Präsentation

Seminar Großrechneraspekte
(Mainframe)
S/390 Architektur und Hardware
Henry Wilhelm, FSU Jena
1
Gliederung
•
•
•
•
•
Einführung
S/390 Architektur
S/390 Technologie
Zusammenfassung
Quellen
Henry Wilhelm, FSU Jena
2
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
Henry Wilhelm, FSU Jena
3
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)
Henry Wilhelm, FSU Jena
4
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.
Henry Wilhelm, FSU Jena
5
S/390 Architektur (1)
Register
S/390:
• 32 bit Steuerungs-,
Zugriffs- und
Mehrzweckregister
• zusätzlich 64-bit
Gleitkomma
zSeries:
• Alle Register auf 64
bit erweitert
Henry Wilhelm, FSU Jena
6
S/390 Architektur (2)
Gleitkommastandards
IEEE 754
S/390
Fraktion
Exponent
Fraktion
Exponent
in Bit
in Bit
in Bit
in Bit
Short
23
8
24
7
Long
52
11
56
7
Extended
64
15
112
7
Die meisten Mikroprozessor-Architekturen verwenden
den IEEE 754 Standard.
S/390 dagegen ausschließlich den S/390 Standard.
Henry Wilhelm, FSU Jena
7
S/390 Architektur (3)
Dezimalarithmetik
• Darstellung als „gepackte dezimale Zeichenfolge“
0 bis 31 Ziffern
Bsp: Zeichenfolge auf Hauptspeicheradresse 2500
Wert: +00123
Wert -04321
7
02500
02501
02502
4 3
0
1
3
0
0
2
C
7
4 3
0
3
1
Henry Wilhelm, FSU Jena
0
4
2
D
8
S/390 Architektur (4)
Ascii / Unicode / EBCDIC
Darstellung der Alphanumerischen Zeichen:
• Ascii
(herkömmliche PC‘s,...)
•
EBCDIC
(S/3xx, zSeries,...)
•
Unicode Weiterentwicklung von Ascii
16 Bit Kodierung / erste 7 Bit US-Ascii Code
Unterstützung auch für zSeries
Henry Wilhelm, FSU Jena
9
S/390 Architektur (5)
Ascii / EBCDIC
Ascii EBCDIC
8x16
16x16 Bit
'A'
41
C1
'J'
4A
D1
Bsp:
Henry Wilhelm, FSU Jena
10
S/390 Architektur (6)
Big/Little Endian
Unterschiede beim Laden
eines Registers:
• Big Endian-Format
S/390, BS/2000, Sparc, HP
Precision, PowerPC
Verwendung:
Internet IP-Adressierung
• Little Endian-Format
Pentium/Alpha
Verwendung:
Ethernet Adressierung
Henry Wilhelm, FSU Jena
11
S/390 Architektur (7)
Linkage Convention 1
• Bei S/390 Architektur existiert kein
Hardware Stack
• Benutzung von Mehrzweckregistern des Hauptspeichers
(SaveArea)
• Prinzipiell beliebige Register verwendbar, i.A.
Register 13: Zeiger auf Bereich im Hauptspeicher
Register 14: Inhalt des Befehlszählers
Register 15: Speicher der aufzurufenden Adresse
Henry Wilhelm, FSU Jena
12
S/390 Architektur (8)
Linkage Convention 2
Mehrzweck
Register
Calling
Program
0
Called
Program
1
•
•
•
13
Save Area
Pointer
Save
14
Return
Address
15
Calling
Address
Area
Henry Wilhelm, FSU Jena
13
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
Henry Wilhelm, FSU Jena
14
S/390 Technologie (1)
Bipolar/CMOS
Anfangs S/3xx mit Bipolar, nun mit CMOS
Grund:
Pro Bipolar:
vor den 80ern einfach schneller
Contra Bipolar:
verbrauchte relativ viel Energie
Mittlerweile (seit 1994) Umstieg auf CMOS
Henry Wilhelm, FSU Jena
15
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 MCM
127 x 127 mm Multilagen-Glas-Keramik-Träger
107 (!) Verdrahtungslagen, 35 Chips
Idee damals auch beim Pentium Pro aufgenommen
Henry Wilhelm, FSU Jena
16
S/390 Technologie (3)
Packaging Technologie/MCM 2 (z900)
Henry Wilhelm, FSU Jena
17
S/390 Technologie (4)
Packaging Technologie/MCM 3 (z900)
Henry Wilhelm, FSU Jena
18
S/390 Technologie (4)
Packaging Technologie/MCM 3 (Querschnitt)
1 km Draht
Hier zum großen Teil Glaskeramikschichten
Früher Al2O3 (ungünstigere Dielektrizitätskonstante)
Henry Wilhelm, FSU Jena
19
S/390 Technologie (5)
MCM Kühlsystem 1
Henry Wilhelm, FSU Jena
20
S/390 Technologie
MCM Kühlsystem 2
Henry Wilhelm, FSU Jena
21
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 (?)
Henry Wilhelm, FSU Jena
22
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 Rechners
http://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
Henry Wilhelm, FSU Jena
23
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/
Henry Wilhelm, FSU Jena
24