Henry Wilhelm, FSU Jena1 Seminar Großrechneraspekte (Mainframe) S/390 Architektur und Hardware

Henry Wilhelm, FSU Jena2 Gliederung Einführung S/390 Architektur S/390 Technologie Zusammenfassung Quellen

Henry Wilhelm, FSU Jena3 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 Jena4 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 Jena5 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 Jena6 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 Jena7 S/390 Architektur (2) Gleitkommastandards IEEE 754S/390 Fraktion in Bit Exponent in Bit Fraktion in Bit Exponent in Bit Short Long Extended Die meisten Mikroprozessor-Architekturen verwenden den IEEE 754 Standard. S/390 dagegen ausschließlich den S/390 Standard.

Henry Wilhelm, FSU Jena8 S/390 Architektur (3) Dezimalarithmetik Darstellung als „gepackte dezimale Zeichenfolge“ 0 bis 31 Ziffern Bsp: Zeichenfolge auf Hauptspeicheradresse 2500 Wert: Wert C D

Henry Wilhelm, FSU Jena9 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 Jena10 S/390 Architektur (5) Ascii / EBCDIC AsciiEBCDIC 8x1616x16Bit Bsp: 'A'41C1 'J'4AD1

Henry Wilhelm, FSU Jena11 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 Jena12 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 Jena13 S/390 Architektur (8) Linkage Convention Calling Program Mehrzweck Register Called Program Save Area Pointer Return Address Calling Address Save Area

Henry Wilhelm, FSU Jena14 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 Jena15 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 Jena16 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 Jena17 S/390 Technologie (3) Packaging Technologie/MCM 2 (z900)

Henry Wilhelm, FSU Jena18 S/390 Technologie (4) Packaging Technologie/MCM 3 (z900)

Henry Wilhelm, FSU Jena19 S/390 Technologie (4) Packaging Technologie/MCM 3 (Querschnitt) 1 km Draht Hier zum großen Teil Glaskeramikschichten Früher Al 2 O 3 (ungünstigere Dielektrizitätskonstante)

Henry Wilhelm, FSU Jena20 S/390 Technologie (5) MCM Kühlsystem 1

Henry Wilhelm, FSU Jena21 S/390 Technologie MCM Kühlsystem 2

Henry Wilhelm, FSU Jena22 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 Jena23 Quellen (1) Einführung in z/OS und OS/390 (P.Herrmann/U.Kebschull/W.G.Spruth, Oldenburg Verlag) Mainframe Servers (zSeries) Systembeschreibung eines S/360 Rechners The structure of System/360 (Blaauw,Brooks) dings_and_Examples/ htm PDF-File mit ein paar Übersichten zur Hardware (in großer Übereinstimmung mit dem Buch) Webseite des OS/390 Web Application Servers der Uni-Leipzig

Henry Wilhelm, FSU Jena24 Quellen (2) Beitrag zu Mainframes der S/3xx und zSeries Architektur von TecChannel Pinguin im Mainframe-Land (Ulrich Wolf) S390/s390.html Website, wo man sich seinen 370 / 390 Emulator für's eigene Linux System herunterladen kann Es gibt tatsächlich eine Seite für Unicode Nützliche Seite eines ehemaligen Informatikstudenten aus Berlin. Befasst sich mit Unicode, Ascii etc.