Основы построения БЭВМ

2006-2007 учебный год

Кафедра ИУ6

9 семестр

Курс: Основы построения БЭВМ (mainframe zSeries)Лектор: к.т.н., доцент ИУ6 Галямова Елена Валентиновна,участница программы IBM Academic Initiative,

директор Академического центра компетенции IBM при МГТУ имени Н.Э.Баумана

Курс читается на 9-ом семестре студентам кафедры ИУ6

это уже не курс по выбору!

Объем: 51 час лекций в ауд 319,

16 час лаб. работы в ауд.804

Контроль знаний:

а) защита лаб. работ\рк \ экзамен

б) сдача экзамена в электронном университете

Основные темы курса:

Архитектура и микроархитектура zSeries

Подсистема ввода-вывода

Операционные системы на платформе zSeries

ПО промежуточного слоя (middleware)

Курс: Основы построения БЭВМ (mainframe zSeries)Литература: На русском языке 1) Варфоломеев В.А. ,  Лецкий Э.К. ,  Шамров М.И. ,  Яковлев В.В. Архитектура и технологии IBM

eServer zSeries Цена: 450.00 руб. ($ 16.07)Обычно отгружается в течение 24 часов.Издательство: Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру »Серия: Основы информационных технологий »Год выпуска: 2005Объем: 640 стр.

2) Главы из книги Mike Ebbers, Wayne O’Brien. “An Introduction to the Mainframe: z/OS Basics”, International Business Machines Corporation, 2004 в электронном виде – можно скачать с сайта http://webcourse.bmstu.ru либо получить у преподавателя

3) Галямова Е.В., Егоров М.А. Операционная система z/OS и основы программирования для больших вычислительных машин (мейнфрейм) Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов старших курсов факультета ИУ 2006 г.

На английском языке: 1) на CDROM у преподавателя2) Mike Ebbers, Wayne O’Brien. “An Introduction to the Mainframe: z/OS Basics”,

International Business Machines Corporation, 2004

Курс: Основы построения БЭВМ (mainframe zSeries)

Источники информации в Интернете:

1) http://webcourse.bmstu.ru2) http://www.intuit.ru – Интернет университет информационных технологий 3) http://zos.kctr.marist.edu Marist College4) http://jedi.informatik.uni-leipzig.de – Лейпцигский университет

Программные продукты для выполнения лабораторных работ :

1) Через Интернет - Виртуальная среда большой ЭВМ – Marist College http://zos.kctr.marist.edu , Лейпцигский университет, МГТУ им.Н.Э.Баумана (?)

Для доступа к среде MainFrame студенты получают IBM ID

1) В ауд 805: – WebSphere Developer for zSeries– IBM HTTP Server – DB2 Server – Rational Application Developer

7 апреля 1964 г. ПрезидентТомас компании IBM Дж. Уотсон-младший объявил о выпуске семейства БЭВМ System/360

Система 360, или S/360, цифра 360 - это полная окружность в градусах

Один из самых дорогостоящих проектов в истории ВТ. Цель проекта - разработка семейства различных по производительности и стоимости компьютеров, позволяющих удовлетворить любые запросы пользователей.

Компьютеры этого семейства получили название "мэйнфреймы" (mainframe), по названию типовых стоек IBM, в которых размещалось оборудование центрального процессора.

Каждый из компьютеров семейства создавался из набора унифицированных аппаратных и программных модулей, совместимых на:

• информационном (представление и кодирование информации), • программном (единая система команд и программистская модель) • и аппаратном (схемотехническая база, электрические сигналы, кабели, разъемы и конструктивы) уровнях. Концепция программно-совместимого семейства компьютеров стала стандартом для всей компьютерной промышленности.

(IBM-совместимые компьютеры)

Введение

Введение • Компьютеры System/360 породили новое явление в

компьютерной индустрии, создав так называемую "платформу" - стандарт на аппаратно-программное обеспечение с открытой архитектурой (частично или полностью).

• Все последующие поколения семейства поддерживали программную совместимость "снизу-вверх", включая последние модели zSeries, построенные на основе z/Architecture.

• Такой подход позволил осуществлять эволюционное развитие программных продуктов, существенно снижая затраты пользователей при переходе на новые аппаратные средства.

Введение

• 1970-1971 System/370 (Система 370) • 1990 - компьютеры System/390 (Система 390). • С 2000 - серия ЭВМ zSeries. • Проект Mach 1 - создание линеек серверов под

общим названием IBM eServer (электронный бизнес).

• Стратегическая инициатива компании IBM - программа построения самонастраивающихся (самоорганизующихся) систем (Autonomic Computing).

• В основу систем положен принцип саморегуляции, позаимствованный из живой природы.

• Технология Grid-вычислений - виртуализация ресурсов и данных для распределенных вычислений

Основными целями создания самонастраивающихся систем являются:

• создание интеллектуальных механизмов внутренней самоорганизации вычислительных систем;

• обеспечение динамической адаптации вычислительных систем к условиям деловой активности предприятия.

Для реализации указанных целей предлагается использовать четыре основных принципа:

• Автоматическая конфигурация (Self-configuring)

• Автоматическое восстановление (Self-healing)

• Автоматическая оптимизация (Self-optimizing)

• Самозащита (Self-protecting)

Признаки самонастраивающихся систем: • многопроцессорная, многоузловая реализация с

включением процессоров разных типов; • практически неограниченные возможности

масштабирования серверов и их консолидация; • наращивание ресурсов по требованию; • обеспечение логического разделения - partition, при

котором один сервер представляется в виде нескольких отдельных виртуальных компьютеров с разными операционными средами и единым центром управления и средствами взаимодействия;

• широкий спектр средств контроля и восстановления работоспособности;

• гарантии высочайшего уровня готовности; • минимизация эксплуатационных затрат.

Мэйнфреймы zSeries образуют одну из линеек серверов eServer

Буква Z в названии zSeries, z/Architecture означает сокращение от "zero down time " :

нулевое время простоя - высочайшая надежность, позволяющая непрерывно поддерживать работу сервера на заданном уровне производительности по схеме 7 × 24 (т.е. 24 часа в сутки) × 365 (дней).

Это достигается централизацией вычислительной мощности в рамках одного сервера с развитой системой контроля и возможностью "горячей" замены отказавших элементов.

Другие важные характеристики серверов zSeries :

• Масштабируемость архитектуры сервера

• Высокая концентрация вычислительной мощности

• Высокая пропускная способность системы ввода-вывода

• Кластеризация серверов zSeries, системы IBM Parallel Sysplex

• Самонастраивающиеся системы

Масштабируемость архитектуры сервера:

• по количеству процессоров,

• по объему памяти,

• по средствам ввода-вывода

• и другим параметрам.

Высокая концентрация вычислительной мощности :

• Достигается за счет использования КМОП - интегральной технологии и многочиповых модулей - MultiСhip Module (MCM).

• Каждый такой модуль может содержать несколько десятков интегральных чипов микропроцессоров, КЭШ-памяти, управления и обмена, а также

• относительно небольшой корпус размером примерно 12×12 см.

Высокая пропускная способность системы ввода-вывода :

Около 200 GB/s Это обеспечивается большим числом разнообразных

высокоскоростных каналов, управляемых специализированными процессорами.

• Такие процессоры выполняют канальные программы, находящиеся в основной памяти и реализующие операции ввода-вывода.

• Это, с одной стороны, освобождает центральные процессоры от большинства рутинных и медленных операций, связанных с вводом-выводом,

• а с другой стороны, распараллеливает выполнение таких операций.

Кластеризация, система IBM Parallel Sysplex :

• Кластеризация серверов zSeries позволяет создавать системы IBM Parallel Sysplex, в которых могут быть консолидированы серверы разных поколений.

• расширение масштабируемости систем, • повышенная готовностью, • динамическое перераспределение пиковых

нагрузок, • преемственность при замене серверов и т.д.

199х-е годы: «Нужны ли мейнфреймы? Они вымерли, как динозавры…»

• В 90-х годах прошлого века сложилось впечатление, что все задачи можно решить при помощи персональных компьютеров, объединенных в сеть.

• Персональные компьютеры расширили область применения вычислительной техники в бизнесе и в быту, однако ряд задач по-прежнему невозможно решить без мэйнфреймов.

• Мэйнфреймы не сдают позиций.

• Мэйнфреймы используются в критически важных областях деятельности компаний, там, где требуется высокая производительность и надежность.

• Они нашли свое место в эпоху Internet. Сроки их службы исчисляются десятилетиями.

• Интерес к мэйнфреймам вновь растет

Современный сервер - это mainframe

Архитектура серверов серии zSeries – это архитектура, имеющая большое количество функций, недоступных на других платформах:

подсистема ввода-вывода с контрольными блоками,

виртуализация и распределение функций, возможности параллельных вычислений,

ориентированное на цели управления рабочими нагрузками, и другие.

Основные достоинства mainframe

• Организация процедур прерывания – В mainframe существует специально выделенный

процессор для обслуживания процедур прерывания

• Контрольные блоки - интерфейс между mainframe и периферийными

устройствами, подключаемыми к ней; место, где хранится информация о ресурсах

• Использование виртуальной памяти - полноценное адресное пространство для каждого

пользователя, изоляция пользователей друг от друга, повышение уровня безопасности

Архитектура мэйнфреймов zSeries

Тема первая

Базовая архитектура zSeries

SMP архитектура – симметричная мультипроцессорная обработка данных

Архитектура центральных процессоров мейнфреймов

zSeries

Регистровая модель

Регистровая модель процессора z/Architecture на современном этапе развития включает следующие группы регистров:

Обозначение

Наименование Разрядность

Кол-во

GR Общего назначения 64 16

FPR С плавающей точкой 64 16

FPC Управления операциями с плавающей точкой

32 1

AR Доступа 32 16

CR Управления 64 16

PSW Слова состояния программы 128 1

PR Префикса 64 1

TOD Часов 32 1

TR Таймера 64 1

CC компаратора времени 64 1

Система команд процессора Адреса памяти

Таблица 2.1. Адресация операндов фиксированной длины

Операнды

Байт 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Полуслово (2 байта)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Слово (4 байта) 0 4 8 12 16

Двойное слово (8 байт)

0 8 16

Учетверенное слово (16 байт)

0 16

Форматы адресов

а) архитектура с 24-, 31-разрядными адресами

0 8 31

24-разрядный адрес

31-разрядный адрес

Форматы адресов

б) z/Architecture

0 33 41 63

24-разрядный адрес

31-разрядный адрес

64-разрядный адрес

Длина команды определяется двумя старшими битами кода операции COP:

Старшие биты COP

Длина команды (число полуслов)

00 1

01 2

10 2

11 3

Форматы команд Z900

Таблица 2.3. Поля, используемые в форматах команд z/Architecture

COPКод операции команды, определяющий тип

операции

1, 2, 3, 4 Индексы, указывающие на 1, 2, 3 и 4 операнды команды

R1, R2, R3 Номера регистров

B1, B2, B4 Номера базовых регистров

X2 Номера индексных регистров

D1, D2, D4, DL1, DH1, DL2, DH2

Поля смещения (L - младшая часть смещения, H - старшая часть смещения)

M1, M3, M4 Поля маски

I, I2 Поля непосредственных операндов

L, L1, L2 Поля длины операндов

АО = (B) + (X) + D

Генерация адресов операндов (АО), размещенных в памяти, основана на косвенно-регистровой адресации, когда адрес берется из регистра, заданного полем R команды, либо на вычислении путем сложения содержимого базового (B), индексного (X) регистров и смещения D

Классы операций в системе команд z/Architecture:

1. основные (или базовые): целочисленная двоичная арифметика, логические операции, переходы и др.;

2. десятичные: операции над десятичными числами; 3. с плавающей точкой: поддержка и реализация

операций с плавающей точкой в двоичном (BFP) и шестнадцатеричном (HFP) форматах;

4. управления: операции для управления работой процессора;

5. ввода-вывода: управление операциями ввода-вывода.

Форматы десятичных операндов

А) Зонный формат:

зона цифра

зона цифра

... зона цифра

зона/знак

цифра

б) Упакованный формат:

цифра

цифра

цифра

... цифра

цифра

цифра знак

Форматы чисел с плавающей точкой

Форматы HFP

0 7 31 63 64

70 128

S Порядок

Мантисса (6 цифр)

S Порядок

Мантисса (14 цифр)

S Порядок

Мантисса (старшие 14 цифр)

S Порядок

Мантисса (младшие 14 цифр)Не

использ.

Форматы BFP

0 8 11 15 31 63 128

S Порядок

Мантисса (23 бита)

S Порядок Мантисса (52 бита)

S Порядок Мантисса (112 бит)

Для самостоятельной проработки:

• Параметры и диапазоны представления чисел в форматах BFP

• Регистр управления операциями с плавающей точкой

[лит. 1, стр. 32-34]

Спасибо за внимание!

Периферийные устройства вычислительных систем,

построенных на базе мэйнфреймов zSeries

Тема вторая

Операционные системы мэйнфреймов zSeries

Тема третья

Основные продукты IBM, относящиеся к программному обеспечению промежуточного

слоя

Тема четвертая