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

видно, что в том случае, когда все возможные в данной ситуации прерывания, отвечающие поступившим извне сигналам, замаскированы, ни одна из входных для диодной сетки ДС шин не возбуждается. В этом случае вырабатывается только сигнал выдачи команды СВК, обеспечивающий выборку очередной команды из выпол­ няемой последовательности, т. е. данной программы.-

Диодная сетка ДС, как и в схеме на рис. 1-14, вы­ полняет функции шифратора номера выделенного сиг­ нала, или причины прерывания. Образуемый на выхо­ дах ДС код причины прерывания вводится через группу вентилей В5 в регистр РгКПр. Этот код, выдаваемый в центральное устройство управления через группу вен­ тилей Be, обычно используется как код относительного адреса OA. При суммировании его с некоторой констан­ той образуется действительный адрес первой команды прерывающей программы. Код из РгКПр может пода­ ваться через вентили группы Вч на входы дешифратора ДшКПр, что обеспечивает в требуемый момент времени гашение в РгПр сигнала, по которому осуществлено прерывание; это действие выполняется, как правило, только после реализации соответствующей прерываю­ щей программы.

Организация всех действий по осуществлению пре­ рывания начинается в центральном УУ по получении сигнала выявленного прерывания СВПр. Для выработки этого сигнала требуется не только выявление незамаски­ рованного требования на прерывание, но и разрешение на осуществление прерывания, что имеет место тогда, когда триггер запрета ТгЗп находится в состоянии 1. Установка ТгЗп в это состояние производится централь­ ным УУ при включении в работу всего блока прерыва­ ний и приоритетов. Сброс этого триггера в состояние нуля может осуществляться сигналом со схемы кон­ троля; это отвечает случаю запрета любых прерываний при выполнении тестовых и диагностических программ.

1-8. ОПЕРЕЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Процессорная часть цифровых вычислительных ма­ шин, включаемых в состав вычислительных систем, должна обладать высокой производительностью по пре­ образованию числовой и командной информации. Дости­ жение полного использования возможностей отдельных

70

устройств машин и систем, что обеспечивает общее по­ вышение производительности, требует согласования их работы во времени. В большинстве современных ЦВМ используются оперативные запоминающие устройства на ферритовых сердечниках с временем обращения по­ рядка 1—2 мксек. Выполнение же операций в арифме­ тических устройствах и подготовка команд к исполне­ нию в устройствах управления производится, как пра­ вило, за время, в несколько раз меньшее указанного времени обращения к ОЗУ. Простое совмещение дей­ ствий по выполнению операции в АУ с одним из обра­

тельности, особенно в случае многоадресных машин. Сокращение количества адресов в команде с целью уменьшения количества обращений к ОЗУ за время цик­ ла без принятия дополнительных мер также не обеспе­ чивает существенного повышения производительности и самих машин и систем, в состав которых они вклю­ чаются.

Максимальный эффект по повышению производи­

ции возможно за счет использования развитой системы буферных запоминающих устройств или придания АУ и УУ специальных запоминающих устройств типа сте­ ковой памяти, или памяти с магазинной адресацией; возможно также использование для этих целей ассо­

вующих регистрах, служит, главным образом, как буфер между АУ и ОЗУ, то ее следует рассматривать как сверхоперативное ОЗУ. Если же дополнительная па­ мять АУ имеет специальный блок по предварительной подготовке операндов и результатов операций к после­ дующим действиям и функционирует совместно с бло­ ком предварительного анализа нескольких команд уст­ ройства управления, то она может рассматриваться как некоторое опережающее устройство.

71

Принципы построения регистровых ОЗУ рассмотрим сначала на примере построения стековой памяти малой

Общая схема такой памяти емкостью 7 «-разрядных двоичных чисел приведена на рис. 1-16. Запоминающую часть, или накопитель, памяти составляют семь «-раз­ рядных триггерных регистров с группами входных и выходных вентилей. Нумерация регистров и элементов И начинается с нуля; триггеры регистров могут иметь парафазные входы.

Основу управляющей части памяти, или ее блока управления, составляют: реверсивный счетчик РСч и дешифратор номеров регистров ДшНРг. Очевидно, что содержимое РСч может рассматриваться как адрес ячейки стековой памяти, а ДшНРг выполняет функции дешифратора адреса. Реверсивный счетчик построен по схеме со сквозным переносом при разделении шин сло­ жения ШС и вычитания ШВ. Кроме дешифратора и реверсивного счетчика к блоку управления относятся элементы И и ИЛИ, служащие для выработки сигналов состояния памяти gh g? и gs. При записи в память коды вводятся на внутренние шины записи КШЗ через группу вентилей ßi. Выходы всех регистров объединяются во внутренние кодовые шины считывания КШС\ эти шины связаны с внешними кодовыми шинами чисел через группу вентилей В2.

Управляющие сигналы УСо—УС4 являются для рас­ сматриваемой схемы внешними. Сигнал УСо всегда по­

нулевое состояние. Сигнал УС\ управляет записью чи­ сел; сигнал УС2 — считыванием (выборкой чисел). Сиг­ налы УС3 и УС4 являются контролирующими. При их действии, возможно и одновременном, происходит опрос состояния реверсивного счетчика с выявлением крайних случаев. Если все триггеры счетчика находятся в состоя­

то при действии УС4 формируется сигнал gs.

Запись и считывание чисел в стековой памяти рас­ сматриваемого типа могут производиться только в по-

72

следовательности номеров ячеек, т. е. соответствующих регистров. При этом запись начинается всегда с ячейки нулевого номера, а считывание — из ячейки, в которую последний раз было записано число. Иначе говоря, если, например, числа последовательно записывались в ре­

памяти перед началом реализации очередной програм­ мы. С целью контроля затем подается УС3; если ревер­ сивный счетчик находится в нулевом состоянии, то фор­ мируется сигнал gz, который и разрешает работу со стековой памятью. Работа всегда начинается с записи хотя бы одного числа. При записи сигнал УCi обеспе­

подается на вторые входы этих элементов. По третьему

подготавливается к записи очередного кода в следую­ щую по номеру ячейку памяти.

При считывании производятся следующие действия. Сначала управляющий сигнал УС2 поступает на вход

ния по предельным значениям адресов. Так, считывание невозможно, если содержимое счетчика представляет собой код ООО, а запись невозможна, если содержимое

73

:=== = Е

Щ4-І/С,

Зап.

\£J VEJVd-J

Сч.

Рис. 1-16. Стековая память.

74

так называемых безадресных командах. Это позволяет повысить производительность арифметического устрой­ ства. Еще большие возможности по повышению произ­ водительности такая память обеспечивает при исполь­ зовании специальных команд по перемещению информа­ ции внутри ее запоминающей части [Л. 15]. И, наконец, подобная регистровая память с более сложной управ­ ляющей частью, включающей в свой состав несколько специальных счетчиков, может быть отнесена к опере­ жающим устройствам.

Опережающие устройства, включающие в свой со­ став несколько блоков регистровой памяти и внутрен­ ние схемы управления, используются, например, в одно­ адресных вычислительных машинах (системах) БЭСМ-6 и ІВМ-7030. Они обеспечивают одновременный просмотр нескольких команд и подготовку нескольких операндов; в конечном итоге это приводит к наиболее полному ис­ пользованию возможностей АУ, УУ и ОЗУ, так как время обращения к последнему в 2—4 раза больше вре­ мени выполнения операций в АУ и УУ. В предельном случае в состав опережающего устройства включается несколько блоков регистровой памяти для размещения кодов команд, операндов, результатов выполнения опе­ раций и их адресов, причем регистровая память адресов может относиться к соответствующим управляющим схемам. В ІВМ-7030, например, к опережающему устрой­ ству относят только регистровую память операндов и результатов выполнения операций со специальной схе­ мой управления, включающей в свой состав пять счет­ чиков (Л. 25].

Общая схема включения регистровой памяти опере­ жающего устройства с разделением ее на функциональ­

живая дополнительно устройства ввода и вывода, а так­

казано шесть блоков регистровой памяти: регистровая память команд РПК и регистровая память адресов РИА, регистровая память операндов РПО и регистровая па-

75

мять кодов операций РПКО, регистровая память ре­ зультатов выполнения операций РПР и регистровая память адресов записи РПАЗ. Блоки регистровой памяти попарно связаны со своими схемами управления СхУ; блоки памяти адресов связаны, кроме'того, со схемами сравнения СхСр.

Рис. 1-17. Схема включения регистровой памяти опережающего устройства.

Формат команд одноадресных машин, как правило,

76

блоков, то при каждом обращении к нему возможна

ствующих команд; операционные части этих команд раз­ мещаются в РПКО. Таким образом, арифметическое устройство всегда «снабжается» операндами с частотой, в несколько раз большей нормальной частоты обраще­ ния к ОЗУ. Схема управления СхУ3 обеспечивает необ­ ходимое размещение операндов и отвечающих им опе­

действий над содержимыми регистров, выявляет освобо­

ров. Результаты выполнения операций передаются из РПР для записи в ОЗУ только в том случае, когда в те-

77

чение определенного времени они не потребовались для выполнения других операций. Подсчет времени осуще­ ствляется специальными счетчиками СхУ2. Необходи­ мость достаточно длительного хранения результатов вы­ полнения отдельных операций в РПР вызывается тем, что при решении многих задач результаты выполнения арифметических операций вновь используются через несколько команд довольно часто.

машины по обеспечению опережающих действий при выполнении последовательности команд; обычно iV<cç8.

Использование опережающих устройств с достаточ­ но большим объемом регистровой памяти требует не­ которого усложнения систем прерывания. При этом до­ полнительно все прерывания должны разделяться на два типа. Если осуществляется прерывание первого ти­

то переход к прерывающей программе производится без

ных машин ВС осуществляется обмен информацией между машинами, причем характер информации может

'78

быть самый различный — это управляющая информации (команды программ операционной системы), информа­ ция, характеризующая техническое состояние или заня­ тость машин, исходные данные для решения задач, основные программы (или их части) решения задач и т. д. Техническое и программное решение всех вопро­ сов по обеспечению обмена информацией между ЦВМ существенно зависит от того, к какому типу принадле­ жит рассматриваемая система — к системам разобщен­ ного или совмещенного типа.

В системах разобщенного типа для передачи инфор­ мации от одной машины к другой приходится исполь­ зовать линии связи. При совместной работе ЦВМ с ли­ ниями связи возникает ряд специфических проблем, поэтому представляется целесообразным рассмотреть отдельно вопросы, связанные с организацией и обеспе­ чением обмена информацией в системах разобщенного и совмещенного типов.

Обмен информацией в ВС разобщенного типа. Осо­ бенностью систем разобщенного типа, как уже указы­ валось, является то, что при оценке качества функцио­ нирования системы приходится принимать во внимание время, затрачиваемое на обмен информацией между машинами. Кроме того, необходимо обеспечить совмест­ ную работу ЦВМ с линиями связи.

Особенности совместной работы ЦВМ системы и ли­ ний связи сводятся к следующему: машины и линии связи обладают различными техническими параметрами; скорость обработки информации в ЦВМ во много тысяч раз превышает скорость передачи информации по ли­ ниям связи, т. е. отсутствует синхронность в работе ЦВМ и линий связи; информация по линии связи пере­

в последовательный при вводе ее в линию связи и об­ ратного преобразования при выводе из линии связи; в общем случае число линий связи, работающих на дан­ ную ЦВМ, и число ЦВМ, работающих на данную линию связи, может быть .случайным. Кроме того, степень за­ грузки работающих линий связи и их пропускная спо­ собность могут быть различными.

79