Внутренняя память ЭВМ М-10

А.А. Крупский

Описана система внутренней памяти ЭВМ М-10, включающей в себя устройства оперативной памяти и постоянной памяти и устройство большой памяти. Рассмотрены информационные связи системы внутренней памяти с центральной процессорной частью и мультиплексным каналом, а также организация обмена информацией.

Система внутренней памяти машины М-10 — двухуровневая. На первом уровне (главная память), непосредственно связанном с центральной процессорной частью, расположены устройства оперативной памяти (ОП) и постоянной памяти (ПП), цикл обращения которых укладывается в машинный такт. На втором уровне расположено устройство большой оперативной памяти (БП), имеющее меньшее быстродействие, но существенно превосходящее устройства ОП и ПП по емкости.

Общая емкость внутренней памяти М-10 составляет около 45 млн. бит (5 Мбайт, или 1 310 720 слов). С точки зрения пользователя, все устройства внутренней памяти представляют собой единое поле памяти. Своевременная “подкачка” информации в главную память для ее обработки в центральной процессорной части осуществляется операционной системой М-10 совместно с автоматом обмена. Внешние абоненты М-10 через канал имеют доступ ко всем устройствам внутренней памяти — как главной, так и большой.

На рис. показаны основные связи устройств ОП, ПП и БП между собой, их связи с устройствами центральной процессорной части и с каналом М-10. (На рис. отражены только шины передачи информации и спущены адресные шины, шины управления и др.)

Выходные информационные шины 8 секций (блоков) ОП и 8 секций (блоков) ПП собираются в коммутационном устройстве (КУ) в три кодовых шины КШ1-КШ3, по которым информация поступает в центральную процессорную часть (ЦП). В обратном направлении информация в выбранные блоки ОП подается по двум кодовым шинам записи КШЗ1 и КШЗ2.

Шины КШ2 и КШЗ2, кроме обмена информацией между главной памятью и ЦП, используются также для обмена с большой памятью и мультиплексным каналом (МИ). Автомат обмена, который по существу является каналом большой памяти (КБП), включает в себя узел управления и формирования адресов, а также сборки для передачи информации в ЦП (СбЦП), МК (СбМК) и записи в БП (СбБП). В качестве буферов при этом используются внешний регистр выдачи (ВРВ) и внешний регистр приема (ВРП), а также регистры чтения и записи (РЧ и РЗ). 1

Введение КБП в систему многоуровневой памяти М-10 позволяет производить обмен между большой и главной памятью одновременно с вычислениями в ЦП. 

Перечисленные сборки и регистры для наглядности показаны в виде отдельных узлов независимо от их расположения в устройствах М-10: сборок Сб31 и Сб32 и регистров ВРВ и ВРП — в устройствах НП (АУ и УУ), сборок КБП и регистров РЧ и РЗ — в устройстве БП; КУ представляет собой отдельное устройство.

Все информационные шины, изображенные на рис., — 544-разрядные. Это обеспечивает широкий (64 байта), а для устройств главной памяти также переменный (от 2 до 64 байт) формат обращений к внутренней памяти М-10. Секции (блоки) ОП и ПП представляют собой полностью автономные запоминающие устройства, что позволяет в каждом такте одновременно обращаться к нескольким (до трех) блокам главной памяти в любом сочетании. Устройство БП также разделено на 4 секции, но сделано это с иной целью: при обмене между главной и большой памятью М-10 секционирование БП необходимо для сдвига и наложения во времени циклов обращения (“интерливинга”), существенно повышающего интенсивность, обмена при экономии оборудования в цепях связи.

Обмен информацией между устройствами ОП и ПП, с одной стороны, и устройством БП — с другой, осуществляется как одиночными строками по 64 байта, так и массивами строк. Максимальная длина массива ограничивается емкостью 1 блока главной памяти.

Организация обмена — децентрализованная. ЦП инициирует обмен, выдавая команду в КБП, по которой КБП запрашивает в ЦП командное слово большой памяти. По получении командного слова канал БП дальнейшее управление обменом осуществляет самостоятельно.

Такая организация освобождает УУ ЦП от необходимости формирования большого количества промежуточных команд и облегчает загрузку процессоров. Циклы обращения к 4 секциям БП в ходе обмена массивами между главной и большой памятью сдвинуты друг относительно друга на 2 машинных такта, причем последовательные адреса в массиве размещаются попеременно в секциях БП-0 -БП-3. Благодаря этому эффективный цикл обращения в режиме непрерывного обмена равен всего 2 машинным тактам; возможен как односторонний обмен (из устройств главной памяти в БП или из БП в ОП), так и двусторонний — свопинг. При свопинге на место информации, считываемой из ОП, в том же такте (цикле обращения) записывается информация, считанная из БП. 

В ходе обмена массивами между главной и большой памятью предоставляется приоритет обращения к главной памяти со стороны ЦП. В каждом цикле очередной секции БП (например БП-0) вырабатывается запрос на обмен и адрес в главной памяти. Если запрашиваемый блок главной памяти свободен от других обращений (с учетом приоритетов), в КБП выдается сигнал “Обмен состоится” (ОС), и цикл секции БП-0 продолжается; одновременно начинается цикл секции БП-1 и т. д. Максимальная интенсивность непрерывного обмена между главной и большой памятью составляет около 20 Мбайт/с, пр.и свопинге около 20 Мбайт/с в каждую сторону.

Если запрашиваемый блок главной памяти в момент запроса занят, обмен задерживается: до прихода сигнала ОС прерывается цикл БП-0 и не начинается цикл БП-1. Информация, считанная в БП-0, при этом хранится на РЧ. 

Обмен с МК осуществляется одиночными словами, причем предусмотрен обмен как с главной памятью, так и с большой. Обмен МК с большой памятью служит, как правило, для накопления массивов информации во внутренней памяти М-10 и выгодно отличает описываемую организацию от многоуровневой памяти таких систем, как “Атлас”, “Стретч” и им подобных, где обмен с МК сильно загружает главную память. Возможность прямого обращения МК к большой памяти обеспечивается тем, что устройство БП является памятью с произвольным доступом и обладает достаточно высоким быстродействием.

При обращении МК к большой памяти ее обмен с главной памятью приостанавливается. В запрашиваемой секции БП завершается очередной цикл (если цикл не начат, он отменяется; если запрос МК поступил в начале цикла до получения сигнала ОС, этот обмен отменяется, и считанная информация регенерируется). Затем следует цикл обращения по адресу МК, по окончании которого обмен между большой и главной памятью возобновляется. Гибкость системы обмена повышается за счет прямой связи МК с главной памятью через сборки СбЦП и СбМК в канале БП. Максимальная интенсивность обмена с МК при обращениях к большой памяти составляет около 4,5 Мбайт/с, при обращениях к главной памяти — около 7 Мбайт/с.

Примечание

1. На рис. показано по одному регистру РЧ и РЗ и одна сборка СбБП.

Статьи об ЭВМ М-10 
Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 9, 1980 г.
Перепечатывается с разрешения авторов.
Статья помещена в музей 28.06.2007 г.