Устройство для сопряжения вычислительной машины с внешними устройствами

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 01)1 351) 6 06 Г 3/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 552603, кл. 6 06 Е Э/04, 1974.2Авторское свидетельство СССР Р 703800, кл. О 06 Г 3/04, 1977 ,(прототип)(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯЖЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОИ МАШИНЫ С ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ, содержащее приемо- передаточный блок, первая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов. устройства, .обратимый преобразователь параллель- ного кода в последовательный, соединенный первым: входом-выходам с первым входом дешифратора и через магистраль с первым входом-выходом .блока связи с каналом ввода/вывода и входом-выходом блока управления так- . товый вход которого подключен к первому выходу .генератора импульсов,а вход команд - к выходу дешифратора 1 вторым входам соединенного с выходом блока связи с каналом ввода/ вывода, второй вход-выход которого является входом-выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем что с целью повиаения быстродействия устройства, в него введены коммутатор, регистр адреса и блок буферной памяти, причем управл)пощий выход блока управления соединен с входом блока буферной памяти, вход- выход котброга соединен через магистраль с входом-выходом блока управления и первьзк входом регистра адреса, второй вход которого подключен к второму входу дешифратора, авыход - к адресному входу коммутатора, группа входов-выходов коммутатора соединена с второй группой входов- выходов, приемо-передаточного блока, вход-выход - с вторым входом-выходом обратимого преобразователя Я параллельного кода в последовательный, вход которого подключен к второму выходу генератора импульсов.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, отдаленныхдруг от друга.Известно устройство для сопряжения ЦВМ с внешними устройствами,содержащее блок связи с каналом ввода-вйвода, регистр управления, блокпоиска свободной эоны, блок анализакоманды, регистры данных, блок памятиадресов, блок местной памяти, счетчик,блок выработки байтов состояйия, блок 15связи с внешними устройствами, блокопределения монопольного режима и выдачи сигналов идентификацииГ 1;,Недостаток такого устройства состоит в том, что оно имеет большой объем оборудования, не обеспечиваетсвязи с удаленными внешними устройствами так как связь с этими устройствами обеспечивается через одну линию связи с параллельной передачей сигналов) и большинство команд в нем не распознается и они транслируются к внешним устройствам без обработки, Кроме этого, скорость обмена данными в устройстве ограничена из-эа 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 внешними устройствами, содержащее соединенные друг с другом два блока обмена, каждый из которых состоит из узла согласования, обратимого преобразова 40 теля параллельного кода в последовательный, узла управления приемом-передачей,генератора импульсов и приемо-передаточного узла, группы элементов задержки и дешиФратора 21. 45Недостаток 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 этазадержка вносится при передаче каждого 55 байта управления и каждого байта информации, т,е. передача следующего, байта производится только после получения подтверждения о приеме предыдущего байта. ПОэтому такое устройство не обеспечивает работу с быстро 60 действующими внешними устройстваминапример, графическими дисплеями ). Ограниченная область применения устройства обусловлена также тем, что работа с удаленными, внешними устрой- , 65 ствами может осуществляться толькопо 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 междувнешними устройствами,Цель изобретения - повышение быстродействия за счет органиэации обмена информацией блоками без ожидания подтверждения о приеме каждогобайта й выполнения начальной выборкии предварительной обработки команд.непосредственно в устройстве сопряжения.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее приемопередаточный блок, первая группавходов-выходов которогоявляется груп.пой входов-выходов устройства,обратимыйпреобразователь параллельногокода в последовательный, соединенныйпервым входом-выходом с первымвходом дешифратора и через магистральс первым входом-выходом блока связис каналом ввода/вывода и входом-вы"ходом блока управления, тактовыйвход которого подключен к первомувыходу генератора импульсов, а входкоманд - к выходу дешифратора, вторым входом соединенного с выходомблока связи с каналом ввода/вывода,второй вход-выход которого является входом-выходом устройства, введены коммутатор, регистр адреса и блокбуферной памяти, причем управляющийвыход блока управления соединен свходом блока буферной памяти, входвыход которого соединен через магистраль с входом-выходом блокауправления и первым входом регистра адреса, второй вход которого.под;ключен ко второму входу дешифратора,а выход - к адресному входу комму- .татора, группа входов-выходов коммутатора соединена со второй группой входов-выходов приемно-передаточного блока, вход-выход - со вторымвходом-выходом обратимого преобразователя, параллельного кода впоследовательный, вход которого поД.ключен ко второму выходу генератора импульсов.На чертеже представлена блоксхема устройства,Устройство содержит приемо-передаточный блок 1, коммутатор 2, обратимый преобразователь 3 параллельного кода в последовательный,генератор 4 импульсов, дешифратор 5,блок б связи с каналом ввода/вывода,блок 7 управления, состоящий изгруппы 8 регистров, арифметико-логического узла (АЛУ) 9, узла 10 дешифрации микрокоманд и узла (ПЗУ) 11постоянной памяти, блок 12 буфернойпамяти и регистр 13 адреса. Блок бсвязи с каналом содержит регистр 14состояния, дешифратор 15 адреса устройства и группу усилителей 16,Усилители 16 состоят из усилителей приема и передачи и служат для электрического согласования устройства с каналом ввода/вывода ЭВМ, 5 В регистре 14 формируются байты состояния для передачи в ЭВМ и для определения готовности устройства к работе с ЭВМ, Дешифратор 15 адреса сравнивает адрес устройства с адре О сом вызываемого устройства.Устройство работает следующим образом.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 каждого иэ режимов работы определяется соответствующей микропрограммой, записанной в узле 11 ЗО и реализуемой узлом 10, где расшифровывается очередная микрокоманда и определяется адрес следующей микро- команды, содержащейся в узле 11.Микрооперации (арифметические операции, перезапись данных в регистрах, запись и считывание данных иэ памяти и т,п.) выполняются с помощью АЛУ 9, регистров 8 и блока 12.При включении питания автоматически запускается микропрограмма началь ного сброса, которая устанавливает все узлы и блоки устройства в исходное состояние.Начало работы соответствующей микропрограммы определяется установ кой адреса первой микрокоманды в данной микропрограмме с помощью дешифратора 5.После окончания микропрограммы начального сброса начинает выполнять- о ся микропрограмма опроса состояний внешних устройств.Связь с каждым ВУ обеспечивается через соответствующий. вход-выход первой группы приемо- передаточного блока Х по отдельной двухпроводной линии.Микропрограмма последовательно меняет на единицу код в регистре 13. По этому коду переключается коммутатор 2, через который к,устройству подключается одно из ВУ. Таким об разом происходит последовательный опрос каждого из ВУ, от которых в устройство передаются байты состояний. Эти байты записываются в блок 12, в котором выделены фиксированные ячейки для данных о состоянии каждого ВУ. Преобразования кодов из последовательного в параллельный при передаче из ВУ в устройство и из параллельного в последовательный при передаче из устройства в ВУ производится в обратимом преобразователе 3,.Из устройства в ВУ передаются байты данных и команды. Иэ ВУ в устройство передаются данные и байты состояния. В режиме опроса иэ ВУ в ответ накоманду "Запрос" передается байт состояния, в котором содержатся данныео,готовности ВУ к работе и биты"Внм" (внимание) и "Ком";(команда)Эти биты одновременно не могут иметьединичного значения. Если бит "Вимаравен единице, то из ВУ поступаютдополнительные байты, которые содержат данные для уточненного состоянияи которое записывается в блок 12. Одновременно выдается сигнал на включение микропрограммы установки связи с ЭВМ.Если бит "Ком" равен единице, тоиз ВУ передаются также дополнительные байты, в первом иэ которых содержится код команды и адрес ВУ, ккоторому она относится. Например,если поступила команда фЗаписьф, тоэто означает, что информация из данного ВУ должна переписаться в ВУ,адрес которого указан в байте с командой. Следующие байты содержатначальный адрес ЗУ, в которое, должна записаться передаваемая информацияили откуда должны быть считаны данные,Если биты "Внм" и"Ком" равны нулю, то следующие байты состоянияиз ВУ не передаются.Обмен данными между блоками внутри устройства производится по общей9-битовой магистрали (шине), причем8 бит служат для передачи данных и.1 бит - для контрольного разряда.Контроль по четности производитсяв обратимом преобразователе 3 и вблоке 12.В байтах состояния, поступающихиз ВУ, производится анализ наличиятребования на обслуживание ЭВМ. Припоявлении такого требования, котороерасшифровывается в дешифраторе 5,прекращается опрос ВУ, в регистре 13фиксируется адрес данного ВУ и запускается микропрограмма подключенияк ЭВМ по запросу абонента, В узле 10микропрограммой формируется последовательность байтов данных команд,состояния и адресов в соответствиис требованиями .на конткретный интерфейс ввода-вывода ЭВМ, для реализации протокола которого в ПЗУ 11 хранится микропрограмма, Далее для прирарассматривается интерфейс ЕС КВМ.Если требование на подключение ВУпроисходит по инициативе ЭВМ, то вдешифраторе 15 в соответствии со стандартом на интерфейсе ввода и выводав последовательности начальной выборки расшифровывается и опознается адрес устройства ( старшие разряды ад"реса ВУ). Если код в регистре 14 разрешает работу устройства с ЭВМ ( нетбитов "Занято" и т.п.) то через дешифратор 5 устанавливается начальный 10,адрес микропрограммы связи с ЭВМ поинициативе канала.Если в мОмент выдачи требованияабонента 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 толькообеспечено йаличиесоответствующих программ в ПЗУ 11, выход накоторые обеспечивается в соответствии 5с адресом ву и кодом команды, которая расшифровывается узлом 10.При этом для установления связиЭВМ с соответствующим ВУ, расшифровки команды, а также для выполнения некоторых команд (холостойход, уточнить состояние и т.д.)не происходит потери времени на получение информации из ВУ. Все необходимые данные в этих случаяхформируются непосредственно микро программой с использованием байтовсостояния, записанных в блоке 12.Обмен данными между ЭВМ и ВУ в соответствии с выполняемой командой (запись, чтение, и т.д.) или 4 О между двумя ВУ в соответствии с поступившими от ВУ байтами состояния ( в байтах состояния поступает адрес ВУ и указание на передачу емуили получение от него информации ) 45 проводится под управлением микропрограммы через блок 12. Для повышения скорости передачи по линии связи обмен производится блоками данных (,например, по 32 или 64 байта), Ответный сигнал, подтверждающий прием данных, поступает только после передачи всего блока в байте состояния от ВУ при команде "Запись" или от устройства сопряжения при команде "Чтение". Внутри блока данных 55 байты передаются друг за другом без интервалов. Для определения конца передаваемого массива данных, который может закончиться раньше конца блока данных, передается специаль- Щ ный байт, код которого определяет последний байт в массиве. Запись (и сочетание) информации из ЭВМ в блок 12 ведется асинхронно, а пе- З редача 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 выборомоптимального 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 начальную выборку.В результате анализа алгоритмов выполнения указанных функций установлено, что количество операций, выполняемых устройством 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. Поэтому 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 микро- команды.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 - 001,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..Условноеобозначение Номераразрядов формат Назначение Код константыКод операцииАдрес регистра блока В 5-12 2-4 СП 5-7 В Адрес регистра источка Признак адреса результата Р Адрес регистра блока А А 5-8 2,3 9-12 Разряды адреса следующеймикрокоманды НСПризнак источника условий установки младших раз.рядов адреса следующей микрокоманды 1,2,3,51,2,3,4,5 13-1 б Н 17 П 18-20 Условия установки предпоследнего разряда.адресаследующей микрокоманды 1,2,3,4,5 ПС. Условия установки последнего (младшего.разряда адреса следующей микро- командыПризнак условия перехода О-адрес микрокоманды определяется разрядами 5-1 б 1-адрес микрокоманды записан в регистре, адрес которого указан разрядами 5-8 1,2,.3,4,5 21-28 ПМ Адрес следующей микрокоманды М 5-16 О-считывание из ЗУ1-запись в ЗУ 1Во время обращения к блоку 12 запрещается обращение к ПЗУ 11. Таким образом, цикл обращения к блоку 12 и цикл выполнения микрокоман ,ды могут быть различными.Группа регистров 8 состоит из 32 регистров по 8 бит каждый. Все регистры разбиты на две группы - блок А и блок В, которые имеют независи мую адресацию.В АЛУ 9 выполняются операции над числами, записанными в регистрах блока А и блока В. Результат операцииостается в регистре реэульта та АЛУ 9, если бит признака Р,или переписываются в регистр, адрескоторого задается кодом А в микрокоманде, если Р=О.В общем виде адресация микропрограьк осуществляется следующим образом,каждая выбранная микрокоманда содержит адрес следующей микрокоманды,состоящий из постоянной и переменнойчасти, Постоянная часть дает прямоезначение битов адреса следующеймикрокоманды, а переменная часть описывает условия формирования младшихбитов адреса,1013939 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 О.Таким образом, имеется возможность установить в зависимости от условий один из четырех адресов для следующей микрокоманды.Условия определения младших разря дов,адреса следующей микрокоманды определяются кодированием битов байта управления К или байта на шине данных, если выполняется микрокоманда пересылки. 15Список 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 Таблица 2 еЗначение условий Код, устанавливаемый вполе условийперехода Признакисточникаусловий Поле ПМ Поле ПС 0,1 ООО 0,1 001 Ошибка четностив канале Ошибка четности,при приеме из ВУ 010 ИНФ-К АДР-К 011 УПР-К БЛК-К 100 АПереполнение 010 Есть первый битв байте данныхЕсть третий бит Есть нулевой битв байте данныхЕсть воторой бт 011 100 Есть пятый пит Есть четвертый битЕсть шестой бит 101 Бсть седьмой бит 110 ке устройства от канала узлом сравнения адресов. Суть прерывания состоитв установке в РАМ адреса первой микро команды подпрограммы работы с каналом. После окончания цепочки командподпрограмма работы с каналом возвращается к подпрограмме опроса ВУ.60 Для примера рассмотрим частьподпрограммы работы с каналом, описывающую процесс начальной выборки.Обозначения и названия сигналов приводятся в соответствии с ОСТ 4 ГО, 65 304.000 ред. 1-73. 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 циклически опрашивает ВУ и записывает их состояния в фиксированные ячейки блока 12. Работа подпрограммы опроса останавливается при прерывании, которое происходит при выборпризнака источника условий определяет условия установки младшего разрядаадреса следующей микрокоманды припоявлении сигнала переполнения навыходе АЛУ 9. Если есть переполнение,то младший разряд адреса устанавливается в 1, а если нет - то в О. Есликод в поле условий равен 000 или 001,то соответствующий разряд. адреса(последний или предпоследний) уста-навливается соответственно в 0 или 1без проверки каких-либо условий.1 Микрокоманды форматов 1,2,3,5 позволяют адресовать следующую микро- команду 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., 0004 Переход Рг 1 Рг 2 Рг 1 0006 0005 0006 0007 Рг 1 Рг 10 0008 0007 0009 0008 ОООА 0009 ОООА 0008 ОООВ Переход 000 С РГ 12 ОООС С Рг 12 ОООД ОООД ОООЕ С Рк 12 ОООЕ ОООЕ 0010 Адресмикро"команды Рг 14 Рг 13Рг 1 Рг 1 Рг 1 РГ 1Рг 11 Рг 11. Адрес сле-.дующеймикрокоманды ОООС ОООД Таблица 3 Код адреса нз ШИН-Кзаписывается в Рг 1 Нет ошибки по четности Есть ошибка по четности В Рг 2 записывается константа Установка бита ВБР-А нашину УПР-А Переход к программе опроса Отбрасываются старшие разряды адреса. В Рг 1 оказывается адрес ВУ. Установка адреса и пускблока 12 Подготовка адреса на ШИН-А Задержка до окончания циклаблокаПроверка битов состоянияв Рг 11 ВУ хранит прерывание ВУ не готов к работе ВУ готов к работе Переход к программеобработки прерывания Установка бита ВБР;Ана шину УПР-А Установка битов АДР-Аи АБ-А на шину УПР-Аесли есть ВБР-К.и РВБ-К Есть сигнал АДР-К нашинах УПР-К Нет сигнала АДР-Е Установка на шину УПР-Абайта с нулевым битом АДР"А Нет бита УПР-К Есть бит УПР-К1013939 Продолжение табл.З Операция Адресмикрокоманды " Адрес следующеймикрокоманды Примечание 000 Е Переход к программеопроса ВУ Переход 0010 Рг 14 РГЗ Запись кода команды изШИН-К в РГЗ 0011 Есть ошибка по четностиНет ошибки по четности 0012 Переход Ыа окончание связи по ошибке 0011 Переход Адреса микрокоманд приводятся в шестнадцатиричном коде Таким образом, использование дан ного устройства для сопряжения ЭВМ с графическим дисплеем позволит выделить устройство сопряжения в отдельную конструкцию, расположенную вблизи ЭВМ, а ЗУ регенерации изобретения 3 О приблизить к индикатору (экранному пульту ), удаленному от ЭВМ на значительное расстояние 1000-2000 м 3. При этом создаются более комфортабельные условия для работы оператора, упрощается эксплуатация графического дисплея и уменьшается общий (суммарный) объем оборудования.По данным эскизной проработки предлагаемое устройство сопряжения обес-печит скорость обмена с ЭВМ порядка 400-. 500 кбайт/с, что превышает в 4 и более раз скорости известных устройств, от которых ВУ находится на таких же расстоянияхПолученные скорости обмена обеспечивают возможность подключения устройства к селекторному каналу ЭВМ и сокращения дри этом количества скоростных каналов связи по сравнению с известным устройством, так как предлагаемое устройствопредусматривает только одну скоростную линию связи.Структура предлагаемогоустройства позволяет легко реализовать его на серийных СИС и БИС.В предлагаемом устройстве, благодаря комплексному 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.018/57 4 лиал ППП "Патент ф, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 704 ВНИИПИ Государстве до делам изобретен 113035, Иосква, ЖПодписноного комитета СССй и открытий5, Раушская наб.,