用戶介面都是一致的,因此在 AS/400 上開發應用會節省更多的人力資源、財力資源。需要的維護人員也比其它計算機系統少,這是 AS/400 在業界獲得成功原因之一。 AS/400 集成系統中含有對各種網路通信協議和通信設備的支持,如 TCP/IP 協議,非同步傳輸控制協議( async ),二進位同步傳輸協議( BSC ),同步數據鏈路控制協議( SDLC ),高級數據鏈路控制協議( HDLC ),X .25 協議等幾乎所有目前在市場上流行的通信協議及各種網路通信適配器。 AS/400 支持幾乎所有的 TPC/IP 應用, Internet 應用。
   在 OS/400 中還含有一個功能強大的資料庫管理系統 DB2/400 ,這是一個全功能的開放性的關係資料庫系統,是 IBM DB2 家族中的一個成員,目前這個 DB2/400 已升級到 DB2 udb for AS/400 ,它除了支持原有 DB2/400 資料庫中存儲過程 (store procedure) ,參照完整性 (referential Integraty ) ,觸發器 (trigger) ,二階段提交 (two-way commitment) 等重要功能外,還增加了對於多媒體信息,對象型 DBMS ,試算表,虛擬文件等方面的支持。另外在 OS/400 V4R4 版本中還增強了資料庫查詢性能, SQL 連接能力,并行處理能力等。
   由於 AS/400 的操作系統是由 OS/400 與 LIC 組合而成,整個集成的系統所提供的功能根據其與硬體的關係不同,使用頻率不同,對安全的要求不同而被分別放在不同的層面上。上圖顯示了各功能模塊所處的位置。上圖中可以看出, CL 部分是直接面向用戶的,完全處於 MI 上方;工作管理( work management )的職責主要是對作業的管理,與硬體關聯不大,所以大部分位於 OS/400 中;設備管理部分有些和硬體關係十分密切,如設備的驅動程序等要放在 LIC 層,而那些對設備進行監控的部分放在 OS/400 中實現;安全部分雖然與硬體完全獨立,但為了提供更高級別的安全保護,還是把它的大部分功能放到 LIC 層實現。此外有些功能與硬體並無多大關係,但對系統性能舉足輕重,也將其放在 LIC 層實現。還有一些功能是分散在 OS/400 和 LIC 中的。由於數據傳輸部分與磁碟驅動方式和數據傳輸方式密切相關故在 LIC 中實現,文件定義部分與硬體無關在 OS/400 中實現,文件中的成員( member )定義與磁碟有一定關聯在 LIC 中實現更好些。有些功能很難確定在 LIC 中還是在 OS/400 中實現更合適, AS/400 總是儘可能地進行層次劃分。

單級存儲結構

   AS/400 又一特徵就是它的存儲管理方法。它採用了單級存儲( Single-level store )結構對存儲器進行管理。它將系統中所有的存儲器,即所有主存 (main storage ) 和輔存 (Auxiliary storage ) 看成是一個大的存儲器,這個大存儲器提供的存儲空間相當於機器的定址能力,從開始的 48 位定址空間到今天的 64 位定址空間,近幾年內渴望實現 128 位定址空間。這個諾大的虛地址空間給用戶尤其是程序員帶來了極大的方便,他們所面對的就是一個盛裝對象( Objects )的大容器,只要知道了一個對象的名稱和類型就可以訪問這個對象,完全不必關心所訪問的對象存放在哪個盤上,也不必考慮存儲管理等繁瑣問題。至於內外存之間信息如何交換以及為提高對象的訪問效率而將一個對象的內容分散存放到幾個硬碟上,對用戶是完全透明的。
   事實上,在 MI 上方的任何程序(包括 OS/400 ,應用程序,編譯器等)都看不到這個單級存儲結構中的實存部分(內存和外存),呈現在他們面前的只是一個偌大的虛存, 每個 AS/400 對象佔用這個虛存中的一些虛地址。當用戶使用對象的名字和類型訪問它時, MI 層上方的程序可以快速地將這個對象的名字映射成它的虛地址。由於 MI 層上方用戶編程時,不再區分內存和外存,只是針對這個虛存編寫程序,因此可使得編寫程序所需的指令數目大大減少。當然,負責系統性能管理的人員用 WRKSYSSTS 命令或 WRKDSKSTS 命令還是可以看到一些關於磁碟的信息的,例如磁碟的使用率,忙閑情況,缺頁率( page Fault )等。
   對象總是要存儲在磁碟上,並且在使用時需將其裝入內存的。如何將對象的虛地址映射到磁碟上的實地址或內存的實地址是在 MI 層下方實現的。 AS/400 將內存分為大小相等的一些頁面幀 (page frame) ,在 64 位 AS/400 系統中,頁面幀的大小為 4096 位元組( 4KB ),存儲在磁碟上的對象被劃分為一個個大小與頁面幀相等的頁面( page )。一個大的對象由許多頁面組成,這些頁面在虛存中佔用一些連續的地址,但在實際存放時,可能被分散到幾個硬碟上,這樣做可以提高對對象的讀寫速度。當處理機要訪問的一個對象時,可以將該對象的部分頁面從磁碟裝入內存的頁面幀中, MI 下方的地址轉換機構通過查詢駐留在內存中的一個頁表 (page table) 實現虛實地址轉換,如果發現一個虛地址對應的頁面不在內存中,就報告頁故障 (page fault) ,然後由內存管理程序負責將這個頁面從磁碟調入內存。硬體在查詢頁表時使用的是 Hashing 演算法。
   總之, AS/400 的單級存儲結構不僅給編程用戶提供了一個相當大的存儲空間,同時也將用戶從繁瑣的存儲管理中解放出來,減輕了用戶負擔,提高了工作效率。
   在 OS/400 V4R3 及其以後版本中,已把 AS/400 的單級存儲的單一地址空間由原來的內存、硬碟推廣到磁帶庫,系統的存儲管理功能可按用戶自定義的規則,自動透明地管理分佈在磁碟與磁帶庫中的數據。

A S/400 硬體系統

   AS/400 是一個多 CPU 系統。一個系統處理器模塊包含多個 CPU ,分別用於系統管理、內存管理、進程管理等,每個 CPU 都包含一個微內核,將多個 CPU 合起來作為一個處理器,通過微內核間的通訊可以平衡各個 CPU 間的工作量。現在的 CPU 採用 Power Pc 技術。
  I/O 採用 I/O 通道技術。 I/O 匯流排主要採用 SPD 匯流排標準,匯流排傳輸速率為 266Mbps 或 1Gbps (對 RISC 機)。系統可以連接多達 19 條 SPD 匯流排,每條 SPD 匯流排最大可連接 32 個 I/O 設備。 SPD 匯流排可以是排線,也可以是光纖。排線採用 32 位 data lines,4 位 parity lines ,和若干位控制信息線。非同步傳輸。而光纖則採用單線串列傳輸。
  BCU ( Bus control unit )主要用於控制 SPD 匯流排,負責匯流排仲裁、優先權判斷等。 IOBU(I/0 Bus Unit) 實際上是一個 IOP ,負責處理所有的 I/O 功能,而且本身包含內存,實際上是一個微機系統,可以運行不同的操作系統(如, OS/2,Windows,WNT,DOS… )。如果把系統處理器也看作是一個 IOP 的話,那麼系統中任何兩個 IOP 都可以進行通訊,形成主-從多 CPU 系統。發起通訊的 CPU 為 master, 被呼叫的 CPU 為 slave. 任何兩個 IOP 之間都可以進行消息傳輸。除消息操作以外,還可以進行存儲器操作。存儲器操作只能在主存和 IOP 內存之間進行,而不能在一個 IOP 內存和另一個 IOP 內存之間進行。存儲器操作都採用 DMA 方式。

   AS/400 之所以成為全球使用最廣泛的中型商用計算機,一個重要的原因是其先進的體系結構能夠不斷地吸引融合最新的技術。本章主要介紹了 AS/400 的先進的體系結構 -TIMI 、集成性和單級存儲技術,揭示了 AS/400 成功的奧秘。

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