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Seminar Großrechneraspekte(Mainframe)

S/390 Architektur und Hardware

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Gliederung

• Einführung• S/390 Architektur• S/390 Technologie• Zusammenfassung• Quellen

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Einführung (1)

Ursprünge:

7. April 1964: IBM kündigt S/360 Rechnerfamilie an

Erfinder: Gene Amdahl,

Gerry Blauuw,

Fred Brooks

IBM Entwicklungs-Abteilung unter Leitung von

B.O.Evans

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Einführung (2)

Eigenschaften der S/360 Architektur:

• 8 bit pro Byte

• Einheit der Hauptspeicheradressierung Byte

• Mehrzweckregister

• Verzicht auf direkte Hauptspeicher-Adressierung

• Unterschied zwischen Kernel- und User-Status

• S/360 Kanal (heute SCSI-Interface)

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Einführung (3)

• Grund des Erfolgs:Verpflichtung und Garantie, daß Maschinencode auf allen bisherigen und zukünftigen Rechnermodellen läuft.

• Weiterentwicklung der S/360 Architektur u.a.S/370 (1970),S/390 (1990),zSeries (2000)

• S/390 Architektur durch umfangreiche Test-Suite beschrieben.

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S/390 Architektur (1)Register

S/390:• 32 bit Steuerungs-,

Zugriffs- und Mehrzweckregister

• zusätzlich 64-bit Gleitkomma

zSeries:• Alle Register auf 64

bit erweitert

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S/390 Architektur (2)Gleitkommastandards

IEEE 754 S/390Fraktionin Bit

Exponentin Bit

Fraktionin Bit

Exponentin Bit

Short 23 8 24 7

Long 52 11 56 7

Extended 64 15 112 7

Die meisten Mikroprozessor-Architekturen verwendenden IEEE 754 Standard.S/390 dagegen ausschließlich den S/390 Standard.

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S/390 Architektur (3)Dezimalarithmetik

• Darstellung als „gepackte dezimale Zeichenfolge“0 bis 31 Ziffern

Bsp: Zeichenfolge auf Hauptspeicheradresse 2500Wert: +00123 Wert -04321

7 4 3 0 7 4 3 0

02500 0 002501 1 202502 3 C

0 43 21 D

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S/390 Architektur (4)Ascii / Unicode / EBCDIC

Darstellung der Alphanumerischen Zeichen:• Ascii

(herkömmliche PC‘s,...)

• EBCDIC (S/3xx, zSeries,...)

• Unicode Weiterentwicklung von Ascii16 Bit Kodierung / erste 7 Bit US-Ascii CodeUnterstützung auch für zSeries

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S/390 Architektur (5)Ascii / EBCDIC

Ascii EBCDIC

8x16 16x16 Bit

Bsp:

'A' 41 C1

'J' 4A D1

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S/390 Architektur (6)Big/Little Endian

Unterschiede beim Laden eines Registers:

• Big Endian-FormatS/390, BS/2000, Sparc, HP Precision, PowerPC

Verwendung:Internet IP-Adressierung

• Little Endian-FormatPentium/AlphaVerwendung:Ethernet Adressierung

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S/390 Architektur (7)Linkage Convention 1

• Bei S/390 Architektur existiert keinHardware Stack

• Benutzung von Mehrzweckregistern des Hauptspeichers (SaveArea)

• Prinzipiell beliebige Register verwendbar, i.A.Register 13: Zeiger auf Bereich im HauptspeicherRegister 14: Inhalt des BefehlszählersRegister 15: Speicher der aufzurufenden Adresse

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S/390 Architektur (8)Linkage Convention 2

0

1

13

14

15

Calling Program

Mehrzweck Register

Called Program

Save Area Pointer

Return Address

Calling Address

Save

Area

•

•

•

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S/390 Architektur (9)Speicherschutz

Aufteilung des Hauptspeichers in 4096 Byte große Blöcke

Zuordung von 4 Bit Schlüssel im Program Status Word

Bei jedem Speicherzugriff wird aus einem Schnellspeicher dieser Schlüssel ausgelesen und mit 4 Bit Feld verglichen

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S/390 Technologie (1)Bipolar/CMOS

Anfangs S/3xx mit Bipolar, nun mit CMOSGrund:

Pro Bipolar:vor den 80ern einfach schneller

Contra Bipolar:verbrauchte relativ viel Energie

Mittlerweile (seit 1994) Umstieg auf CMOS

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S/390 Technologie (2)Packaging Technologie/MCM 1

Großer Unterschied zu anderen Rechnern:

CPU, Chips für L2 Cache, Cache-Ansteuerung sowie E/A-Ansteuerung auf Multi Chip Modul (MCM)

Bsp.: z900 MCM127 x 127 mm Multilagen-Glas-Keramik-Träger107 (!) Verdrahtungslagen, 35 Chips

Idee damals auch beim Pentium Pro aufgenommen

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S/390 Technologie (3)Packaging Technologie/MCM 2 (z900)

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S/390 Technologie (4)Packaging Technologie/MCM 3 (z900)

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S/390 Technologie (4)Packaging Technologie/MCM 3 (Querschnitt)

1 km DrahtHier zum großen Teil GlaskeramikschichtenFrüher Al2O3 (ungünstigere Dielektrizitätskonstante)

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S/390 Technologie (5)MCM Kühlsystem 1

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S/390 TechnologieMCM Kühlsystem 2

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Zusammenfassung

• Es existieren Unterschiede zwischen „normalen“ PC‘s und Mainframes der S/3xx Serie– Zeichen- / Zahlenkodierung– Kein Stack bei den S/3xx– Linkage Convention– Speicherschutz– Packaging Technologie

Zukunft für Mainframes gewiss (?)

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Quellen (1)

• Einführung in z/OS und OS/390 (P.Herrmann/U.Kebschull/W.G.Spruth, Oldenburg Verlag)

• Mainframe Servers (zSeries)http://www-1.ibm.com/servers/eserver/zseries/

• Systembeschreibung eines S/360 Rechnershttp://www.research.ibm.com/journal/rd/441/amdahl.pdf

• The structure of System/360 (Blaauw,Brooks)http://research.microsoft.com/~gbell/

Computer_Structures__Rea dings_and_Examples/00000608.htm

• PDF-File mit ein paar Übersichten zur Hardware (in großer Übereinstimmung mit dem Buch)

http://www.ti-leipzig.de/os390/paul/docs/paul1n.pdf• Webseite des OS/390 Web Application Servers der Uni-Leipzig

http://jedi.informatik.uni-leipzig.de

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Quellen (2)

• Beitrag zu Mainframes der S/3xx und zSeries Architektur von TecChannel

http://www.tecchannel.de/betriebssysteme/801/index.html• Pinguin im Mainframe-Land (Ulrich Wolf)

http://www.linux-magazin.de/Artikel/ausgabe/2000/06/S390/s390.html

• Website, wo man sich seinen 370 / 390 Emulator für's eigene Linux System herunterladen kann

http://www.schaefernet.de/hercules/index.html• Es gibt tatsächlich eine Seite für Unicode

http://www.unicode.org• Nützliche Seite eines ehemaligen Informatikstudenten aus Berlin.

Befasst sich mit Unicode, Ascii etc.http://czyborra.com/