Промышленные стандарты ввода-вывода
Промышленные стандарты ввода-вывода
Стратегия развития AS/400 состоит в заимствовании новых структур ввода-вывода, соответствующих основным промышленным стандартам шин ввода-вывода и подключения устройств. Такой структурой быстро становится шина PCI, которую сегодня AS/ 400 непосредственно поддерживает наряду с SPD. Как мы увидим далее, в серии AS/ 400е сочетается надежность структуры шины SPD с легкодоступными компонентами PCI. С течением времени в AS/400 могут быть также включены новые стандартные шины, такие как ANSI Fiber Channel Standard.
Одна из причин перехода на PCI — ее цена. Платы адаптеров PCI дешевле, так как не требуют отдельного IOP для каждого адаптера, как SPD. Один из способов уменьшения стоимости адаптеров SPD — использование MFIOP (Multifunction IOP). MFIOP содержит один IOP и допускает подключение к этой многофункциональной плате различных «дочерних» плат, у которых нет своих IOP. Дочерние платы обычно называются адаптерами ввода-вывода или IOA (I/O Adapter). При такой схеме соединения несколько IOA могут использовать общий IOP, что сокращает общую стоимость системы.
Даже при использовании MFIOP платы адаптеров стандарта PCI, применяемые в обычном ПК, дешевле, чем SPD. Причина здесь — в конструктивных особенностях последней. Каждая плата адаптера SPD содержится в алюминиевом корпусе-книжке, а книжки — в специальной обойме. Такой способ размещения надежен, но дорог.
Переход на PCI происходит постепенно, начиная с младших моделей серии AS/ 400е. Все эти модели поддерживают только шину и адаптеры PCI, что дает им возможность очень агрессивно конкурировать с ПК-серверами. Средние модели используют адаптеры как PCI, так и SPD. Что касается старших моделей серии, то в них предусмотрена поддержка только шины и адаптеров SPD, PCI же отложена до следующих версий.
Давайте теперь подробней рассмотрим использование PCI в различных моделях.
Сервер начального уровня AS/400е (известный также как Eiger), впервые объявленный в V3R7 как Advanced Entry, имеет только шину PCI. Такие серверы используют новый вид IOP. Если обычный IOP поддерживает интерфейс к конкретному типу устройств, то новый IOP — интерфейс шины PCI (до 16 адаптеров), что сравнимо с SPD MFIOP, использующим один IOP и несколько IOA. Сам новый IOP интегрирован как компонент на планарной плате Eiger. Эта плата очень напоминает материнскую плату обычного ПК, и к ней могут подключаться непосредственно платы адаптеров PCI.
Новый IOP в качестве интерфейса между AS/400 и шиной PCI позволяет нам обеспечить тот же уровень надежности, что и шина SPD. IOP изолирует шину PCI от основного процессора. По сравнению с серверами ПК, которые вынуждены использовать для обработки ошибок и вспомогательных операций основной процессор, — это шаг вперед. Хочу обратить внимание на то, что для новых IOP используется процессор PowerPC. Прежние IOP, используемые адаптерами ввода-вывода SPD, были продукцией различных производителей, в основном, Motorola. Новая стратегия IBM заключается в использовании PowerPC для всех будущих IOP.
В моделях среднего уровня, выпускающихся в корпусах Millenium, применяется тот же IOP, что и в Eiger. Базовые устройства ввода-вывода (такие как внутренние диски, компакт-диск и лента) используют PCI. На младших моделях среднего класса, как и на Eiger, поддерживаются только такие адаптеры. Старшие модели среднего уровня имеют возможность установки отдельной обоймы плат SPD или отдельной платы адаптеров PCI внутри корпуса Millenium по выбору. Эти корпуса в зависимости от комплектации могут поддерживать или только адаптеры PCI, или сочетания базовых адаптеров PCI и адаптеров SPD.
Старшие модели серии AS/400е, устанавливаемые в высокие корпуса Mako, пока поддерживают только шину и адаптеры SPD. Поскольку большие системы, в основном, — модернизация существующих AS/400, то такое положение приемлемо. С течением времени потребность в адаптерах PCI для больших систем будет расти, и мы добавим соответствующую поддержку.
Рисунок 10.1. Аппаратная структура ввода-вывода
Для иллюстрации структуры ввода-вывода в новых корпусах Mako я использую 12-канальную конфигурацию SMP, описанную в главе 2. По сути, рисунок 10.1 — это рисунок 2.6 с 12-канальной конфигурацией SMP, добавлена лишь структура ввода-вывода. Для подключения всей системы ввода-вывода в корпусах Mako используется SAN (System Area Network)[ 78 ]. На рисунке показаны локальные шины 6хх адреса и данных, связанные интерфейсами шины ввода-вывода и распределенные с помощью
одного или нескольких соединений SAN по кольцевой топологии. В старших моделях AS/400е адаптеры шины SPD содержатся в отдельном корпусе и подключаются к Mako с помощью SAN. Соединение SAN может быть либо медным, либо оптоволоконным, в зависимости от расстояния между корпусами. На рисунке показано подключение шин SPD и PCI. В V4R1 поддерживается только подключение шины SPD. Подключение шины PCI будет добавлено позднее и проиллюстрировано здесь только для того, чтобы показать, как похожи подключения этих двух шин.
IBM SAN поддерживает протокол SCIL (Scalable Coherent Interface Link) основанный на стандарте IEEE 1596 SCI. Протокол модифицирован для обеспечения уровня целостности данных, необходимой коммерческим заказчикам. Посмотрите еще раз на рисунок 10.1. SAN AS/400 предоставляет два дуплексных порта соединения для каждого интерфейса шины ввода-вывода. Каждый из портов состоит из двух однонаправленных 1-байтовых линий данных, которые «гонят» данные в противоположных направлениях для обеспечения полного дуплекса. Эти две линии данных могут быть соединены по кольцевой топологии, которая используется для подключения плат ввода-вывода. На рисунке показано два таких кольца. На тактовой частоте 250 МГц каждый из них обеспечивает скорость передачи 250 МБ/с.
Еще одна интересная особенность SAN — способ, используемый для «прокачки» данных через соединение. Так как соединение SAN является асинхронным, то с передачей данных не связана какая-либо тактовая частота. В противоположность этому, при синхронном соединении среди управляющих линий есть линия тактового сигнала, а также применяется фиксированный протокол коммуникации, зависящий от тактовых импульсов. Синхронная связь требуется от каждого подключения работы на одной и той же частоте. Это обычно означает, что все такие подключения должны быть расположены достаточно близко. Асинхронные соединения отлично работают на больших расстояниях, но, как правило, требуют использования некоторого протокола: приемник и передатчик начинают следующую операцию только после того, как оба к этому готовы. Использование такого протокола может сократить производительность соединения, так как передатчику приходится ждать от приемника подтверждения получения данных.
При использовании в кольце SAN может обойти этот протокол, что позволяет передатчику непрерывно подавать на линию связи новые пакеты. Приемник добавляет в полученный им пакет информацию о получении, которая возвращается и извлекается приемником, когда пакет завершает круг. Данный подход позволяет множественным устройствам, подключенным к SAN, эффективней использовать пропускную способность линии.
Еще одно применение SAN — связь между системами. На рисунке 10.1 показаны два дополнительных порта SAN, выходящих из системы. Обратите внимание, что если вместо использования кольцевой топологии эти два порта напрямую связывают две системы, то общая скорость на каждый порт составляет 500 МБ/с (250 МБ/с в каждом направлении). Для повышенной надежности межсистемного соединения два порта обычно работают параллельно, что дает избыточную линию связи. Если одно из соединений по какой-то причине нарушено, то системы используют резервную линию. Новейшие реализации SAN работают со скоростью 1 ГБ/с даже в случае резервирования. Как мы увидим в главе 11, это идеально для соединения систем в кластер.
Платы ввода-вывода, показанные на рисунке 10.1, содержат IOP на базе процессора PowerPC, его память и вспомогательную аппаратуру, необходимую для предоставления интерфейса шины либо SPD, либо PCI. Затем платы адаптеров ввода-вывода (на рисунке не показаны) подключаются либо к обойме плат SPD, либо к плате адаптеров PCI, которая присоединяется к соответствующей шине. Обратите внимание, что адаптеры ввода-вывода SPD по-прежнему имеют собственные IOP. В данном случае мы имеем дело с двумя уровнями IOP: один — между соединением SAN и шиной SPD и второй — между шиной SPD и устройством.
Конструкция плат ввода-вывода серии AS/400е предназначена также для RS/6000 и, возможно, других систем IBM. Так как RS/6000 не использует IOP для ввода-вывода, а выполняет всю обработку основными процессорами (аналогично ПК), нужно было найти способ устранить IOP с платы ввода-вывода PCI. С этой целью IOP был замещен микросхемой моста, которая фактически подключает шину PCI непосредственно к кольцу SAN и, таким образом, к шинам 6хх. Это позволяет основным процессорам управлять шиной PCI непосредственно.