基本介紹
- 中文名：計算機系列
- 外文名：Computer series
簡介,特點,產生與發展,設計技術,機型分檔,功能測試,系統軟體,硬體設計,展望,
簡介
在計算機系統結構上採用相同的方案，具有程式上的兼容性和標準的輸入-輸出接口,在性能和價格上拉開一段距離的一組計算機機型。
特點
一個計算機系列具有以下五個特點。
① 各型號之間必須是程式兼容的或向上兼容的。程式兼容是指用機器語言或彙編語言編的程式能在各機型上運行，且能得到相同的結果。由於各機型性能上的差異，如運算速度、主存儲器容量或加接的外圍設備的種類和數量上的差別，有些程式在高檔機型上能夠運行，在低檔機型上卻不能運行，而在低檔機型上能運行的程式在高檔機型上也能夠運行。這種兼容稱為程式向上兼容。計算機系列內的程式兼容性，可使幾個機型採用相同的系統軟體。應用程式也易於由一個機型搬到另一個機型上。
② 各型號之間具有統一的系統結構方案。它們在機器的工作方式、數和指令格式、指令系統、中斷系統、外圍設備的控制和使用方式以及人－機交換的操作方式等方面採用統一的方案。這種概念性的結構與機型無關，各機型的物理設計和軟體設計均不違背系統結構的規定。從程式設計師角度看，這些不同的機型就象是同一個機型。
③ 一個系列中各型號在性能和價格上存在著一種規則的排列。二個以上的機型才能組成系列。各機型在中央處理器的運算速度、主存儲器容量和輸入－輸出通道的數目和流量等性能方面拉開距離，因而能滿足各種用戶的需要，以及用戶因數據處理量擴大而需更新機型的要求，有利於擴大市場。
④ 在系列內部除統一的系統結構以外，在物理設計上制定和採用多方面標準化的規定，便於設計、生產和維護,節約研製投資。例如,外圍設備與主機的標準接口的物理設計在系列內部是統一的，一般在機櫃的結構設計、外掛程式板的大小和接外掛程式的選型等方面也是統一的。
⑤ 由一個公司或幾個公司聯合或是一個設計集團，按預定計畫設計出的系列機才能稱為一個系列。設計生產與其他系列程式兼容的系列機，不能看成是同一個系列。系列機除程式兼容外還有其他的特徵。每一個系列機的設計計畫，都應包括本身的設計目標、型號分檔方法、物理設計標準化規定以及對市場的預測。
產生與發展
50年代後期，當計算機生產發展成為一門新興的工業時，計算機的系列化設計便應運而生。其原因有二。第一是計算機軟體的發展。當計算機進入電晶體化時，套用領域急劇擴大。為滿足用戶要求，各種程式語言相繼產生，能提高機器效率和減少人工介入的作業系統顯得日益重要。在新機型的研製中，系統軟體較為龐大，價格昂貴，周期較長，迫使設計人員不能給每一個新機型各配一套新的系統軟體，而採取為若干個機型配一套相同的系統軟體。同時，推動系列機出現的更大的原因，是用戶不斷要求更換新的、處理能力更強的機器。他們認為，套用軟體如果不能在新機型上運行會造成重大損失，這促使設計人員設計出處理能力大小不同而能執行同一用戶程式的多個機型。這就使程式兼容性成為計算機系列最主要的特徵。第二是計算機硬體的成本與處理能力的高低密切相關。設計人員需要設計出性能指標不同因而售價不同的多個機型，才能滿足各種用戶的不同需要。
計算機系列在第二代計算機時即已出現，但形成明確的概念則是在1964年美國 IBM公司公布其第三代計算機產品IBM-360以後。IBM-360是一個在同一系統結構方案上程式兼容的通用系列機。此後，除少量特殊用途的計算機外，各公司紛紛按系列產品組織設計和生產。
1975年,美國出現了第一台與IBM-370程式兼容的機型。在計算機發展方面,出現了插接兼容機(PCM)的新機種，即選擇一個認為市場情況最好的系列作為自己系列兼容的對象，按所選系列的系統結構設計出能使用那個系列的軟體的系列機。嚴格地說，插接兼容機與被兼容的那個系列，不能認為是同一個系列機。但從軟體的角度看，也常常籠統地看成是同一個系列。插接兼容機後來又被理解成程式兼容機。70年代以來，許多計算機廠家轉向插接兼容機的設計和生產。
設計技術
計算機系列的設計技術大體包括五個方面的內容。
系統結構設計 經過市場分析而決定設計新的系列機後，就要確定該系列機的設計目標，主要是明確其性能範圍、軟體、硬體的主要技術途徑、大致的售價、準備取代現有的哪類產品，以及估計與其他同期產品的競爭能力。這個設計目標就是系統結構設計的依據。
系統結構的同一性是一個計算機系列的重要特徵。系統結構的設計既要滿足軟體技術發展的要求，又要考慮硬體實現的成本、技術上的先進性與現實性。設計的最終成果是系統結構設計文本，它是系統軟體人員和硬體人員設計的依據，同時基本上也是這個系列機的工作原理。
完成系統結構設計就相當於在概念上構成一台計算機。系統結構的設計，應規定所有程式設計需要用到的機器屬性。①數據的字長和格式：數據字是多少個二進位，是否規定半字長或雙字長，有無可變長數，如何規定定點數和浮點數以及數的編碼格式。②指令系統：基本指令的二進位數目、指令長度、選址的方式，並對每條指令給出確切的定義。③機器的工作方式：規定機器有幾種工作狀態，如果用“程式狀態字”一類的控制字控制機器工作方式，則對這個控制字需要逐位給出明確的定義。如果它需要存儲到編址存儲器中，還要規定存儲單元的號碼。④中斷系統：中斷級數以及它們優先權的排列，引起各級中斷的源信號和中斷過程的主要動作。⑤使用外圍設備的方式：無論通過匯流排、通道或外圍處理機使用外圍設備，都要規定統一的指令，規定對外圍設備動作的命令和外圍設備狀態信息。⑥控制台：統一規定與程式編制有關的系統控制台操作（如初始程式載入）。
系列機的系統結構設計工作有兩個特點。一是系列機的系統結構設計要求完整和準確；而非系列機的系統結構設計並不要求一開始就那樣完整準確，可以在具體的硬體設計中不斷完善。另一是系列機的系統結構設計須照顧到從低檔機到高檔機範圍很寬的硬體設計和大小不同的作業系統的要求。
機型分檔
功能測試
每個系列機都有其內部統一的功能測試程式，它與機器的硬體設計無關。它的作用有二:一是檢查機器是否符合系統結構的設計;二是檢查各機型之間是否程式兼容。測試程式必須能檢查系統結構設計的每一個方面，以至每一個細節。通過這種測試，才能說明機器的各種功能符合要求。只有通過了這種測試,才能載入系統軟體。從這個意義上說,功能測試程式是硬體和軟體的界面。功能測試程式有別於診斷程式。診斷程式依賴於具體的硬體設計，使用診斷程式可以實行故障定位。但通過了診斷程式並不說明一定能通過功能測試程式。功能測試程式根據不同機型、不同配置的實際情況生成才符合使用要求。
系統軟體
系統軟體的設計與配置是系列機設計的主要內容。系統軟體人員要對系統結構設計提出要求，而對於已經確定的系統結構設計必須嚴格遵守。對於用戶來說，他並不需要知道系統結構和硬體的設計。系統軟體是系統結構和硬體設計的外層。一個成功的系列機必然配有十分完備的系統軟體，它應包括幾種適用於不同用戶特點的作業系統、若干種高級語言、資料庫管理系統、通信和網路控制程式以及各種標準子程式包。
系統軟體兼容並不等於簡單地將軟體介質拿來就用。在一個系列內對於不同的機型，即使同一個機型，因配置不同，系統軟體也要重新進行系統生成。軟體是一種商品，必須購買或租用。許多機器採取保護系統軟體的措施，防止非法複製系統軟體。
硬體設計
這些標準涉及的範圍十分廣泛。在元件、器件方面，有器件選用和測試標準；在機械結構設計方面，有不同級別的裝配和互連標準；在電氣性能方面，有電路工程套用規範的標準；在外圍設備接口方面，主機與外圍設備控制器之間和外圍控制器與外圍設備之間的兩級接口幾乎在各系列中都採取標準化約定，而且這些約定會穩定相當長的時間。
這些標準化特點在同一個系列的機型上有充分的體現，但也不是絕對的。由於技術的迅速發展或由於一個系列覆蓋的範圍太大，在同一系列中在機械結構設計和電路選型上，也可能有明顯的不統一。
