Центральное устройство управления ЭВМ М-13.

Рис. 1. Схема взаимодействия ЦУУ с другими устройствами

По интерфейсу ЦУП-ЦУУ осуществляются передача и исполнение команд ЦУП:

“Начальная установка”, “Пуск”, “Останов”, “Продолжить”;
“Снятие” в “Восстановление” — эвакуация содержимого внутренних регистров ЦУУ в местную память и возврат ее в эти регистры при смене программ;
“Установка” и “Передача” — прием информации в регистры ЦУУ из ЦУП и чтение ее в ЦУП. ЦУУ вырабатывает адресные требования в устройство управления кодовыми шинами (УКШ) для обращения во внутреннюю память М-13 за командами (АТК) и данными (АТД). Команды поступают по шине ШЧТК, а данные — по ШЧТД из центрального коммутатора (ЦКМ), расположенного в устройстве ОПГ.

При интерпретации устройством ЦУУ команд типа АЛУ вырабатываются управляющие команды (КАУ), побайтные маски (МАЛУ), размножаемый операнд (РО). В результате вычислений в АЛУ формируется строка признаков (П) для записи в один из регистров М, а также для определения условий передачи управления Ф1-Ф4.

Для чтения операндов, участвующих в операциях АЛУ, в устройство ЦУР выдается команда чтения из регистров R (КЧР), а для записи результата операции — команда записи в регистр (КЭР). Эти же команды выдаются в ЦУР при реализации операций типа РЕД: уплотнения массивов под действием команды уплотнения (КУМ) и маски уплотнения (МУПЛ), а также обмена информацией между регистрами R и памятью ЭВМ. Во время операции уплотнения массивов в ЦУР вычисляется сумма единиц в маске МУПЛ, которая по шине ССЕ передается в ЦУУ для записи в регистры АМ. 

Рис. 2. Структурная схема ЦУУ

Структура ЦУУ, показанная на рис. 2, позволяет реализовать параллельное выполнение различных типов команд, а также опережающее чтение команд в буфер и обращение за чтением и записью данных. Устройство ЦУУ содержит следующие основные узлы:

• главный буфер команд (ГВК);
• регистр адреса команды (АК);
• диспетчер Д1, организующий выполнение команд типа АЛУ и РЕД;
• диспетчер Д2 для выполнения операций типа МАСК, включающих логические операции над содержимым регистров масок (М) и обмен информацией между регистрами М и памятью М-13;
• диспетчер Д3 для выполнения операций типа УПРАВЛ, включающих преобразование содержимого регистров адресных модификаторов (АМ), операции цикла и передачи управления в цикле по условию и по признакам Ф1-Ф4;
• диспетчер Д4, организующий вычисление математических адресов команд и данных, преобразование их в физические адреса памяти и обращение к устройству УКШ по этим адресам. Диспетчер Д4 также формирует запросы на прерывание в УП и модификацию адреса команды;
• схему приоритета и семафоров, разрешающих конфликты при обращении Д1-Д4 к общим ресурсам;
• узел МАСК, включающий 6 256-битовых регистров М, булевское арифметическое устройство, входные и выходные сдвигатели, местную память и формирователь условий передачи управления Ф1-Ф4;
• узел адресных модификаторов, включающий 16 8-байтовых регистров АМ, адресное арифметическое устройство, местную память и формирователь условия передачи управления в цикле;
• узел обмена с внутренней памятью М-13 (ОВП), состоящий из 8 8-байтовых регистров и связанный с ЦКМ 64-байтовыми шинами чтения и записи данных. Формат внутреннего обмена с узлами МАСК и АМ равен 8 байтам;
• узел ассоциативных регистров (АР), включающий таблицу из 32 8-байтовых регистров АР (8 для команд и 24 для данных). Узел АР позволяет установить соответствие математических и физических адресов программы. В процессе выполнения программы определяются признаки активности регистров АР и поиск наименее активного регистра для его замены.

Работа ЦУУ организована следующим образом. По интерфейсу ЦУП-ЦУУ осуществляются начальная загрузка регистров и начальная установка триггеров и счетчиков. По команде “Пуск” ЦУУ осуществляет ассоциативный поиск физического адреса команды в таблице АР и формирует адресное требование АТК к устройству УКШ. После получения ответа об исполнении АТК начинается прием команд в буфер по 64-байтовьнм шинам ШЧТК. Команды ЦУУ имеют переменную длину от 4 до 12 байтов и в соответствии с форматом распаковываются в 16 адресуемых I2-байтовых регистров буфера команд. При поступлении в буфер хотя бы одной команды начинается параллельное и независимое считывание и исполнение команд диспетчерами Д1-Д4.

Ведущим является диспетчер Д4, который выбирает из потока команды формата RX и организует предварительное вычисление адресов обращения в память как сумму индекса, базы B , сегмента S и смещения D [2]. По вычисленному математическому адресу осуществляется ассоциативный поиск физического адреса данных, который помещается в буфер адресов со своим номером команды. При отрицательном результате поиска в таблице АР математический адрес отсылается в УКШ, работа ЦУУ приостанавливается до заполнения таблицы АР необходимой информацией и получения команды “Продолжить” от ЦУП.

Диспетчеры Д1-Д3 выбирают из буфера команд “свои” команды и, обнаружив команду формата RX с обращением в память, запрашивают по номеру команды ее параметры в буфере адресов Д4. Параметры содержат не только адрес, но и формат операции, так как в векторной команде может участвовать операнд размером до 256 байтов. Выполнение команды разбивается на несколько циклов в зависимости от формата модели М-13: 16, 32 и 64 байта, обрабатываемых АЛУ м ОПГ за один машинный такт. Максимальное число циклов равно 16 для малой модели. Во время выполнения операции в каждом цикле адрес операнда в регистрах и в памяти модифицируется на формат модели М-13.

Циклы операций АЛУ и РЕД, включая команды формата X , выполняются диспетчером Д1 в режиме конвейера. Максимальная глубина конвейера — 7 регистров, по числу машинных тактов исполнения одного цикла операции АЛУ. Диспетчер Д2 также работает в режиме конвейера глубиной два такта. Операции обмена осуществляются диспетчерами Д2 и Д3 через узел ОВП в режиме “Запрос-ответ”. Команды “Передачи управления” ждут исполнения диспетчерами всех команд, а затем организуют чтение новой последовательности команд в ГБК.

Во время выполнения команд диспетчеры Д1-Д4 используют общие ресурсы: регистры АМ, М, ОВП. Схема приоритета разрешает конфликты при одновременном обращении Д1-Д4 к узлам ЦУУ. Кроме того, в конвейере Д1 могут одновременно проходить разные операции типа АЛУ и РЕД, и Д1 просматривает конвейер на всю глубину для определения возможности вхождения в конвейер следующей команды.

Существует также программная зависимость команд, когда исполнение команды одним из диспетчеров не может начаться до получения результатов выполнения команд другими диспетчерами. Для этого в каждом диспетчере предусмотрены матрицы семафоров, хранящие параметры ресурсов “чужих” команд. Перед выполнением каждой команды проверяется зависимость “своих” ресурсов от “чужих”, записанных в матрицах семафоров.

После разрешения конфликтов на выходе схемы приоритета формируется потактная широкоформатная команда к исполнительным узлам ЦУУ и устройствам М-13.

Заключение . Описанное в статье устройство ЦУУ позволяет осуществлять опережающее чтение группы последовательных команд и аппаратно поддержать параллельное выполнение этих команд за счет формирования потактной широкоформатной исполнительной команды.

Литература

1. Миллер Л. Я. Архитектура многопроцессорной векторной ЭВМ, предназначенной для обработки в реальном масштабе времени больших потоков сигнальной информации — “Вопросы радиоэлектроники” — Сер. ЭВТ. — 1988, Вып. 12. — с.3-5.
2. Миллер Л. Я. Организация устройства управления в многопроцессорной векторной ЭВМ. — “Вопросы радиоэлектроники” — Сер. ЭВТ. — 1988, Вып. 12. — с. 6-8.

Статьи об ЭВМ М-13 
Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 16, 1991 г.
Перепечатывается с разрешения авторов.
Статья помещена в музей 01.07.2007 г.