Архитектура мультиплексного канала вычислительной машины М-10

Б.И. Бочин, А.А. Латышов, Л.П. Лобанов, Ю.Н. Мельник

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).

Таблица 1 

Таблица 2

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.

Примечание

1. В скобках указаны шины контрольных разрядов.

Литература

1. Брукс Ф. П. Как проектируются и создаются программные комплексы. М., “Наука”, 1979.
2. 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.