ЛЕКЦИИ ПО ТСАУ
.pdfF(10) – сброс источника L-запроса в модуле. Источник запроса – LAM-источник, сигнал
–LAM-статусный сигнал.
F(24) – запрещение каких-либо действий в модуле или маскирования сигнала.
F(26) – операция разрешения: разрешает те действия, которые запрещены F(24).
F(25) – операция используется для исполнения или прекращения любых действий в модуле, если не целесообразно использовать операции F(24) или F(26).
F(27) – операция служит для проверки состояния любых функциональных узлов модуля, при этом ответ поступает на линию Q: Q=1 – присутствует LAM-статусный сигнал, Q=0
–отсутствует.
Операции F(8)-F(15), F(24)-F(31) могут стробироваться строб-сигналами S1 или S2, так как не меняют данных на магистрали.
3.Операции записи F(16)-F(23).
Данные из КК передаются в ФМ по шине W, линии W1-W24.
F(16), F(17) – используются для записи данных с шины W в регистр 1 или 2 группы. ФМ при выполнении этих операций принимает данные в момент строб-сигнала S1.
F(18), F(19) – селективная установка разрядов регистров 1 или 2 группы.
F(21), F(23) – селективный сброс разрядов регистров 1 или 2 группы.
Эти операции действуют только на те разряды регистров, которым соответствует 1 в передаваемом слове данных. Выбранные разряды либо устанавливаются в 1 (F(18), F(19)), либо сбрасываются в 0 (F(21), F(23)).
Пример: |
|
F(18), F(19). |
F(21), F(23). |
10101010 ← регистр |
10101010 ← регистр |
11001100 ← W |
11001100 ← W |
11101110 ← результат |
00100010 ← результат |
При выполнении любой адресной генерации ФМ может генерировать статусные сигналы. Сигнал X – команда принята, сигнал Q – ответ модуля – статусный сигнал. КК принимает сигналы X, Q и данные с шины R в момент строб-сигнала S1.
13.4Функциональные модули интерфейса КАМАК
Кнастоящему времени разработано около 2000 наименований модулей, из них в Советском Союзе и России примерно 500, в МЭИ около 30.
Вкаждом ФМ можно выделить следующие элементы:
1.Интерфейсная часть модуля, служит для дистанционного управления модулем.
2.Функциональная часть модуля, определяет назначение модуля и его технические характеристики.
3.Органы ручного управления для связи с объектом.
Магистраль крейта КАМАК
5
Внешние соединения
Рис.13.3 Основные компоненты функционального модуля КАМАК
Интерфейсная часть модуля включает в себя следующие элементы:
Дешифратор внутренних команд дешифрирует адресные сигналы N, A8, A4, A2, A1 и формирует однопроводные сообщения вида:
A(0) A8 A4 A2 A1 1,
. . .
A(15) A8 A4 A2 A1 1 ,
Дешифратор адресных операций F16, F8, F4, F2, F1 формирует однопроводные сообщения
вида:
F(0) F16 F8 F 4 F 2 F1 1,
. . .
F(31) F16 F8 F 4 F 2 F1 1,
Сигналы с выходов дешифраторов объединяются в помощью логической схемы ―Иǁ и на выходе получают 512 различных операций. Некоторые операции должны стробироваться сигналами S1 или
S2.
6
Рис. 13.4 Дешифратор внутренних команд функционального моду
Схемы формирования статусных сигналов
Сигнал Х – команда принята, модуль вырабатывает на любую адресную операцию. Если модуль может выполнить команду, то Х=1.
NA(m)F (k)
ИЛИ |
m,k |
К линии X |
|
Магистрали крейта |
|
|
|
Рис. 13.5. Схема формирования статусного сигнала "X" от функционального модуля КАМАК Статусные сигналы Q и L используются при реализации различных способов обмена данными по магистрали крейта с контроллером: по готовности или с прерыванием текущей программы процессора.
Если инициатором обмена является КК, то он проверяет Q и выполняет обмен если Q=1.
Если инициатор ФМ, то он устанавливает L-запрос на обслуживание, L=1. В ФМ может быть до 16 LAM-источников (столько же LAM- запросов), в КК присылается только один.
1. Схема формирования статусных сигналов Q, L в модуле с одним источником запросов
Источник запросов на обслуживание (LAM-источник) подсоединен к триггеру состояния Т1. При появлении запроса от LAM-источника, T1 устанавливается в 1, на выходе триггера появляется LAM- статусный сигнал. Сброс в 0 триггера состояния производится командой Z в момент стробсигнала S2 или командой NA(0) F(10) S1 (если в модуле не предусмотрен аппаратный сброс). Проверка сигнала на выходе триггера состояния (LAM - статуса) осуществляется командой NA(0)F(27), при этом информация передается на линию Q магистрали крейта.
7
Триггер маски Т2 разрешает или запрещает прохождение LAM-статусного сигнала на шину L. Сигнал на выходе Т2 называется LAM-маска. Установка в единицу/сброс в ноль триггера маски в процессе работы системы выполняется командами: NA(0)F(26)S1- разрешить / NA(0)F(24)S1 – запретить.
Рис. 13.6 Схема формирования сигналов L, Q в модуле КАМАК с одним источником запросов на обслуживание
LAM-статусный сигнал, прошедший через элемент ―И3ǁ называется LAM-требование. LAM- требование передается на линию L через схему И4, если нет обращения к модулю. Если нет обращения КК к ФМ, сигнал LAM - требования через схему И4 выходит на магистраль как сигнал L - запрос модуля.
В такой схеме (с одним источником запроса) L-запрос и LAM-требование совпадают. Проверка LAM-требования и L-запроса осуществляется чтением сигнала c линии Q по команде
NA(0)F(8).
При начальном запуске системы сигнал общего управления ZS2 сбрасывает LAM – статусные сигналы и запрещает формирование LAM- требований в модулях.
Следовательно, в начальный момент времени LAM - требования и L -запросы будут отсутствовать.
13.5 Управляющие модули КАМАК Управляющие модули КАМАК предназначены для управления функциональными модулями и организации связи между ФМ и вычислительными средствами системы.
Различают следующие виды КК:
1.Автономные КК – самостоятельно решают задачу управления.
2.КК на основе внешней ЭВМ – получают команды управления комплексом от внешней ЭВМ.
3.КК для ветви КАМАК – управляют ФМ с помощью сигналов магистрали ветви. Все КК включают на 2 части:
8
Управляющая часть КК (в функциональном отношении одинаковая для всех видов КК) предназначена для управления обменом информацией по магистрали крейта (Рис. 13.7.).
С ее помощью генерируются сигналы на магистраль крейта в соответствии с пространственновременными диаграммами операций интерфейса.
Интерфейсная часть КК является интерфейсом к источнику программ, т.е. либо к устройству автономного управления, либо ЭВМ, либо ветви КАМАК.
Именно в интерфейсной части КК определяется команды и когда будут подаваться на магистраль и какие способы обмена данными могут использоваться – программный обмен или обмен ПДП. Функциональная схема интерфейсной части КК определяется конфигурацией автоматизированной системы.
Управляющая часть КК включает:
1. Генератор цикла КАМАК задает временный цикл сигналов на магистрали крейта. Генератор вырабатывает на магистрали сигналы B, S1, S2 в соответствии с временными диаграммами адресных и безадресных операций.
Рис. 13.7. Функциональная схема контроллера а КАМАК
2. Схемы формирования адресных сигналов N, A8, A4, A2, A1 определяют адрес компоненты ФМ на магистрали, с которым будем связан КК при выполнении адресной операции.
3.Схемы формирования управляющих сигналов, определяют тип операции на магистрали: адресную операцию определяют состояние линий F16, F8, F4, F2, F1,
безадресную операцию определяют состояние линий Z, C, I.
9
4.Регистры данных служат для буферного хранения данных поступающих либо с шины данных R магистрали крейта, либо из интерфейсной части КК для передачи в ФМ по шине данных W.
5.Схемы хранения и обработки статусных сигналов фиксируют:
–запросы на обслуживание – L- запросы, поступающие от модулей крейта в произвольные моменты времени,
–сигналы: Q - ответ и X - команда принята от модуля, выполнившего последним адресную команду, в момент строб-сигнала S1.
Сигналы L - запросов на обслуживание разделяются КК по приоритетам.
Статусные сигналы используются КК для контроля состояния модулей и принятия решения по управлению ими.
Автоматизированная система на основе внешней ЭВМ и методика управления модулями крейта Архитектура автоматизированной системы на основе внешней ЭВМ (Рис. 13.8.) может включать от 1 до 4 крейтов КАМАК.
Крейт 1 |
|
|
ЭВМ |
|
|
|
|
Магистраль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ввода- |
Крейт 2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
вывода |
|
|
|
|
Магистраль |
|
|
|
ЭВМ |
|
|
|
|
КАМАК |
|
|
|
||
Крейт 3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Крейт
4
Рис. 13.8. Архитектура АС на основе внешней ЭВМ
Общая длина магистрали, соединяющей ЭВМ и крейты КАМАК может достигать 10 метров. КК транслирует сигналы магистрали ЭВМ в сигналы магистрали крейта. Архитектура системы не определена стандартом, для каждого типа ЭВМ требуется специально разработанный КК. Недостаток системы – ограниченная длина линий связи. Для адресации какого-либо модуля в крейте необходимо указать номер крейта, субадрес и номер станции.
10
Лекция № 2. ЭВМ в автоматизированных системах
2.1.Архитектурные возможности ЭВМ в автоматизированных системах
Сточки зрения архитектуры в любой ЭВМ можно выделить:
1.Центральный процессор (ЦП) – набор регистров и система команд. Используется для обработки данных, управления ходом вычислительного процесса и правления компонентами АС.
2.Основная память. От других видов памяти ее отличает возможность произвольного считывания любой ячейки памяти и время доступа к любой ячейки примерно одинаково.
3.Каналы ввода/вывода информации.
Центральный процессор
С точки зрения пользователя, процессор представляет собой набор регистров и систему команд. Основные регистры процессора:
1.Счетчик команд (программный счетчик) – всегда содержит адрес следующей выполняемой процессом команды.
2.Указатель стека – хранит адрес последней занятой ячейки стековой памяти. Программе часто требуется временно запомнить информацию и затем считывать ее в обратном порядке. Это реализуется посредством стека
LIFO (Last In, First Out) - обозначает принцип «последним пришѐл — первым ушѐл».
Стек всегда растет в сторону младших адресов. При включении элементов в стек производится автоматический декремент указателя стека. При извлечении элементов из стека – инкремент указателя стека.
3.Регистр состояния процессора хранит коды условий выполнения последней арифметической или логической операции в арифметико-логическом устройстве (АЛУ) и управляет запросами на обслуживание от внешних устройств (ВУ).
Основные регистры процессора ЭВМ семейства Macintosh.
Регистр состояния процессора PSW ЭВМ семейства Macintosh содержит разряды, которые устанавливаются ЦП при выполнении следующих условий:
15 |
… |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
|
P4 |
P2 |
P1 |
T |
N |
Z |
V |
C |
T – Внутреннее прерывание для отладки
N – Отрицательный результат
Z – Нулевой результат
V – Арифметическое переполнение
C – Выполнен перенос из старшего разряда
P1, P2, P4 – определяют приоритет выполняемой процессором программы.
P4 |
P2 |
P1 |
0 |
0 |
0 |
Нулевой приоритет (самый |
P4 |
P2 |
P1 |
Самый высокий приоритет – |
низкий) имеет фоновая |
1 |
1 |
1 |
7 никакое устройство не |
программа. |
|
|
|
может прервать работу |
|
|
|
||
|
|
|
|
программы. |
1
Основные регистры процессора ЭВМ семейства IBM PC
В реальном режиме работы ЦП использует 14 шестнадцатиразрядных регистров.
1.Арифметические регистры.
AX, BX, CX, DX. Каждый регистр может быть использован как 2 восьмиразрядных регистра, например:
AH
AX
AL
2.Сегментные регистры определяют положение рабочих сегментов: CS – кодовый сегмент, регистр сегмента команд.
DS – сегмент данных.
ES – дополнительный сегмент данных. SS – стековый сегмент.
3.Регистры-указатели – указывают точный адрес памяти относительно начала сегмента: SP – указатель стека,
BP – указатель базы, SI – индекс источника,
DI – индекс приемника,
IP – указатель команд,
Адрес любой ячейки памяти указывается с помощью двух регистров: сегментного регистра и регистра указателя. Например: CS:IP – счетчик команд, SS:SP – указатель стека.
4. |
Регистр флагов – использует 9 разрядов из 16-ти. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
… |
11 |
|
10 |
9 |
8 |
7 |
|
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
|
1 |
0 |
|
.. |
OF |
|
DF |
IF |
TF |
SF |
|
ZF |
|
AF |
|
PF |
|
|
CF |
|
OF – Overflow flag, флаг арифметического переполнения |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
DF – Direction flag, флаг направления обработки строковых переменных |
|
|
|
|
|||||||||||
|
IF – Interrupt enable flag, флаг разрешения прерывания (если 0, то никакое внешнее |
|
|
|||||||||||||
|
устройство |
не сможет прервать программу) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
TF – Trap flag, флаг трассировки (пошаговое выполнение) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
SF – Sign flag, флаг знака |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ZF – Zero flag, флаг нуля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
AF – Auxiliary carry flag, флаг дополнительного переноса |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
PF – Parity flag, флаг четности результата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
CF – Carry flag, флаг переноса при арифметических операциях |
|
|
|
|
|
||||||||||
Основная память
Основной признак, по которому основную память можно отличить от других видов памяти это возможность произвольного считывания еѐ ячеек, причем время обращения к любой ячейки одинаково.
В качестве основной памяти используются ПЗУ и ОЗУ. ОЗУ (Оперативное запоминающее устройство) используется для хранения команд и данных, изменяется в процессе работы системы. В ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) хранятся загрузчики ОС и тестовые программы, выполняющие самотестирование при включении питания.
Основная память разбивается на слова определенной длины n двоичных
2
разрядов. Каждое слово основной памяти снабжается адресом.
Минимальная адресуемая единица памяти, как правило, байт —n = 8 двоичных разрядов, даже если ЦП может оперировать со словами большими чем 1 байт.
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
Номер разряда соответствует показателю степени числа 2. |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
- 3316, 5110. |
Характеристики основной памяти:
1.Объем памяти.
2.Время доступа – время подачи команды на считывание или запись до завершения операции.
Форматы представления чисел в ОЗУ
Целые числа
Знак |
Значение в дополнительном коде |
Вещественные числа
|
|
|
X = Знак*M*10(E) |
Знак |
E – порядок |
M - мантисса |
Каналы ввода-вывода информации
Это средство общения ЭВМ с внешним миром.
Набор проводников, по которым передаются сигналы одного функционального назначения принято называть шиной.
Магистралью называется набор проводников, по которым передаются сигналы различного функционального назначения.
Различают 3 шины магистрали: шина данных, адресная шина и шина управления.
По способу соединения между собой ЦП, основной памяти и каналов ввода-вывода данных различают два типа архитектур ЭВМ:
1.ЭВМ с общим магистральным каналом
2.ЭВМ с изолированными магистралями.
2.2.Архитектура ЭВМ с общим магистральным каналом (семейство Macintosh)
Общий магистральный канал
ЦП 
ОЗУ 
ПЗУ 
... 
Таймер
Рис. 2.1. Архитектура ЭВМ с общим магистральным каналом
Особенности:
Все устройства подключаются к магистрали одинаково и имеют единый интерфейс.
Одно адресное пространство используется для основной памяти и ВУ.
Определенная часть адресного пространства зарезервирована для ВУ.
Для обращения к ВУ используются те же команды, что и для обращения к памяти.
ВУ имеют возможность обмена данными с любым регистром процессора.
3
2.3. Архитектура ЭВМ с изолированными магистральными каналами
Магистраль основной памяти |
Ц |
|
Магистраль ВУ |
|
|
ОЗУ |
ПЗУ |
|
Клав. |
... |
Таймер |
Рис. 2.2. Архитектура ЭВМ с изолированными магистральными каналами обмена данными
Особенности:
С функциональной точки зрения имеются два тракта передачи данных.
Имеются две изолированные области адресов.
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Основная |
|
ВУ периферии |
|
|
|
ВУ (УСО) |
|
память |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регистры |
|
|
|
|
|
|
|
ВУ |
|
|
|
|
|
Левый рис. Относится к схеме 2.1, правый – к схеме 2.2
Рис. 2.3. Адресное пространство ЗВМ на основе единого магистрального канала и ЭВМ на основе изолированных магистральных каналов
|
|
Общая структура магистрали ЭВМ |
|
|
n |
Шина данных (n-разрядная) |
|
|
|||
ЦП |
m |
Шина адреса (m-разрядная) |
|
|
|||
|
|
Шина управления |
|
|
|
|
|
Рис. 2.4. Структура магистрали ЭВМ
Магистраль включает три шины:
ШД – шина данных n – разрядная, двунаправленная. Данные могут передаваться параллельно n – разрядным параллельным кодом: n = 8, 16, 32, 64.
ША – шина адреса, m – разрядная, однонаправленная, используется для адресации памяти и ВУ. m = 16, 18, 20, 24, 32.
Объем памяти: 2m = 64Кбайт, 256Кбайт, 1Мбайт, 16Мбайт, 4Гбайт
ШУ – шина управления. Включает проводники, по которым передаются сигналы управления
(рис.с.5.).
4