Адаптер магистралей СМ ЭВМ и микроЭВМ «Электроника 60»

Мини-ЭВМ СМ-3, СМ-4, «Электроника 100-25» и микроЭВМ ряда «Электроника 60М» представляют собой два семейства программно-совместимых электронных вычислительных машин [1]. Мини-ЭВМ типа СМ ЭВМ в качестве стандартного средства обмена с внешними устройствами используют единый интерфейс «Общая шина», по которому параллельно передаются адрес, данные и управляющие сигналы. Для мини-ЭВМ создан большой объем программного обеспечения, включающего операционные системы, языки высокого уровня, пакеты прикладных программ для различных областей науки и техники. Странами СЭВ разработан обширный набор периферийных и запоминающих устройств и контроллеров с интерфейсом «Общая шина» [2].

В микроЭВМ в качестве стандартного средства обмена с периферийными устройствами принят магистральный параллельный интерфейс (МПИ), в котором, в отличие от «Общей шины», адрес и данные передаются по одним и тем же сигнальным линиям. Мультиплексирование адреса и данных снижает пропускную способность шипы, но значительно уменьшает число линий связи, в результате чего уменьшаются габариты и стоимость устройств микроЭВМ.

Разработанное связное устройство (адаптер) позволяет соединить интерфейс микроЭВМ с интерфейсом мини-ЭВМ, использовать для микроЭВМ весь набор периферийных устройств и контроллеров, выпускаемых для мини-ЭВМ «Электроника 100-25» и СМ ЭВМ. Адаптер обеспечивает одновременную работу микроЭВМ с несколькими внешними устройствами, имеющими интерфейс «Общая шина» в программном режиме, режимах прерывания и прямого доступа к памяти (ПДП). Он не имеет программных регистров и не требует специального программного обеспечения, «прозрачен» для программиста.

В отличие от магистрали МПИ, в которой адрес и данные передаются по одним и тем же линиям с временным уплотнением, в «Общей шине» адрес и данные передаются по раздельным линиям. Отличаются также временные диаграммы управляющих сигналов в циклах обмена данными, прерывания и захвата магистрали.

Адаптер (см. рисунок) выполняет следующие основные функции:

• разделение адреса и данных, передаваемых из МПИ в «Общую шину»;
• мультиплексирование адреса и данных, передаваемых из «Общей шины» в МПИ;
• управление операциями прямого доступа к памяти;
• преобразование сигналов синхронизации и управления;
• управление прерываниями программы.

Функциональная схема адаптера магистралей

Для разделения адреса и данных используется адресный регистр, который по сигналу синхронизация запоминает адрес на время выполнения операции обмена. С выхода регистра адрес через передатчики поступает на линии адреса «Общей шины». При передаче из «Общей шины» адреса и данные поступают на входы мультиплексора, который последовательно передает их в МПИ. В программном режиме передатчики адреса «общей шины» постоянно разрешены, а мультиплексор настроен на передачу данных. Если устройство «Общей шины» работает в режиме прямого доступа к памяти, находящейся в АШИ, то передатчики адреса «Общей шины» запрещаются и мультиплексор настраивается на передачу адреса из «Общей шины» в МПИ.

Преобразование управляющих и синхронизирующих сигналов осуществляется с помощью специальной логики, которая одновременно управляет мультиплексором и передатчиками МПИ и «Общей шины» в соответствии с протоколом обмена. Логика управления прерыванием и ПДП позволяет устройствам «Общей шины» работать в режимах прерывания программы и прямого доступа к памяти.

При работе с микроЭВМ, имеющей диспетчер памяти, адаптер позволяет использовать четыре уровня прерывания программы и адресоваться устройствам прямого доступа к памяти емкостью до 256 Кбайт. Для этого в АШИ введены дополнительные линии: 5, 6, 7 — линии уровня запроса прерывания и 16, 17 — линии разряда адреса [3].

Если на вход адаптера от процессора поступает сигнал разрешения прерывания или разрешения ПДП и если устройства «Общей шины» не требуют прерывания или прямого доступа, то адаптер передаст эти сигналы к устройству, установленному в следующей позиции конструктива микроЭВМ. Если устройство «Общей шины» требует прерывания или ПДП, то адаптер разрешает ему занять «Общую шину» и запрещает прохождение сигналов разрешения прерывания и ПДП к устройствам микроЭВМ, расположенным электрически дальше от процессора.

При работе адаптер вносит временные задержки в циклы обмена между устройствами, расположенными в АШИ и «Общей шине». Экспериментально измеренная длительность сигнала синхронизации в цикле Запись при чтении сектора из устройства внешней памяти на магнитном диске СМ 5400, работающего в режиме ПДП, в оперативное запоминающее устройство составляет 1,6 мкс. Минимальная теоретически возможная длительность сигнала Обмен в цикле Запись по стандарту на АШИ составляет 524 нс. Длительность цикла Запись от адаптера примерно на 1 мкс больше теоретического предела.

Оценим средние потери производительности микроЭВМ, работающей параллельно с чтением сектора диска. Время чтения сектора включает время поиска и время передачи данных. Диск имеет среднее время поиска сектора 50 мкс. Сектор содержит 256 слов, которые передаются с периодом 5 мкс. Следовательно, время передачи сектора составляет 256x5 = 1280 мкс, а потери машинного времени при использовании адаптера за период чтения сектора, равный 6,28 мс, составляют 256 мкс, т. е. 4%. Такое снижение производительности практически не заметно для пользователя. Использование адаптера для обмена с оперативной памятью существенно снижает производи
тельность процессора и является нерациональным.

К каждой из 54 линий «Общей шины» адаптер подключает резисторные делители с волновым сопротивлением 120 Ом, которые задают на линиях уровень напряжения 3,4 В. Следует отмстить, что внешние устройства, используемые в ЭВМ «Электроника 100 25», имеют па линиях разрешения передачи и разрешения ПДП согласование, отличное от принятого в «Общей шине»: резистор 390 Ом, подключенный к нулевой шине питания. При использовании этих устройств необходимо обеспечить 120-омпое согласование указанных линий путем подключения резистора величиной 180 Ом к линии и шипе питания 5 В.

Адаптер собран на микросхемах серий К555, К531, К559. Микросхемы серии К555 отличаются значительно мепыпей потребляемой мощностью при тех же временных характеристиках, что и микросхемы наиболее распространенной серии К155. ААикросхемы серии К531 обладают высоким быстродействием и хорошими нагрузочными характеристиками. Для обмена информацией с «Общей шпион» и межмодульным параллельным интерфейсом используются приемники и передатчики серии К559.

Адаптер выполнен на печатной плате с размерами 240х280 мм и питается от источника постоянного тока напряжением 5 ±0,25 В. Соединяется с периферийными устройствами, имеющими интерфейс «Общая шина», с помощью кабелей, для подключения которых содержит два 60-контактных разъема. Адаптер проверен в работе с дисковыми операционными системами РАФОС, ТМОС, МДОСРВ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Наумов Б. Н., Гиглавый А. В. Микропроцессорная технология — основа перспективных ЭВМ массового применения. — Микропроцессорные средства и системы, 1984, № I, с. 7.
2. Преснухин Л. П., Нестеров П В. Цифровые вычислительные машины. — М.: Высшая школа, 1981. — 471 с.
3. Мячев А. А., Никольский О. А. Стандартные интерфейсы микропроцессорных систем. — Микропроцессорные средства и системы, 1984, № 1, с. 29—30.

В. С. Лопатин, А. Г. Юрочкин, Н. Д. Баранов

Статья поступила 11 декабря 1984 г.