Устройство для контроля управляющей вычислительной машины

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в управляющих вычислительныхмашинах (УВМ), работающих в реальноммасштабе. времени.Цепью изобретения является повышение достоверности и оперативностиконтроля устройства.На чертеже представлена функциональная схема устройства,Устройство содержит первый блок 1памяти, группу элементов ИЛИ 2,группу триггеров 3 прерываний, элемент 2 И-ИЛИ 4 триггер 5 ошибки, 15, элемент И 6, первый 7, в:.орой 8 ичетвертый 9 элементы ИЛИ регистр 10счетчик 11, триггер 12 фиксации пре, рываний, второй блок 13 памяти, мультиплексор 14, третий элемент ИЛИ 15 20и входы 16-20 устройства для подключения к выходам контролируемой вы, числительной машины. Устройство для контроля управ ляющей вычислительной машины может ; быть использовано в системах автоматического управления, г:,о троенных на базе УВМ, работающей по жесткой программе в реальном масштабе вре мени. Оперативный контроль за ходом вычислительного процесса, осуществляемый в устройстве для контроля УВМ,базируется на двух принцйпахф контроль правильности порядка включения З 5 в работу подпрограмм обслуживанияпрерываний от внешних устройств, контроль правильности порядка обращенийк ПЗУ, ОЗУ и внешним устройствам впроцессе выполнения каждой кома.нды. 40Обе контрольные функции хорошо дополняют друг друга. Это этносится ик собственно процессу контроля, гдепервая контрольная функция, надежнозащищающая внешние устройства от несанкционированного управления, ноне обладающая по отношению к другим частям программы достоверностью иоперативностью дополняется второйфункцией, подвергающей контролю 50процес" выполнения халдой команды вовсех частях программы и, следовательно, повышающей достоверность контроля, Это относится и к аппаратной реализации предлагаемого устройствагде первая и вторая контрольныефункции используют общий первый блок1 памяти, в котором третий и четвертый информационные выходы служат дляреализации второй контрольной функции.Рассмотрим подробнее вторую контрольную функцию. Она заключается в том, чтобы хранить в первом блоке 1 памяти для каждой команды ее расписание запросов к ПЗУ, ОЗУ и внешним устройствам. В процессе реального исполнения каждой команды проходит реальная серия запросов по линиям запросов управляющей вычислительной машины которые заведены также в устройство для контроля УВМ (входы 16 запросов устройства), Происходит сравнение реальной серии запросов с той, которая должна быть для данной команды, и в случае несовпадения вырабатывается сигнал сбоя.Для примера будем считать, что управляющая вычислительная машина построена на основе МПК БИС с системой команд "Электроника", например, на основе МПК БИС КР 588. Оценим возможное многообразие расписаний запросовпри выполнении одной команды в данном конкретном случае. Будем считать,что в системе содержится два внешних устройства, т.е. вырабатывается четыре различных запроса: ПЗУ, ОЗУ, ВУ 1, ВУ 2. Запросы здесГ вырабатываются на трех фазах исполнения команды; фазе выборки команды, фазе источника и фазе приемника. На фазе выборки команды всегда вырабатывается один и тот же запрос - запрос ПЗУ. Запросы которые вырабатываются на фазах источника и приемника, зависят от вида адресации соответственно источника и приемника. В табл.1 приведена эта информация, причем цифрой вскобах обозначен вид адресации источника или приемника (порядковый номерзапроса на данной фазе), а за цифройперечислены альтернативные виды запросов. Например, если в команде источник имеет косвенно-автоинкрементный вид адресации, то на фазе источника будут выработаны два запроса: первый - запрос ПЗУ, а второй - запрос одного иэ четырех перечисленных устройств в зависимости от конкретного адреса, Далее если в этой команде приемник имеет индексный вид адресации, то на фазе приемника будут выработаны два или три запроса: первые два вырабатываются на подфазе ввода и полностью аналогичны описанным, а третий вырабатывается нли1464163 10 Поскольку могут встретиться любыесочетания источника и приемника, тообщее число возможных расписаний запросов в процессе выполнения однойкоманды равно 117, Все это множестворасписаний нумеруется следующимобразом. Пусть М - номер расписания 20 запросов на фазе источника согласнотабл,2, а Б - номер расписания запросов на фазе приемника согласнофтабл.З, тогда номер расписания запросов для команды, имеющей такиеисточник и приемник, будет М= 13(И - 1) +Х 1) АЭЭ Ф 10,Х .Х - ячейка ОЗУКод команды 062767000010 30ХХХХХХ Источник имеет автоинкрементныйвид адресацйи и расположен в ПЗУ, а .приемник имеет индексный вид адресации и расположен в ОЗУ, поэтомурасписание запросов имеет вид ПЗУ ПЗУ ПЗУ,ОЗУ,ОЗУ Фаза выборки Фаза источни- Фаза при команды ка емника 2) 1 БС В Ф Э Э - регистр ВУ 2Код команды 005237ХХХХХХ , 45 ПЗУ Фаза выборки командыПЗУ, ВУ 2, ВУ 2 Фаза приемника 55 3) ЯЪ 7 АВ ЮКод команда 000301 не вырабатывается на подфазе вывода в зависимости от типа команды, Например, команда ИВ (вычесть) производит вывод вычисленного значения, и запрос вырабатывается, а команда СИР (сравнить) работает аналогично, но вывода не производит. Запрос на подфазе вывода (если он вырабатывается) всегда вырабатывается по отношению к тому же устройству, что и предыдущий запрос на подфаэе ввода (откуда ввели- туда и выводим), поэтому возможные альтернативы заключаются здесь в его наличии или отсутствии, что и обозначено знаками "+" или "-". В табл.2 в явном виде приведено многоббраэие расписаний запросов на фазе источника, которое получено из табл.1.В табл.З приведено многообразие расписаний запросов на фазе приемника, которое также получено из табл.1П р и м е р. Расписание запросовдля нескольких команд. В этой команде источник отсутствует, поэтому связанных с ним запросов нет. Приемник имеет косвенно-ав" тоинкрементный вид адресации и расположен в ВУ 2, поэтому расписание запросов имеет внд В этой команде источник отсутствует, поэтому связанных с ним запросов нет. Приемник имеет регистровую адресацию (является регистром К 1),., поэтому связанных с ним запросов также нет, и расписание запросов будет имеет вид ПЗУ Фаза выборки командыДля двоичного кодирования такойнумерации достаточно семь разрядов,В качестве примера приведем номера идвоичные коды расписаний запросов длярассмотренных команд, представленныев табл.4.Из первого блока 1 памяти, из ячейки, адрес которой определяется кодом текущей команды, считываетсяос его третьих выходов (Э - Э) соответствующий семиразрядный код расписания запросов. Часть схемы, состоящая из элемента И 6, первого 7 и четвертого 9 элементов ИЛИ, регистра 10, счетчика 11 и второго блока 13 памяти, служит для временной развертки закодированного расписания запросов, причем синхроимпульсами развертки служат реальные сигналы запросов, поступающие на входы запросов устройства 16Код расписания запросов является адресом соответствующей зоны во втором блоке 13 памяти. Адрес зоны вводится во второй блок 13 памяти через его первые адресные входы (разряды А 1 - А 1), Число запросов в одном расписании не превышает шести, поэтому каждая зона состоит из восьми слов, адресуемых тремя разрядами А - А, (вто64163 5 14 рые адресные входы второго блока памяти). Двухразрядные слова, хранящиеся во втором блоке памяти, являются кодами запрашиваемых устройств так, как это показано- габл,5,Таким образом, в каждой зоне второго блока 13 памяти последовательнозаписаны коды запрашиваемых устройств согласно тому расписанию запросов, код которого адресует эту зону. В качестве примера в табл.6 показана одна зона второго блока3 памяти Она адресуется кодом 0010101 (21) и,следовательно, соответствует рас, писанию запросов номер 2", Все адресное пространство второго блока 13памяти разбито на две страницы, Разрядом адреса страницы является А. (третий адресный вход) Все сказанное о зонах второго блок 13 памятиотносится только к его с.ранице О. , Необходимость страницы 1 вызвана , следующим, В управляющей вычислительной машине после предоставления прерывания внешнему устройству, но еще до начала исполнения первой команды из протраммы обработки прерывания, по линиям запросов проходят четыре запроса: ОЗУ, ОЗУ, ПЗУ, ПЗУ. Они связаны с занесением двух слов в ОЗУ (слово состояния программы и счетччк команд) и извлвч.ния двухслов из ПЗУ (новый счетчик команды и новое слово состояния программы). Эти запросы ни с какими командами программ не связаны, и поэтому немогут быть учтены на странице О. Дляих учета предназначена страница 1все зоны которой имеют одинаковоесодержание, в табл,1, в частностиприведена одна из,них. Сигнал на входе 17 сброса устройства, а также сигналы прерываний имеют высокий активный уровень. Сигналы на входе 20 прерываний устройства являются сигналамв предоставления прерываний управлякщей вычислительной машины а следовательно появляются только послв завершения команды, во время кото 1".ой появилось требование прерывания. Появление сигналов на входе 20 прерываний уст". ройства до завершения серии запросов, принадлежащих текущей команде, невозможно.Устройс гво функционирует следующьы образом. с 10 15 20 25 30 35 Сначала рассмотрим контроль правильности последовательности запросов в процессе выполнения каждой команды. Контролируемая УВМ последовательно выполняет команды основной программы в нормальном состоянии при отсутствии сбоев в работе УВМ. Блоки 1 и 13 памяти заранее прошиты в соответствии с правилами, приведенными в табл. 2 3, б, 7. После установления адресной информации на адресных входах 19, на информационных выходах первого блока 1 памяти появляется соответствующая информация. Информационный разряд О, (четвертык выход) является при этом индикатором "Команда - данные". Если по текущему адресу в основной программе размещен код команды, то разряд 0устанавливается в "1", а если данные - в "0". Таким образом, импульс с управляющего входа 18 проходит через элемент И 6 только в том случае, если текущий адрес - адрес команды В этом случае он поступает на вход синхронизации регистра 10, и информация с третьих выходов первого блока 1 памяти (0, - Пю ), являющаяся кодом расписания запросов данной команды, записывается в ре-. гистр 10. Одновременно этот импульс через четвертый элемент ИЛИ 9 обнуляет счетчик 11 и устанавливает в "О" триггер 12 фиксации прерываний. Таким образом, перед началом серии запросов, соответствующих данной команде, на первых адресных входах (А, - А 7) второго блока 13 памяти установлен код расписания запросов,который сохраняется там вплоть допоявления следующей команды, т,е.в течение всей серии запросов.Триггер 12 находится в "0", т.е. во втором блоке 13 памяти выбранастраница О. Счетчик 11 обнулен, т,е.установлен адрес начала соответствующей зоны страницы О, Информация свыхода второго блока 13 памяти поступает на адресные входы мультиплексора 14 Все готово к приходу сериизапросов, При появлении первого изних по любой из линий 6 на выходепервого элемента ИЛИ 7 появляется импульс с высоким активным уровнем. Он поступает на вход синхронизации мультиплексора 14, коммутируя один из его информационных входов с выходом в соответствии с информацией1464163на адресных входах. Если импульс рается первая команда из программы запроса пришел "по расписанко", то обработки прерывания, и процесс открывается именно тот канал муль- работы устройства продолжается так, типлексора, который связан с линией, как описано. по которой пришел импульс запроса. Если в работе контролируемой УБИ Например, если "по расписанию" возникнет сбой, который приводит к пришел импульс "Запрос ПЗУ", то с нарушению порядка следования импульвыходом мультиплексора будет соединен сов запроса, то это будет немедленно информационный разряд Р Следова обнаружено. Пусть, например, в какой- тельно, сигнал на выходе мульти- то момент выполнения команды должен плексора будет продолжать иметь низ- поступить импульс "Запрос ПЗУ", Это кий уровень, поскольку на входе от- выражается в том, что на адресные крывшегося канала мультиплексора на- входы мультиплексора 14 будет пода ходится сигнал запроса с низким ак код 00, Вместо импульса "Запрос ПЗУ" тивным уровнем. поступает, например, импульс "ЗапросПосле того как импульс запроса ВУ 1". Это приводит к тому, чтс открызакончится, сигнал снимется с входа вается канал мультиплексора 0 , а синхронизапии мультиплексора 14, все сигнал высокого уровня (на О, импуль-, его каналы закрыты, и сигнал на его 20 са запроса нет, и уровень неактив- . выходе продолжает иметь низкий ный - высокий) поступает на выход уровень. Одновременно фронтом 1-0 1 мультиплексора. После окончания им 11 11сигнала на счетном входе счетчика 1 1 пульса запроса мультиплексор з акрыкод счетчика наращивается на единицу в ае т ся , и уровень сигнала на е го выи будет адресовать следующее слово в 2 б ходе снова становится низким . Таки 1 рассматриваемой зоне .второго блока 1 3 обРазом , при поступлении на вход памяти . Теперь устройство готово к 1 б запросов импульса запроса "не11 приходу следующего импульса запроса. па расписанию , на выходе м,льтиплекПосле прохождениявсех импульсов сора 14 сразу же ьозникает импульс. запроса соответствующих данной ко- ЗО Этот импульс через третий элемент маиде, могут иметь место два продол- ИЛИ 15 устанавливает в " 1" триггер жения. Первое - это выборка следующей 5 ошибки, сигнализируя о том, что команды с обнулением счетчика 11, произошел сбой. триггера 12 и записью в регистр 10 Рассмотрим контроль правильности нового кода расписания запросов пос- включения в работу подпрограмм обФ 35ле чего весь описанный процесс пов- слулявания прерываний от внешних устторяется, Второе - приход импульса ройств. Функционирование этой части с входов 20 прерываний, что соответ- схемы, содержащей первый блок 1 памяствует предоставлению прерывания од- ти (задействованы первые и вторые ному из ВУ. В этом случае на выходе 4 О выходы), группу элементов ИЛИ 2, второго элемента ИЛИ 8 появляется им- группу триггеров 3 прерываний и элепульс с высоким активным уровнем, мент 2 И - ИЛИ 4, В первом блоке который через четвертый элемент ИЛИ памяти разряды Р и Э связаны с 9 обнуляет счетчик 11 и устанавлива- пРограммой обслуживания прерывания ет в "1" триггер 12, Теперь, перед 415 о 1 ВУ 1. Это означает, что в блоке приходом серии запросов ОЗУ, ОЗУ, памяти по тем адресам, па которым в ПЗУ, ПЗУ, которая всегда имеет место основной памяти размещена программа при нредоставлейии прерывания, триг- обслуживания прерывания от ВУ 1, за-, гер 12 адресует страницу 1 во втором писана некоторая информация в О, и блоке 13 памяти, а счетчик 11 указы Эа по остальным адресам в 11 и Э вает на начало зоны, причем неважно записаны "О". По адресам программы какая именно это зона, так как на обслуживания прерывания от ВУ 1 запистранице 1 все они одинаковы. При сана следующая информация: в Э,11 11н правильном прохождении этой серии О цля всех команд кроме послсднеи, сигнал на выходе мультиплексора 14 55 для последней команды - "1"; в П имеет низкич уровень точно так же, "1" для всех команд кроме последней, как это описано. для последней. команды - "0", АналоПосле того, как рассматриваемая .гичным образом разряды В, и 0 свясерия запросов заканчивается, выби- эаны с программой обслуживания пре9 146 рывания от ВУ 2. Признаком правильности включения программы обслуживания прерывания является наличие перед этим соответствующего импульса прерывания на входах 20 прерываний.Рассмотрим процесс правильного включения программы обслуживания пре рывания от ВУ 1. Импульс иа линии "Прер, ВУ 1" устанавливает в "1" первый триггер группы триггеров 3 прерываний. Сигнал "0" с инверсного выхода этого триггера запрещает прохождение импульсов с выхода Э черезэлемент 2 И - ИЛИ 4. Таким образом,импульсы с выхода Э , которые появляются Во время работы программы об-работки прерывания от ВУ 1, не прохо, дят на выход элемента 2 И-ИЛИ 4, потому что были замаскированы импульсом "Прер, ВУ 1", поступившим ранее. По окончании работы программы обработки импульс, который появляется на Э при выборке последней команды, через первый элемент ИЛИ 2 из группы устанавливает первый триггер 3 из группы 3 в "О", т.е. схема возвращается в исходное состояние, Если происходит несанкционированное включение программы обработки прерывания От ВУ 1, то импульсы с Выхода О, будут. беспрепятственно проходить на выход элемента 2 И-ИЛИ 4, и далее через третий элемент ИЛИ 15 установят в "1" триггер 5 ошибки, что будет сигналом наличия сбоя.Все элементы устройства являются стандартными Функциональными узлами, широко используемыми при построении циФрОВых устройств, и могут быть выполнены на базе серий К 555 и К 573.В устройстве для контроля УВИ контролю подвержена каждая команда в любой части программы и сигнал сбоя вырабатывается в течение вре-мени выполнения одной команды. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство дггя контроля управляющей вычислительной машины, содержащее первый блок памяти, элемент 2 И-ИЛИ, группу триггеров прерываний, группу элементов ИЛИ и триггер ошибки, причем адресные входы первого блока памяти явля 1 отся входами устройства для подключения к шине адреса контролируемой вычислительнОй мапины ВыхОд триггера ошибки является выходом11 л 11 устройства, вход установки в 41 бЗ 1 Отриггера ошибки является входомсброса устройства, входы установкив "1" группы триггеров прерываний 5являются входами устройства для подключения к выходам прерываний контролируемой вычислительной машины,первые входы элементов ИЛИ группысоединены с первой группой выходов 10 первого блока памяти, вторые входыэлементов ИЛИ группы соединены свходом сброса устройства, выходыэлементов ИЛИ группы соединены свходами установки в "0" триггеров 15 прерываний группы, выходы которыхсоединены с первой группой входовэлемента 2 И-ИЛИ, вторая группа входовкоторого соединена с второй группойвыходов первого блока памяти, о т - 20 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности и оперативности контроля, в него дополни"тельно введены элемент И, первый,второй третий и четвертый элементы 25 ИЛИ, второй блок памяти, регистр,счетчик, триггер Фиксации прерываний и мультиплексор, входы первогоэлемента ИЛИ являются входами устройства для подключения к выходам зап росов контролируемой вычислительноймашины, выход первого элемента ИЛИсоединен с четным входом счетчикаи входом синхронизации мультиплексора, третья группа выходов первогоблока памяти соединена с информационными входами регистра, выходы которого соединены с первой группойадресных входов второго блока памяти, вторая группа адресных входов 40 которого соединена с выходами счетчика, а третий адресный вход соединен с выходом триггера Фиксациипрерываний, выход второго блокапамяти соединен с адресным входом 45 мультиплексора, инФормационные Входыкоторого соединены с входами устройства для подключения к выходам запро-сов контролируемой вычислительноймашины, четвертый выход первого 50 блока памяти соединен с,первым входомэлемента И, второй вход которого является входом устройства для подключения к выходу разрешения приема адреса или команды контролируемой вы-,числительной машины, вход установкив "1" триггера Фиксации прерыванийсоединен с выходом второго элементаИЛИ, выход элемента 2 И-ИЛИ соединенс первым входом третьего элемента1464163 12 ИЛИ, второй вход которого соединенс выходом мультиплексора, а выходсоединен с входом установки в "1"триггера ошибки, выход элемента Исоединен с первым входом четвертогоэлемента ИЛИ, с входом синхронизациирегистра и входом установки в "0"триггера фиксации прерываний, выход второго элемента ИЛИ соединен свторым входом четвертого элементаИЛИ, выход которого соединен с входомсброса счетчика, входы второго элемента ИЛИ соединены с входами устройства для подключения к выходампрерываний контролируемой вычислительной машины. ( ТаблицаВиды адресации Запросы Источник Приемник Вывод Ввод РегистроваяКосвенно-регистроваяАвтоинкрементнаяКосвенно-автоинНет Нет Нет(3) +,Та.блица 2 Таблица 4 г цщщ щщИ Запросы И Запросы Команда И И И Двоичный код35.и 6 ПЗУ, ПЗУ.7 ПЗУ, ОЗУ 8 ПЗУ, ВУ 1 9 ПЗУ, ВУ 2 2 3 4 АВВФ 10 Х 2 8 1 ИСд) Ф 0 1 12 ЗУАВ В.1 1 1 21 0010101 12 0001100 1 0000001 Таблица 3 4 О И Запросы И Запросы Таблица 5 8 ПЗУ, 9 ПЗУ,10 ПЭУ, 11 ПЗУ, 12 ПЗУ, 13 ПЗУ,Код Устройство ПЗУ ОЗУ ВУ 1 ВУ 2 00 01 1 О 11 50 2 3 4 5 б 7 Нет ПЗУ ОЗУ ВУ 1 ВУ 2 НетОЗУ, ОЗУОЗУВУ 1, ВУ 1ВУ 1ВУ 2, ВУ 2ВУ 2 ОЗУ, ОЗУОЗУВУ 1, ЭУ 1ВУ 1Вуг, ВУ 2ВУ 2 ВУ 2 (1) ВУ 2 (1)14Таблица 6 1464163 13 АдресЗоны Примечание Данные Внутризоны Страницы Таблица 7 ПримечаДанные ние Адрес Внутризоны Зоны Страницы ОЗУ ОЗУ ПЗУ ПЗУ П р и м е ч а н и е. ХХ - код значения не имеет, - устройство по коду ХХ.Составитель В. КуликовскийТехред А. Кравчук Корректор Л. Патай Редактор Н.Яцола Заказ 826/52 Тираж 667 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета цо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 3-35, Раущская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 О 0 О О 0 О 0 0 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0010101 0019101 0010101 0010101 0010101 0010101 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111 00 00 00 01 01 ХХ 01 01 00 ОО ХХ ХХ ХХ ПЗУ ПЗУ ПЗУ ОЗУ ОЗУ