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

одна — выполнению индивидуальной программы данного абонента.

Запоминающее устройство абонента. С каждым ПА

связано индивидуальное запоминающее устройство, пред­ ставляющее собой две дорожки магнитного барабана со своими усилителями записи и считывания, а также схе­ мой управления каналами связи с процессором и пуль­

оно используется как оперативное запоминающее устройство процессора. В первом режиме схема управ­ ления каналами обеспечивает свободный обмен данными

Если для некоторого абонента наступает очередь на выполнение вычислений, диспетчерское устройство системы через коммутатор чисел подключает соответству­ ющее ЗУА к процессору и передает управление заявлен­ ной абонентом программе. Каналы двусторонней переда­ чи информации между ЗУА и процессором поддержива­ ются в рабочем состоянии до окончания вычислений по заявке данного абонента. Схемы связей ЗУА с пульта­ ми и процессором, а также структуры самих ЗУА обес­ печивают полную автономность всех запоминающих устройств абонентов. В связи с этим отпадает необходи­ мость использования специальных систем распределения и защиты памяти.

Процессорная часть системы. Все устройства процес­ сора служат для программного выполнения арифметиче­ ских и логических операций, которые задаются в запро­ сах на вычисления, поступающих от всех абонентов. Арифметическое устройство процессора состоит из сум­ матора, блока умножения и группы вспомогательных регистров с входными и выходными вентилями. Сумма­ тор и блок умножения построены по матричной схеме и оперируют с последовательными двоично-десятичными кодами. Выполнение всех арифметических операций обеспечивается исключительно аппаратными средствами в соответствии с наборами управляющих сигналов, по­ ступающих из устройства управления и отвечающих ха­ рактеру выполняемой операции. Все арифметические операции выполняются в АУ в режиме с плавающей

331

запятой. Для ускорения выполнения операций в составе процессора имеются буферные регистры, в которые после окончания операции помещаются результат выполнения операции и соответствующий адрес регистра ЗУА. Пере­ дача чисел из буферных регистров в ЗУА производится одновременно с выполнением очередной операции в АУ.

Устройство управления процессора обеспечивает по­ следовательную выборку и расшифровку команд про­ граммы вычислений с установлением режима работы АУ в соответствии с кодом выполняемой операции. По прин­ ципам построения и работы оно является УУ универ­ сального типа; при этом выборка очередной команды совмещена по времени с выполнением в АУ операции, заданной предыдущей командой; для обеспечения совме­ щения указанных действий в состав устройства управ­ ления включен буферный регистр команд.

АУ обменивается информацией в процессе любых вы­ числений. В качестве ОЗУ при реализации индивидуаль­ ных программ используются ЗУА соответствующих або­ нентов, подключаемые к процессору через коммутатор чисел. Поэтому подготовленные с помощью ПА данные, введенные в ЗУА, непосредственно используются в про­ цессе вычислений. При прерывании выполняемой про­ граммы все промежуточные результаты вычислений со­ храняются в ЗУА, что позволяет существенно упростить механизм прерываний без потери необходимых для про­ должения вычислений данных.

При реализации в процессоре стандартных программ для размещения промежуточных результатов вычислений используется общее для всех абонентов дополнительное ОЗУ. В начале выполнения стандартной программы осу­ ществляется автоматическая перезапись всей информа­ ции из выбранного ЗУА в ДОЗУ; промежуточные и окончательные результаты вычислений также фиксиру­ ются в ДОЗУ, причем последние после завершения реа­ лизации стандартной программы автоматически пересы­ лаются в ЗУА. Такой режим реализации стандартных программ расширяет их алгоритмические возможности, но приводит к необходимости блокировки прерываний на все время выполнения любой СП.

332

Организация функционирования системы. Координа­ ция работы всех частей системы осуществляется диспет­ черским устройством, связанным по организации управ­ ления с регистром запросов, коммутаторами запросов и чисел. Совместно с ними оно принимает и хранит запро­ сы на вычисления, следит за очередностью их выполне­ ния, в соответствии с кодом принятого запроса устанав­ ливает режим работы процессора и подключает к нему соответствующее ЗУА, а также осуществляет прерыва­ ние выполняемой программы, если время реализации программы превышает установленный интервал непре­ рывного обслуживания единичного абонента.

Собственно диспетчерское устройство содержит схему приема и расшифровки кодов запросов, узел выбора режима работы процессора и узел контроля времени не­ прерывной работы процессора, включающий в свой со­ став счетчик времени. Это устройство после включения системы в работу находится либо в режиме поиска за­ просов, либо в режиме обеспечения вычислений по вы­ явленному запросу. Все запросы, поступившие от пуль­

проса на выполнение отдельной арифметической опера­ ции в ячейку РгЗп записывается еще адрес второго операнда, участвующего в выполнении заданной опе­ рации.

Опрос ячеек РгЗп в режиме поиска запросов произ­ водится сугубо последовательно в соответствии с их ну­ мерацией; система приоритетов в рассматриваемой си­ стеме не используется. Поэтому содержимое регистра запросов может рассматриваться как своеобразная про­ грамма работы диспетчерского устройства при жесткой последовательности выполнения команд-запросов, кото­ рые либо модифицируются ДУ, либо стираются после выполнения запроса. Режим поиска запросов поддержи­ вается в ДУ до тех пор, пока из какой-либо ячейки РгЗп не будет воспринят записанный в ней код запроса. Сле­ дует отметить, что емкость РгЗп по количеству ячеек определяется максимально допустимым числом абонен­ тов, подключаемых к системе для обслуживания их за­ просов на вычисления. При этом для каждого абонента

333

с процессором. Одновременно производится расшифров­ ка кода запроса и подготовка процессора к работе в одном из трех возможных режимов: выполнение отдельной арифметической операции, выполнение стан­ дартной программы, выполнение индивидуальной .про­ граммы абонента. Наиболее просто осуществляется пере­ ход к первому режиму. В этом случае трансформиро­ ванный код запроса вместе с адресом второго операнда передается в устройство управления процессора, которое обеспечивает выполнение заданной арифметической опе­ рации в АУ; при этом адрес первого операнда опреде­ ляется по коду запроса.

Если диспетчерское устройство выявило запрос на выполнение стандартной программы, то оно по коду за­ проса определяет номер СП и обеспечивает передачу ее команд через группу вентилей Ві в устройство управле­ ния процессора. Одновременно осуществляется подклю­

ция, находившаяся в ЗУ того абонента, который послал запрос на выполнение стандартной программы вычис­ лений. В процессе вычислений по стандартной програм­ ме ДОЗУ используется в качестве оперативной памяти процессора.

При выявлении запроса на выполнение индивидуаль­ ной программы диспетчерское устройство определяет на­ чало программы, .которая записана в ЗУ абонента, и обеспечивает передачу ее команд в УУ процессора. Одно­ временно ДУ производит преобразование адресов команд

начинающейся с нуля. Такие алгоритмические возмож­ ности диспетчерского устройства позволяют значительно упростить составление и размещение в ЗУА индивиду­ альных программ.

После расшифровки кода запроса с переходом к лю­ бому из трех возможных режимов работы все схемы

3 34

диспетчерского устройства переключаются на обеспече­ ние двусторонней связи между процессором и ЗУ або­ нента или ДОЗУ и поддержание соответствующего режима работы. Во время выполнения процессором заданной арифметической операции или программы вы­ числений продолжается прием новых запросов-требова­ ний от пультов абонентов и запись их в ячейки РгЗп; вновь поступившие запросы образуют очередь требова­ ний на выполнение вычислений.

Образование очереди на обслуживание вызывает включение схемы контроля времени непрерывной работы процессора по обслуживанию одного запроса-требова­ ния. По истечении установленного в качестве допустимо­ го интервала времени схема контроля осуществляет прерывание выполняемой программы, воздействуя на си­ стему (схему) прерываний процессора. При прерывании хранящийся в диспетчерском устройстве код запроса, по

реализации. Одновременно в эту же ячейку записывает­ ся номер команды, на которой было осуществлено пре­ рывание выполняемой программы. После этих действий диспетчерское устройство переходит в режим поиска но­ вых запросов; при этом блокировка связи ПА, послав­ шего запрос на прерванные вычисления, с соответствую­ щим ЗУА не снимается.

Выявив и расшифровав новый запрос, диспетчерское устройство либо полностью обеспечивает его обработку, либо осуществляет прерывание соответствующей про­ граммы. После обслуживания всех требований из имею­ щейся очереди ДУ вновь принимает запрос на выпол­ нение прерванной программы. Продолжение вычислений по прерванной программе начинается с команды, номер которой был записан в ячейке РгЗп при прерывании. При окончании вычислений по заданной программе из процессора в ДУ поступает финишный сигнал. По этому сигналу производятся стирание кода выполненного за­

335

прерывании по переходу к подпрограмме сначала ё ы - полняются те же действия, что и при прерывании по времени непрерывного обслуживания. Практически па­

вает передачу .команд из него в УУ процессора. По окон­ чании выполнения подпрограммы в ДУ поступает фи­ нишный сигнал. Этот сигнал переводит ДУ в режим по­ иска новых запросов; переход к прерванной программе осуществляется только после обслуживания всех требо­ ваний, находящихся в очереди. Таким образом, исполь­ зование подпрограмм может привести к существенному увеличению времени, фактически затрачиваемого на по­

Установленный временной интервал непрерывного об­ служивания одного требования может закончиться при выполнении подпрограммы. В этом случае диспетчерское устройство осуществляет прерывание подпрограммы. При этом номер подпрограммы и номер .команды, на

полагаются в РгЗп так, что ДУ при поиске запросов анализирует сначала содержимое второй ячейки; это всегда обеспечивает возврат сначала к прерванной под­ программе, а уж затем — к прерванной основной про­ грамме. Поскольку в рассматриваемой системе возмож­ но прерывание подпрограмм, то при программировании допустимо использование подпрограмм дополнительного уровня. Однако такие подпрограммы должны быть ко­

Одним из возможных направлений повышения произ­ водительности вычислительных систем является разделе­ ние всего процесса обработки информации на три этапа:

336

1) унификация информации, поступающей от абонентов или направляемой к абонентам, по форме представления и параметрам соответствующих электрических сигналов; 2) первичная программная обработка информации, орга­ низуемая совместно с обменом информации между эле­ ментами системы; 3) основная программная обработка информации, т. е. реализация рабочих .программ с полу­ чением результатов решения задач. При таком разделе-

Рис. 7-2. Структура ВС с канальным процессором.

нии центральный процессор системы полностью разгру­ жается от выполнения вспомогательных работ, в том чи­ сле и от первичной обработки исходной информации, если в состав системы включается специальный процес­ сор для организации связей с внешними устройствами. Унификация информации по форме и характеру пред­ ставления должна обеспечиваться устройствами сопря­ жения внешних устройств, или абонентов. Процессор, служащий для первичной программной обработки исход­ ной информации и организации связей с абонентами, называют канальным процессором. Этот процессор, кроме указанных функций, реализует еще функции обмена ин­ формацией между основными элементами системы [Л. 14, 23].

Общая структура вычислительной системы с каналь­ ным процессором показана на рис. 7-2. Абоненты через свои устройства сопряжения УСА подключаются к ка­ нальному процессору КП, который получает от них слу­ жебную информацию в виде кодов состояний и запро­ сов, обменивается с ними кодами чисел, что отвечает вводу или выводу данных, и управляет их работой, по­ сылая в соответствующие схемы управляющие сигналы. Центральный процессор системы ЦП связан по обмену информации только с КП; он не имеет никаких прямых связей ни с одним абонентом. По вводу и выводу инфор­ мации центральный процессор является по отношению

к канальному процессору управляющим; он посылает в КП команды, по которым непосредственно организует­

процессор вырабатывает сигналы прерываний СПр, как один из источников формирования этих сигналов для системы прерываний и приоритетов центрального про­ цессора.

Процессоры рассматриваемой вычислительной систе­ мы однотипны по формату чисел и команд. В качестве ЦП может быть использована практически любая ЦВМ параллельного действия, имеющая в своем наборе опера­ ций и команд команды ввода и вывода данных; эти команды обеспечивают обмен информацией между ЦП и КП. Система прерываний и приоритетов центрального процессора — аппаратно-программная. Она составляет одну из функциональных частей его устройства управ­ ления. Основная оперативная память системы включает­ ся в состав центрального процессора как его ОЗУ и может состоять из нескольких независимых блоков. Для размещения стандартных программ и другой, неизменяе­ мой в процессе вычислений, информации в состав ЦП может включаться постоянное запоминающее устрой­ ство.

Канальный процессор (рис. 7-3) включает в свой со­ став арифметическое устройство АУ, устройство управ­

и ОЗУг, что обеспечивает совмещение операций обраще­ ния. Так, например, одновременно возможны выборка одного числа и запись числа, поступившего из УСА, вы­ борка чисел по двум адресам и т. п. Устройство управ­

значение состоит в преобразовании первичной командной информации, представляемой последовательностью команд, во вторичную командную информацию, которая представляется наборами управляющих сигналов, необ-

3 38

ходимых для принудительной координации работы остальных устройств КП. Диспетчерское устройство является управляющим по обмену информацией между отдельными элементами системы. Оно принимает и хра­ нит запросы на обслуживание, поступающие от устройств сопряжения абонентов; принимает команды по вводу и выводу данных от центрального процессора и

от ЦП 6 ЦП

кшз

кшч L 4

кшч

в УСА от УCR

Р и с . 7-3. С т р у к т у р а к а н а л ь н о г о п р о ц е с с о р а .

обеспечивает их реализацию; организует приоритетное обращение к ОЗУ канального процессора по запросам

можны обращения от центрального процессора, устройств сопряжения абонентов и самого канального процессора. Поскольку в общем случае возможно одно­ временное осуществление только двух обращений, а .к одному ОЗУ только одного обращения, то при обме­ не информацией между элементами системы устанавли­ вается приоритетность. Высший приоритет по обраще­

тов может изменяться при работе системы программным путем.

Схема управления обращениями к ОЗУ канального процессора, являющаяся составной частью диспетчерско­