Подсистема ввода-вывода ЭВМ М-13

С. М. Байков, В. А. Кислинский, А. А. Латышов

Рассмотрены структура, некоторые особенности и алгоритм работы подсистемы ввода-вывода ЭВМ М-13.

Подсистема ввода-вывода (ПВВ) ЭВМ М-1З [1] организует передачу данных между внутренней памятью и внешними устройствами (ВУ), в том числе различными абонентами реального времени. Обмен осуществляется по команде от центрального управляющего процессора (ЦУП) и протекает без его участия на фоне работы центральной процессорной части (ЦПЧ).

Блок-схема ПВВ представлена на рисунке. Конструктивно и функционально ПВВ состоит из двух типов устройств: главного (мультиплексного) канала — устройства МПК и устройств абонентского сопряжения УАС.

Особенностью структуры ПВВ является возможность ее наращивания за счет увеличения количества устройств УАС в зависимости от внешних связей ЭВМ [5]. Наращивание не требует каких-либо изменений в структуре. Количество устройств УАС может быть любым в диапазоне от 1 до 16.

Алгоритм работы подсистемы ввода-вывода ЭВМ М-13

Работа ПВВ организована таким образом, чтобы максимально освободить как ЦУП, так и ЦПЧ от операций, связанных с вводом- выводом.

Оба устройства, входящие в ПВВ, имеют в своем составе программно-аппаратные средства, обеспечивающие выполнение значительной части программ операционной системы, связанных с вводом-выводом информации.

Устройство МПК предназначено для сопряжения ПВВ с центральным управляющим процессором и внутренней памятью ЭВМ и реализует такие функции операционной системы, как запуск обменных операций в каналах; диспетчеризация работы каналов; организация виртуальной и относительной адресации; измерение параметров обменных операций; обработка прерываний от каналов.

МПК выполняет также мультиплексирование обмена данными между устройствами УАС и внутренней памятью ЭВМ, осуществляет преобразование форматов при обмене данными [6].

Устройство состоит из интерпретатора канальных программ (ПКП), формирователя адресных требований (ФАТ) и мультиплексора данных (МПД).

По шинам ШИ-ЦК в узел ИКП поступают команды “Начать ввод-вывод” и “Прекратить ввод-вывод” от центрального управляющего процессора. По шине ШИ-КЦ в ЦУП выдаются прерывания, содержащие информацию о выполнении канальных программ в МПК и УАС и о сбоях внешних устройств, подключаемых к ПВВ. С внутренней памятью ЭВМ устройство МПК связано информационными шинами чтения и записи (ШЧт, ШЗп) и шиной адресных требований (АТ). Узел МПД обеспечивает мультиплексирование и согласование потоков данных, передаваемых по восьми группам информационных (ШИК0 — 7, ШИА 0 — 7) устройств УАС и шинам ШЗ, ШЧ узла ИКП во внутреннюю память ЭВМ. Согласование потоков информации достигается разделением пропускной способности шин ШЧт ШЗп поровну между всеми шинами, подключенными к МПД.

К устройству МПК подключаются две группы устройств УАС, причем каждая группа имеет общий командный интерфейс (шины ШКК, ШКА) и четыре информационных (ШИА, ШИК 0 -3).

Каждое устройство УАС содержит четыре подканала информационного обмена и узел командной связи. Сигналы, поступающие от МПК, могут транслироваться к следующим устройствам УАС, а сигналы, поступающие от этих устройств, транслируются к устройству МПК.

Узел командной связи с МПК содержит регистр команды (РК) и блок арбитража (А). По шинам ШКК в регистр РК принимаются команды “Начать обмен в СП” и “Прекратить обмен в СП”, которые по прерыванию считываются сопрягающим процессором (СП), номер которого указан в команде. По шинам ПIКА в устройство МПК передаются запросы от СП на обмен данными. Особенностями узла командной связи являются:

• программно задаваемые приоритеты абонентов, позволяющие регулировать потоки информации при обмене между внутренней памятью СП и памятью ЭВМ;
• наличие отдельных командных шин, позволяющих выдавать команды в МПК на фоне информационного обмена;
• опережающая выдача в МПК очередного требования на обмен, позволяющая избежать или уменьшить паузы между сеансами обмена;
• аппаратные средства, обеспечивающие реакцию операционной системы на команды от МПК, содержащие указания СП, отсутствующему в данной комплектации ПВВ;
• аппаратные средства, обеспечивающие реакцию на “зависание обмена” с конкретным абонентом и не нарушающие обмена с другими абонентами;
• наличие регистров в тракте передачи команд между модулями наращивания, снимающее физические ограничения на степень наращивания.

Подканал обмена (ПО) устройства УАС содержит информационный регистр для обмена с МПК (РИ) и два сопрягающих процессора (СП0 и СП1). Каждый сопрягающий процессор для связи с внешними абонентами имеет двухбайтовые информационные шины и управляющие шины. Сопрягающий процессор обладает рядом характеристик, позволяющих вести обмен с широким классом абонентов 2, 3, 4, в частности, программно-аппаратной настройкой на логический интерфейс внешних устройств, позволяющей обеспечить подключение как стандартных (ЕС ЭВМ и Т1), так и специализированных внешних устройств; программно-аппаратной настройкой на формат информационных шин абонента (один бит, один байт, два байта); при форматах один бит или один байт к одному СП могут быть подключены два абонента; наличием внутренней памяти, обеспечивающей буферизацию информации обмена и позволяющей вести обмен большими массивами с частотой 1,5 МГц; наличием широкого списка управляющих и обрабатывающих команд и памяти команд, позволяющих выполнять программную интерпретацию команд, поступающих от МПК, и обработку информации обмена “на проходе”; развитой системой прерывания, обеспечивающей быструю реакцию на процессы, происходящие как в МПК и абонентах, так и внутри СП; наличием коммутационных цепей управляющих сигналов интерфейса с абонентом, позволяющих решать вопросы не только логической, но и физической настройки (перестройки, устранения ошибок) на интерфейсы абонентов.

Следует также отметить, что наличие нескольких СП, работающих через одну группу информационных шин связи с МПК, обеспечивает экономию внешних разъемов модуля наращивания.

Остановимся коротко на алгоритме работы ПВВ.

Для инициализации обмена с ВУ центральный управляющий процессор выдает в МПК команду ввода-вывода, содержащую информацию о номере СП, который будет вести обмен, номере обменного процесса (ПВВ может вести до 128 обменных процессов), а также начальный адрес параметров данного обменного процесса во внутренней памяти ЭВМ (ВП). Получив команду, МПК производит чтение параметров из ВП в определенную зону своей памяти, соответствующую номеру обменного процесса. При этом выставляется запрос в арбитр узла ПКП. Если данный процесс имеет наивысший приоритет среди идущих в данный момент в ПВВ, ИКП начинает его выполнение, для этого по адресу ВП, указанному в начальных параметрах, считываются и интерпретируются команды канальной программы. При этом процесс интерпретации первой команды совмещен с процессом считывания следующей. В списке команд интерпретатора наряду с обычными арифметическими и логическими операциями, имеются операции, обеспечивающие формирование начального адреса ВП для данного обменного процесса, а также выдачу команды “Начать обмен в СП”. Интерпретатор после запуска обменной операции в СП переходит в режим ожидания (для данного процесса ввода-вывода) прерывания от СП по завершению обменной операции. Отработка других процессов в ПКП продолжается. В свою очередь, сопрягающий процессор, получив команду, переходит на соответствующую ей процедуру своей программы (часть программы, необходимая для ведения обмена с МПК, находится в постоянной памяти СП) и организует взаимодействие с абонентом. Следует подчеркнуть, что возможен такой вариант обменного процесса, при котором СП на все время взаимодействия с абонентом получает только одну команду “Начать обмен”. По этой команде СП по адресу, который подготовлен канальной программой в МПК, считывает из ВП дополнительные параметры обмена и, используя эти параметры, самостоятельно ведет обменный процесс. С этой целью предусмотрена возможность записи начального адреса ВП для обмена по инициативе СП в соответствующую зону памяти МПК.

Центральный управляющий процессор отслеживает выполнение операций ввода посредством прерываний от МПК. СП имеет возможность передавать сообщения о выполнении обменной операции как в МПК, так и непосредственно в ЦУП.

Заключение. ПВВ ЭВМ М-13 является развитой универсальной подсистемой, позволяющей эффективно решать задачи построения комплексов как для вычислительных центров, так и для абонентов, работающих в реальном масштабе времени.

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. А. с. 1149239 СССР, МКИ 3 G 06 F 3/04. Устройство для обмена информацией / М. А. Карцев (СССР). — 3555407/24; Заявлено 22.02.83; Опубл. 7.04.85. Бюл. 13 // Открытия. Изобретения.-1985 — № 13 — С 143-144.
3. Кислинский В.А., Крупский  А.А. Пути повышения универсальности средств сопряжения ЭВМ с абонентами //Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. — 1986.-Вып. 15 — С. 66-67.
4. Байков С.М., Кислинский  В.А. Развитые структуры средств сопряжения ЭВМ с абонентами // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. — 1986. — Вып. 15. — С. 71-73.
5. Добровольская Е.В., Кислинский  В.А., Шафран  А.М. Варианты наращивания систем абонентского сопряжения / Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. — 1987.- Вып. 13.- С. 128-130.
6. Бочин Б.И., Латышов  А.А., Мельник  Ю.Н. Три аспекта развития подсистемы ввода-вывода. - Статья в сборнике “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 10, 1990 г .

Статьи об ЭВМ М-13 
Сборник “Вопросы радиоэлектроники”, серия “Электронная вычислительная техника”, выпуск 10, 1990 г.
Перепечатывается с разрешения авторов.
Статья помещена в музей 19.06.2007 г.