книги из ГПНТБ / Королев, Л. Н. Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение учебное пособие

Ее технические характеристики таковы:

Объем ОЗУ от 16 384 до 32 768 48-разрядных чисел; быстродействие — 20 тысяч операций, сложение с пла­ вающей запятой занимает 40 мксек\ умножение — 90 мксек; деление — 220 мксек, диапазон представления чисел — 10±38. Особенностью представления чисел яв­ ляется то, что порядок указывает степень четверки и числа считаются нормализованными, если их ман­ тисса больше или равна 0,25 и меньше 1. Поэтому раз­ работчики называют систему счисления, в которой ра­ ботает машина, двоично-четверичной. Правильнее на­ звать эту систему двоичной с основанием порядка, равным 4.

Внешние запоминающие устройства на магнитном барабане до 120 000 слов и на магнитной ленте до 5 млн. слов. Набор внешних устройств стандартный: ввод с пер­ фокарт и с перфолент, вывод — на АЦПУ, быструю пе­

ляется возможность совмещения операций ввода и вы­ вода с работой арифметического устройства. Существуют связи регистра вывода и регистра ввода (Рг. вн) непо­ средственно с оперативным запоминающим устройством или с достаточно автономным местным управлением магнитной лентой (МУ НМЛ) и магнитными барабанами (МУ НМБ). Кроме того, сохранены обычные связи с внешними устройствами через арифметическое уст­ ройство.

Для того чтобы организовать совмещенный ввод-вы­ вод, надо позаботиться о том, чтобы информация, пред­ назначенная для обмена, была накоплена в буферах на магнитной ленте, барабане или в ОЗУ. Этот процесс называется буферизацией. Сигналы об окончании опе­ раций по выдаче или приему информации из буферов поступают по системе прерываний. Одновременный ввод-вывод из ОЗУ возможен в том случае, если в комп­ лект машины входит ОЗУ-П. Следует отметить на при­ мере машины «Раздан-2», как заметно изменились требо­ вания к объему запоминающих устройств. Если во

50

Рис. 3. Блок-схема машины «Раздан-3».

времена машины М-20 (1959 г.) объем в 4000 слов казался достаточно большим, то в настоящее время он кажется очень небольшим и разработчики машин заботятся о том, чтобы обеспечить возможность наращивания па­ мяти свыше 32 000 слов.

3.2. Машина «Минск-32». Эта машина является продолжением н, по-видимому, завершением группы машин серии «Минск». В задачу квалифицированного коллектива конструкторов этой машины входило создание достаточно производительной серийной со­ временной ЭВМ, которая была бы пригодна для комп­ лектования автоматизированных систем управления (АСУ), систем сбора и обработки информации, т. е. машины наиболее широкого спроса. Предшествовав­ шая ей машина «Минск-22» уже не отвечала современ­ ному уровню. Отсутствие системы прерываний, отсут­ ствие аппаратуры, позволяющей включать «Минск-22» в крупные системы, обедненные возможности по расши­ рению состава вводных-выводных устройств, малый объем памяти стали тормозом на пути дальнейшего внедрения этой машины в народное хозяйство. ЭВМ «Минск-23», несмотря на все интереснейшие структурные особенности, оказалась очень медленной и не могла по производительности удовлетворить все возрастающим требованиям, предъявляемым народным хозяйством к ЭВМ массового применения. Таким образом, главной целью разработки машины «Минск-32» было создание современной ЭВМ массового применения. Эта машина, по замыслу конструкторов, должна была вобрать в себя основные черты машин «Минск-23» и «Минск-22», и, что очень важно, было желание достичь программной преем­ ственности по отношению к получившей наибольшее распространение машине «Минск-22». «Минск-32», соот­ ветственно, обладает широкими возможностями при работе с символьной информацией и целочисленной деся­ тичной арифметикой, как и машина «Минск-23», и имеет арифметическое устройство параллельного действия для работы с двоичными числами с плавающей запятой по аналогии с машиной «Минск-22». При этом сохранена разрядность в 37 двоичных разрядов, как и в машине «Минск-22», и дана возможность работать с семиразряд­ ными байтами. Нужно сказать, что такая комбинация не позволяет достичь преемственности на уровне внутрен­

52

него языка этой машины с «Минском-22». Поэтому были предприняты усилия в основном системными математи­ ками в том направлении, чтобы создать для машины «Минск-32» трансляторы с автокода «Инженер» (АКИ), разработанного для 22-й модели, способные без особых переделок самих программ воспринимать их и транслиро­ вать во внутренний язык машины «Минск-32». По срав­ нению с 23-й моделью в 32-й модели более развита си­ стема связи с внешними объектами, оперативное запоми­ нающее устройство может быть расширено до 65 тысяч слов, объем запоминающих устройств на магнитных лен­ тах может быть увеличен до 33 млн. слов (сравните с 5,5 млн. для «Минска-23» и 1,6 млн. для «Минска-22»). Предусмотрена возможность подключения памяти на дис­ ках и на магнитных барабанах. В комплект оконечных устройств может входить экранный индикатор. В машине расширены возможности по мультипрограммной работе— одновременно могут работать до четырех рабочих про­ грамм. Предусмотрен аппарат защиты памяти, что поз­ воляет более просто решить вопрос об исключении влия­ ния одних программ на другие.

В предыдущей, 23-й модели аппарата защиты памяти, по существу, не было, поэтому гарантировано было только мультипрограммное прохождение отлаженных программ. В модели 32 защита организована методом сравнения относительных адресов с некоторым гранич­ ным пределом, выход за который фиксируется прерыва­ нием, что, как правило, означает попытку обратиться к недозволенной области памяти.

Соответственно, функции программы, управляющей мультипрограммным режимом, становятся более слож­ ными по сравнению с координатором 23-й машины. Эта программа должна глобально распределять память между задачами и формировать границы задач. Про­ блема не столь проста, как это может показаться пона­ чалу. При использовании языков высокого уровня, в которых допускаются динамические массивы с размер­ ностью, определяющейся в процессе вычислений, трудно заранее сказать, каков максимальный объем требуемой памяти. Если же каждый раз выделять память по ма­ ксимуму, то ОЗУ будет использоваться расточительно и мультипрограммная работа будет затруднена.

• Приведем основные параметры машины «Минск-32».

53

йотншпельные ВИУ

Рис. 4. Блок-схема машины «Минск-32».

Система счисления — двоичная и десятичная, диапазон представляемых в машине чисел с плавающей запятой — от —10“ 37 до 1019, десятичных чисел — от 0 до 10+®. Система команд — двухадресная, во многом совпадаю­ щая с системой команд машины «Минск-22».

Центральный процессор ЭВМ «Минск-32» соединен с внешним миром двумя каналами—быстрым и медлен­ ным. Быстрый канал типа селекторного предназначен для обслуживания таких быстрых внешних устройств, как магнитные барабаны, диски, ленты, и может быть приспособлен для связи с другими машинами. В состав быстрого канала входят четыре направления, к каждому из которых можно подсоединить до восьми быстрых уст­ ройств. Медленный канал, предназначенный для ра­ боты с устройствами ввода-вывода, имеет в своем составе четыре направления, причем к одному направлению мо­ гут быть подключены все устройства ввода-вывода ос­ новного комплекта машины «Минск-32», т. е. АЦПУ, устройство считывания с перфокарт, устройство вывода на перфокарты (ПИ-80), устройство вывода на перфо­ ленту (ПЛ-80), устройство чтения с перфолент (ФСМ-6), устройство чтения с бланков. Если использовать комму­ таторы, то общее число подключаемых к машине внеш­ них абонентов может быть доведено до 136 устройств и механизмов. На структуру организации внешних связей машины «Минск-32» оказал влияние опыт раз­ работки системы «Минск-222», комплекса из двух про­ цессоров «Минск-22», работающих на общую память и имеющих общее поле внешних устройств. Возможности по комплексированию машин «Минск-32» в многомашин­ ные системы обеспечены наличием быстрого канала и коммутаторами. Блок-схема машины «Минск-32» пред­ ставлена на рис. 4.

Обмен с внешними устройствами производится бай­ тами по восьми разрядов, из которых семь информацион­ ных и один контрольный, дополняющий до нечета число

входе в МОЗУ информационные разряды байта компо­ нуются в 37-разрядное слово, и затем это слово записы­

55

вается в память, контрольные разряды при этом отде­ ляются, свертываются и образуют контрольный разряд слова по памяти. Контроль передач слов и байтов, таким образом, охвачен аппаратным контролем. Опыт приме­ нения такого рода контроля говорит о том, что он оказы­ вается достаточно хорошим, т. е. «ловит» большинство сбоев при. передаче информации от одних устройств ЭВМ к другим. Теоретически контроль по дополнению до нечета со 100%-ной достоверностью контролирует ошибку лишь в одном разряде байта или слова. Одна­ ко вероятность появления двойной ошибки, которую этот контроль не чувствует, оказывается на практике весьма малой. Это и является основанием его приме­ нения.

В машине «Минск-32» совмещена работа вычисли­

Например, одновременно можно считывать информа­ цию е магнитной ленты, печатать на. АЦПУ, вводить с перфокарт, выводить на перфоленту, выводить на перфокарты и производить вычисления на арифметиче­ ском устройстве. При этом не возникает заметного за­ медления работы центрального процессора, несмотря на то что возникают некоторые задержки по обращению к памяти за операндами.

Как уже говорилось, из машин «Минск-32» можно об­ разовывать многомашинные комплексы. Машины в еди­ ный комплекс связываются по быстрым каналам.

По отношению к любой машине такого комплекса любая другая машина является внешним устройством, и обмен информацией между ними производится группа­ ми байтов. В отличие от остальных внешних устройств, которые, как правило, не могут служить инициаторами обмена и полностью управляются центральным процес­ сором, другие машины могут в любой случайный мо­ мент времени запросить обмен. Для того чтобы машины могли начать обмен, следует установить между ними связи. Для этого машина-инициатор прежде всего про­ веряет, свободен ли ее быстрый канал. В системе команд предусмотрены соответствующие средства для того, чтобы запросить состояние канала. Далее, если собственный быстрый канал свободен, по нему посылается запрос

56 :

о готовности к той машине, с которой устанавливается связь. Этот запрос прерывает запрашиваемую машину, и она, если операционная система определила возмож­ ность обмена, настраивается на прием или выдачу ин­ формации с машиной-инициатором. Связь, таким обра­ зом, устанавливается, и начинается реальная пере­ сылка информации от одной машины к другой. Чтобы удостовериться, что обмен начался, машина-инициатор должна проверить состояние занятости своего быстрого канала. Конец обмена вызывает прерывание двух свя­ занных машин, информируя тем самым операционные системы этих машин об окончании сеанса связи.

При обмене могут возникнуть сбои, которые ловятся схемами контроля. Это также приводит к прерыванию обменивающихся машин и обычно является сигналом для повторения обмена. При такой организации связи в каж­ дый промежуток времени каждая машина может обмени­ ваться только с вполне определенной другой машиной, т. е. допускается только двусторонний обмен. Сущест­ вуют вычислительные комплексы с большими возможно­ стями в смысле межмашинных связей.

Однако эти сравнительно простые возможности по ор­ ганизации межмашинного обмена, предусмотренные в ма­ шине «Минск-32», в принципе позволяют направлять потоки информации внутри многомашинной системы из любой точки системы в любую другую.

«Минск-32» обладает достаточно развитой системой прерываний. Причины прерываний отнесены к семи приоритетным уровням. К уровню номер 0, обладающему наивысшим приоритетом, отнесены прерывания от сбоев вычислителя. Следующий уровень — прерывания от сбо­ ев устройств обмена, затем прерывания от ошибок внеш­ них устройств, прерывания от пишущей машинки пульта оператора, по окончании работы внешних устройств, от экстракодов запроса обмена и, наконец, прерывания от общего экстракода.

В частности, к группе прерываний первого приори­ тета отнесены прерывания, возникающие при установле­ нии связей между двумя машинами системы. В качестве одного из внешних устройств в состав машины «Минск-32» включен электронный датчик времени, который позво­ ляет организовывать прерывания через определенные, программно задаваемые промежутки времени. Преры­

57

вания, связанные с датчиком времени, относятся к треть­ ему уровню прерываний.

В структуре машины предусмотрено 12 приоритетных уровней программ, исполняемых в мультипрограммном режиме. За уровнями с 0-го но 6-й закреплены функции, связанные с реакцией на сбои вычислителя, сбои уст­ ройств обмена и внешних устройств, функции, связан­ ные с обслуживанием пульта оператора, организация обмена и т. д.

Появление в машине прерывания, относящегося к оп, ределенной группе, влечет автоматическое переключение на программу соответствующего уровня. Например, если возникло прерывание по концу обмена с внешним устройством, производится прерывание и переключение на выполнение программы четвертого уровня. Общее правило автоматического перехода с одного уровня на другой сводится к тому, что этот переход осуществляется лишь на уровень более высокого приоритета. Если воз­ никла ситуация прерывания более низкого уровня, не­ жели уровень текущей программы, то прерывания этой программы не происходит, причина запоминается, и управление передается соответствующему уровню, только когда закончат работу все программы более приоритет­ ных уровней.

Защита памяти в машине «Минск-32» осуществляется регистрами верхней и нижней защиты. Эти регистры указывают область памяти с точностью до 512 слов. Можно считать, что память разбита на блоки по 512 слов и границы указывают диапазон блоков, относящихся к данной программе. Попытка обратиться к блокам памяти вне этого диапазона влечет за собой прерывание и переход к программам 1-го уровня.

Оперативная память машины состоит из двух обла­ стей: из управляющей области памяти (УОП) и рабочей области памяти (РОП). Управляющая область памяти состоит из 256 слов. В ней хранится информация, весьма схожая с той, которая хранится в 128 адресных регист­ рах машины «Минск-23». Под каждый из двенадцати программных уровней в УОП выделено по восьми слов. В УОП располагаются копии управляющих регистров для 32 внешних устройств быстрого канала, управляю­ щие регистры для восьми внешних устройств основного комплекта машины и для 96 дополнительных внешних

58

устройств медленного канала. В УОП расположено блово, используемое в качестве счетчика электронным датчиком времени.

В восьми ячейках УОП, выделенных под некоторый 1-й уровень программы, хранится вся необходимая ин­ формация для продолжения работы программы после

еепрерывания, а именно:

—адреса четырех баз, которые используются для получения исполнительных адресов;

—база шестнадцати индексов, которые используются для модификации адресов;

—границы защиты;

—указатели состояния центрального процессора;

—содержимое сумматора;

—номер (адрес) выполняемой команды;

— номер уровня, с которого произошел переход на уровень данной программы. При переключении машины на некоторый уровень аппаратно информация из этих восьми управляющих ячеек уровней передается на соот­ ветствующие регистры центрального процессора, управ­

с набором библиотечных макро, обеспечивающих выпол­ нение сложных операций обмена и редактирования;

—транслятор с языка КОБОЛ;

—транслятор с языка АЛГАМС;

—систему трансляции с языка ФОРТРАН. Часть описанных выше элементов МО уже находится

вэксплуатации, часть — близка к завершению. Ведутся большие работы по модернизации операцион­

ной системы этой машины. Как это обычно бывает, ис­ пользование МО в реальной работе выявляет отдельные недостатки его и выдвигает новые требования. Напри­ мер, система управления файлами, организованная в машине «Минск-32» по образу и подобию OS/360, в конкретных применениях оказалась и сложной и не­ удобной.

Система макрогенерации, входящая в состав МО машины «Минск-32», однако, является весьма удобным

69