Основы построения БЭВМ 2006-2007 учебный год Кафедра ИУ6 9 семестр. - презентация

1 Основы построения БЭВМ учебный год Кафедра ИУ6 9 семестр

2 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)

3 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 zSeriesВарфоломеев В.А.Лецкий Э.К.Шамров М.И.Яковлев В.В. Цена: руб. ($ 16.07) Обычно отгружается в течение 24 часов. Издательство: Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру » Серия: Основы информационных технологий » Год выпуска: 2005 Объем: 640 стр.Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру »Основы информационных технологий » 2) Главы из книги Mike Ebbers, Wayne OBrien. An Introduction to the Mainframe: z/OS Basics, International Business Machines Corporation, 2004 в электронном виде – можно скачать с сайта 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 преподавателя 2)Mike Ebbers, Wayne OBrien. An Introduction to the Mainframe: z/OS Basics, International Business Machines Corporation, 2004

4 Курс: Основы построения БЭВМ (mainframe zSeries) Источники информации в Интернете: 1) 2) – Интернет университет информационных технологий 3) Marist Collegehttp://zos.kctr.marist.edu 4) – Лейпцигский университет Программные продукты для выполнения лабораторных работ : 1)Через Интернет - Виртуальная среда большой ЭВМ – Marist College 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

5 7 апреля 1964 г. ПрезидентТомас компании IBM Дж. Уотсон-младший объявил о выпуске семейства БЭВМ System/360 Система 360, или S/360, цифра 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

6 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.

7 Введение System/370 (Система 370) компьютеры System/390 (Система 390). С 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

8 Основными целями создания самонастраивающихся систем являются: создание интеллектуальных механизмов внутренней самоорганизации вычислительных систем; обеспечение динамической адаптации вычислительных систем к условиям деловой активности предприятия.

9 Для реализации указанных целей предлагается использовать четыре основных принципа: Автоматическая конфигурация (Self- configuring) Автоматическое восстановление (Self-healing) Автоматическая оптимизация (Self- optimizing) Самозащита (Self-protecting)

10 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.

11 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.

12 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

13 Масштабируемость архитектуры сервера : по количеству процессоров, по объему памяти, по средствам ввода-вывода и другим параметрам.

14 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.

15 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.

16 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.

17 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

18 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.

19 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

20 Архитектура мэйнфреймов zSeries Тема первая

21 Базовая архитектура zSeries SMP архитектура – симметричная мультипроцессорная обработка данных

22 Архитектура центральных процессоров мейнфреймов zSeries

23 Регистровая модель

24 Регистровая модель процессора z/Architecture на современном этапе развития включает следующие группы регистров: Обознач ение НаименованиеРазрядно сть Кол-во GR Общего назначения 6416 FPR С плавающей точкой 6416 FPC Управления операциями с плавающей точкой 321 AR Доступа 3216 CR Управления 6416 PSW Слова состояния программы 1281 PR Префикса 641 TOD Часов 321 TR Таймера 641 CC компаратора времени 641

25 Система команд процессора Адреса памяти Таблица 2.1. Адресация операндов фиксированной длины Операнды Байт Полуслово (2 байта) Слово (4 байта) Двойное слово (8 байт) 0816 Учетверенное слово (16 байт) 016

26 Форматы адресов а) архитектура с 24-, 31-разрядными адресами разрядный адрес 31-разрядный адрес

27 Форматы адресов б) z/Architecture разрядный адрес 31-разрядный адрес 64-разрядный адрес

28 Длина команды определяется двумя старшими битами кода операции COP: Старшие биты COP Длина команды (число полуслов)

29 Форматы команд Z900

30 Таблица 2.3. Поля, используемые в форматах команд z/Architecture COP Код операции команды, определяющий тип операции 1, 2, 3, 4Индексы, указывающие на 1, 2, 3 и 4 операнды команды R1, R2, R3Номера регистров B1, B2, B4Номера базовых регистров X2Номера индексных регистров D1, D2, D4, DL1, DH1, DL2, DH2 Поля смещения (L - младшая часть смещения, H - старшая часть смещения) M1, M3, M4Поля маски I, I2Поля непосредственных операндов L, L1, L2Поля длины операндов

31 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

32 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.

33 Форматы десятичных операндов А) Зонный формат: зона цифр а зонацифр а...зонацифр а зона/зн ак цифр а б) Упакованный формат: цифр а...цифр а знак

34 Форматы чисел с плавающей точкой Форматы HFP SПоря док Мантисса (6 цифр) SПоря док Мантисса (14 цифр) SПоря док Мантисса (старшие 14 цифр) SПоря док Мантисса (младшие 14 цифр) Не использ. Форматы BFP SПоря док Мантисса (23 бита) SПорядокМантисса (52 бита) SПорядокМантисса (112 бит)

35 Для самостоятельной проработки: Параметры и диапазоны представления чисел в форматах BFP Регистр управления операциями с плавающей точкой [лит. 1, стр ]

36 Спасибо за внимание!

37

38 Периферийные устройства вычислительных систем, построенных на базе мэйнфреймов zSeries Тема вторая

39 Операционные системы мэйнфреймов zSeries Тема третья

40 Основные продукты IBM, относящиеся к программному обеспечению промежуточного слоя Тема четвертая