Устройство для ввода-вывода информации

О П И С А Н И Е ,955008ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СаветскикСоциалистическихРеспублик(23)Приоритет Гвеудавстеенлый камвтет СССР ав делам лзабретеннй и открытнй.И.Погребецкий, Э,С.Демуров и Э.А.Саак Всесоюзный научно-исследовательский инс автоматизации средств метрологии 1) Заявитель Ь 4) устРОйстВО для ВВОДА-ВЫВОДАИНФОРМАЦИИ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки данных для обмена случайными потоками сообщений между различными устройствами.Известно устройство для буферизации данных, построенное на груп" повых регистрах сдвига, в котором в процессе приема, хранения и выдачи информации происходит ее пространственное перемещение, Подобная структура оправдана лишь при малом (до нескольких десятков слов)объеме буферной памяти, что снижает функ" циональные возможности устройства.С увеличением объема буферной памяти резко возрастают аппаратурные затраты и понижается надежность 1,Наиболее близким к предлагаемому то является устройство для сопряжения блоков памяти, содержащее накопитель (блок памяти с произвольным доступом ), шины записи и считываний,подключенные к входам Формирователей записи, считывания и стыдоба, элементы НЕ, три элемента И и элемент ИЛИ, соединенные через второй элемент И с первым элементом И, а через третий элемент И - с одним из форми.- рователей строба, формирователем считывания и элементом НЕ, выход которого подключен к одним из входов первого и второго элементов И, другие входы которых подключены соответственно к выходам Формирс вателей строба и записи, выход элемента ИЛИ и первого элемента И соединены с соответствующими входами накопителя 21.Недостатками известного устройства являются невысокая надежность и невысокое быстродействие. Действительно, если в устройство в процессе записи поступит синхроимпульс вывода информации из той же ячейки, который, обладая высшим приоритетом, прервет операцию записи, то на выхо-, де устройства сформируется непредска 955008 .3 95500 зуемый код. Необходимо отметить, что в этом устройстве вообще отсутствуют средства для диагностики особых ситуаций, таких как "Буфер пуст" и. "Буфер заполнен", что, как правило, приводит к искажению передаваемой информации.Невысокое быстродействие обусловливается следующими факторами, Вотсутствие синхроимпульсов ввода-вывода указанное устройство простаиваетЭто обстоятельство не сказывается на быстродействии устройства по вводу, однако при выводе информации происходит неоправданная потеря вре мени, равного задержке от момента поступления синхроимпульса вывода до завершения формирования кода на выходных шинах устройства. В то же время адрес ячейки, из которой предстоит считывание информации, известен заранее, й цикл считывания мож" но бы начинать, не дожидаясь соответствующего инхроимпульса вывода.Быстродействие этого устройства по вводу также невелико и практически в три раза меньше, чем быстродействие накопителя. Кроме того, непо" средственная связь информационных входов-выходов устройства с накопиЭО телем снижает производительность системы, в которой используется известное устройство, поскольку скорость обмена данных по системным линиям связи при такой организации ограничивается быстродействием буферной па- Зз мяти.Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для ввода-вывода ин формации, содержащее блок памяти; формирователь импульсов; первый и второй счетчики, выходы которых через коммутатор соединены с первым входом блока памяти, введены первый и второй 4 З блоки анализа и блок выбора режима, первый выход которого соединен с первыми входами первого счетчика, второго счетчика, первого блока анализа, третьим входом коммутатора, вторым входом 50 блока памяти и первым входом первого регистра, выход которого является первым выходом .устройства, второй выход блока выбора режима соединен с входом формирователя импульсов, выход И которого соединен с вторыми входами первого, второго счетчиков, первого блока анализа, третьим входом блока 4,памяти, вторым входом первого регистра и первым входом блока выбора режима, второй и третий входы которогосоединены с соответствующими выходами второго блока анализа, входы которого соединены с соответствующимивыходами первого и второго счетчиков,четвертый и пятый входы блока выбора режима соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блока анализа, третий и четвертый выходы которого являются вторым и третьим вых 9 дами устройства соответственно, а третий и четвертый входы- соответственно первым и вторым входами устройства, первый вход второго регистра является третьим входом устройства, второй вход второго регистра соединен с третьим входом первого блока анализа, а выход соединен с четвертым входом блока памяти, выход которого соединен с третьим входом первого регистра.Блок выбора режима содержит первый, второй, третий и четвертый элементы И-НЕ, первый элемент НЕ, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с первым входомпервого элемента И-НЕ, выход которого является вторым выходом блока, а еторой вход соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего элементаИ-НЕ, и первым входом четвертого элемента И-НЕ, второй и третий входыкоторого являются соответственно вторым и четвертым входами блока, а выход соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ и является первым выходом блока, входы третьего элемента.И-НЕ являются соответственно. третьим и пятым входами блока.Первый блок анализа содержит второй, третий и четвертый элементы НЕ, пятый и шестой элементы И-НЕ, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первые выходы первого и второго триггеров являются соответственно первым и вторым выходом блока, а вторые выходы " соответственно третьим и четвертым выходами блока, первые входы первого и второго триггеров соединены с выходами третьего и четвертого триггеров соответственно, а вторые входы - с соответствующими выходами второго и третьего элементов НЕ и первыми входами третьего и четвертого триггеров, вторыевходы которых соединены с соотеет5 955008 6ствующими выходами пятого и шестого поступающий на третий вход блока 8,элементов И-НЕ, первый вход пятого своим окончанием инициирует микроэлемента И-НЕ соединен с выходом чет- операцию сброса готовности входно-.вертого элемента НЕ, вход которого го регистра 2 на запись, в резульсоединен с первым входом шестого эле- з тате чего на первом выходе блока усмента И"НЕ и является первым входом танавливается логическая единица,блока, второй вход шестого элемента сигнализирующая о готовности входИ-НЕ соединен с вторым входом пятого .,ного регистра 2 на чтение, а на трезлемента И-НЕ и является вторым вхо- тьем выходе блока 8 - логический ,дом блока, входы второго и третьего 10 нуль сигнализирующий об отсутствииэлементов НЕ являются соответственно готовности входного регистра 2 натретьим и четвертым входами блока. запись.Второй блок анализа содержит пер- По команде чтения информации извую и вторую схемы сравнения, и пер- первого (выходного) регистра 1 имвый и второй элементы ИЛИ, выходы ко пульс, поступающий на четвертый входторых являются первым и вторым выхода- блока 8 своим окончанием, инициируми блока соответственно, а первые . ет микрооперацию сброса готовностивходы соединены с выходом первой схе-выходного регистра 1 на чтение, вмы сравнения, вторые входы первого и результате чего на втором выходе бловторого элементов ИЛИ соединены с со в ка 8 устанавливается логическая едиответствуоцими выходами второй схемы ница, соответствующая готовности высравения, входы первой и второй схем ходного регистра 1 на запись, а насравнения являются соответствующими четвертом выходе блока 8 - логичесвходами блока. кий нуль, сигнализирующий об отсутНа фиг, 1 изображена структурная 2 з ствии готовности выходного регистсхема предлагаемого устройства; на ра 1 на чтение.фиг. 2 - пример реализации блока вы- При обращении к блоку 3 памятибора режима; на Фиг. 3 " пример реа" импульс, поступающий на второй входлизации первого блока анализа;на блока 8,своим окончанием инициируетФиг. 4 - пример реализации второго за при логической единице на первомблока анализа. входе (режим чтения из блока 3 памяУстройство (Фиг. 1) содержит пер- ти и записи в выходной регистр миквый регистр 1, второй регистр 2, блок рооперацию сброса готовности выхф 3 памяти, первый счетчик 4, второй ного регистра 1 на запись, в резульсчетчик 5, коммутатор 6, блок 7 вы- тате чего на втором выходе блока 8ч 8 3бора режима, первыи блок 8 анализа, устанавливается логический нуль, а навторой блок 9 анализа, формирова- четвертом выходе - логическая еди"тель 10 импульсов, первый вход 11 уст ница при логическомм1 роиства, второй вход 12 устройства, входе бло 8 (входе лока ( режим записи в блоктретий вход 13 устройства, первый 3 памяти и чтения из входного регистра и инициируется микрооперациивыход 1 устройства, втоРой выход ра 1 и иници р15 устройства, третий выход 16 устсброс готовноройства.с роса готовности входного регистра2 на чтение, в результате чего наБлок 7 выбора режима (фиг. 2) первом выходе блока 8 устанавливаетсодержит первый элемент 17 И-НЕ, вто. я л гичся логический нуль, а на третьем вырой элемент 18 И-НЕ, третий элемент ф ходе - логическая единица.19 И"НЕ, четвертый элемент 20 И-НЕ.первый элемент 21 НЕ,Второй блок 9 анализа 1,фиг. Чсодержит первый элемент 31 ИЛИ, второйПервый блок 8 анализа (фиг. 3) элемент 32 ИЛИ, первую схему 33 срав"содержит первый триггер 22, второй .нения, вторую схему 34 сравнения,;триггер 23, третий триггер 24, чет- ;многоразрядные входные информационвертый триггер 25, пятый элемент . ные шины и одноразрядные выходные26 И-НЕ, шестой элемент 27 И-НЕ, вины, готовности блока памяти на за-второй элемент 28 НЕ, третий эле- пись (ГТН 3 П) и чтение (ГТН 4 Т) соотмент 29 НЕ, четвертый элемент 30 НЕ, ветственно.ИБлок 8 анализа выполняет следую- Блок анализа готовйостей накопищие Функции, теля предназначен для распознаванияПо команде записи информации во особых ситуаций типа "Блок памятивторой (входной) регистр 2 импульс, пуст" (т.е. не готов к приему инфор"(т.е, готов к выдаче информации).С этой целью в блоке 9 анализируются текущие состояния первого 4 и второго 5 счетчиков адресов записи ичтениясогласно логическим функциям.ГТНЗП="СчЗП=СчЧТ"+"ПЗПдПЧТ",ГТНЧТ="СчЗП="СчЧТ+"ПЗП"=ПЧТ", )где ГТНЗП - готовность блока памятина запись (первый выходблока 9),ГТНЧТ - готовность накопителяна чтение (второй выход,блока 9).При ГТНЗП=О блок памяти не готов 15к записи, т.е. не готов к приему инФормации ("Блок памяти переполнен"),при ГТНЧТ=О блок .памяти не готов к(" Блок памяти пуст"). В остальных Ослучаях блок памяти готов как к приему, так и,к выдаче информации.СчЗП и СчЧТ - текущие адреса записи и чтения, формируемые в счетчиках4 и 5 соответственно;"СчЗП=СчЧТ" - логическая переменная, равная логической" при несовпадении адресовзаписи и чтения иравная логическому"0" в противном случае; 35ПЗП=ПЧТ - логические перемен"ные, равные логической "1" при переполнении счетчиков 4 и(старшие разряды еопервой и второйгрупп входов блока 9);"ПЗП=ПЧТ" - логическая переменная, равная логической "1" при равенстве переменныхПЗП и ПЧТ и равнаялогическому "0" впротивном случае;"ПЗПФПЧТ 1 - логическая перемен"ная, равная инверсии логической пере"менной "ПЗП=ПЧТ",Если емкость блока памяти 3 составляет 2 слов, то счетчики 4 и 5,55а следовательно, и входные .шины блока 9 имеют (и+1) разрядов, а схема3 сравнения имеет о разрядов. Раз 08 8ряды схемы 32 сравнения по первому входу связаны с соответствующим младшими разрядами О, ,(и) первой группы шин, а по второму входу - с разрядами второй группы шин. Схема 34 сравнения по первому входу связана со старшим разрядом первой группы входных шин блока 9,характеризующим состояние переполнения (ПЗПсчетчика 4, а по второму входу - со старшим разрядом второй группы шин, характеризующим состояние переполнения (ПЧТ ) счетчика 5.Выходфнесовпадения схемы 33 .логическая переменная ("СчЗПФСцЧТ") подключен к первым входам элементов 31 и 32 ИЛИ. Выход совпадения схемы 34 (логическая переменная "ПЗП= = ПЧТ" ) подключен к второму входу элемента 31 ИЛИ, а выход несовпадения схемы 34 ("ПЗПФПЧТ") - к второму входу элемента 32 ИЛИ, Выходы элементов 31 и 32 ИЛИ являются соответствующими выходными шинами ГТНЗП и ГТНЧТ блока 9Формирователь 10 импульсов (стробов), реагируя на перепад из логической "1" в логический "0" на своем входе, вырабатывает на выходе импульс, длительность которого соответствует циклу обращения к накопителю. Состояние второго 15 и третьего 16 выходов устроиства готовностей входного регистра 2 на запись и выходного регистра 1 на чтение соответственно анализируется либо программно, либо аппаратно контроллером обмена. При совпадении готовностей входного регистра 2 на запись и устройства-передатчикана выдачу информации вырабатывается команда передачи информации на устройство-передатчик в описываемое устройство. При этом устройство-передатчик выставляет на третий вход 13 устройства передаваемое слово, а на первый вход 11 поступает импульс записи,При совпадении готовностей выходного регистра 1 на чтение и устройства-приемника на ввод информации вырабатывается команда передачи инФормации из описываемого устройства в устройство-приемник, по которой устройство"приемник стробирует инФормацию с первого выхода 14 устройства, а на второй вход 12 устройства поступает импульс чтения.008 10 9 9 ЯСтруктура предлагаемого устройства такова, что при выполнении соответствующих условий допускается одновременное выполнение команд передачи информации из устройства-передатчика в предлагаемое устройство и из него. - в устройство-приемник.Устройство работает следующим образом.Предварительно, по команде начальО ной установки (шина начальной установки не показана) счетчики 4 адресов записи и 5 адресов чтения приводятся в одинаковое состояние со сброшенными разрядами переполнения. Без потери общности можно считать, что оба счетчика сбрасываются в ноль.Кроме того, по этой команде в устройстве устанавливаются состояния готовностей на запись входного 2 и 20 выходного 3 регистров. При этом на третьем выходе блока 8 (готовностей входного регистра 2 на запись) и вто" ром выходе (готовность выходного регистра 1 на запись) присутствует сиг нал логической единицы, а на первом выходе. блока 8 (готовностей входного регистра 2 на чтение) и четвертом выходе блока 8 (готовность выходного регистра на чтение) - логический Зф ноль, формирователь 10 во время начальной установки блокирован.В соответствии с логической формулой (1), реализуемой блоком 9 анализа, на первом выходе блока 9готовностей блока памяти на запись устанавливается сигнал логической "1", а на втором выходе (готовности блока памяти на чтение) - "0", При этом элементы 19 и 20 И-НЕ блока 10 выбора режима заперты соответственно по первому и второму входам, элемент 18 И-НЕ открыт, а 17 И-НЕ закрыт ло" гическим нулем, поступающим с выхода элемента 18 И-НЕ. В результате на первом и втором выходах блока 2 присутствует логическая "1". На выходе формирователя 1 О присутствует логический нуль, вследствие чего в устройстве не происходит никаких действий. На выходах 15 и 16 устрой" ства присутствуют соответственно сигналы логической "1" и "0". При этом единственно возможной является команда передачи информации из устройства- передатчика в предлагаемое устройство.При поступлении импульса записи на вход 11 осуществляется запоминание информации, присутствующей на входе 13 устройства, во входном регистре 2. С окончанием этого импульса на выходах первом (готовностей .входного регистра на чтение) и третьем (готовности на запись) блока 8 анализа установятся соответственно логические "1" и "0". При этом элемент 20 И-НЕ блока 2 выбора режима, предварительно подготовленный по своим первому и третьему входам, открывается, запирая Элемент 18 И-ЙЕ, в результате чего элемент 17 И-НЕ также открывается. На первом выходе блока 2 выбора режима устанавливается логический нуль, который по второму входу блока 3 памяти устанавливает в нем режим записи, а по третьему (адресному) входу коммутатора 6 подключает выходы счетчика 4 к первому (адресному) входу блока 3 памя- ФГи, На втором выходе блока 2 выбора режима происходит перепад из логической "1" в "0", который запускает формирователь 1 О, выходной импульс которого, поступая на третий синхронизирующий вход блока 3 памяти, осуществляет запись содержимого входного регистра 2 в блок 3 памяти по адресу, соответствующему содержимому счетчика 4. Одновременно этот импульс поступает на первый .вход запрета блока.2 выбора режима., где через элемент 21,НЕ запирает элемент 17 И-НЕ, устанавливая на втором выходе вновь состояние логической "1". По окончании выходного импульса формирователя 1 О импульсов выбора содержимое счетчика 4 увеличивается на единицу, первый выход (готовностей входного 1.регистра на чтение) блока 8 и третийвыход (готовности на запись) блока 8 анализа устанавливаются соот ветст венно в состояние логического "0" и "1" и 1в соответствии с формулой (1), второй выход (готовности блока 3 памяти на чтение) блока 9 анализа перейдет в состояние логической единицы, а в блоке 2 выбора режима снимается запрет по первому входу, подготавливая через элемент 21 НЕ элемент 17 И-НЕ. Состояния. счетчика 5 и выходного регистра 1 не изменяются ввиду наличия логического нуля на прямых управляющих входах. С этого момента устройство вновь готово к приему информации во входной регистр 2, но не готово к выдаче информации, так как выходной регистр955008 1 пуст. Совместная готовность выходного регистра 1 на запись и блока 3 памяти на чтение анализируется блоком 3 выбора режима по состоянию его третьего и пятого входов соответст венно. Логические "1" на указанных входах устанавливают в нуль выход элемента 19 И-НЕ, запирая тем самым элементы 18 и 20 И-НЕ. Наличие логической "1" на выходах элементов 1 ф 18 и 20 И-НЕ приводит к установлению в устройстве режима чтения из блока памяти (логическая "1" на первом выходе блока 2) и к запуску формирователя импульсов строба (пере пад из логической "1" в "0" на втором выходе блока 10 выбора режима) . Выходной импульс, формирователя 10 осуществляет в блоке 3 памяти считывание информации из ячейки, адрес 20 которой задается содержимым счетчика 5. С окончанием этого импульса выходная информация блока 3 памяти запоминается в выходном регистре содержимое счетчика 5 увеличивается 25 на единицу, а в блоке 8 анализа выходы четвертыйготовностей выходного регистра на чтение 29 ) и второй (на запись ) устанавливаются,соответственно в состояние логической 11 н 10 нС этого момента устройство готово также к выдаче информации, которая может быть принята устройством-приемником в любой момент по его готовности без потери времени на цикл считывания из блока памяти. При этом на вход 12 устройства поступает импульс чтения, который в блоке 8 анализа устанавливает второй и четвертый выходы соответственно в "0" и "1", что при наличии информации в блоке 3 памяти вновь вызовет вышеописанный цикл считывания из следующей ячейки блока 3 в выходной регистр 1.4 Формула изобретения 30 а третий и четвертый входы - соответВ случае записи информации в последнюю свободную ячейку блока 3 памяти происходит переполнение счетчика 1, При этом содержимое счетчиков ч и 5 становится одинаковым за исключением разрядов переполнения. Тогда в соответствии с формулой (1) на первом и втором выходах блока 9 анализа установятся соответственно "0" и "1", запрещая тем самым дальнейшую запись информации в блок 3 до тех пор, пока иэ него не будет произведено хотя бы одно считывание12Предлагаемое устройство по сравнению с известными осуществляет анализ состояния блока памяти, принудительное считывание информации из блока памяти по заранее известному адресу и регистровую развязку информационных шин устройства от информационныхшин блока памяти, что совместно с анализом состояний регистров, повышает его надежность и быстродействие. 1. Устройство для ввода-вывода информации, содержащее блок памяти, формирователь импульсов, первый и второй счетчики, выходы которых через коммутатор соединены с первым входом блока памяти, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в него введены первый и второй регистры, первый и второй блоки анализа и блок выбора режима, первый выход которого соединен с первыми входами первого счетчика, второго счетчика, первого блока анализа, третьим входом коммутатора, вторым входом блока памяти и первым входом первого регистра, выход которого является первым выходом устройства, второй выход блока выбора режима соединен с входом Формирователя импульсов, выход которого соединен с вторыми входами первого, второго счетчиков, первого блока анализа, третьим входом блока памяти, вторый входом первого регистраи первым входом блока выбора режима,второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами второго блока анализа, входы которогосоединены с соответствующими выходами первого и второго счетчиков, четвертый и пятый входы блока выбора режима соединены соответственно с первым и вторым выходами первого блокаанализа, третий и четвертый выходыкоторого являются вторым и третьимвыходами устройства соответственно,ственно. первым и вторым входами устройства, первый вход второго регистра является третьим входом устройства, второй вход второго регистра соединен с третьим входом первого блокаанализа, а выход соединен с четвертым входом блока памяти, выход которого соединен с третьим входом первого регистра.13 95502. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок выбора режима содержит первый, второй, третий и четвертый элементы И-НЕ, первый элемент НЕ, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с.первым входом первого элемента И-НЕ, выход которого является вторым выходом блока, а второй вход соединен с выходом второго элемента 10 И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И-НЕ и первым входом четвертого элемента И-НЕ, второй и третий входы которо.го являются соответственно вторым и 15 четвертым входами блока, а выход соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ и является первым выходом блока, входы третьего элемента И-НЕ являются соответственно тре о тьим и пятым входами блока.3. Устройство,по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первый блок анализа содержит второй, третий и четвертый элементы НЕ, пятый и шес з той элементы И-НЕ, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первые выходы первого и второго триггеров являются соответственно первым и вторым выходом блока, а вторые выходы - соответственно третьим и четвертым выходами блока, первые входы первого и второго. триггеров соединены с выходами третьего и четвертого триг" геров соответственно, а вторые входы" с соответствующими выходами второго и третьего элементов НЕ и первыми 08входами третьего и четвертого триг".геров, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами пя"того и шестого элементов И-НЕ, первый вход пятого элемента И-НЕ соединен с выходом четвертого элементаНЕ, вход которого соединен с первымвходом шестого элемента И-НЕ и явля"ется первым входом блока, второй входшестого элемента И-НЕ соединен свторым входом. пятого элемента И"НЕи является вторым входом блока, входывторого и третьего элементов НЕ яв"ляются соответственно третьим и четвертым входами блока,4, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что второйблок анализа содержит первую и вторую схемы сравнения и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых являются первым и вторым выходами блока соответственно, а первые входы соединены с выходом первой схемы срав"нения, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены с соответствующими выходами второй схемы сравнения, входы первой и второй схемысравнения являются соответствующимивходами блока,Источники информации,принятые во внимание при экспертиае1, Авторское свидетельство СССР К 648983, кл. 6 06 Г 13/06, 1979. 2, Авторское свидетельство СССР Мф 624231, кл. 6 06 Г 13/02 ф 1978