Организация канала обмена информацией с абонентами в ЭВМ М-13

С. М. Байков, Е. В. Добровольская, В. А. Кислинский

Рассматриваются вопросы организации обмена информацией по одному каналу между устройствами абонентского сопряжения и устройством мультиплексного канала в ЭВМ М-1З. Приведены сведения об аппаратных решениях, позволяющих повысить реальную пропускную способность канала обмена.

Для ЭВМ, работающих в реальном времени, характерно большое количество абонентов, существенно различающихся как объемами, так и важностью информации обмена. Причем допустимое время ожидания обслуживания запросов отдельных абонентов и объем обмениваемой информации могут существенно изменяться в зависимости от состояния абонента или условий, в которых он в данный момент находится. Задержка обслуживания запроса абонента может привести к тому, что будет упущено время для необходимой реакции на поступающую информацию или она будет потеряна.

Перед операционной системой центрального процессора таких ЭВМ стоит довольно сложная задача организации обмена информацией, существенно снижающая ресурсы по ведению вычислительного процесса. В связи с этим при разработке идеологии обмена с абонентами в ЭВМ М-13 было принято решение по возможности освободить ресурсы центрального процессора от организации обмена с абонентами, переложив эти функции на подсистему ввода-вывода (ПВВ). ПВВ [1] функционально разделена на два типа устройств: главный (мультиплексный) канал (МПК) и устройство абонентского сопряжения (УАС). Устройство МПК [2] осуществляет сопряжение ПВВ с центральным процессором и мультиплексирование подканалов обмена, расположенных в устройствах абонентского сопряжения. Подканал обмена содержит от двух до 16 сопрягающих процессоров (в зависимости от комплектации) и блок диспетчеризации их работы (арбитр).

Сопрягающий процессор (СП) представляет собой специализированную мини-ЭВМ [3]. В СП имеется память для буферизации данных обмена и хранения программ обмена и программ предварительной обработки данных, а также порты обмена с главным каналом и абонентами. Использование программ сопрягающего процессора для организации обмена не только разгружает центральный процессор, но и создает резервы производительности для “мягкого” управления обменом, позволяя, например, прекратить обмен, не создавая непредвиденных ситуаций ни для центрального процессора, ни для абонентов.

Для удобства организации взаимодействия между операционными системами центрального и сопрягающего процессоров кроме шин данных предусмотрены отдельные шины команд. Список команд взаимодействия сведен к минимуму. В СП поступают команды начать, прекратить или продолжить исполнение программы обменной операции, а также принять управляющую или сигнальную информацию. Исполняемая в СП программа в ответ на полученную команду выдает сообщения о ходе обмена. Обмен информацией между СП и памятью центрального процессора осуществляется через мультиплексор данных устройства МПК [2]. При этом инициатива обмена принадлежит сопрягающему процессору. Отслеживая указания, полученные от операционной системы центрального процессора и реальные требования абонента, СП по мере необходимости выдает в МПК команды (запросы) на обмен информацией с памятью центрального процессора.

Особое внимание в структуре УАС уделено порядку обслуживания запросов сопрягающих процессоров. Существуют различные дисциплины обслуживания запросов. Известны устройства, в которых обслуживание абонентов выполняется в порядке поступления их запросов или в порядке циклического просмотра наличия запросов. Повторное обслуживание каждого абонента в этом случае не может выполняться до удовлетворения запросов всех остальных абонентов. Максимальное время ожидания обслуживания каждого абонента равно суммарному времени обслуживания всех абонентов. Если оно превышает допустимое время ожидания обслуживания какого-либо из абонентов, то данному абоненту требуется внеочередное обслуживание. Таким образом, для систем реального времени следует иметь разные приоритеты обслуживания абонентов, возрастающие в соответствии с уменьшением допустимого времени ожидания обслуживания абонента. Если же это время для отдельного абонента переменно, то необходимо предусмотреть возможность изменения параметров в процессе работы.

В сопрягающий процессор код приоритета поступает в составе каждой команды и после этого дублируется в командах (запросах), выдаваемых из него. Арбитр осуществляет выбор наиболее приоритетного из запросов путем сравнения кодов их приоритета.

Схема арбитра может быть как одноярусной, так и многоярусной. Минимальное время срабатывания достигается в одноярусной схеме, т. е. при одновременном сравнении между собой кодов приоритетов всех запросов. для построения схемы может быть использована прямая логика, то есть логика “запрос будет выбран, если…”. В данном случае использована инверсная логика, требующая меньших затрат аппаратуры, а именно “запрос не будет выбран”, то есть выходной сигнал (y_i), соответствующий выбору i-го запроса, будет равен нулю, если этот запрос (x_i) отсутствует или кроме него есть другой более приоритетный запрос, для выбора запроса, имеющего минимальный код приоритета, можно написать следующее выражение:

y_i = x_i + Vx_i y_i (N_i > N_j )
1≤i,j≤n i ≠j

где x — значение запроса; y — значение сигнала выбранного запроса; n — количество запросов; V — логическая сумма (дизъюнкция); N — код приоритета.

После выбора наиболее приоритетного запроса (значение кода которого минимально) арбитр настраивается на работу с выбранным сопрягающим процессором, который монополизирует подканал обмена. Количество обменов подсчитывается счетчиком (КИО), имеющимся в каждом сопрягающем процессоре и загружаемом с помощью его программы.

Если настройка арбитра сохранится до сигнала конца обмена, вырабатываемого счетчиком КИО, то для неприоритетных абонентов выбор значения, загружаемого в счетчик, может вызвать большие трудности, связанные с паузами переменной длительности, которые возможны в работе реальных абонентов. При увеличении значения количества обменов повышается вероятность возникновения более приоритетных запросов от других СП, которые будут вынуждены ожидать окончания обмена менее приоритетного абонента. При этом может быть превышено допустимое для СП время ожидания обслуживания. Уменьшение значения количества обменов снижает реальную пропускную способность канала обмена за счет пауз, возникающих на время засылки дополнительных командных слов. Кроме того, вообще не понятно, до какого же предела следует уменьшать количество обменов неприоритетных абонентов, поскольку ситуация при работе в реальном времени может измениться в любой момент.

Избежать этих трудностей можно за счет разделения времени обслуживания каждого абонента на сеансы обмена, по окончании которых вновь выполняется анализ запросов. для этой цели в канале обмена установлен счетчик длительности сеанса обмена, информация для загрузки которого содержится в команде, выдаваемой сопрягающим процессором. Отметим, что оборудование при этом не увеличивается, а скорее уменьшается, поскольку счетчик КИО, расположенный в СП, может считать не обмены, а сеансы обменов и счетчик длительности сеанса один для нескольких СП.

Заключение.

Введение аппаратных средств, позволяющих разделить время обслуживания абонентов на сеансы переменной длительности и анализировать запросы по окончании сеанса, совместно с возможностью изменения приоритетов абонентов обеспечивает оперативную настройку канала обмена, учитывающую объем и важность информации каждого из абонентов и его допустимое время ожидания обслуживания. Тем самым увеличивается реальная (фактическая) пропускная способность канала, а также реальная производительность центрального процессора.

Литература

Байков С. М., Кислинский В. А., Латышов А. А. Подсистема ввода- вывода ЭВМ М-13 // Вопросы радиоэлектроники Сер. ЭВТ. — 1990.- Вып. 10. — С. 21-25.
Байков С. М., Дынин Н. Н., Латышов А. А., Мельник Ю. Н. Мультиплексный канал ЭВМ М-13. — статья в настоящем сборнике.
Байков С. М., Кислинский В. А. Развитие структуры средств сопряжении ЭВМ с абонентами //Вопросы радиоэлектроники Сер. ЭВТ. — 1986. — Вып. 15. С. 71-73.

Статьи об ЭВМ М-13
Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 16, 1991 г.
Перепечатывается с разрешения авторов.
Статья помещена в музей 10.08.2007 г.