IBM370

области не производится. Предварительно выбранные команды могут быть модифицированы до того, как будут модифицированы их образы в памяти.

Обращение для записи завершается в обязательном порядке только при временной отмене совмещений или перед тем, как процессор перейдет в состояние “стоп”.

Обращение к памяти для модификации операнда

При выполнении некоторых команд область памяти, содержащая операнд, выступает и как источник информации, и как область, в которую заносится результат. В этих случаях обраще-

ние складывается, во-первых, из выборки, во-вторых, из записи. Сочетание этих двух доступов называется обращением для модификации. Команды ПЕРЕСЫЛКА ЗОН, ПЕРЕКОДИРОВАТЬ,

ИЛИ, ИЛИ НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ и СЛОЖЕНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ вызывают модификацию со-

держимого области первого операнда. В большинстве случаев в период между выборкой и за-

писью не предусматривается никакого специального блокирования доступа к памяти со сторо-

ны каналов и других процессоров. Если в описании команды указано, что при ее выполнении возможны особый случай при выборке и особый случай при записи, это означает, что при вы-

полнении этой команды происходит обращение для модификации.

Выборка и запись при обращении для модификации необязательно следуют одна за другой,

поэтому канал или другой процессор может вклиниться между выборкой и записью, обращаясь к той же ячейке памяти. Вклиниться могут доступы как для выборки, так и для записи, выполня-

емые в ходе обращения с целью как просто модификации, так и модификации с блокировани-

ем.

Существуют три команды, осуществляющие модификацию так, что при их выполнении про-

изводится блокирование доступа к модифицируемой области памяти. Команда ПРОВЕРИТЬ И УСТАНОВИТЬ вызывает модификацию с блокированием, а команды СРАВНЕНИЕ С ОБМЕНОМ и СРАВНЕНИЕ ДВОЙНОЕ С ОБМЕНОМ вызывает модификацию с блокированием,

если они устанавливают признак результата, равный 0.

При обращении для модификации с блокированием доступы для выборки и записи не обя-

зательно следуют непосредственно друг за другом, однако на доступы к блокируемой области памяти накладываются ограничения. Между доступом для выборки и доступом для записи,

производимыми в ходе обращения к памяти с целью модификации с блокированием, запрещен доступ для выборки другому процессору, выполняющему модификацию с блокированием, и

любой доступ другому процессору с целью записи. В период блокирования процессор может выполнять выборки, которые являются этапом модификации с блокированием. В частности,

такие выборки имеют место в ходе выполнения команд СРАВНЕНИЕ С ОБМЕНОМ и СРАВНЕНИЕ ДВОЙНОЕ С ОБМЕНОМ, которые заканчиваются с признаком результата 1. В пе-

риод блокирования разрешен доступ системе ввода-вывода, причем как для выборки, так и для записи.

31

Если не считать ограничений, о которых говорилось выше, доступы для выборки и для за-

писи, связанные с модификацией, подчиняются тем же правилам, которые действуют при вы-

борках и при записях.

Замечания по программированию

Когда два процессора пытаются модифицировать содержимое одной и той же ячейки ос-

новной памяти, выполняя команду, которая вызывает выборку и последующую запись модифи-

цированной информации, оба они могут сначала осуществить выборку, а потом производить обращение для записи. В этом случае изменения, внесенные первым процессором при записи результата, теряются. Точно так же, если один процессор модифицирует содержимое поля, а

другой производит запись в это поле в промежутке между выборкой и записью в ходе модифи-

кации, которая выполняется первым процессором, то результат записи теряется. Если вместо доступа для записи процессор осуществляет модификацию общего поля памяти с блокирова-

нием в период между выборкой и записью, которые выполняются другим процессором с целью модификации, то любые изменения содержимого поля, осуществленные в результате модифи-

кации с блокированием, теряются.

В общее поле основной памяти входят только те байты, которые входят в поле результата выполнения обеих операций. Однако все биты общего байта считаются общими, даже если среди этих битов нет ни одного, который бы модифицировался обеими операциями. Например,

если один из процессоров выполняет команду ИЛИ и в поле непосредственного операнда со-

держится шестнадцатеричный код 80, а другой процессор выполняет команду И, причем в поле непосредственного операнда содержится шестнадцатеричный код FE и первые операнды в обеих операциях совпадают, то один из модифицированных результатов может быть потерян.

Если доступ для записи составляет часть обращения для модификации со стороны процес-

сора, то выполнение записи не зависит от того, отличается ли информация, которая должна быть записана, от первоначального содержимого области или нет.

Примеры случаев осуществления доступа к памяти для записи:

а) выполняется команда ИЛИ (OI или OC) и все биты второго операнда равны нулю;

б) выполняется команда ИЛИ (OC) и содержимое полей первого и второго операндов сов-

падает;

в) выполняется команда ПЕРЕКОДИРОВАТЬ и для некоторых байтов первого операнда ар-

гумент равен функции.

В результате выполнения команд ПРОВЕРИТЬ И УСТАНОВИТЬ, СРАВНЕНИЕ С ОБМЕНОМ, СРАВНЕНИЕ ДВОЙНОЕ С ОБМЕНОМ два процессора модифицируют общее поле памяти. Для того чтобы ни один из процессоров не потерял измененной информации, оба про-

цессора должны пользоваться командой так, чтобы осуществлялась модификация с блокиро-

ванием. Канал может, однако, обращаться к той же самой области памяти между выборкой и записью и при модификации с блокированием.

32

Согласованность операндов в памяти

Обращения с одноразовым доступом

Обращения за операндами в память являются обращениями с одноразовым доступом при выполнении всех команд, за исключением команд обработки десятичных данных. Говорят, что обращение для выборки является обращением с одноразовым доступом, если величина, полу-

чаемая в результате операции, складывается из величин, полученных в результате однократ-

ных доступов к каждому байту поля данных. В случае, когда операнды перекрывают друг друга,

доступ в занятую ими область памяти может осуществляться по одному разу для каждого опе-

ранда. Обращение для записи называется обращением с одноразовым доступом, если в пре-

делах поля данных осуществляется однократный доступ для записи к каждому байту. Обраще-

ние для модификации называется обращением с одноразовым доступом, если доступ как при выборке, так и при записи является одноразовым.

Обращения к памяти по командам обработки десятичных данных и командам ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВОИЧНУЮ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДЕСЯТИЧНУЮ, ПЕРЕСЫЛКА СО СДВИГОМ, УПАКОВАТЬ и РАСПАКОВАТЬ не обязательно являются обращениями с одноразо-

вым доступом.

Когда обращение за операндом в память не является обращением с одноразовым досту-

пом, содержимое байта может быть различным при каждом доступе для записи; следователь-

но, каналы или другие процессоры могут обнаружить в некотором байте промежуточные ре-

зультаты.

Замечания по программированию

Когда к некоторому байту, изменяемому каналом или другим процессором, осуществляется несколько обращений для выборки, результат не обязательно является тем, который был бы получен, если бы производилась выборка битов по отдельности. Например, процесс выполне-

ния команды УМНОЖЕНИЕ ДЕСЯТИЧНОЕ может состоять из повторных сложений и вычита-

ний, каждое из которых может вызвать выборку второго операнда из памяти.

Единовременные обращения в пределах блока

При некоторых обращениях доступы ко всем байтам в пределах блока (группы последова-

тельно расположенных байтов) будут единовременными для данного процессора, т.е. одно-

временными по отношению к другим процессорам. Однако может оказаться, что по отношению к системе ввода-вывода каждому доступу отвечает обмен отдельными частями вплоть до бай-

та. Когда обращение для выборки является единовременным в пределах блока, то не допуска-

ется обращение другого процессора в этот блок, пока производится выборка байтов из этого блока. Однако допускается доступ между выборками к байтам в пределах блока со стороны си-

стемы ввода-вывода.

Если обращение для записи является единовременным в пределах блока, то не допускает-

ся доступ к блоку с целью выборки или записи в то время, пока в этот блок производится за-

33

пись. Между записями могут осуществляться доступы к байтам блока со стороны системы вво-

да-вывода.

Обеспечение согласованности

Обращение к операндам, хранящимся в памяти, при выполнении всех команд формата S и

всех команд формата RX, за исключением команд ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДЕСЯТИЧНУЮ и ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВОИЧНУЮ, являются единовременными в пределах блока при усло-

вии, что адреса операндов установлены по границе, целочисленной относительно длины опе-

ранда.

Все доступы в память за операндами при выполнении команд СРАВНЕНИЕ С ОБМЕНОМ и СРАВНЕНИЕ ДВОЙНОЕ С ОБМЕНОМ являются единовременными в пределах блока.

При выполнении команд СРАВНЕНИЕ СИМВОЛОВ ПО МАСКЕ, ПРОЧИТАТЬ СИМВОЛЫ ПО МАСКЕ и ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ СИМВОЛОВ ПО МАСКЕ, а также команд ЗАГРУЗКА и ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ГРУППОВАЯ доступ к операндам в памяти осуществляется в направлении слева направо и по отношению к действиям всех процессоров доступ ко всем байтам в пределах каждого двойного слова оказывается единовременным.

Если нет перекрытия с разрушением, доступ к операндам команды ПЕРЕСЫЛКА осуществ-

ляется следующим образом:

—доступ к первому операнду идет в направлении слева направо; доступ ко всем байтам в пределах некоторого двойного слова оказывается единовременным;

—доступ ко второму операнду осуществляется слева направо, и выборка всех байтов в пределах двойного слова второго операнда, пересылаемых в единственное двойное слово первого операнда, оказывается единовременной. Таким образом, если первый и второй опе-

ранды смещены по отношению к границе двойного слова на одно и то же целое число байтов,

выборка второго операнда из двойного слова оказывается единовременной в пределах двой-

ного слова. Если смещение по отношению к границе двойного слова отличается на 4 байта, то выборка второго операнда оказывается единовременной в пределах слова.

Считается, что перекрытие с разрушением происходит в том случае, когда ячейка памяти,

отведенная для результата, используется как источник информации уже после того, как ре-

зультаты записаны в память, и при этом допускается, что обработка выполняется побайтно.

Если оба операнда команд ПЕРЕСЫЛКА ДЛИННАЯ и СРАВНЕНИЕ КОДОВ ДЛИННОЕ начи-

наются на границе двойного слова, их длина равна целому числу двойных слов, а операнды команды ПЕРЕСЫЛКА ДЛИННАЯ не перекрываются, то по отношению к действиям всех про-

цессоров доступ к операндам осуществляется единовременно в пределах двойного слова. Ес-

ли при выполнении команды ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первый и второй операнды совпадают, то по отношению к действиям всех процессоров доступы к операндам единовременны в пределах двойного слова.

34

Замечания по программированию

Следует отметить, что, когда операнды в команде ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ полностью совпа-

дают, доступ к байтам в пределах поля может происходить три раза: первым будет выборка при модификации первого операнда, вторым – выборка второго операнда и третьим – запись при модификации первого операнда. По отношению к другим процессорам каждый из этих до-

ступов является единовременным в пределах двойного слова, но необязательно, чтобы все три доступа осуществлялись непосредственно один за другим.

Взаимосвязь между доступами к операндам

Выборка операндов из памяти при выполнении команды предшествует всем обращениям к памяти за операндами для выполнения концептуально следующих команд. Запись операндов в память, указанная в одной команде, предшествует всем записям операндов в память для вы-

полнения концептуально следующей команды, но не обязательно, чтобы эта запись предше-

ствовала выборке операндов из памяти, заданных концептуально следующими командами. Од-

нако для одной и той же ячейки реальной памяти запись операндов в память предшествует концептуально последующей выборке операндов из памяти.

Если в команде заданы два операнда, находящиеся в памяти и вызывающие обращения для выборки, то нельзя предсказать, выборка какого операнда произойдет в первую очередь или выборка какой части первого операнда будет произведена до начала выборки второго опе-

ранда. Когда два операнда перекрываются, выборка из общих ячеек памяти может произойти независимо для каждого операнда.

Если в команде заданы два операнда. находящиеся в памяти, первый из которых вызывает обращение для записи, а второй – для выборки, то нельзя предсказать, выборка какой части второго операнда произойдет до момента записи результатов. Если операнды перекрываются с разрушением, то выборка из памяти части второго операнда, общей с первым операндом,

может не произойти.

Если два операнда команды находятся в памяти и к первому из них происходит обращение для модификации, а ко второму – обращение для выборки, то невозможно предсказать, выбор-

ка которого из них произойдет раньше и какое количество байтов первого операнда будет вы-

брано прежде, чем начнется выборка второго операнда. Точно так же невозможно предсказать,

сколько байтов результата будет получено до его возвращения в память. В случае, когда имеет место перекрытие с разрушением, выборка из памяти общей части второго операнда может не произойти.

Замечания по программированию

Независимость выборки из одной области памяти каждого из двух операндов может влиять на выполнение программы при следующих условиях: если адреса двух операндов некоторой команды указывают на одну и ту же ячейку памяти, а канал или другой процессор в ходе вы-

полнения команды изменяет содержимое этой ячейки памяти, то новое содержимое этой ячей-

ки памяти может оказаться использованным одновременно со старым. Например, сравнение

35

поля с самим собой может дать результат “не равно” или выполнение команды ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с совпадающими операндами может дать результат, отличный от 0.

3.5.Временная отмена совмещений

Выполнение некоторых команд, а также все прерывания вызывают в процессоре временную отмену совмещений, которая проявляется в том, что по отношению к каналам и другим процес-

сорам все концептуально более ранние доступы процессора к памяти осуществляются до вы-

полнения концептуально более поздних доступов. Временная отмена влияет на порядок, в ко-

тором процессор осуществляет все доступы к памяти и к ключу памяти, если не считать досту-

пов для выборки строк таблиц динамической переадресации.

Временная отмена совмещений происходит при прерываниях и при выполнении следующих команд.

1. Общие команды: команда УСЛОВНЫЙ ПЕРЕХОД, в которой поля R1 и R2 содержат соот-

ветственно только единицы и только нули, команды СРАВНЕНИЕ С ОБМЕНОМ, СРАВНЕНИЕ ДВОЙНОЕ С ОБМЕНОМ, ЗАПИСЬ В ПАМЯТЬ ПОКАЗАНИЙ ЧАСОВ, ОБРАЩЕНИЕ К СУПЕРВИЗОРУ и ПРОВЕРИТЬ И УСТАНОВИТЬ.

2.Команда ЗАГРУЗКА PSW.

3.Команды ОЧИСТКА TLB и УСТАНОВИТЬ ПРЕФИКС; эти команды вызывают также очистку буфера быстрой переадресации.

4.Все команды ввода-вывода.

5.Команды сигнализации: ПРЯМОЕ ЧТЕНИЕ, ПРЯМАЯ ЗАПИСЬ и СИГНАЛ ПРОЦЕССОРУ.

При временной отмене совмещений события происходят в следующем порядке.

Все концептуально более ранние по отношению к каналам и другим процессорам обраще-

ния данного процессора к памяти завершаются. В частности, завершаются все концептуально более ранние обращения к памяти для записи и изменения ключей.

Выполняются основные действия операции, вызвавшей временную отмену совмещений.

При выполнении команды производится выборка операндов и завершается запись результа-

тов. Исключение составляют команды ЗАГРУЗКА PSW и УСТАНОВИТЬ ПРЕФИКС, в которых выборка операндов может производиться до завершения более ранних записей, и прерывания,

при которых код прерывания и соответствующие поля могут записываться в память до выпол-

нения временной отмены совмещений. Выборка команды, вызывающей временную отмену совмещений, может произойти до выполнения этой команды и может предшествовать выпол-

нению более ранних команд, но не может предшествовать завершению более ранней опера-

ции, также вызывающей временную отмену совмещений. В случае прерываний записываются старые PSW, код прерывания и прочая информация, если она имеется, а затем производится выборка нового PSW.

И, наконец, могут продолжаться выборка команд и доступы к операндам для выполнения концептуально следующих операций.

36

Временная отмена совмещений влияет на порядок доступов в память, управляемых про-

цессором, в котором выполняется эта временная отмена совмещений. Она не влияет на поря-

док обращений к памяти, вызываемых программой в канале или другом процессоре.

Замечания по программированию

Последствия временной отмены совмещений:

1.Если некоторая команда изменяет содержимое ячейки памяти, используемой в качестве источника информации при выполнении следующей команды, и если для указания этой ячейки памяти при записи результата и при выборке команды используются различные адреса, то временная отмена совмещений, следующая за этим изменением, обеспечивает выполнение модифицированной команды.

2.Когда выполняется операция, вызывающая временную отмену совмещений для каналов

идругих процессоров, выборка команды и операндов, а также запись результатов представля-

ются в таком порядке, который установлен для этой операции.

Запись в ячейку памяти, из которой производится выборка команды, вызывающей отмену совмещений, не всегда оказывает влияние на ход этой команды, если только временная отме-

на совмещений не была произведена после записи в эту ячейку памяти и до начала выполне-

ния данной команды, вызывающей временную отмену совмещений.

37

Глава 4. Управление системой

В этой главе дается подробное описание совокупности средств, обеспечивающих переклю-

чение состояний системы, защиту программ от взаимного влияния и запуск отдельных опера-

ций посредством внешнего вмешательства, а также описание способов выполнения других функций, которые повышают эффективность использования системы, обеспечивают удобство работы с ней и расширяют возможности программирования в системе.

Информация, определяющая состояние процессора и его действия, содержится в слове со-

стояния программы (PSW) и в управляющих регистрах. Дополнительная информация о состоя-

нии и дополнительная управляющая информация находится в ячейках основной памяти, име-

ющих младшие адреса. Благодаря наличию состояния “супервизор”, а также тому, что выпол-

нение определенных команд, изменяющих содержание PSW и управляющих регистров, разре-

шается только в этом состоянии, имеется возможность для устранения несанкционированных,

преднамеренных или случайных изменений состояния системы.

Средства защиты позволяют защитить содержимое основной памяти от разрушения или неправильного использования, вызываемого ошибочной или несанкционированной записью или выборкой информации во время выполнения программы.

В системе предусмотрены следующие средства отсчета времени: аппаратные часы кален-

дарного времени, имеющие точность 1 мкс и общий цикл работы более ста лет; компаратор,

позволяющий посылать сигнал программе при наступлении определенного момента времени;

таймер CPU и интервальный таймер, которые обеспечивают оповещение программы по исте-

чении заданных временных интервалов.

Кроме того, имеются средства обеспечения мониторных программ, регистрации программ-

ных событий и прямого управления. Средство обеспечения мониторных программ может быть полезным при выполнении различных измерений, а средство регистрации программных собы-

тий – при отладке программ.

Для приведения системы в готовность и проверки ее состояния предусматривается выпол-

нение ряда функций, вызываемых внешним управлением. Это функции сброса, записи состоя-

ния и начальной загрузки программы.

4.1.Состояния процессора

Если не принимать во внимание средства, предназначенные для технического обслужива-

ния оборудования, в процессоре различаются три пары взаимно исключающих состояний: “ожидание/счет”, “задача/супервизор” и “стоп/работа”. Эти состояния различаются характером влияния каждого из них на работу процессора и организацией их индикации и переключения.

Состояние “ожидание/счет”

В состоянии “счет” выборка и выполнение команд происходят обычным образом, а в состоя-

нии “ожидание” команды не обрабатываются. В состоянии “ожидание” процессор доступен для прерываний, если прерывание от данного источника разрешено.

38

Процессор находится в состоянии “ожидание”, когда бит 14 PSW установлен в 1. Если бит

14 установлен в 0, процессор находится в состоянии “счет”.

Состояние “ожидание” индицируется лампочкой “ожидание”, расположенной на оператор-

ской части пульта управления системой. Никаких средств для изменения этого состояния опе-

ратором не предусмотрено.

Работа средств отсчета времени не зависит от того, находится ли процессор в состоянии

“ожидание” или в состоянии “счет”.

Состояние “задача/супервизор”

Допустимость каждой из команд зависит от того, какое состояние установлено – “задача” или “супервизор”.

В состоянии “супервизор” разрешается выполнение всех команд. В состоянии “задача” до-

пустимыми являются только те команды, выполнение которых не может повлиять на целост-

ность системы и которые не связаны с функциями технического обслуживания оборудования или функциями, зависящими от типа используемой модели. Команды, не допустимые в состоя-

нии “задача”, называются привилегированными; к ним относятся команды изменения и провер-

ки ключей памяти, полей управления системой в PSW и управляющих регистрах, а также ко-

манды, относящиеся к средствам отсчета времени, обеспечению префиксации, средствам свя-

зи между несколькими процессорами и к управлению вводом-выводом.

Появление привилегированной команды в состоянии “задача” называется особым случаем по привилегированной операции и вызывает программное прерывание.

Процессор находится в состоянии “задача”, если бит 15 PSW равен 1. Если бит 15 равен 0,

процессор находится в состоянии “супервизор”.

Работа средств отсчета времени не зависит от того, находится ли CPU в состоянии “задача” или “супервизор”.

Замечания по программированию

Переключение состояний “ожидание/счет” и “задача/супервизор” осуществляется только пу-

тем занесения нового PSW при выполнении команды ЗАГРУЗКА PSW, в случае прерывания,

включая прерывание при обращении к супервизору, а также в процессе начальной загрузки программы.

Команда ЗАГРУЗКА PSW может использоваться только для перехода из состояния “супер-

визор” в состояние “задача” и из состояния “счет” в состояние “ожидание”, но не наоборот. Для того чтобы обеспечить возврат из программы обработки прерываний с помощью команды ЗАГРУЗКА PSW, в PSW этой программы должно быть задано состояние “супервизор”.

В состоянии “ожидание” процессор не обращается к основной памяти; поэтому состояние

“ожидание” удобно использовать для приостановки работы до тех пор, пока не произойдет пре-

рывание. Это не препятствует, однако, обращениям к памяти, формируемым при выполнении операций ввода-вывода и при работе интервального таймера. Для того чтобы можно было

39

выйти из состояния “ожидание” без вмешательства оператора, процессор должен допускать

прерывания.

Состояние “стоп/работа”

Если процессор находится в состоянии “стоп”, команды не выполняются и прерывания не обрабатываются. Исключение составляет прерывание повторного пуска. В состоянии “работа” осуществляется выполнение команд и обработка прерываний под управляющим воздействием бита ожидания и битов маски, а также режима выполнения команд, задаваемого с пульта си-

стемы.

Переход из состояния “стоп” в состояние “работа” или обратно может быть выполнен по-

средством ручного вмешательства или с помощью команды СИГНАЛ ПРОЦЕССОРУ. Состоя-

ние “стоп” не управляется и не идентифицируется посредством какого-либо бита в PSW.

Переход процессора из состояния “стоп” в состояние “работа” происходит в следующих слу-

чаях:

—при нажатии кнопки пуска на пульте управления системой;

—при получении приказа на пуск, задаваемого в команде СИГНАЛ ПРОЦЕССОРУ, адресо-

ванной данному процессору;

— в случае прерывания повторного пуска, возникающего в результате нажатия кнопки по-

вторного пуска или в результате выполнения приказа повторного пуска в команде СИГНАЛ ПРОЦЕССОРУ;

— при успешном завершении начальной загрузки программы.

Переход процессора из состояния “работа” в состояние “стоп” происходит посредством вы-

полнения операции останова в следующих случаях:

—при нажатии на пульте управления системой кнопки “стоп”, когда процессор находится в состоянии “работа”;

—при получении приказа “стоп” или “стоп с записью состояния”, задаваемого в команде СИГНАЛ ПРОЦЕССОРУ, адресуемой данному процессору, когда он находится в состоянии “ра-

бота”;

— по окончании выполнения команды, если переключатель режима работы находится в по-

ложении покомандной работы.

Переход из состояния “работа” в состояние “стоп” происходит после завершения выполне-

ния текущего элемента операции. Если процессор находится в состоянии “ожидание”, этот пе-

реход происходит немедленно при условии, что отсутствуют ожидающие обработки запросы на прерывания, от которых процессор не защищен маской. При выполнении команд, допускающих прерывание, количество данных, обрабатываемых при выполнении элемента операции, зави-

сит от команды и модели.

Все ожидающие обработки незамаскированные запросы на прерывание принимаются, пока процессор находится в состоянии “работа”. Они вызывают запоминание старого PSW и занесе-

ние нового PSW перед тем, как процессор перейдет в состояние “стоп”. Когда процессор нахо-

40