Устройство для сопряжения вычислительной машины с внешними устройствами Советский патент 1983 года по МПК G06F3/04 

Изобретение относится к вычислительной технике, .в частности к устройствам для сопряжения ЭВМ с удаленными внешними устройствами, и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих связь с ЭВМ нескольких внешних устройств, отдаленных друг от друга. Известно устройство для сопряжения ЦВМ с внешними устройствами, содержащее блок связи с каналом ввода-вавода, регистр управления, блок поиска свободной зоны, блок анализа команды, регистры данных, блок памят адресов, блок местной памяти, счетчи блок выработки байтов состояния, бло связи с внешними устройствами, блок определения монопольного режима и вы дачи сигналов идентификацииП-J-. Недостаток такого устройства состоит в том, что оно имеет большой объем оборудования, не обеспечивает связи с удал,енными внешними устройствами (так как связь с эти.ми устрой ствами обеспечивается через одну линию связи с параллельной передачей сигналовj и большинство команд в нем 1не распознается и они транслируются к внешним устройствам без обработки Кроме этого, скорость обмена данными в устройстве ограничена из-за последовательного подключения внешних устройств к одним и тем же линиям связи. Наиболее близким к предлагаемому по .техническому решению является устройство устройство для сопряжения цифровой вычислительной машины с вне ними устройствами, содержащее соединенные друг с другом два блока обмен каждый из которых состоит из узла согласования, обратимого преобразова теля параллельного кода в последовательный, узла управления приемом-передачей , генератора импульсов и приемо-передаточного узла, группы элементов задержки и дешйфратораС2. Недостаток известного устройства состоит в ограниченной области применения и низком быстродействии, так как начальная выборка осуществляется путем обмена сигналами непосредственно с внешним устройством. При длинной линии связи ограничения скорости происходят за счет .задержек сигнала в линии связи, причем эта задержка вносится при передаче каждого байта управления и каждого байта информации, т.е. передача следующего байта производится только, после полу чения подтверждения о приеме предыдущего байта, поэтому такое устройство не обеспечивает работу с быстро действукицими внешними устройствами (например, графическими дисплеями). Ограниченная область применения устройства обусловлена также тем, что р бота с удалёнными внешними уст.ройствами может осуществляться только по одной линии связи. Поэтому подключением к ЭВМ нескольких внешних устройств , отдаленных друг от друга, значительно увеличивается объем оборудования. Кроме этого, устройство не .обеспечивает обмен информации между внешними устройствами. Цель изобретения - повышение быстродействия за счет организации обмена информацией блоками без ожидания подтверждения о приеме каждого байта и выполнения начальной выборки и предварительной обработки команд .непосредственно в устройстве сопряжения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее приемопередаточный блок, первая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов устройства,обратимый преобразователь параллельного кода в последовательный, соединенный первым входом-выходом с первым входом дешифратора и через магистраль с первым входом-выходом блока связи с каналом ввода/вывода и входом-выходом блока управления, тактовый вход которого подключен к первому выходу ге1нёратора иМпульсов, а вход команд - к выходу дешифратора, вторым входом соединенного с выходом блока связи с каналом ввода/вывода, второй вход-выход которого является входом-выходом устройства, введены коммутатор, регистр адреса и блОк буферной памяти, причем управляющий выход блока управления соединен с входом блока буферной памяти, входвыход которого соединен через магистраль с входом-выходом блока управления и первым входом регистра адреса, второй вход которого подг ключан ко второму входу дешифратора, а выход - к адресному входу комму- татора, группа входов-выходов кбммутатора соединена со второй группой входов-выходов приемно-передаточного блока, вход-выход - со вторым входом-выходом обратимого преобразователя, параллельного кода в последовательный, вход которого пойключен ко-второму выходу генератора импульсов. На чертеже представлена блок:схема устройства. Устройство содержит приемо-пере;1аточный блок 1, коммутатор 2, об/атимый преобразователь 3 параллельного кода в последовательный, генератор 4 импульсов, дешифратор 5, блок б связи с каналом ввода/вывода, блок 7 управления, состоящий из Группы 8 регистров, арифметико-логического узла САЛУ) 9, узла 10 дешифрации микрокоманд и узла (ПЗУ) 11постоянной памяти, блок 12 буферной памяти и регистр 13 адреса. Блок 6 связи с каналом содержит регистр 14 состояния, дешифратор 15 адреса уст ройства и группу усилителей 16. Усилители 16 состоят из усилителей приема и передачи и служат для электрического согласования устройства с каналом ввода/вывода ЭВМ. В регистре 14 формируются байты сос тояния для передачи в ЭВМ и для определения готовности устройства к работе с ЭВМ. Дешифратор 15 адреса сравнивает адрес устройства с адресом вызываемого устройства. Устройство работает следующим об разом. В зависимости от условий работы устройство может выполнять один из следующих режимов. а) установка блоков устройства в исходное состояние; б) опрос состояний внешних устройств; .в) установка связи с ЭВМ (по ини циативе канала или внешнего устройства) и выполнение канальных команд г)обмен данными между ЭВМ и внешним устройством ВУ); д)обмен данными между двумя ВУ е) тестовый контроль работы. Выполнение казкдого из режимов ра боты определяется соответствующей микропрограммой, записанной в узле н реализуемой узлом 10, где расшифр вывается очередная микрокоманда и определяется адрес следующей микрокоманды, содержащейся в узле 11. Микрооперации (.арифметические операции, перезапись -данных в регис рах, запись и считывание данных из памяти и т.п.) выполняются с помощь АЛУ 9, регистров 8 и блока 12. При включении питания автоматиче ки запускается микропрограмма начал ного сброса, которая устанавливает все узлы и блоки устройства в исход ное состояние. Начало работы соответствующей микропрограммы определяется установ кой адреса первой микрокоманды в да ной микропрограмме с помощью дешифратора 5. После окончания микропрогра мы начального сброса начинает выполнят ся микропрограмма опроса состояний внешних устройств .Связь с каждым ВУ обеспечивается через соответств щий, вход-выход первой группы приемо передаточного блока Г по отдельной двухпроводной линии. Микропрограмма последовательно м няет на единицу код в регистре 13. По этому коду переключается коммутатор 2, через который к .устройству подключается одно из ВУ. Таким образом происходит последовательный опрос каждого из ВУ, от которы в устройство передаются байты состо ний. Эти байты записываются в блок в котором выделены фиксированные я и для данных о состоянии каждого ВУ. реобразования кодов из последователього в параллельный при передаче из У в устройство и из параллельного в последовательный при передаче из стройства в ВУ производится в обратимом преобразователе 3. Из устройства в ВУ передаются байты данных и команды. Из ВУ в устройство передаются данные и байты состояния. В режиме опроса из ВУ в ответ на команду Запрос передается байт состояния, в котором содержатся данные о.готовности ВУ к работе и биты Внм (внимание) и Ком Xкоманда) . Эти биты одновременно не могут иметь единичного значения. Если бит Внм равен единице, то из ВУ поступают дополнительные байты, которые содержат данные для уточненного состояния и которое записывается в блок 12. Одновременно выдается сигнал на включение микропрограммы установки связи с ЭВМ. : Если бит Ком равен единице, то из ВУ передаются также дополнительные байты, в первом из которых содержится код-команды и адрес ВУ, к которому она относится. Например, если поступила команда Запись, то это означает, что информация из данного ВУ должна переписаться в ВУ, адрес кот.оррго указан в байте с .командой. Следующие байты содержат начальный адрес ЗУ, в которое, должна записаться передаваемая информация или откуда должны быть считаны данные . Если биты Внм равны нулю, то следующие байты состояния из ВУ не передаются. Обмен данными между блоками внутри устройства производится по общей 9-битовой-магистрали (шине) , причем 8 бит служат для передачи. данных и 1 бит - для контрольного разряда. Контроль по четности производится в обратимом преобразователе 3 и в блоке 12. I . В байтах состояния, поступающих из ВУ, производится анализ наличия требования на обслуживание ЭВМ. При появлении такого требования, которое расшифровывается в дешифраторе 5, прекращается опрос ВУ, в регистре 13 фиксируется адрес данного ВУ и запускается микропрограмма подключения к ЭВМ по запросу абонента. В узле 10 микропрограммой формируется последовательность байтов данных команд, состояния и адресов в соответствии с требованиями.на конткретный интерфейс ввода-вывода ЭВМ, для реализации протокола которого в ПЗУ 11 хра- нифся микропрограмма. Далее для прирарассматривается интерфейс ЕС КВМ.

Если требование на подключение ВУ происходит по инициативе ЭВМ, то в дешифраторе 15 в соответствии со стадартом на интерфейсе ввода и вывода в последовательности начальной выборки расшифровывается и опознается адрее устройства ( старшие разряды адраса ВУ). Если код в регистре 14 разрешает работу устройства с ЭВМ (нет битов Занято и т.п.)то через дешифратор 5 устанавливается начальный ,aдpeJg микропрограммы связи с ЭВМ по инициативе канала.

Если в момент выдачи требования абонента канал ЭВМ начинает выборку устройства, то выдается байт состояния с идентификатором Занято.

Выполнение команд ЭВМ производится также под управлением микропрограммы. Поэтому к устройству могут подключаться различные ВУ, у которых разный алгоритм выполнения команд. При этом должно быть только обеспечено йаличие соответствующих программ в ПЗУ 11, выход на которые обеспечивается в соответстви с адресом ВУ и кодом команды, которая расшифровывается узлом 10.

При этом для установления связи ЭВМ с соответствующим ВУ, расшифровки команды, а также для выполнения некоторых команд (холостой ход, уточнить состояние и т.д. не происходит потери времени на получение информации из ВУ. Все необходимые данные в этих случаях формируются непосредственно микро программой с использованием байтов состояния, записанных в блоке 12.

Обмен данными между ЭВМ и ВУ в соответствии с выполняемой командой (запись, чтение, и т.д.) или между двумя ЗУ в соответствии с поступившими от ВУ байтами состояния (в байтах состояния поступает адрес ВУ и указание на передачу ему или получение от него информации | проводится под управлением микропрограммы через блок 12. Для повышения скорости передачи по линии связи обмен производится блоками данных (например, по 32 или 64 бaйтa Ответный сигнал, подтверждающий . прием данных,поступает только после передачи всего блока в байте соетояния от ВУ при команде Запись или от устройства сопряжения при команде Чтение. Внутри блока данны байты передаются друг за другом без интервалов. Для определения конца передаваемого массива данных, который может законнкться раньше конца блока данных, передается специальный байт, код которого определяет последний байт в массиве. Запись (и сочетание) информации из ЭВМ в блок 12 ведется асинхронно, а передача из блока 12 к ВУ (запись от ВУ.,в блок 12 ) - синхронно. Генератор 4- формирует последовательность тактовых сигналов и синхронизирует работу всех блоков устройства.

При реализации данного устройства, обеспечивающего подключение ВУ к каналу ЕС ЭВМ, необходимо обращать особое внимание на-быстродействие установки связи с ЭВМ, так как начальная выборка устройства должна выполняться менее чем за 32 МКС (требование канала ЕС

ЭВМ;.

Быстродействие устройства достигается выбором оптимального формата микрокоманды и системы обмена данными..

В качестве примера приводится описание формата микрокоманд, кодов микроопераций и форматов байтов состояния для конкретного устройства и пример микропрограммы, реализующей нач аль ную выборку.

В результате анализа алгоритмов выполнения указанных функций установлено, что количество операций, выполняемых устр©йством может быть ограничено простейшими операциями, а объем памяти для записи всех микропрограмм не превышает 15 Кслов. Для одной микропрограммы в основном достаочно 64 микрокоманды. Кроме этого для увеличения быстродействия необходимо обеспечить выдачу на АЛУ 9 двух операндов в одном цикле. Поэтом выбрана система двухадресных команд Гибкость переходов в микропрограмме в зависимости от различных условий, обеспечивается наличием в микрокоманде двух полей признаков, определяющих условия установки двух младших разрядов адреса следующей микрокоманды.

В рассматриваемом примере длина микрокоманды составляет 24 бита. Для контроля по четности добавляется еще два контрольных .бита.

Все микрокоманды делятся .на пять форматов, которые определяются старшими разрядами Команды: код первого формата - 1, второго - 01, третьего - О01,четвертого - 0001, и пятого - 0000. Команды первого формата позволяют записать восьмибитовую .константу в регистр, команды второго формата предназначены для выполнения арифметических операций над числами записанными в регистрах, а команды третьего формата обеспечивают пересылку данных между регистрами. Переходы в программе выполняются с помощью команд четвертого формата, а команды пятого формата используются при обращении к блоку 12. Назначение разрядов в микрокомандах приведено в табл.1.

1,2,3,5 1,2,3,4,5

1,2,3,4,5 1,2,.3,4,5

5-16

5

микрокоманды

Признак источника условий установки младших разрядов адреса следующей микрокоманды

Условия установки предпоследнего разряда.адреса следующей микрокоманды

Условия установки последнего /младшего Разряда адреса следующей микрокоманды

Признак условия перехода О-адрес микроксяи1аыды определяется разрядами 5-16 1-адрес микрокоманды записан в регистре, адрес которого указан разрядами 5-8

Адрес следующей микрокоманды. М

6-считывание из ЗУ 1-запись в ЗУ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С -ВНЕШНИМИ . УСТРОЙСТВАМИ, содержащее приемопередаТОЧНЫЙ блок, первая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов устройства, .обратимый преобразователь параллельного кода в последовательный, соединенный первым: входом-выходом с .-первым входом дешифратора и через магистраль с первым входом-выходом блока связи с каналом ввода/вывода и входом-выходом блока управленияFтактовый вход которого подключен к первому выходу .генератора импульсов, а вход команд - к выходу дешифратора вторым входом соединенного с выходом блока связи с каналом ввода/ вывода, второй вход-выход ijoToporo является входом-выходом устройства, отличающееся тем,что, с целью.повышения быстродействия устройства, в него введены коммутатор, регистр адреса и блок буферной памяти, причем управляквдий выход блока управления соединен с входом блока буферной .памяти, входвыход которого соединен через магистраль с входом-выходом блока управления и первым входом регистра адреса, второй вход которого ПО.ДКЛЮчен к второму входу дешифратора, а выход - к адресному входу коммутато(Л ра, группа входов-выходов коммутатора соединена с второй группой входовс выходов , приемо-передаточного блока, вход-выход - с вторым входс -выходом обратимого преобразователя параллельного кода в последовательный, вход которого подключен к второму выходу генератора импульсов. со со &0 со

Во время обращения к блоку 12 запрещается обращение к ПЗУ 11. Таким образе, цикл обращения к блоку 12 и цикл,выполнения микрокоман.ды могут быть различными.

Группа регистров 8 состоит из 32 регистров по 8 бит кг1ждый. Все регистры разбиты на две группы - блок А и блок В, KOTO{xje имеют независимую адресацию.

В АЛУ 9 выполняются операции над числами, записанными в регистрах блока А и блока В. Результат операции остается в регистре результата АЛУ 9, если бит признака Р-1, или переписываются в -регистр, адрес которого задается кодом А в микрокоманде, если .

В общем виде адресация микропрограмм осуществляется следующим oepasoMt

Каждая выбранная микрокоманда содер жит адрес следующей микрокоманды, состоящий из постоянной и переменной части. Постоянная часть дает прямое значение битов адреса следующей микрокоманды, а переменная часть описывает условия формирования младших битов адреса.i

Два самых младших бита адреса микрокоманды определяются по значению указываемого признака, т.е. если признак или условие выполняется, то бит устанавливается в 1, и наоборот, если условие не выполняется, то в 0. 5

Таким образом, имеется возможность установить в зависимости от условий один из четырех адресов для следующей микрокоманды.

Условия определения младших разря-10 дов .адреса следующей микрокоманды определяются кодированием битов байта управления К или байта на шине данных, если выполняется микрокоманда пересылки,

Список признаков и условий перехода приведен в табл.2.

Поля ПС и ПМ вместе с битом признака источника условий дают возможность закодировать до 16 условий перехода. Например, значение поля 010 и наличие

После включения питания в регистр адреса микрокоманд (РАМ) узла 10 . аппаратно заносится адрес первой микро- команды подпрограммы начального сброса, которая выполняет общий сброс и контрольный тест. Если тест закончился успешно, производится переход к подпрограмме опроса ВУ, которая 60 циклически опрашивает ВУ и записывает их состояния в фиксированные ячейки блока 12. Работа подпрограммы опроса останавливается при прерывании , которое происходит при эыбор- 65

признака источника условий определяет условия установки младшего разряда адреса следующей микрокоманды при появлении сигнала переполнения на выходе АЛУ 9. Если есть переполнение, то младший разряд адреса устанавливается в 1, а если нет - то в 0. Если код в поле условий равен 000 или 001, то соответствующий- разряд.адреса (последний или предпоследний) устанавливается соответственно в О или 1

без проверки каких-либо условий. I

Микрокоманды форматов 1,2,3,5 позволяют адресовать следующую микрокоманду в блоке из 64 микрокоманд, а для адресации микрокоманды, не входящей в текущий блок, используется микрокоманда четвертого формата, обеспечивающая полную адресацию памяти микрокоманд с максимальным объемом 16 Кслов.

ке устройства от канала узлом сравления адресов. Суть прерывания состоит в установке в РАМ адреса первой микрокоманды подпрограммы работы с каналом. После окончания цепочки команд подпрограмма работы с каналом возвращается к подпрограмме опроса ВУ. Для примера рассмотрим часть . подпрограммы работы с каналом, описывающую процесс начальной выборки. Обо.значения и названия сигналов приводятся в соответствии с ОСТ4 ГО, 304.000 ред. 1-73.

Таблица 3

ОООК

Переход

Рг14 РГЗ

0010

ООН 0012

ООН

Переход

Адреса микрокоманд приводятся в шестнадцатиричном коде Таким образом, использование данного устройства для сопряжения ЭВМ с графическим дисплеем позволит вьще лить устройство сопряжения в отдельную конструкцию, расположенную вблизи ЭВМ, а ЗУ регенерации изобретения приблизить к индикатору (экранному пульту Ь удаленному от ЭВМ на значительное расстояние 1000-2000 м ). При этом создаются более комфортабельные условия для работы оператора, упрощается эксплуатация графического дисплея и уменьшается общий (суквларный) объем оборудования. По данньм эскизной проработки пре лагаемое устройство сопряжения обеспечит скорость обмена с ЭВМ порядка 400-500 Кбайт/с, что превышает в 4 и более раз скорости известных устройств, от которых ВУ находится

Переход к программе опроса ВУ

Запись кода команды из ШИН-К в РГЗ

Есть ошибка по четности Нет ошибки по четности

Переход ка окончание связи по ошибке на таких же расстояниях. Полученные скорости обмена обеспечивают возможность подключения устройства к селекторному каналу ЭВМ и сокращения .при этетл количества скоростных каналов связи по сравнению с известным устройством, так как предлагаемое устройство предусматривает только одну скоростную линию связи. Структура предлагаемогоустройства позволяет легко реализовать его на . серийных СИС и ВИС. В предлагаемом устройстве, благодаря ксмплексному решению вопросов оптимизация формата команд и данных и связанной с этим схемной реализацией, достигнута универсальная схема с регулярной структурой, что, кроме уменьшения объема, облегчает. отладку и эксплуатацию устройства.