计算机系列
计算机系列
计算机系列简称“系列机”。功能不同，但可配套使用的大、中、小等档次的一系列电子计算机。在设计时已考虑到系列机在结构上的一致性，故具有兼容性。较低档计算机上能运行的程序，可移到较高档的计算机上运行。反之，在软件控制下，低档机也可执行高档机的部分程序。
简介
在计算机系统结构上采用相同的方案，具有程序上的兼容性和标准的输入-输出接口,在性能和价格上拉开一段距离的一组计算机机型。
特点
一个计算机系列具有以下五个特点。
① 各型号之间必须是程序兼容的或向上兼容的。程序兼容是指用机器语言或汇编语言编的程序能在各机型上运行，且能得到相同的结果。由于各机型性能上的差异，如运算速度、主存储器容量或加接的外围设备的种类和数量上的差别，有些程序在高档机型上能够运行，在低档机型上却不能运行，而在低档机型上能运行的程序在高档机型上也能够运行。这种兼容称为程序向上兼容。计算机系列内的程序兼容性，可使几个机型采用相同的系统软件，应用程序也易于由一个机型搬到另一个机型上。
② 各型号之间具有统一的系统结构方案。它们在机器的工作方式、数和指令格式、指令系统、中断系统、外围设备的控制和使用方式以及人－机交换的操作方式等方面采用统一的方案。这种概念性的结构与机型无关，各机型的物理设计和软件设计均不违背系统结构的规定。从程序员角度看，这些不同的机型就象是同一个机型。
③ 一个系列中各型号在性能和价格上存在着一种规则的排列。二个以上的机型才能组成系列。各机型在中央处理器的运算速度、主存储器容量和输入－输出通道的数目和流量等性能方面拉开距离，因而能满足各种用户的需要，以及用户因数据处理量扩大而需更新机型的要求，有利于扩大市场。
④ 在系列内部除统一的系统结构以外，在物理设计上制定和采用多方面标准化的规定，便于设计、生产和维护,节约研制投资。例如,外围设备与主机的标准接口的物理设计在系列内部是统一的，一般在机柜的结构设计、插件板的大小和接插件的选型等方面也是统一的。
⑤ 由一个公司或几个公司联合或是一个设计集团，按预定计划设计出的系列机才能称为一个系列。设计生产与其他系列程序兼容的系列机，不能看成是同一个系列。系列机除程序兼容外还有其他的特征。每一个系列机的设计计划，都应包括本身的设计目标、型号分档方法、物理设计标准化规定以及对市场的预测。
系列化的产生与发展
50年代后期，当计算机生产发展成为一门新兴的工业时，计算机的系列化设计便应运而生。其原因有二。第一是计算机软件的发展。当计算机进入晶体管化时，应用领域急剧扩大。为满足用户要求，各种程序语言相继产生，能提高机器效率和减少人工介入的操作系统显得日益重要。在新机型的研制中，系统软件较为庞大，价格昂贵，周期较长，迫使设计人员不能给每一个新机型各配一套新的系统软件，而采取为若干个机型配一套相同的系统软件。同时，推动系列机出现的更大的原因，是用户不断要求更换新的、处理能力更强的机器。他们认为，应用软件如果不能在新机型上运行会造成重大损失，这促使设计人员设计出处理能力大小不同而能执行同一用户程序的多个机型。这就使程序兼容性成为计算机系列最主要的特征。第二是计算机硬件的成本与处理能力的高低密切相关。设计人员需要设计出性能指标不同因而售价不同的多个机型，才能满足各种用户的不同需要。
计算机系列在第二代计算机时即已出现，但形成明确的概念则是在1964年美国 IBM公司公布其第三代计算机产品IBM-360以后。IBM-360是一个在同一系统结构方案上程序兼容的通用系列机。此后，除少量特殊用途的计算机外，各公司纷纷按系列产品组织设计和生产。
1975年,美国出现了第一台与IBM-370程序兼容的机型。在计算机发展方面,出现了插接兼容机(PCM)的新机种，即选择一个认为市场情况最好的系列作为自己系列兼容的对象，按所选系列的系统结构设计出能使用那个系列的软件的系列机。严格地说，插接兼容机与被兼容的那个系列，不能认为是同一个系列机。但从软件的角度看，也常常笼统地看成是同一个系列。插接兼容机后来又被理解成程序兼容机。70年代以来，许多计算机厂家转向插接兼容机的设计和生产。
设计技术
计算机系列的设计技术大体包括五个方面的内容。
系统结构设计 经过市场分析而决定设计新的系列机后，就要确定该系列机的设计目标，主要是明确其性能范围、软件、硬件的主要技术途径、大致的售价、准备取代现有的哪类产品，以及估计与其他同期产品的竞争能力。这个设计目标就是系统结构设计的依据。
系统结构的同一性是一个计算机系列的重要特征。系统结构的设计既要满足软件技术发展的要求，又要考虑硬件实现的成本、技术上的先进性与现实性。设计的最终成果是系统结构设计文本，它是系统软件人员和硬件人员设计的依据，同时基本上也是这个系列机的工作原理。
完成系统结构设计就相当于在概念上构成一台计算机。系统结构的设计，应规定所有程序设计需要用到的机器属性。①数据的字长和格式：数据字是多少个二进位，是否规定半字长或双字长，有无可变长数，如何规定定点数和浮点数以及数的编码格式。②指令系统：基本指令的二进位数目、指令长度、选址的方式，并对每条指令给出确切的定义。③机器的工作方式：规定机器有几种工作状态，如果用“程序状态字”一类的控制字控制机器工作方式，则对这个控制字需要逐位给出明确的定义。如果它需要存储到编址存储器中，还要规定存储单元的号码。④中断系统：中断级数以及它们优先级的排列，引起各级中断的源信号和中断过程的主要动作。⑤使用外围设备的方式：无论通过总线、通道或外围处理机使用外围设备，都要规定统一的指令，规定对外围设备动作的命令和外围设备状态信息。⑥控制台：统一规定与程序编制有关的系统控制台操作（如初始程序加载）。
系列机的系统结构设计工作有两个特点。一是系列机的系统结构设计要求完整和准确；而非系列机的系统结构设计并不要求一开始就那样完整准确，可以在具体的硬件设计中不断完善。另一是系列机的系统结构设计须照顾到从低档机到高档机范围很宽的硬件设计和大小不同的操作系统的要求。
系列内机型分档
一个系列机至少有两个以上机型，在设计系列机时须考虑系列内如何分档。分档的目的是为了适应不同用户的需要，扩大市场的覆盖面。分档的标志主要有两条：一是在运算速度、主存储器容量、通道数目和流量等机器性能上的差别；另一是在成本上的差别。
在技术上实现分档的方法很多，主要有三种。①采用不同的数据通路宽度。例如，数据通路宽度可以做成64位、32位或16位,使机器性能与制造成本拉开距离。②采用不同的控制方式。例如，高档机采用先行操作、流水线技术、高速运算方法;而低档机采用节省器材,容忍较长操作时间的控制方法。③采用不同速率的器件。高档机用高速器件，低档机用中低速器件。
系列内统一的功能测试程序
每个系列机都有其内部统一的功能测试程序，它与机器的硬件设计无关。它的作用有二:一是检查机器是否符合系统结构的设计;二是检查各机型之间是否程序兼容。测试程序必须能检查系统结构设计的每一个方面，以至每一个细节。通过这种测试，才能说明机器的各种功能符合要求。只有通过了这种测试,才能加载系统软件。从这个意义上说,功能测试程序是硬件和软件的界面。功能测试程序有别于诊断程序。诊断程序依赖于具体的硬件设计，使用诊断程序可以实行故障定位。但通过了诊断程序并不说明一定能通过功能测试程序。功能测试程序根据不同机型、不同配置的实际情况生成才符合使用要求。
系统软件
系统软件的设计与配置是系列机设计的主要内容。系统软件人员要对系统结构设计提出要求，而对于已经确定的系统结构设计必须严格遵守。对于用户来说，他并不需要知道系统结构和硬件的设计。系统软件是系统结构和硬件设计的外层。一个成功的系列机必然配有十分完备的系统软件，它应包括几种适用于不同用户特点的操作系统、若干种高级语言、数据库管理系统、通信和网络控制程序以及各种标准子程序包。
系统软件兼容并不等于简单地将软件介质拿来就用。在一个系列内对于不同的机型，即使同一个机型，因配置不同，系统软件也要重新进行系统生成。软件是一种商品，必须购买或租用。许多机器采取保护系统软件的措施，防止非法复制系统软件。
系列内硬件设计的标准化
除了国际标准和国家标准以外，一个企业还有自己的企业标准。在计算机系列的设计中，结合这三级标准制定本系列机的设计标准。这种标准的贯彻执行，可给系列机的设计、生产和维护使用带来巨大的经济效益。
这些标准涉及的范围十分广泛。在元件、器件方面，有器件选用和测试标准；在机械结构设计方面，有不同级别的装配和互连标准；在电气性能方面，有电路工程应用规范的标准；在外围设备接口方面，主机与外围设备控制器之间和外围控制器与外围设备之间的两级接口几乎在各系列中都采取标准化约定，而且这些约定会稳定相当长的时间。
这些标准化特点在同一个系列的机型上有充分的体现，但也不是绝对的。由于技术的迅速发展或由于一个系列覆盖的范围太大，在同一系列中在机械结构设计和电路选型上，也可能有明显的不统一。
展望
计算机技术不断发展,系列机的概念和设计技术也会有所变化。其趋势是：①当中央处理器硬件的成本比软件或系统的成本小得多时，系列机不一定在中央处理机的硬件设计上过多地分档，而以某种“积木化”方式在性能和外围设备配置上分档。②生产厂家在保证用户程序兼容这一系列机最主要特征的情况下，还将研制与传统系列机概念不同的各式各样的系列机，尤其在微型与小型计算机方面的表现更为明显。