Мультиплексный канал Советский патент 1982 года по МПК G06F3/04 

(54) МУЛЬТИПЛЕКСНЫЙ КАНАЛ

I

Изобретение относится к вычислитепьной технике, предназначено для обмена информацией между основной памятью и внешними устройствами и позволяет про, цессору выполнять операции основной программы одновременно с выполнением операции вводанвывода.

Известны каналы ввода-вывода, содержащие блок управления, блок кода операций и признаков, блок подканалов, блок данных, блок прерываний и блок связи с внешними устройствами fl . «1:2.

Недостатком данных каналов является малая производительность работы, каналов в селекторном режиме вследствие их занятости при цепочках команд при вьяполнении операций, связанных с механическими перемещениями в устройствах ввода-вывода.

Известен также мультиплексный канал, садвржаший селекторные подканалы, блок выдачи команд и блоки сопряжений

с оперативной памятЬвЬ и с центральным процессором 3 .

Недостатком известного канала при работе с селекторными подканалами является снижение его производительности при цепочках команд, когда только одно устройство соединено с каналом. Отсутствие блока разделительных команд не позволяет производительно использовать канал во Еремя выполнения некоторых

10 команд, которые занимают Только внешнее устройство для своего выполнения на длительное время.

Наиболее близкими к предлагаемому по технической сущности являются канаISлы ввода-вывода, содержащие блок управления каналом, регистр текущего адреса данных и регистр счетчика данных, образующие блок данных, блок связи с инjQ терфейсом, блок кода операций и указателей и блок подканалов Г4| .

Недостатком данных каналов при работе в селекторном р ежиме является то, что однажды запушенное периферийное устройство при вьтолнении цепочек коман занимает канал на все время выполнения канальной программы, т. е. не освобожда ет канал на время механических перемещений, на которые тратится значительное время. Цель изобретения - повьпиение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в мультиплексный канал, содержащий блок управления, блок памяти, первый блок регистров, блок сопряжения, второй блок регистров, регистр, причем блок управления соединен первой двусторонней связью с первым входомнвыходом устройства, второй двусторонней связью с блоком памяти, третьей двусторонней связью с первым блоком регистров, который двусторонней связью соединен с блоком сопряжения, который двусторонней связью соединен с вторым входомвыходом устройства, первый выход блока сопряжения соединен с первым входом блока памяти, первый выход блока управления подсоединен к первому входу второго блока регистров, выход которого подсоединен к первому входу блока сопряжения и ко второму входу блока памяти, первый выход блока управления подсоединен к первому входу регистра, выход которого подсоединен к первому входу блока управления, дополнительно введен блок анализа команд, первый вход которого подключен ко второму выходу второго блока регистров, второй вход соединен со вторым выходом блока сопряжения первый выход блока -анализа команд подсоединен ко второму входу блока сопряжения, а второй выход - ко второму вход регистра. Причем блок анализа команд содержит первый и второй элементы ИЛИ, элемент И и триггер, причем первый; выход триггера соединен со вторым вьгходом блока, второй выход - с первым выходом блока, первый вход которого соединен со входами первого элемента ИЛИ, вторым вхо дом элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен ко второму входу блока, а выход - ко второму входу триггера, первый вход которого соединен ci выходом элемента И, первый вход которого подсоединен к выходу первого элемента ИЛИ На фиг. 1 приведена структурная схема мультиплексного канала ввода-вывода ; на фиг. 2 - функциональная схема блока анализа команд. Мультиплексный канал содержит блок 1 управления, блок 2 памяти, первый блок 3 регистров, блок 4 сопряжения, второй блок 5 регистров, регистр 6 и блок 7 анализа команд. Блок анализа команд содержит два элемента ИЛИ. 8 и 9, элемент И 10 и триггер 11. В мультиплексном канале (фиг. 1) блок 1 управления соединен первой двухсторонней связью с первым входом-выходом, второй двухсторонней связью с блоком 2 памяти, третьей двухсторонней связью с первым блоком 3 регистров, который двухсторонней связью соединен с блоком 4 сопряжения, который двухсторонней связью соединен со вторым входом-выходом устройства, первый выход которого соединен с первым вхоцо л блока 2 памяти, первый выход блока 1 управления подсоединен к первому входу второго блока 5 регистров, первый выход которого подсоединен к первому входу блока 4 сопряжения и ко второму входу блока 2 памяти, первый выход блока 1 управления подсоединен к первому входу регистра 6, выход которого подсоединен к первому входу блока 1 управления, а второй вход его подсоединен ко второму выходу блока 7 анализа команд, первый выход которого подсоединен ко второму входу блока 4 сопряжения, первый вход блока 7 анализа команд соединен со вторым выходом второго блока 5 регистров, а второй его вход соединен со вторым выходом блока 4 сопряжения. В блоке анализа команд (фиг. 2) входы пертого элемента ИЛИ 8 соединены с соответствующими вторыми выходами второго блока 5 регистров, а выход соединен с первым входом элемента И 1О, второй вход которого соединен с соответствующим выходом второго блока 5 регистров, выход элемента И 1О соединен с установочным входом триггера 11, первый выход которого соединен со вторым входом блока 4 сопряжения, а второй выход соединен со вторым входом регистра 6, первый вход второго элемента ИЛИ 9 соединен с соответствующим вторым выходом второго блока 5 регистров, второй вход соединен с соотве.тствующим вторым выходом блока 4 сопряжения, а выход соединен со сбросовым входом триггера 11. Блок 1 управления предназначен для приема команд ввода-вывода от центрального процессора, проверки правнлыюсти командного слова и координации работы других блоков канала при выполнении команд ввода-вывода и содержит регис-р ры для приема команды, схему проверка правильности командного слова, схему начальной выборки устройства, схему связи с оперативной памятью для обмена данными и схему управления другими блоками. Блок 2 памяти предназначен для приема, хранения окончания работы по выполнению команды ввода-вывода и фор мирования прерывания при следующих условиях: при окончании работы канала, окончании работы контроллера, окончании работы ВУ И Внимании. При наличии цепочки команд к прерыванию приводят также следующие причины: ощибки в устройстве, особый случай в устройстве устройство занято, ошибка в программе, нарушение защиты памяти и признак про граммно-управляемого прерывания в командном слове канала. Блок также формирует байты состояния канала и устройства для занесения новой информации в 64-ю ячейку основной памяти. Блок содержит регистры байтов состояния канала и устройства, схему приема и вьщачи байтов состояния и схему формирования и выдачи прерываний. Первый блок 3 регистров предназначе для обмена информацией между устройст вами ввода-вывода и оперативной памятью и подсчета количества передаваемой информации. Он содержит регистры для приема-и выдачи данных, регистры для хранения текущего значения адреса и счетчика передаваемых байтов, схему управления приемом и передачей данных и схему формирования запросов на обме с оперативной памятью. Блок 4 сопряжения предназначен для передачи и получения через интерфейс сигналов управления и данных и окончания работы при выполнении команд ввода-вывода. Обычно команда ввода-вывода заканчивается тогда, когда устройств принимает сигнал КОНЕЦ РАБОТЫ КАНАЛА, если до этого момента канал не обнаружит сбоя в оборудовании или операция не будет прекращена командами ОСВОБОДИТЬ ВВОД-ВЫВОД, ОСТАНОВИТЬ ВВОД-ВЫВОД и ОСТАНОВИТЬ УСТРОЙСТВО. -Блок содержит регистр идентификатор абонента, регистр идентификаторов канала, схему для выдачи сигнала останова в устройство по ОСВОБОДИТЬ ВВОД-ВЫВОД, остл1Ю1: ить вводвывод и ОСТАНОВИТЬ УСТРОЙСТВО, и схему окончания связи с устройством. Регистр идентификаторов абонента служит для приема управляющих и специалг ных сигналов (работа канала-абонента РАБ-А, адрес от абонента - АДР-А, управление от абонента - УПР-А, информация от абонента - ИНФ-А, обратная выборка ВБР-А, данные от абонента ДАН-А, требование абонента - ТРБ-А, отключение абонента - ОТК-А), Регистр идентификаторов канала служит для передачи управляющих и специальных сигналов (работа канала РАБ-К, выборка - ВБР-4, адрес от канала - АДР-К, управление от канала УПР-К, информация от канала ИНФ-К, данные от канала - ДАН-К, блокировка БЛКЧО. Второй блок 5 регистров предназначен для приема, дешифрации кода команды, хранения команды, а также для приема и хранения указателей, цепочки данных, цепочки команд, блокировки длины, блокировки записи с память.программно- ; управляемого прерывания, Блок содержит регистр команд, дещифратор и регистр указателей. Регистр 6 5тляется регистром подканалов и предназначен для хранения управляющей информации ДЛЯ каждого работак щего устройства И адреса данных счетчика состояния управляющей информации для каждой выполняемой команды вводавывода. Он содержит память подканалов и схемы для выборки и перезаписи управляющего слова устройства. По номеру канала и адресу работающего устройства по инициативе канала или по требованию абонента схемы выборки и перезаписи отыскивают управляющее слово устройства в памяти и считывают его в канальные регистры для обработки. корректировки содержимое управляющего слова снова записывается в память. Работа блоков 1-6 каналов вводавывода полностью ;соответствует работе известных каналов ввода-вывода. Блок 7 анализа команд служит для повьпиения быстродействия работы канала в селекторном режиме при выполнении пепочек команд и раскрыт на примере работы с такими быстродействующими устройствами как диски и магнитные ленты, которые требуют селекторный режим работы каналов. Обычно одно запущенное устройство в селекторном режиме занимает канал на все время выполнения канальной программы. Канальная програ ма - это одна или несколько команд канала, предназначенных для их последовательного выполнения. То,пько после обра ботки канаяьной программы можно запустить арутое устройство. Для работы с дисками исполъоуют команды УСТАНОВК (код команды 07) и у УСТАНОВКА НИЛИ РА (код команды О8), которые после вьщ байта состояния с признаком не требуют никаких операций совместно с каналом, т. е. в течение времени выполнения этих команд канал может быть свободен для работы с другими устройствами вводавьгаода. , Время выполнения этих команд для разных типов дисков колеблется в пре делах 8 -.13О мс. Так как почти каждо обращение к диску представляет собой цепочку команд, начинающуюся командами 07 или 08, то возникает вопрос о радиальном использовании этого времени Для работы с магнитной лентой используют команды ПЕРЕМОТКА (код команды 07), ПЕРЕМОТКА и РАЗГРУЗКА (код команды OF ), которыепри необходимости включения их в цепочку кома могут освобождать канал и устройство управления магнитной лентой на время до 150с. Блок анализа команд предназначен для освобождения канала, работающего в селекторном режиме, по вышеуказанным командам при выполнении цепочек команд после получения байта состояния с признаком КАНАЛ КОНЧИЛ, так как дальнейшее выполнение этих команд не тр бует оборудования канала. Это достигаетс путем сброса в канале сигнала интерфейса БЛОКИРОВКА-БЛК-К, наличие которого при получении байта состояния служит признаком цепочки команд для устройства. Команды 07, ОВ и OF из цепочки команд выполн$потся в устройст без указания признака цепочки команд: разделяют работу канала и устройства пос ле прихода байта состояния с признаком КАНАЛ КОНЧИЛ. Калан освобождается ДЛЯ работы с другими устройствами, а вся необходимая текущая информация записывается в подканал. Мультиплексный канал, содержащий блок анализа команд, работает следующим образом. Программа процессора начинает операции ввода-вывода командой НАЧАТЬ ВВОД-ВЫВОД. Команду НАЧАТЬ ВВОДВЫВОД получает блок 1 управления. Эта команда указывает канал и устрой- ство и заставляет канал выбирать адресное слово канала из фиксированной ячейки основной памяти. Адресное слово канала содержит ключ защиты и указывает ячейку основной памяти, из которой канал выбирает кoмaндJ oe слово канала. Командное слово канала содержит код команды, которую требуется выполнить, и, если нужно, область основной памяти, которую необходимо использовать. Команда канала в блоке 1 управления проверяется на действительность. Код команды и указатели операции поступают во второй блок 5 регистров для фиксации. Выделенные команды О7, ОВ и OF с деши})ратора кода операций поступают на входы первого элемента ИЛИ 8. При наличии любой из этих команд выхопной сигнал поступает на элемент И 10, Пр наличии на втором входе элемента И 10 указателя цепочки команд (Ж) с второго блока 5 регистров выходной сигнал устанавливает в единичное состояние триггер 11, первый выход которого поступает на регистр идентификаторов канала в блок 4 сопряжения для сброса сигнала БЛК-К, а второй выход поступает в регистр 6. Канал пытается набрать указанное внешнее устройство, посылая адрес этого устройства через блок 4 сопряжения во все контроллеры, подключенные к данному каналу. Контроллер, распознавший адрес, логически подключается к каналу через блок 4 сопряжения и отвечает на выборку канала посылкой адреса выбранного устройства. Затем второй блок 5 регистров посылает код команды устройству через блок 4 сопряжения. Устройство отвечает байтом состояния с признаком КАНАЛ - КОНЧИЛ для команд 07, ОВ и OF . Так как сигнал БЛК-К сброшен, устройство не получает признака цепочки команд. Сигнал КАНАЛ КОНЧИЛ через блок 2 памяти и блок 1 управления . поступает в регистр 6 на схемы выборки перезаписи управл5пощего слова устройства. .При наличии гфанящегося в блоке 7 анаг:лиза команд сигналов ЗАПОМИНАНИЕ УСУ, QBijPOC КАНАЛА .происходит запись содержимого управляющего слова устройства в подканал и сброс канала, как это делается в мультиплексном режиме работы каналов. Канал освобождается и может быть производительно использован для работы с другими устройствами. Когда устройство закончит механические перемещения, оно вьщает сигнал KOHEU РАБОТЫ УСТРОЙСТВА. Байт состояния с признаком КОНЕЦ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА выдается в канал по требованию абонента (ТРБ-А). Сигнал ТРБ-А с ре:гистра идентификаторов абонента блока 4 сопряжения от этого устройства или от любого другого ранее запущенного уст ройства поступает на вход элемента ИЛИ 9, который и сбрасывает триггер 11 На второй вход элемента ИЛИ 9 поступает сигнал ЗАНЕСЕНИЕ КСК, который нырабатывается во втором блоке 5 регистров при поступлении из процессора в блок 1 управления. команды НАЧАТЬ ВВОД-ВЫВОД, и сбрасьтает триггер 11. Технико-экономические преимущества предлагаемого канала ввода-вывода по ср авнению с известными заключаются в том, что введение этого блока для повышения производительности работы каналов в селекторном режиме, которого ранее не было в известных каналах ввода -вывода, позволяет каналу при выполнении определенных команд в цепочках команд освобождать канал для производительной работы с другими устройствами в то время, когда ранее запущенные устройства будут работать в автономном режиме по выполнению команд, не связанных с передачей данных.

Формула изоб. ретения

введен блок анализа команд, первый вход которого подключен ко второму выходу второго блока регистров, второй вход соединен со вторым выходом блока сопряжения, первый выход блока анализа ко-

манд подсоединен ко второму входу блока сопряжения, а второй выход - ко второму входу регистра.

входами первого элемента ИЛИ, вторым входом элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен ко второму входу блока, а выход - ко BTOpoNjy входу триггера,

первый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход к оторого подсоединен к выходу первого элемента ИЛИ.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

Принципы организации 1шфровых машин. Ленинградское объединение, Машиностроение, 1974.

Цифровые вычислительные машины и системы. М., Энергия, 1973 (прототип).

:i

f

Vv,

NJ