книги из ГПНТБ / Дроздов Е.А. Основы построения и функционирования вычислительных систем

новную программу, выполняемую процессором. Она, кро­ ме кода операции, обязательно содержит помер «ли ад­

ется в фиксированной ячейке оперативной памяти и определяет адрес следующего слова в иерархии команд­ ных слов. АСК представляет собой как бы вспомогатель­ ное командное слово, жестко связанное с данной коман­ дой ввода-вывода. Управляющее слово канала (УСК), занимающее нижнюю ступеньку иерархии командных слов, представляет собой своеобразную команду, непо­ средственно реализуемую каналом и выбранным ВнУ. По УСК организуется вся работа по выполнению задан­ ной команды ввода-вывода.

Собственно команда ввода-вывода дает указания ка­ налу начать операцию обмена информацией между ОЗУ и заданным ВнУ по УСК, выбираемому по АСК, связан­ ным с данной КВВ. Процессор затрачивает свое время только на передачу в канал адресной информации, за­ писанной в КВВ, и организацию выдачи АСК. Если данная КВВ выполнена, то процессор продолжает счет по основной программе параллельно с выполняемой в канале операцией ввода-вывода. При этом считается, что КВВ выполнена, если канал, подканал и заданное ВнУ доступны в данный момент времени для обмена инфор­ мацией с ОЗУ. В противном случае КВВ считается невы­ полненной и происходит приостановка выполнения основ­ ной рабочей программы процессора до освобождения канала, подканала или заданного внешнего устройства.

Непосредственная реализация команды ввода-вывода в канале обеспечивается той информацией, которая со­ держится в УСК. Обычно каждое управляющее слово содержит код команды канала, номер первой ячейки поля ОЗУ, выделенного для обмена информацией с ВнУ, код количества слов, которое должно быть передано при

}50

ройство управления ВнУ, номер которого задан КВВ Основными командами капала считаются команды запи­ си и выборки информации. Кроме них могут использо­ ваться команды управления, по которым осуществляют­ ся такие действия, как установка в требуемое положение магнитных головок в НМД или подвод соответствующей зоны ленты .в НМЛ, формирование кода состояния ка­ нала, переход к новому УСК или новой последователь­ ности УС К и т. д.

При выполнении команды записи информации, полу­ чаемой от заданного ВнУ, в оперативную память обору­ дование канала формирует адреса ячеек ОЗУ и веде г счет переданных из ВнУ слов. Для этого используются счетчики адресов и количества переданных слов. В счет­ чик адресов заносится заданный УСК адрес первой ячей­ ки выделенного поля ОЗУ; после передачи каждого сло­ ва содержимое этого счетчика увеличивается на единицу. В счетчик количества слов заносится соответствующий код, также содержащийся в УСК; после передачи каж­ дого слова содержимое этого счетчика уменьшается на единицу. При выполнении команды выборки информации из ОЗУ с передачей ее в заданное ВнУ счетчики работа­ ют так же, как и при выполнении команды записи. Обратный порядок работы счетчика адресов использует­ ся только при выполнении команды записи в ОЗУ из НМЛ в случае обратного движения магнитной ленты.

Окончание операции s вода-вывод а обычно произво­ дится по установлении счетчика количества слов в нуле­ вое состояние. В этом случае вырабатывается сигнал о завершении выполнения КВВ в канале.

Прерывание выполнения КВВ осуществляется про­ граммным путем, а также при 'возникновении неисправ­ ностей в канале и ВнУ. Действительное состояние ВнУ, подканалов и канала всегда отмечается специальными поизнаковыми сигналами.

Для правильной организации обмена информацией между ядром системы и внешними устройствами управ­ ляющие органы ВС всегда должны иметь свдения о со­ стоянии всех каналов и внешних устройств. Эти сведения формируются в ССК — словах состояния каналов. Каж­ дый канал характеризуется своим ССК, хранимым в фиксированной ячейке оперативной памяти ВС. В лю­ бом ССК содержится адрес ячейки, в которой хранится выполняемое в данный момент УСК, признаки состояния

151

канала, подканалов и ВнУ, а также начальное содержи­ мое счетчика количества слов. Изменение ССК осущест­ вляется при каждом изменении состояния канала, под­ каналов и ВнУ.

Устройства общего доступа и счетчики времени, выполняемые в виде автономных узлов, подключаются к центральному ядру системы через мультиплексные ка­ налы; в отдельных случаях счетчики времени составляют

в одном помещении с ЦП или вообще центральным яд­ ром системы. Обращение к ним производится только по командам управляющих органов ВС или оператора системы.

4-2. М У Л Ь Т И П Л Е К С Н Ы Е КАНАЛЫ СИСТЕМ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Ввычислительных системах общего назначения

мультиплексные каналы служат для организации об­ мена информацией между устройствами центрального ядра ВС и медленнодействующими внешними устройст­ вами, причем все ВнУ не имеют непосредственных свя­ зей с ЦП и оперативной памятью системы. Функции мультиплексного канала сводятся к обеспечению выпол­ нения операций ввода-вывода и контролю состояний всех подключенных к нему внешних устройств. Основные действия, которые должен производить канал, заключа­ ются в приеме команд ввода-вывода, выборке УСК из оперативной памяти системы, расшифровке управляющей информации, содержащейся в УСК, выработке управля­ ющих сигналов для своих узлов и ВнУ, формировании и промежуточном хранении информационных слов, прие­ ме от ВнУ, хранении и выдаче в центральное ядро системы кодов состояний внешних устройств и самого канала.

Все необходимые действия канал может произвести только при организации надлежащих связей с ЦП, ОЗУ, ВнУ и достаточно сложной внутренней структуре, во многом аналогичной структурам обычных малых процес­ соров. Действительно, канал должен иметь операцион­ ное устройство, собственное запоминающее устройство и устройство управления. Его связи с ЦП, ОЗУ и ВнУ обеспечиваются системой шин по схеме на рис. 4-3.

152

Мультиплексный канал МК обменивается информа­

X ОЗУ -

шоп

Рис. 4-3. Основные связи мультиплексного канала ВС общего на­ значения.

для канала. В центральный процессор канал выдает только слова, характеризующие состояние его и ВнУ, а также сигналы прерываний и ответов на отдельные запросы ЦП. С оперативной памятью системы канал связан информационными и адресными шинами. Посред­ ством информационных шин осуществляется передача всех слов, вводимых для записи в ОЗУ и выводимых из него для дальнейшей передачи во внешние устройства. По адресным шинам из канала в ОЗУ передаются адре­ са івсех слов, записываемых в ОЗУ или выбираемых из

ОЗУ.

Шины, связывающие мультиплексный канал с внеш­ ними устройствами, разделяются на две большие группы: шины прямой передачи информации ШПП и шины об­ ратной передачи информации ШОП, причем и те и дру­ гие могут включать в свой состав необходимые узлы для формирования стандартных для данного сопряжения электрических сигналов, представляющих информацион­ ные символы. По шинам прямой передачи в общем случае передаются номера внешних устройств, запросыприказы и информационные посылки в виде байтов или полных слов. Номер ВнУ выдается каналом в ШПП при возбуждении сеанса связи с ним, запросы-приказы озна­ чают включение ВнУ, перевод его в требуемый режим

153

или требуемое состояние ті т. д. По шипам ШОП пере­ даются номера -внешних устройств, коды состояний и информационные посылки также в виде байтов или полпых слов. Номер ВнУ, передаваемый по ШОП, представ­ ляет собой своеобразный ответ данного ВнУ о его готовности начать выдачу или прием информации: код состояния выдается в капал из ВнУ по соответствующе­ му запросу-приказу и характеризует значениями своих разрядов состояния ВнУ в данный момент времени.

пределах. Принципиально возможно использование од­ ной шипы для связи капала с внешними устройствами, однако в этом случае быстродействие канала ввода-вы­ вода чрезвычайно мало, что сводит на нет все использу­ емые приемы повышения производительности ВС. В другом предельном случае каждый сигнал передается но отдельной шине, что обеспечивает максимальное быстродействие канала ввода-вывода, но увеличиваем

без сколько-нибудь заметного уменьшения быстродейст­ вия канала. Поэтому ШПП и ШОП обычно представля­ ют собой набор шин, определяемый главным образом, форматом информационных посылок. Формат информа­ ционной посылки в большинстве случает отвечает одному байту (восемь двоичных разрядов), дополненному одним разрядом для осуществления контрольной проверки на четность или нечетность. В систему шин, связывающих канал с внешними устройствами, могут включаться от­ дельные цепи для передачи синхронизирующих сигналов.

Последовательность передачи различных посылок при выполнении операции ввода-вывода принимается следу­ ющей. По специальному управляющему сигналу из ЦП, означающему начало выполнения операции ввода-выво­ да, канал принимает код операции КВВ и адрес, т. е. номер внешнего устройства, которое участвует в работе по выполнению данной операции. Далее канал посылает в центральный процессор ССК и в случае возможности выполнения операции осуществляет выборку из ОЗУ со­ ответствующего управляющего слова. По ШПП посыла­ ется номер ВнУ; он воспринимается УУ всех внешних устройств, но подключение к шинам производится толь­ ко в одном ВнУ, номер которого совпадает с заданным.

154

рудование канала обеспечивает разделение времени между работающими ВнУ и их приоритетное обслужи­

Рис. 4-4. Структурная схема мультиплексного капала.

Мультиплексный канал, выполняемый в виде специ­ ализированного процессора для реализации команд вво­ да и вывода информации, включает в свой состав четыре основных устройства, как это показано на рис. 4-4. Опе­ ративное запоминающее устройство канала ОЗУК есть не что иное как его оперативная память. Операционное устройство канала ОУК может рассматриваться как своеобразное арифметическое устройство, а устройство управления канала УУК, как и обычное УУ, обеспечива­ ет преобразование первичной командной информации и кодов признаков, формируемых в процессе работы дру­ гими устройствами, в необходимые наборы управляющих сигналов УС. Четвертое устройство канала — устройство анализа запросов УАЗ — представляет собой дополнение УУК и обеспечивает поочередное или в соответствии

155

с приоритетами обслуживание всех внешних устройств, участвующих в обмене информацией с центральным яд­ ром системы; иначе говоря, УАЗ обеспечивает разделе­ ние времени между отдельными внешними устройствами, обменивающимися информацией с центральным ядром системы в течение данного временного цикла.

Оперативное запоминающее устройство канала слу­ жит для хранения, приема и выдачи в другие устройства символьной информации, используемой в канале при выполнении операций ввода-вывода. По принципам по­ строения оно обычно не отличается от ОЗУ системы и имеет ту же разрядность при времени обращения поряд­ ка 1—2 мксек. Емкость 03 УК определяется в основном количеством подканалов, выделяемых в данном МК. Для каждого подканала отводится отдельное поле па­ мяти, включающее в свой состав до 8—16 ячеек. Кроме того, одно поле используется для хранения информации, относящейся к работе канала в целом; здесь могут раз­ мещаться списки заявок, очереди заявок на обслужива­ ние и т. п. В ячейках поля подканала хранятся слова, относящиеся к нему и необходимые для организации его работы в процессе обмена информацией между ОЗУ и ВнУ. Если подканал отвечает только одному ВнУ, то не­ обходимая емкость соответствующего поля ОЗУК ока­ зывается минимальной. Пусть ѳ составе мультиплексного канала имеется п простых подканалов; тогда общая ем­

В каждом поле подканалов всегда выделяются ячей­ ки, в которых размещаются четыре основных слова: адресное слово канала АСК, управляющее слово канала УСК, информационное слово ИС и слово состояния ка­ нала ССК. Все эти слова относятся только к данному подканалу, т. е. используются и формируются в процес­ се работы только с одним ВнУ, номер, или адрес кото­ рого задан в команде ввода-вывода центрального про­ цессора. Ввод АСК в память подканала производится по КВВ, определяющей" начало выполнения операции ввода или вывода. По АСК осуществляется выборка из ОЗУ системы УСК и размещение его также в памяти подка­ нала. В процессе работы выбранного ВнУ управляющее слово канала, как правило, модифицируется в операци­ онном устройстве; промежуточное хранение модифициро-

156

ванного УСК обеспечивается той же ячейкой или теми же ячейками памяти подканала, что и начального, полу­

при выполнении операций выборки. Действительно, если в каждом сеансе связи ВнУ может выдавать или вос­ принимать только один байт, то передаваемое в ОЗУ системы информационное слово составляется в течение нескольких сеансов и окончательно формируется в ячей­ ке ИС подканала, а слово, передаваемое во внешнее устройство, разделяется на байты, причем нереализован­ ные после очередного сеанса связи байты сохраняются в ячейке ИС подканала.

Связь оперативного запоминающего устройства кана­ ла с его другими устройствами и ОЗУ системы осущест­ вляется через группы вентилей и кодовые шины канала КШК. На рис. 4-4 показана только одна группа входных вентилей ВІ для ОЗУК; очевидно, что она должна разде­ ляться на две части, одна из которых служит для ввода адреса, а вторая — для ввода соответствующего записы­ ваемого в ОЗУК слова. К кодовым шинам канала под­ ключены группы вентилей В7 и В&, обеспечивающие связь с ОЗУ системы, и ВІ% через которые в централь­ ный процессор выдаются слова состояний канала. Непо­ средственно в устройство управления канала из ОЗУК через вентили ßg передаются коды признаков. Непосред­ ственно из УУК в ОЗУК поступают управляющие сигна­ лы, определяющие порядок действий, выполняемых этим устройством.

Операционное устройство канала представляет собой набор регистров, счетчиков, дешифраторов, групп вентилей и некоторых других узлов, служащих для временного хра­ нения и преобразования символьной информации, выра­ жаемой словами или их частями. Набор узлов ОУК обеспечивает выполнение действий над словами, относя­ щимися только к одному подканалу. Поэтому, когда действия по обслуживанию некоторого подканала закап­ чиваются, все модифицированные слова из ОУК пересы­ лаются в ячейки ОЗУК этого подканала, после чего в операционное устройство принимаются слова, относя­ щиеся к подканалу, который является очередным по обслуживанию. Связь ОУК с кодовыми шинами канала осуществляется посредством групп входных и выходных

157

вентилей В3 и Bt соответственно. Коды признаков выда­ ются в устройство управления канала через группу вен­

исходит под воздействием управляющих сигналов, полу­ чаемых из устройства управления канала.

Устройство анализа запросов представляет собой комплекс узлов, обеспечивающих поочередное подключе­ ние работающих внешних устройств к каналу и далее к ОЗУ системы. Каждое ВнУ посылает в УАЗ сигнал за­ проса СЗ по мере своей готовности к приему или выдаче очередного байта информации (или полного информа­ ционного слова). В УАЗ осуществляются последователь­ ное формирование адресов ВнУ и выдача их во внешние устройства в порядке поступления сигналов запросов; одновременно с адресами выдаются сигналы, вызываю­ щие соответствующие действия ВнУ. В состав УАЗ мо­ жет включаться регистр состояний, в котором формиру­

из устройства управления канала. Отметим, что в от­ дельных случаях УАЗ может включать в свой состав схему приоритетов при разделении всех внешних уст­ ройств на несколько уровней по срочности обслуживания.

Устройство управления канала реализует все основ­ ные микропрограммы операций, непосредственно выпол­ няемых в канале. От центрального процессора через группу вентилей Ві3 оно получает коды операций вводавывода, а также управляющие сигналы, по которым осу­ ществляется пуск отдельных микропрограмм. В качестве дополнительной первичной командной информации з УУК используются коды признаков, поступающие от от­ дельных устройств канала. Реализация микропрограмм приводит к формированию наборов управляющих сиг­

158

ционированием других устройств, которое 'СВОДИТСЯ, главным образом, к формированию слов состояний для подканалов и канала в целом. С поступлением первого сигнала от ЦП о начале обмена с заданным ВнУ уст­ ройство управления формирует УС, обеспечивающие реализацию последовательности действий по выполнению команды ввода-вывода. Если параллельно выполняется несколько таких команд, то УУК вырабатывает управ­ ляющие сигналы циклически, что и приводит в конечном итоге к поочередному подключению соответствующих внешних устройств через канал к оперативной памяти системы.

Параллельное выполнение нескольких операций вво­ да-вывода в мультиплексном канале производится в по­ следовательности, отвечающей разделению времени между работающими, т. е. заданными соответствующими КВВ, внешними устройствами. При рассмотрении этой последовательности полагаем, что все необходимые для выполнения операций УСК уже выбраны из оперативной памяти системы и размещены в ячейках подканалов ОЗУК. Примем также, что ВнУ осуществляют побайто­ вый обмен информацией с каналом и что каждое инфор­ мационное слово состоит из четырех байтов. Работаю­ щие внешние устройства посылают запросы на обслу­ живание в канал в том случае, когда в их выходных регистрах зафиксирован очередной байт выдаваемой информации или они готовы для приема очередного бай­ та. Все запросы анализируются в УАЗ канала, которое совместно с УУК обеспечивает поочередное обслужива­ ние внешних устройств.

При обслуживании одного ВнУ в канале производят­ ся следующие действия. По номеру данного внешнего устройства, формируемого в УАЗ, из ОЗУК выбирается отвечающее ему УСК и пересылается в операционное устройство. Реализация управляющего слова произво­ дится в каждом сеансе связи в основном узлами ОУК. Каждое УСК содержит код команды (записи, выборки, управления и т. д.) КК, код адреса КА, код признаков КП и код количества слов ККС. Код команды и код признаков не изменяются в течение реализации данного УСК. Поэтому они размещаются в соответствующих ре­ гистрах ОУК- Код адреса после передачи очередного

159