Архитектура мультиплексного канала вычислительной машины М-10
Рассмотрены архитектурные компоненты и приведены временные характеристики режимов работы мультиплексного канала.
Высокое быстродействие вычислительной машины М-10 и наличие одно лишь мультиплексного канала обусловили требования к его пропускной способности и структуре.
Широкий формат внутренней памяти и способ доступа к ней определили структуру внутреннего интерфейса и требования к внешнему интерфейсу канала, которые оказались весьма высокими. Реализация его по ОСТ4.ГО304000 оказалась невозможной, во-первых, из-за низкой пропускной способности, обусловленной малым форматом информационной шины (1 байт, 2 байта), во-вторых, из-за последовательного характера ее использования для передачи запросов абонентов и данных.
В мультиплексном канале вычислительной машины М-10 формат информационной шины связи с абонентским устройством равен формату внутренней памяти. Для внешних устройств с большим информационным потоком шины используются полностью, для малых — частично, с трансформацией форматов данных в буферной зоне памяти канала.
С целью повышения пропускной способности запросы внешних устройств в канале поступают по индивидуальным параллельным шинам; их приоритет определяется не местом абонентского устройства на интерфейсной шине, а порядком коммутации их на регистре запросов.
Пол, архитектурой системы [1, 2] понимается полная и подробная спецификация ее сопряжения с пользователем. Для вычислительной машины — это руководство по программированию. Для системы в целом — это объединение всех тех руководств, к которым должен обращаться пользователь, чтобы решить свою задачу.
Система шин внутреннего и внешнего интерфейсов изображена на рис. 1.
Рис. 1. Система шин интерфейсов: 2) внутренний интерфейс; б) внешний интерфейс
Внутренний интерфейс составляют следующие сигналы: — вызов мультиплексного канала (ВМК) — 1 шина; — код инструкции процессора (КИП — 0-6) — 7 шин; — сигнал “обмен состоится” (ОС) — 1 шина; — адрес внутренней памяти (АВП) — 17 (2)1 шин; — признак адреса внутренней памяти (ПрАВП) — 1 шина; — сигнал “ответ мультиплексного Канала” (ОМК) — 1 шина; — выход регистра выдачи (ВРВ 0-511 (32)) — 512 (32) шины; — вход индикаторов прерывания центрального устройства управления (ШИ 0-63 (4)) — 64 (4) цепи.
Внешний интерфейс составляют следующие сигналы: — запросы внешних устройств записи (ЗВУЗ — 0-23) — 24 шины;
- запросы внешних устройств чтения (ЗВУЧ — 0-23) — 24 шины;
- запросы внешних сигналов прерывания (ЗВСП — 0-27) — 28 шин; — номера подабонентов внешних устройств (НПВУ — 0-2) — 48 групп по 3 шины; — информационные шины абонентских устройств (ИШАБУ — 0- 511(32)) — 512(32) шин; — сигнал “признак информации” (ПрИ) — 1 шина; — сигнал “признак команды” (ПрК) — 1 шина; — номер внешнего устройства (НВУ- 0-6) -7 шин; — информационные шины мультиплексного канала (ИШМК- 0- 511(32)) -512(32) шин.
Мультиплексный канал интерпретирует пять кодов инструкций центрального устройства управления. Список кодов и время исполнения показаны в табл. 1. Мультиплексный канал оперирует 10 командами, их список и время исполнения показаны в табл. 2. Память канала состоит из зоны подканалов (ЗПК) и буферной зоны информации (Б3И).
№ п / п Код Обозначение Функция Время выполнения операции (в тактах) 1 001 КС ^ ЗПК Запись командного слова в зону подканалов 7 2 002 Бл. ЗВУ Блокировка запросов внешних устройств 1 3 003 Дебл. ЗВУ Деблокировка запросов внешних устройств 1 4 004 Бл. ВСП Блокировка внешних сигналов прерывания 1 5 005 дебл. ВСП Деблокировка внешних сигналов прерывания 1
№ п / п Код Обозначение Функция Время выполнения операции (в тактах) 1 +04 КС ^ ЗПК ^?3 Запись командного слова (КС) с гашением запроса ВУ 7 2 +10 КС ^ ЗПК ^¬? 3 Запись КС без гашения запроса ВУ 7 3 +14 КС ^ РГМ Прием КС в регистр маски 7 4 +20 КС ^ РГЦС Прием КС третьего типа в регистр РГЦС 7 5 +24 КС ^ РГЦП Прием КС третьего типа в регистр РГЦП 7 6 +30 ПРК Прямая команда внешнему устройству 7 7 +34 КС ^ ЗС имитация запросов 7 8 +40 КС V ЗС 7 9 +44 КС ^ ПК модификация содержимого КС 7 10 +50 КС V ПК 7
Зона подканалов содержит: — область основных и резервных командных слов канала — 3072 байта; — область констант внешних сигналов прерывания — 1948 байт; — область дополнительных и резервных командных слов канала — 1536 байт; — емкость буферной зоны памяти канала — 57 880 байт.
Структура командных слов канала изображена на рис. 2.
Рис. 2. Структура командных слов
Канал оперирует с командными словами трех типов: КС1, КС2, КС3. Для представления командных слов используется 32 байта. Структурные поля А-Т расшифрованы на рис. 2. Разряды байтов, не используемые для кодировки, перечеркнуты по диагонали.
Командные слова типа КС1 используются при работе внешнего устройства как с внутренней памятью, так и с памятью канала. Командные слова типа КС2 используются при работе 7 множественных внешних устройств и содержат 7 адресных полей, 7 полей счетчиков обменов и рассчитаны на работу только с буферной зоной памяти канала. Командные слова типа КСЗ используются для организации обмена между буферной зоной памяти канала и внутренней памятью.
Инициирование обмена данными с внешним устройством осуществляется центральным устройством управления и состоит из последовательности процессов: — записи командного слова канала (табл. 2, п. 1, рис. 3) в зону подканалов памяти; — записи в регистр маскирования (табл. 2, п. 3) константы, разрешающей обслуживание запроса внешнего устройства (производится обычно один раз для всех внешних устройств при настройке на работу с периферийной частью); -передачи управляющей информации в абонентское устройство (табл. 2, п. 6) на включение внешнего устройства.
Рис. 3. Временная диаграмма режима записи командного слова в зону подканалов
Обслуживание запроса внешнего устройства в общем случае проходит следующие фазы: — выбор старшего по приоритету запроса из всех поступивших в регистр запросов внешних сигналов; — чтение из зоны подканалов памяти командного слова канала обслуживаемого внешнего устройства; — формирование адреса обращения к памяти и информационный обмен с внешним устройством, модификация адресного поля и счетчика количества обменов командного слова; — возврат модифицированного командного слова в подканал.
Особенности обслуживания запроса определяются типом внешнего устройства и типом памяти (“главная” память, большая оперативная память, буферная зона памяти канала).
Внешние устройства в зависимости от типа используем ого командного слова канала делятся на два класса: одиночные и множественные. Внешние устройства, запрограммированные на работу с командным словом I типа, относятся к классу одиночных; устройства, работающие с командными словами II типа, — к классу множественных.
Внешние устройства могут обмениваться данными форматом 8 и 64 байта. Обмен данными форматом 8 байт возможен только с буферной зоной памяти канала. Обмен данными форматом 64 байта возможен с внутренней памятью машины и памятью канала.
Обмен данными внешних устройств с “главной” и большой памятью может осуществляться непосредственно (рис. 4) или с буферизацией данных (рис. 5, 6). Непосредственный обмен осуществляется по командным словам КС1 (см. рис. 2) с адресацией в “главную” или большую память. Случай экстренного обмена информацией между каналом и “главной” памятью показан на рис. 7.
Рис. 4. Временная диаграмма режима обмена информацией между “главной” памятью и внешним устройством
Рис. 5. Временная диаграмма режима обмена информацией между внешним устройством и памятью канала
Рис. 6. Временная диаграмма режима обмена информацией между памятью канала и “главной” памятью
Рис. 7. Временная диаграмма режима обмена информацией между каналом и “главной” памятью (экстренный обмен)
Обмен с буферизацией данных осуществляется последовательно в два этапа. При чтении информации из внутренней памяти сначала заполняется буферная зона памяти канала (при обмене внутренняя память — буферная зона памяти канала) по командным словам КС3 (см. рис. 2). Затем информация из буферной зоны передается внешнему устройству, работающему с командным словом КС1 или КС2. При записи информации во внутреннюю память сначала заполняется буферная зона памяти канала, а затем организуется обмен ее с внутренней памятью. Переход от одного этапа к другому осуществляется центральным устройством управления с использованием аппарата прерывания, вызываемого окончанием этапа. Продвижение по цепочке команд организуется также под контролем центрального устройства управления.
Синхронизация процессов обработки и передачи информации с процессами, протекающими во внешних устройствах и при работе в режиме реального времени, осуществляется с помощью прерываний. Для этого внешние сигналы, характеризующие течение процесса во внешних устройствах, поступают на вход регистра запросов внешних сигналов прерывания. В соответствии с приоритетом запроса внешнего сигнала осуществляется чтение константы внешних сигналов прерывания, которая затем передается на вход индикаторов прерывания центрального устройства управления.
Следует отметить, то приведенные архитектурные данные достаточны для расчетов, связанных с определением баланса времени и условий мультиплексирования [2] комплексов, проектируемых на основе вычислительной машины М-10.
1. В скобках указаны шины контрольных разрядов.
- Брукс Ф. П. Как проектируются и создаются программные комплексы. М., “Наука”, 1979.
- Карцев М. А. Архитектура цифровых вычислительных машин. М., “Наука”, 1978.
Статьи об ЭВМ М-10 Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 9, 1980 г. Перепечатывается с разрешения авторов. Статья помещена в музей 06.09.2007 г.