Общие сведения аппаратных систем мэйнфрейма

Терминами процессор и CPU часто называют либо весь системный блок, либо один из процессоров (CPU) в системном блоке. Несмотря на то что значение термина может быть понятным из контекста обсуждения, специалистам по мэйнфреймам важно уточнять, какое именно значение термина процессор или CPU используется в обсуждении. Системные программисты для обозначения системного блока мэйнфрейма используют применяемый в IBM термин центральный процессорный комплекс (central processor complex, CPC). термин CPC используется для обозначения физического набора аппаратного обеспечения, включающего основную память, один или несколько центральных процессоров, таймеры и каналы. Все процессоры S/390 или z/Architecture в CPC являются процессорными модулями (processing units, PU).

Для процессорных модулей внутри CPC используются такие названия, как центральные процессоры (CP) для обычной работы, Integrated Facility for Linux (IFL), Integrated Coupling Facility (ICF) для конфигураций Parallel Sysplex и т. д.

6.2. Устройство ранних систем s/360, современных z/series и их различия

Центральный процессорный блок содержит процессоры, память, цепи управления и интерфейсы для каналов. Канал обеспечивает независимый путь передачи данных и управляющей информации между устройствами ввода-вывода и памятью. Ранние системы имели до 16 каналов; самые крупные мэйнфрейм-компьютеры имеют более 1 000 каналов. Каналы подключаются к устройствам управления (control units).

Устройство управления содержит логику для работы с определенным типом устройств I/O. Некоторые устройства управления могут иметь несколько подключений к каналам, обеспечивая несколько путей между устройством управления и его устройствами ввода-вывода.

Устройства управления подключаются к периферийным устройствам (devices), таким, как дисковые приводы, приводы накопителей на магнитных лентах, коммуникационные интерфейсы и т. д. Разделение схемы и логики между устройством управления и его периферийными устройствами формально не определено, но обычно экономически более целесообразно разместить большую часть схемы в устройстве управления.

Каналы, представляют собой параллельные каналы (также называемые каналами шины и тега, названные так из-за двух тяжелых медных кабелей, которые они используют). Параллельный канал может быть подключен не более чем к восьми устройствам управления. Большинство устройств управления можно подключить к нескольким периферийным устройствам; показатель максимального количества устройств зависит от конкретного устройства управления, однако 16 – стандартное значение.

Каждый канал, устройство управления и периферийное устройство имеет адрес, выраженный шестнадцатеричным числом. Наличие нескольких путей к устройству полезно в целях производительности и доступности. Когда приложение запрашивает доступ к диску, операционная система сначала пытается получить доступ через канал 1. Если он занят (или недоступен), она пытается использовать канал 2 и т. д.

Совместное использование устройств, в особенности дисковых приводов, – непростая тема, и существуют аппаратные и программные методы, используемые операционной системой для предотвращения таких ситуаций, как одновременное изменение одних и тех же данных на диске с двух разных систем.

Устройство современных центральных процессорных комплексов намного сложнее, чем устройство ранних систем S/360.

—Параллельные каналы недоступны на новых мэйнфреймах и постепенно заменяются на старых системах.

—Параллельные каналы были заменены каналами ESCON® (Enterprise Systems CONnection) и FICON® (FIber CONnection). Эти каналы подключаются только к одному устройству управления или, что более вероятно, к директору (коммутатору) и представляют собой оптоволоконные кабели.

—Современные мэйнфреймы имеют больше 16 каналов и используют две шестнадцатеричных цифры для обозначения части адреса, соответствующей каналу.

—На современных системах для обозначения каналов обычно используются идентификаторы канальных путей (channel path identifier, CHPID) или идентификаторы физических каналов (physical channel identifier, PCHID), хотя использование термина канал также корректно. Все каналы интегрированы в главный процессорный блок.

Адрес устройства, видимый программным обеспечением и более правильно называемый номером устройства, косвенно связан с устройством управления и адресами устройств.

6.3. Устройства ввода-вывода: логические разделы, каналы, коммутаторы - ESCON и FICON, блок управления устройством UCB.

Разделы создают отдельные логические машины в CPC. ESCON- и FICON-каналы логически подобны параллельным каналам, однако в них используются оптоволоконные соединения и они работают гораздо быстрее. Современная система может иметь 100 –200 каналов или CHPID. Основные понятия включают следующее:

—ESCON- и FICON-каналы подключаются только к одному устройству или одному порту коммутатора.

—В большинстве современных мэйнфреймов используются коммутаторы между каналами и устройствами управления. Коммутаторы могут подключаться к нескольким системам, совместно используя устройства управления и некоторые или все их устройства ввода-вывода во всех системах.

—Адреса CHPID содержат две шестнадцатеричные цифры.

—Несколько разделов иногда могут совместно использовать CHPID. Это зависит от типа устройств управления, используемых через CHPID. В целом CHPID, используемые для дисков, допускают совместное использование.

—Между операционной системой в разделах (или на основной машине, если разделы не используются) и CHPID существует уровень подсистемы ввода-вывода.

ESCON-директор или FICON-коммутатор представляют собой сложные устройства, поддерживающие высокую скорость передачи данных через несколько подключений (крупный директор, например, может иметь 200 подключений, и все они могут передавать данные одновременно). Директор или коммутатор должны регистрировать, какой CHPID (и раздел) какую операцию ввода-вывода инициировал, чтобы данные и информация о состоянии возвращались туда, куда нужно. Множество запросов ввода-вывода от множества CHPID, подключенных ко множеству разделов на множестве систем, могут обрабатываться одним устройством управления. Уровень управления вводом-выводом использует управляющий файл, называемый IOCDS (I/O Control Data Set), преобразующий физические адреса ввода-вывода (куда относятся номера CHPID, номера портов коммутаторов, адреса устройств управления и адреса периферийных устройств) в номера устройств (device numbers), используемые программным обеспечением операционной системы для доступа к устройствам. Он загружается в область HSA (Hardware Save Area) при включении и допускают динамическое изменение. Номер устройства выглядит как адреса, описанные для ранних машин S/360, с тем исключением, что он может содержать три или четыре шестнадцатеричные цифры.

Многие пользователи все еще называют их «адресами», хотя номера устройств представляют собой произвольные числа между x’0000’ и x’FFFF’. Последние мэйнф- реймы имеют два уровня преобразований адресов ввода-вывода между реальными элементами ввода-вывода и программным обеспечением операционной системы. Второй уровень был добавлен для упрощения миграции на новые системы.

Современные устройства управления, особенно для дисков, часто используют несколько подключений к каналам (или коммутаторам) и несколько подключений к своим устройствам. Они могут одновременно обрабатывать множество передач данных через несколько каналов. Каждое устройство имеет блок управления устройством (unit control block, UCB) в каждом образе z/OS.