Электронная вычислительная машина с перестраиваемой структурой ПС-320

Быстродействующая, высоконадёжная, векторная микро-ЭВМ ПС-320 с микропрограммным управлением предназначена для использования в составе сейсморазведочных геофизических комплексов, а также в промышленных и лабораторных управляющих вычислительных комплексах, работающих в режиме реального времени. ЭВМ ПС-320 может быть применена в научно-исследовательских и отладочных системах, работающих в диалоговом режиме с использованием языков высокого уровня.

Высокая эффективность ЭВМ ПС-320 обеспечивается большим объёмом памяти, ориентацией на применение языков высокого уровня, широким использованием БИС, мультипроцессорной организацией, однородными структурными решениями при реализации системы ввода-вывода, схемно-микропрограммной реализацией команд обработки векторов и матриц, программно-аппаратными средствами повышения надежности, включая избыточное кодирование. Встроенные средства диагностирования и процедура восстановления по сбоям обеспечивают высокие показатели эксплуатационной надёжности ПС-320.

Внешние устройства через стандартные интерфейсы подключаются к периферийным процессорам.

В максимальном составе ЭВМ ПС-320 должна иметь управляющий процессор, скалярный процессор, векторный процессор, ряд периферийных процессоров и блоки локальной и центральной памяти.

Различные конфигурации, необходимые пользователям, образуются путем исключения отдельных процессорных модулей из системы.

Центральная память ПС-320 имеет страничную организацию, содержит блоки оперативной и постоянной памяти и имеет возможность наращивания — до I28K слов.

Комплект внутреннего математического обеспечения ЭВМ ПС-320 включает в себя:

• базовый и проблемно-ориентированный наборы команд;

• языки ассемблера и высокого уровня (типа АРL);

• систему кросс-обеспечения, включающую библиотеку команд, кросс-ассемблер и программную модель ЭВМ;

• резидентный ассемблер;

• операционную систему реального времени;

• диалоговую операционную систему, ориентированную на язык высокого уровня;

• тестовую систему.

Эквивалентная производительность ЭВМ ПС-320 не менее 3000000 элементарных операций в секунду.

Быстродействующая векторная вычислительная система ПС-320, разработанная в Институте проблем управления АН СССР совместно с НПО «ЭЛВА» (г. Тбилиси), предназначена для решения широко используемого класса задач типа задач линейного программирования, обработки изображений, медицинской и геофизической информации, управления сложными технологическими системами и научным экспериментом. Основными объектами обработки этих задач являются большие регулярные массивы (векторы и матрицы) символов, целых и дробных чисел.

ПС-320 представляет собой малую векторную ЭВМ с микропрограммным управлением, конвейерным методом обработки массивов, сверхбыстрой внутримашинной магистралью, большим объемом ОЗУ. Объединение скалярных и векторных обрабатывающих устройств в одном процессоре позволяет ценой небольших аппаратных затрат обеспечить эффективную обработку длинных и коротких массивов данных, совмещать обработку адресов, выборку и запись данных и различные фазы обработки.

Основное обрабатывающее устройство ЭВМ состоит из управляющего процессора (УП) и центрального процессора (ЦП). Управляющий процессор выполняет процедуры операционной системы: инициирует операции ввода—вывода, планирует прикладные и системные задачи, обеспечивает быструю обработку прерываний.

ЦП, состоящий из скалярного (СП) и векторного сопроцессоров, выполняет прикладные задачи.

Тактовая частота процессоров 400 нс. Время выполнения скалярной команды (регистр-регистр) 2 мкс. Время выполнения векторной команды, мкс: для фиксирования арифметики с 16-разрядными операндами — 0,8, дли плавающей арифметики с 32-разрядными операндами — 1,0. Быстродействие, млн. операций/с: для фиксированной арифметики — 0,4—1,2; для плавающей арифметики — 0,3—1,0; по смеси Гибсона-III — 0,5.

Высокое быстродействие достигается благодаря конвейерной обработке массивов данных, разделению ЦП на отдельные функциональные устройства, работающие параллельно и в конвейерном режиме, быстрой асинхронной магистрали с совмещением передачи адресов и данных, совмещению ввода—вывода с выполнением массовых операций.

Система команд и архитектура ЭВМ позволяют не только ускорить выполнение команд, но и существенно упростить прикладные и системные программы. Отдельные программные модули и сегменты данных адресуются независимо, они перемещаемы и аппаратно защищены друг от друга, что позволяет организовывать реентерабельные и рекурсивные процедуры. Команды работы с семафорами и очередями обеспечивают синхронизацию и планирование процессов как на одном процессоре, так и на параллельно работающих процессорах. На машинном уровне возможна одновременная работа до 512 процессоров.

Управляющая система, выполняющаяся на УП, обрабатывает запросы от блокированных задач, а ЦП аппаратно переключается на выполнение очередной готовой задачи. Кроме программ обработки прерываний управляющая система содержит диспетчер, драйверы, загрузчик и формирует очередь готовых задач (до 16 уровней приоритета); на УП имеется 8 уровней прерывании. Диспетчер и программы обработки запросов от прикладных задач имеют низший приоритет. Драйверы организуют пословный программноуправляемый обмен с ОЗУ и обмен в режиме прямого доступа.

Характеристики запоминающих устройств. Емкость памяти ОЗУ 256К 16-разрядных слов с возможностью расширения до 4М слов. Время выборки из ОЗУ с контролем по Хеммингу: одного слова — 400 не; двойного слова — 800 нс.

Емкость памяти микропрограмм: скалярного процессора — 1K 48-разрядных слов; векторного процессора — 1К 64-разрядных слов. Микропрограммное управление ВП реализовано на основе БИС серии К1804 с совмещением выполнения текущей микрокоманды и считывания следующей.

В микрокоманде может быть задано до 10 функционально законченных операций, например: арифметико-логические операции, умножения 24-разрядных чисел, сдвиги арифметические, логические, циклические 16-разрядных чисел, на произвольное число разрядов, операции нормализации 16-разрядных чисел, операции со стеком микрокоманд, переходы в два произвольных адреса управляющей памяти, многонаправленные переходы по значению регистра, операции, обеспечивающие организацию в микропрограмме циклов и подмикропрограмм. При этом во всех арифметико-логических операциях вырабатываются признаки, доступные операциям перехода.

Базовый набор микропрограмм, реализующий 77 команд над векторами целых чисел и чисел с плавающей запятой, а также функциональный тест, занимает 512 адресов ПЗУ. Остальная часть ПЗУ отведена под проблемно-ориентированные микропрограммы обработки матриц, комплексных чисел, вычисления элементарных функций, быстрого преобразования Фурье.

Устройства ввода—вывода. УП и ЦП через внутримашинную магистраль имеют доступ к ОЗУ с блоком базовой арифметики. Внутримашинная магистраль обеспечивает блочную передачу 16- и 32-разрядных слов и через системный адаптер имеет выход на стандартную магистраль И41, к которой через периферийные процессоры (ПП) подключаются внешние устройства.

Пропускная способность внутримашинной магистрали 10M байт/с. Через ПП к ЭВМ могут быть подключены следующие внешние устройства: дисплей, матричная печать, НГМД, накопитель на цилиндрических магнитных доменах, устройства ввода — вывода с перфоленты. Имеется возможность подключения цветного дисплея и графопостроителя.

Питание ЭВМ осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50±1 Гц. Потребляемая мощность не более 1000 В*А.

Габаритные размеры центральной части (ЦП, УП, ОЗУ, внутримашинная магистраль и адаптер) 383х339х768 мм.

Программное обеспечение состоит из кросс-системы разработки и отладки программ на языке Ассемблер, управляющей системы, резидентного Ассемблера и компилятора языка Фортран-IV (расширенного векторными командами). Предусматривается инструментальная операционная система, совместимая с ОС ДЕМОС. Кроме того, имеется система разработки и отладки микропрограмм, позволяющая пользователям вводить новые проблемно-ориентированные команды.

Локальное и общее тестовое диагностирование производит проверку процессоров в «свободные» промежутки времени или по командам операционной системы. Результаты тестирования оцениваются с помощью средств контроля данного процессора. Общие тесты предназначены для проверки исправности всех блоков ПС-320 в режиме профилактики. Результаты проверки сравниваются с эталонами. Аппаратные средства контроля, составляющие около 15 % общего объема аппаратуры процессоров, совместно с тестами позволяют сигнализировать о состоянии каждого процессора и отключать отказавший процессор от магистрали. Это дает возможность на базе ПС-320 построить отказоустойчивые системы с различными показателями надежности при введении резервных процессоров.

Источник: vk.com

Комментарии: