Освещены все стороны работы Системы 370, являющейся дальнейшим развитием Системы 360, хорошо известной отечественным специалистам. Благодаря строгости и удачной методике изложения книга доступна для широкого круга читателей, интересующихся современными вычислительными машинами. Книга рассчитана в первую очередь 'на разработчиков ЭВМ, однако знакомство с ней представляет значительный интерес и для проектировщиков раз личных автоматизированных систем.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая вниманию читателей книга представляет собой перевод справочного руководства фирмы IBM и содержит описание логической структуры вычислительных машин Системы 370. С чисто практической точки зрения она включает информацию об общей организации аппаратных средств системы, знакомство с которой будет способствовать наиболее эффективному использованию аппаратных возможностей моделей этой системы при программировании на языке Ассемблера.
Сказанное, конечно, не означает, что любой программист, • приступая к практическому программированию, должен изучить эту книгу «от корки до корки». Детальное знание приведенного здесь материала в первую очередь необходимо темг кто собирается совершенствовать и развивать существующие системы путем подключения новых внешних устройств или разработки программ, расширяющих возможности стандартных операционных систем, а также и тем, кто планирует создание специализированных систем программного обеспечения, базирующихся на аппаратных средствах Системы 370 или других вычислительных машин, имеющих сходную логическую структуру.
Подробное знакомство с материалом этой книги полезно и программистам, пишущим прикладные программы на языке Ассемблера и использующим лишь стандартные возможности системы. Для них она может служить справочным пособием, тем же, кто программирует на языках высокого уровня, книга может быть рекомендована как дополнительная литература.
Само собой разумеется, что книга может быть с успехом использована и в качестве учебного пособия для различных курсов (как вузовских» так и повышения квалификации) по вычислительной технике и программированию.
Система IBM 370 является результатом совершенствования и дальнейшего развития широко известной Системы IBM 360. Будучи наиболее распространенными в настоящее время вычислительными машинами, модели Систем 360 и 370 отражают важнейшие тенденции одного из основных направлений развития вычислительной техники. Поэтому помимо чисто утилитарного значения содержащийся в книге фактический материал помогает критически осмыслить современные тенденции и проблемы вычислительной техники.
Логическая структура Системы 370, а следовательно, и текст книги отражают противоречия, постепенно накапливавшиеся в процессе развития средств вычислительной техники, которые строятся на традиционных принципах.
Специалистам, внимательно следящим за эволюцией логической структуры вычислительных систем, возможно, будет ин-4 тересно познакомиться с тем, как требования увеличения производительности, надежности и гибкости системы приводят к постепенному обострению конфликта между традиционным, так называемым концептуальным, порядком выполнения программ и фактической глубоко асинхронной организацией вычислительного процесса. Чтобы понять, в чем состоит этот конфликт, достаточно упомянуть о таких общепринятых особенностях современных вычислительных машин, как высокая степень совмещения операций в процессорах, наличие многоуровневой основной (оперативной) памяти, работа, нескольких процессоров с общим полем основной памяти, средства автоматического повторения команд с аппаратных контрольных точек, страничный доступ и виртуальная организация памяти.
Все это требует чрезвычайно сложных и развитых средств, обеспечивающих при необходимости согласование содержимого памятей разного уровня и синхронизацию событий.
Большой интерес представляет в Системе 370 и более развитая по сравнению с Системой 360 система прерываний. Вызванное практическими требованиями совершенствования системы отладки программ, это развитие имеет на самом деле более общее значение, так как может послужить предпосылкой создания более простых и безболезненных методов совершенствования самих операционных систем путем введения управляющих программ более высокого уровня, связь с которыми осуществляется через систему прерываний. Такое многоуровневое построение управляющей программы позволит реализовать новые функции без каких-либо изменений в уже имеющейся исходной системе.
В заключение следует сказать, что благодаря детальности и ясности изложения книга представляет значительный интерес для широкого круга специалистов, работающих в области современной вычислительной техники и программирования, и мы надеемся, что они со вниманием отнесутся к ее появлению.
Перевод выполнили А. П. Гагарин, Г. Н. Староверова и А. Г. Чекалов.
Л. Райков
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................ 5
Введение......................... 7
Глава 1. Система 370 .................... 11
1.1. Универсальность.................... 13
1.2. Себестоимость................... 14
1.3. Управляющая программа............... IS
1.4. Готовность ..................... 16
Глава 2. Структура системы................. 18.
2.1. Основная память................. 18
Структура информации................ 19
Адресация.................... 20
Расположение информации...............21
2.2. Процессор ...................... 23
Общие регистры................... 24
Регистры с плавающей точкой............ , 24
Управляющие регистры................ 25
2.3. Ввод и вывод......'..............26
Каналы...................... 26
Интерфейс ввода-вывода............... 26
Внешние устройства и контроллеры........... 27
2.4. Цульт управления системой..............27
Глава 3. Выполнение программы................ 28
3.1. Команды ...................... 28
Операнды ......................28
Формат команды . ..... ...... ...... 29
Формирование адреса................. 32
3.2. Слово состояния программы..............33
3.3. Выполнение команд . ................ 33
Переходы..................... 34
Прерывания ................ 34
3.4. Порядок обращений в память ............. 35
Выборка команды.................. 36
Выборка из таблиц динамической переадресации...... 38
Доступ К ключу памяти..........,..... 39
Согласованность операндов в памяти........... 43
Взаимосвязь между доступами к операндам........ 46
3.5. Временная отмена совмещений............. 47
Глава 4. Управление системой................. 50
4.1. Состояния процессора................. 51
Состояние ожидание/счет................ 51'
Состояние задача/супервизор.............. 51
Состояние стоп/работа................ 52
4.2. Режимы управления . '................ 55
Режим ВС..................... 55
Режим ЕС..................... 56
Запрет установки маски системы............ 57
4.3. Слово состояния программы .............. 57
Формат PSW в режиме ВС.............. 58
Формат PSW в режиме ЕС.............. 60
Особые случаи, связанные с PSW............ 62
4.4. Управляющие регистры ................. 64
4.5. Ключ памяти.................... 67
4.6. Защита памяти................... 68
Действия, выполняемые при защите........... 68
Обращения к памяти, контролируемые защитой...... 69
4.7. Монитор . . . . •................. 70
4.8. Регистрация программных событий........... 71
Назначение управляющих регистров........... 71
Функции . ..................... 73
Задание области памяти............... 76
Программные события............... . 77
Индикация программных событий совместно с другими условиями прерывания..................80
4.9. Средства прямого управления............. 84
4.1.0. Часы....................... 84
4.11. Компаратор . . •................. . . 88
4.12. Таймер CPU..................... 90
4.13. Интервальный таймер ................ 92
4.14. Операции, вызываемые внешним управлением....... 94
Сбросы...................... 94
Запись состояния.................. 102
Начальная загрузка программы...........• . 103
Глава 5. Динамическое преобразование адресов..........106
5.1. Структура логического адреса . . ......... . '. 107
5.2. Управление ......."..............109
Слово состояния программы.............109
Управляющий регистр 0...............109
Управляющий регистр 1................НО
5.3. Таблицы переадресации................1 IT
Строки таблицы сегментов...............111
Строки таблицы страниц................112
5.4. Преобразование адресов...............113
Типы переадресации................. 113
Процессор переадресации............... 113
Преобразуемые адреса................117
Взаимосвязь обращений по логическим и реальным адресам . .119
5.5. Работа с таблицами.................121
Буфер быстрой переадресации . ............121
Состояния строк таблиц переадресации .......... 122
Использование буфера быстрой переадресации.......123
Модификация таблиц переадресации...........125
5.6. Регистрация обращений и изменений.......... . 123
5.7. Особые случаи при выполнении переадресации.......129
5.8. Форматы динамической переадресации.......... 130
Глава 6. Прерывания ....................132
6.1. Действия при прерываниях..............132
Идентификация источника прерывания.......... 133
Запрещенные и разрешенные прерывания.........133
Код длины команды.................138,
Момент прерывания.................141
Выполнение команд.................142
6.2. Прерывания от схем контроля машины ..........143
6.3. Программные прерывания...............144
Условия программных прерываний...........145
Распознавание особых случаев доступа . •.......155
Приоритеты условий программных прерываний.......161
6.4. Прерывание при обращении к супервизору ......... 164
6.5. Внешние прерывания.................164
6.6. Прерывания ввода-вывода...............170
6.7. Прерывание повторного пуска.............171
6.8. Приоритет прерываний................172
6.9. Постоянно распределенные области основной памяти .... 174
Реальная основная память ............... 174
Абсолютная основная память.............. 179
Глава 7. Мультилроцессированяе................133
7.1. Разделение основной памяти..............183 .
7.2. Префиксация....................184
7.3. Сигнализация между процессорами............186
Приказы.....*.................186
Условия, -определяющие ответ.............189
Глава 8. Команды управления системой.............196
ДИАГНОСТИКА.................. 196
ПРОЧИТАТЬ КЛЮЧ PSW..............'.197
ПРОЧИТАТЬ КЛЮЧ ПАМЯТИ.............200
ЗАГРУЗКА УПРАВЛЕНИЯ..............200
ЗАГРУЗКА PSW...................201
ЗАГРУЗКА РЕАЛЬНОГО АДРЕСА ...........202
ОЧИСТКА TLB...................203
ПРЯМОЕ ЧТЕНИЕ.................204
СБРОСИТЬ БИТ ОБРАЩЕНИЯ..............205
ВЫСТАВИТЬ ЧАСЫ................. 206
УСТАНОВИТЬ КОМПАРАТОР.............207
УСТАНОВИТЬ ТАЙМЕР CPU.............207
УСТАНОВИТЬ ПРЕФИКС PSW............208
УСТАНОВИТЬ КЛЮЧ PSW..............209
УСТАНОВИТЬ КЛЮЧ ПАМЯТИ............209
УСТАНОВИТЬ МАСКУ СИСТЕМЫ...........210
СИГНАЛ ПРОЦЕССОРУ...............211
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ЗНАЧЕНИЯ КОМПАРАТОРА . . . .212
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ УПРАВЛЕНИЯ..........212
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ АДРЕСА CPU..........213
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ИДЕНТИФИКАТОРА CPU......214
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ЗНАЧЕНИЯ ТАЙМЕРА CPU .... 215
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ПРЕФИКСА...........216
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ И МОДИФИКАЦИЯ МАСКИ СИСТЕМЫ
ЛОГИЧЕСКИМ УМНОЖЕНИЕМ............216
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ И МОДИФИКАЦИЯ МАСКИ СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКИМ СЛОЖЕНИЕМ..........217
ПРЯМАЯ ЗАПИСЬ.................218
Глава 9. Команда общего назначения..............219
9.1. Формат данных...................219
9.2. Представление чисел .............219
9.3. Команды.....................225
СЛОЖЕНИЕ................... . 225
СЛОЖЕНИЕ "ПОЛУСЛОВА ..............226
СЛОЖЕНИЕ КОДОВ................227
И.........................228
ПЕРЕХОД С ВОЗВРАТОМ..............229
УСЛОВНЫЙ ПЕРЕХОД...............230
ПЕРЕХОД ПО СЧЕТЧИКУ..............231
ПЕРЕХОД ПО ИНДЕКСУ БОЛЬШЕ..........232
ПЕРЕХОД ПО ИНДЕКСУ МЕНЬШЕ ИЛИ РАВНО . . . .233
СРАВНЕНИЕ................... . 234
СРАВНЕНИЕ С ОБМЕНОМ..............234
СРАВНЕНИЕ ДВОЙНОЕ С ОБМЕНОМ.........237
СРАВНЕНИЕ ПОЛУСЛОВА..............239
СРАВНЕНИЕ КОДОВ................239
СРАВНЕНИЕ СИМВОЛОВ ПО МАСКЕ.........240
СРАВНЕНИЕ КОДОВ ДЛИННОЕ...........241
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВОИЧНУЮ .........243
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДЕСЯТИЧНУЮ.........244
ДЕЛЕНИЕ.....................245
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ............" ... 246
ВЫПОЛНИТЬ................... . 247
ПРОЧИТАТЬ СИМВОЛ................247
ПРОЧИТАТЬ СИМВОЛЫ ПО МАСКЕ..........247
ЗАГРУЗКА ....................250
ЗАГРУЗКА АДРЕСА.................251
ЗАГРУЗКА И ПРОВЕРКА.......... . . . ; 251
ЗАГРУЗКА ДОПОЛНЕНИЯ..............252
ЗАГРУЗКА ПОЛУСЛОВА...............252
ЗАГРУЗКА ГРУППОВАЯ...............253 .
ЗАГРУЗКА ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ.....•.......253
ЗАГРУЗКА ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ............254
ОБРАЩЕНИЕ К МОНИТОРУ.............254
ПЕРЕСЫЛКА ...................256
ПЕРЕСЫЛКА ДЛИННАЯ................256
ПЕРЕСЫЛКА ЦИФР................260
ПЕРЕСЫЛКА СО СДВИГОМ.............260
ПЕРЕСЫЛКА ЗОН..................261
УМНОЖЕНИЕ ...................262
УМНОЖЕНИЕ ПОЛУСЛОВА.............263
ИЛИ.................... .264
УПАКОВАТЬ....................265
УСТАНОВИТЬ МАСКУ ПРОГРАММЫ.........266
СДВИГ ВЛЕВО ДВОЙНОЙ АРИФМЕТИЧЕСКИЙ.....266
СДВИГ ВЛЕВО ДВОЙНОЙ КОДА............268
СДВИГ ВЛЕВО АРИФМЕТИЧЕСКИЙ......... 268
СДВИГ ВЛЕВО КОДА ................ . 269
СДВИГ ВПРАВО ДВОЙНОЙ АРИФМЕТИЧЕСКИЙ . . . .270
СДВИГ ВПРАВО ДВОЙНОЙ КОДА .........270
СДВИГ ВПРАВО АРИФМЕТИЧЕСКИЙ.........271
СДВИГ ВПРАВО КОДА...............272
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ................272
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ СИМВОЛА............ 273
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ СИМВОЛОВ ПО МАСКЕ......273
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ПОКАЗАНИЯ ЧАСОВ . . УЦ
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ПОЛУСЛОВА....... . ' т
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ГРУППОВАЯ..........'276
ВЫЧИТАНИЕ.................. *276
ВЫЧИТАНИЕ ПОЛУСЛОВА.............' 276
ВЫЧИТАНИЕ КОДОВ................278
ОБРАЩЕНИЕ К СУПЕРВИЗОРУ.......... 279
ПРОВЕРИТЬ И УСТАНОВИТЬ...........279
ПРОВЕРИТЬ ПО" МАСКЕ..............281
ПЕРЕКОДИРОВАТЬ.................281
ПЕРЕКОДИРОВАТЬ И ПРОВЕРИТЬ...........282
РАСПАКОВАТЬ...................284
Глава 10. Команды обработки десятичных данных . . -.......285
10.1. Формат данных................. . 285
Зонный формат ................... 285
Упакованный формат.................285
10.2. Представление чисел.................287
10.3. Команды.......................287
СЛОЖЕНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ.............. 289
СРАВНЕНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ . ............290
ДЕЛЕНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ...............291
ОТРЕДАКТИРОВАТЬ................292
ОТРЕДАКТИРОВАТЬ И ОТМЕТИТЬ .'........ . 297
УМНОЖЕНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ.............298
СДВИГ С ОКРУГЛЕНИЕМ ДЕСЯТИЧНЫЙ.......299
ВЫЧИТАНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ............' . 300
СЛОЖЕНИЕ С ОЧИСТКОЙ............ . '. 301
Глава 11. Команды с плавающей точкой............ . 303
11.1. Формат данных...................304
11.2. Дополнительная цифра................306
11.3. Представление чисел......'...........306
11.4. Нормализация ..................308
11.5. Команды......................309
СЛОЖЕНИЕ С НОРМАЛИЗАЦИЕЙ ..........309
СЛОЖЕНИЕ БЕЗ НОРМАЛИЗАЦИИ..........315
СРАВНЕНИЕ....................316
ДЕЛЕНИЕ.......... ...........317
ПОПОЛАМ....................319
ЗАГРУЗКА . . ..............321
ЗАГРУЗКА И ПРОВЕРКА...............321
ЗАГРУЗКА ДОПОЛНЕНИЯ..............322
ЗАГРУЗКА ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ............323
ЗАГРУЗКА ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ........... . 323
ЗАГРУЗКА С ОКРУГЛЕНИЕМ.......... . . 324
УМНОЖЕНИЕ....................325
ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ................ 328
ВЫЧИТАНИЕ С НОРМАЛИЗАЦИЕЙ.......... 328
ВЫЧИТАНИЕ БЕЗ НОРМАЛИЗАЦИИ.........330
Глава 12. Средства обработки машинных ошибок.........331
12.1.'. Обнаружение машинных ошибок............331
12.2. Механизмы восстановления............... 332
Исправление по избыточности.............332
Аппаратное повторение операции в процессоре...... . 332
Отключение блока системы..............332
12.3. Обработка машинных ошибок............. 333
Обработка недопустимого СВС в памяти ......... 334
Обработка недопустимого СВС в ключах памяти......335
Обработка недопустимого СВС в регистрах ........ 335
12.4. Состояние стоп при сбое............... 338
12.5. Условия прерывания от схем контроля машины ...... 339
12.6. Прерывание от схем контроля машины..........340
Действия при прерывании...............340
ТЛка прерывания .................. 343
Регистрация при аппаратном контроле.......... 344
Расширенная информация о прерывании от схем контроля . . . 345 Код прерывания от схем контроля ............346
12.7. Управляющие регистры машинного контроля.......353
Управляющий регистр 14...............354
Управляющий регистр 15...............357
Глава 13. Операции ввода-вывода...............359
13.1. Подключение внешних устройств............359
. Внешние устройства................. 359
Контроллеры....................360
Каналы......................361
Работа системы......-.............366
Совместимость............,..".... 370
13.2. Управление внешними устройствами.......... . 371
Адресация внешних устройств.............371
Состояния системы ввода-вывода............373
Сброс системы ввода-вывода.............377
Форматы команд................... 382
Команды ввода-вывода.................383
Обработка особых случаев...........384
ОСВОБОДИТЬ ВВОД-ВЫВОД.............384
ОСТАНОВИТЬ УСТРОЙСТВО.............387
ОСТАНОВИТЬ ВВОД-ВЫВОД.............392
НАЧАТЬ ВВОД-ВЫВОД . :..............396
НАЧАТЬ ВВОД-ВЫВОД С БЫСТРЫМ ОТКЛЮЧЕНИЕМ . . 396
ЗАПИСАТЬ ИДЕНТИФИКАТОР КАНАЛА........401
ПРОВЕРИТЬ КАНАЛ................ 403
ПРОВЕРИТЬ ВВОД-ВЫВОД.....; .......404
Обработка особых случаев при выполнении команд ввода-вывода 407
13.3. Выполнение операций ввода-вывода...........408
Блоки данных....................408
Адресное слово канала .... ............ 408
Команды канала .................. 409
Код команды канала.................. 411
Определение области памяти...............4)3
Цепочки......................414
Блокировка записи в основную память..........419
Программно-управляемое прерывание.......... 420
Косвенная адресация данных в канале.........421
Команды......................423
Писать......................424
Читать......................425
Читать в обратном направлении ..... ....... 425
Управление......................426
Уточнить состояние ................. 427
13.4. Окончание операций ввода-вывода...........433
Цена: 300руб.
