Устройство большой оперативной памяти ЭВМ М-13

В.Г. Антонов, В.М. Емелин, Р.П. Макарова

Рассмотрены основные характеристики и методы повышения надежности большой оперативной памяти ЭВМ М — 13.

Устройство большой оперативной памяти (полупроводниковой) ОПП расположено на втором уровне внутренней памяти ЭВМ М-13. В качестве элемента памяти используется одноразрядная полупроводниковая динамическая БИС ЗУ типа 565РУЗА емкостью 16К. Максимальное время хранения информации в элементе памяти без восстановления ограничено двумя МС. 

Устройство емкостью 8 Мбайт располагается в одном шкафу и представляет собой независимый по обращению блок памяти в малой комплектации ЭВМ. Для средней и большой комплектаций ЭВМ М-1З используются 2 и 4 шкафа ОПП соответственно.

Устройство имеет следующие основные характеристики: информационную емкость 8 Мбайт; формат данных 16 байт; адресное поле накопителя 512К; цикл обращения 1,8 мкс; время выборки 1,2 мкс.

По разрядности блок памяти делится на два функциональных модуля по 512К 8-байтовых чисел. Адресация в устройстве произвольная, с точностью до модуля памяти.

По внешним запросам устройством выполняются операции чтения информации полным форматом и записи переменного массива информации с точностью до байта.

Характерной особенностью динамического ЗУ является необходимость своевременного восстановления хранящейся в накопителе информации. В устройстве ОПП эта проблема решается введением дополнительного подцикла регенерации в рабочий цикл памяти. Регенерация организована как внутренний процесс, не зависящий от режима работы устройства. Процесс регенерации включается автоматически при включении электропитания на устройстве, обеспечивая последовательный опрос и восстановление информации каждого запоминающего элемента.

В больших системах динамической памяти обеспечение целостности данных представляет собой серьезную проблему. Разработаны различные методы, осуществляющие обнаружение и исправление одиночных ошибок.

Для одноразрядных БИС ЗУ оптимальным представляется использование корректирующего кода Хэмминга. Исходя из необходимой степени надежности и допустимой избыточности контрольного оборудования в устройстве применен метод информационного кодирования каждого модуля памяти: на 64 информационных разряда формируются 8 контрольных разрядов по коду Хэмминга.

Однако для этого метода характерен определенный недостаток, связанный с тем обстоятельством, что исправлению подвергаются только те данные, к которым ведется обращение по адресам запросов. Появляется вероятность возникновения и накопления в отдельных словах с редкими обращениями случайных сбоев, не поддающихся коррекции. Для проведения регулярной “чистки” накопителя в устройстве в режиме централизованного управления в паузах между обращениями к памяти предусмотрен режим чтения. В соответствии с заданным алгоритмом его работы слова поочередно считываются по всему адресному полю накопителя и проверяются на наличие одиночной ошибки. В случае необходимости в циклах без регенерации производятся исправление и перезапись информации в накопитель. Для создания возможности перезаписи откорректированной информации циклы с регенерацией формируются через раз, при этом полный цикл регенерации памяти увеличивается до 1,8 мс. 

В дополнение к методу информационного кодирования, позволяющему исправлять лишь одиночные ошибки накопителя, в каждом модуле памяти реализована схема реконфигурации. При обнаружении двойной (некорректированной) ошибки схема реконфигурации изменяет порядок выборки корпусов БИС ЗУ до тех пор, пока не сформируются два адреса с одиночными (корректируемыми) ошибками. В выборке корпусов участвуют 5 старших разрядов адреса. Недостатком такой схемы является необходимость перезаписи всей информации блока памяти после обработки адресов.

Кроме функционального контроля устройства, работающего постоянно, в памяти предусмотрен тестовый контроль. В узле тестового контроля формируются диагностические тесты, позволяющие контролировать основное оборудование устройства в профилактическом режиме. На прогонах проверка устройства происходит на четырех коротких тестах: марш, “бегающий «0» (1)”, считывание по прямым и дополнительным адресам, тест регенерации. Эти тесты достаточно надежно проверяют адресный коммутатор, разрядные цепи, сохранность информации в накопителе при различных обращениях.

Все перечисленные методы контроля вместе с побайтным контролем цепей передачи информации и команды по модулю 2 обеспечивают достаточную надежность работы устройства.

Устройство располагается в 18 накопительных блоках, 13 логических блоках и обслуживается 10 блоками питания (источники +ЗВ, +5B, +12B, -5B).

Рис. Упрощенная блок-схема устройства ОПП

На рисунке изображена упрощенная блок-схема устройств. В его состав входят узлы, перечисленные ниже.

Разветвитель команды предназначен для размножения команды для других блоков памяти в случае использования средней и большой модификаций машины. Формат командного слова — 7КОПП (см. обозначения на рис.) с побайтными контрольными разрядами по модулю 2 равен 61. Разветвитель команды на 4 направления занимает один блок и ячейку.

Узел команд предназначен для приема, хранения и обработки команд, организации всей работы устройства. Команда обращения содержит код операции, адрес обращения (основной и дополнительный), признак, определяющий положение массива информации в памяти, номер первого и последнего байта, записываемого в память при побайтной записи.

Узел памяти состоит из 18 накопительных блоков по одному байту на полный объем адресов в каждом. Модуль памяти располагается в девяти накопительных блоках: 8 информационных и одном блоке с 8 контрольными разрядами. Каждый накопительный блок содержит четыре накопительные ячейки и две логические ячейки, обслуживающие по две накопительные каждая. На плате накопительной ячейки со снятым передним разъемом (для увеличения монтажной площади) устанавливаются 64 корпуса БИС ЗУ, что соответствует двум полноадресным разрядам памяти. Формат входной информации — 7ШД с побайтными контрольными разрядами по модулю 2 равен 144.

Схема контроля информации для двух модулей памяти располагается в двух одинаковых блоках и включает в себя формирователи контрольных разрядов, схемы обнаружения ошибок и коррекции информации. Формат выходной информации — 7ШР с побайтными контрольными разрядами по модулю 2 равен 144.

Схема реконфигурации (РКФ) для двух модулей памяти располагается в одном блоке и содержит генераторы случайных чисел и схемы формирования восемнадцати групп пятиразрядных адресов выборки корпусов БИС ЗУ (для всех накопительных блоков).

Схема синхронизации предназначена для организации временной диаграммы работы устройства и располагается в одном блоке. Синхронизация работы устройства осуществляется синхроимпульсами СНХ и 7СИЦ от хронизатора изделия.

Узел тестового контроля предназначен для проверки работоспособности устройства во время регламентных работ и располагается в двух блоках. Узел формирует тестовую команду — 7КОМ и информацию — ТК для организации автономной работы устройства.

Узел контрольного интерфейса о состоянии устройства КИСУ производит сбор и обработку сигналов неисправности со всех узлов устройства. Сигналы ошибок, сгруппированные функционально или поблочно, запоминаются в регистрах ошибок КИСУ и выводятся в шлейф ошибок изделия по сигналам опроса. Узел расположен в четырех блоках.

Статьи об ЭВМ М-13 
Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 10, 1990 г.
Перепечатывается с разрешения авторов.
Статья помещена в музей 26.03.2007 г.