Процессор

Процессор

Процессор

Векторные

сродства

Процессор

Векторные, средства

Блок управления системой

Блок управления системой

Канальная			Канальная
система			система
ввода-вывода			ввода-вывода
	:l -1		tt-t
' v			* '

К периферийным устройством

К периферийным устройствам

Рис. 14.11. Структура ЭВМ общего назначения IBM 3090

Рис. 14.12. Структура процессора ЭВМ IBM 309,0

блок (блок /) и исполнительный (блок Е).Эти блоки связаны друг с другом и со скрытой (недоступной программисту) кэш-памятью. Бло­ки / иЕвыполнены с использованием конвейерной обработки и перекры­тия, так что в рассматриваемом процессоре реализован конвейер команд (одновременная обработка четырех команд) и арифметический конвейер. В блокеЕприменено микропрограммное управляющее устройство (дли­на микрокоманды свыше 100 разрядов) с управляющей памятью, до­пускающее считывание и с меньшей скоростью запись.

В блоке / используется буфер для предварительной выборки команд, хранения очереди четырех декодированных команд вместе с их операнда­ми и согласования скоростей работы блоков / и Е.

Средства векторной обработки каждого центрального процессора включают в себя конвейерное арифметическое устройство и набор из 16 векторных регистров по 128 32-битных элементов в каждом. Эти сред­ства реализуют 171 векторную команду. Они являются дополнением / к набору команд системы IBM 370. При заполненности конвейера время обработки пары операндов (элементов двух векторов) близко к одному машинному такту, причем, чтобы снизить время операции умножения до одного такта, применен подконвейер из трех множительных устройств, поочередно загружаемых парами перемножаемых элементов векторов.

Кэш-память в IBM 3090 представляет собой быстродействующую память-буфер емкостью 64 Кбайт с временем обращения 2 машинных такта. В системеIBM 3090 а целях повышения быстродействия отказа­лись от одновременной записи информации в кэш- и основную память (так называемой кэш типаstore-through). Новая информация записыва­ется только в кэш (кэш типаstore in cache}, при этом исключается цикл более медленной центральной памяти, но возникает проблема выравни­вания (актуализации) содержания центральной памяти. «Строка» (еди­ница информации размером в четыре двойных слова, которыми обмени­ваются кэш-память и центральная память) передается из кэш-памяти в центральную память только в том случае, если ее запрашивает другой процессор или надо освободить место в кэш-памяти. С привлечением второго БУС возможен прямой обмен информацией между кэш-памятя­ми процессоров, принадлежащих разным ЭВМ модели 3090/200, объеди­ненным в систему 3090/400.

Канальная система.Каждая из машин, входящих в составIBM 3090/400, имеет собственную канальную систему. Необходимость при­ведения в соответствие пропускной способности системы ввода-вывода со значительно увеличившимися скоростью работы процессорной части и пропускной способностью центральной памяти (в условиях сравнитель­но медленного увеличения скорости передачи данных у внешних ЗУ и других ПУ) потребовала увеличения числа каналов ввода-вывода. Так, в каждой из двух канальных системIBM 3090/400 число каналов может достигать 48.

При увеличении числа каналов значительно возрастает объем опера­ций по управлению вводом-выводом, в результате чего особую остроту приобретает проблема более полного освобождения процессора от про­цедур, связанных с вводом-выводом. Тот уровень освобождения про­цессора от этих процедур, который достигнут в выпускаемых в настоящее время машинах общего назначения (см. гл. 11), оказывается в данном случае недостаточным. Там процессор освобождается главным образом от управления реализацией канальных программ, что, конечно, весьма существенно. Однако во многих случаях часть аппаратуры процессора, например управляющая память, используется процессором и каналами на основе разделения времени, что снижает производительность про­цессора. Кроме того, инициализация любой операции ввода-вывода сопровождается переходом ЭВМ в режим супервизора (по команде «Вызов супервизора») и выполнением процессором программы «суперви­зор ввода-вывода».

В новой системе ввода-вывода IBM 3090 достигается существенное освобождение процессора от процедур, связанных с операциями ввода- вывода. На рис. 14.13, заимствованном изffO], сопоставляются (при­менительно к двухпроцессорным комплексам) структуры существенно различающихся существующей(а)и новой(б)систем ввода-вывода.

В новой, «канальной системе» процедуры, связанные с выполнением канальных программ и управлением интерфейсом ввода-вывода, выпол­няют каналы, представляющие собой микропрограммируемые процессо­ры с управляющей памятью, допускающей запись микропрограмм для задания нужно комбинации байт- и блок-мультиплексных каналов и их режимов работы. Вся Канальная система управляется микропрограмми- руемым процессором ввода-вывода («директором каналов») с сокращен­ным набором команд [с RISC-архитектурой (см. гл. 9)], которые при лнициализации процессором операции ввода-вывода выполняют своими микропрограммными средствами функции «супервизора ввода-вывода», организуют очереди запросов ввода-вывода, управляют выбором мар­шрутов передачи информации в системе ввода-вывода (в условиях мно­говариантности этих маршрутов), формируют запросы прерывания, осу­ществляют динамическое повторение операции ввода-вывода при ошиб­

ках. В канальной системе используется логическая адресация перифе­рийных устройств, не зависящая от маршрута передачи данных. Сами маршруты могут меняться на разных этапах выполнения одной и той же цепочки операций.

Рис. 14.13. Сопоставление структур систем ввода-вывода: а — существующая система ввода-вывода машин общего назначения; б — «канальная система» в IBM 3090

В рассматриваемой системе каждому процессору доступны любой канал и любое периферийное устройство; другими словами, реализуются «общее поле каналов ввода-вывода» и «общее поле периферийных устройств» (см. гл. 15).

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначена кэш-память? Каким образом автоматиче­ски устанавливается наличие запрашиваемой процессором информации в кэш-памяти?

2. Какие существуют режимы защиты и в чем их различие? Почему время обращения к памяти ключей защиты должно быть существенно меньше времени обращения к ОП?

3. Поясните, как в схеме на рис. 14.6 реализуется конвейерная обработка запросов на доступ к ОП?

4. Каким образом сегментно-страничная виртуальная память спо­собствует более эффективному использованию ОП и облегчает труд программистов?

5. Почему в устройстве быстрого преобразования адресов оказалось необходимым использование ассоциативной памяти?

6. В чем различие физически реализуемых и нереализуемых алгорит­мов замещения страниц? Как можно использовать физически нереализу­емые алгоритмы замещения страниц?