При работе в синхронном режиме одно из УУ (основное) формирует и выдаёт периферийные команды управления на обслуживание вызовов. Второе УУ (резервное), находясь в «горячем» резерве, обрабатывает эти же вызовы, и в каждом микротакте (т.е. на определённых этапах обработки) сравнивает полученные результаты. Таким образом, оба УУ одновременно принимают информацию от коммутационного оборудования и комплектов, обрабатывают ее, но выдача команд в ПУУ обеспечивается только от одного (основного) УУ. Синхронизация обеспечивается подачей тактовых импульсов в оба УУ от генератора тактовых импульсов ГТИ основного УУ через канал межмашинного обмена КМО. Синхронная работа УУ продолжается до тех пор, пока не будет обнаружено несовпадение информации. В этом случае выдаётся сигнал о сбое с указанием номера УУ, в котором произошёл сбой и производится его отключение. Исправное УУ продолжает обслуживание вызовов и производит запуск диагностических тестов в остановленное УУ. При случайном сбое (по питанию) по окончании диагностического теста синхронный режим восстанавливается. Информация о восстановлении синхронного режима выводится на экран ПЭВМ. При обнаружении повреждённого оборудования продолжается автономный режим работы УУ, а на ПЭВМ выводится информация о характере повреждения и подозреваемом оборудовании. Изменение режимов работы можно пронаблюдать по индикации на пульте управления. В связи с тем, что содержимое основной памяти основного и резервного УУ идентично, потерь обрабатываемых вызовов при отключении одного из УУ не происходит, что является основным достоинством синхронного режима. После восстановления работоспособности отключенного УУ необходимо восстановить в нем идентичность содержимого памяти рабочего УУ. Такое восстановление осуществляется с помощью записи содержимого ЗУ рабочего УУ в ЗУ восстановленного с помощью канала межмашинного обмена (КМО).
Эффективность использования двух УУ повышается при работе в режиме разделения нагрузки, так как оба УУ при этом осуществляют обработку различных вызовов параллельно. Различают два способа разделения нагрузки: временное и пространственное.
При пространственном разделении нагрузки за каждым УУ программно закрепляется своя группа оборудования ТП. В обычном режиме каждое УУ обрабатывает нагрузку от своей группы, но при выходе из строя одного из УУ второе полностью берет на себя всю работу (рисунок 2).
При выходе из строя одного из УУ второе полностью берет на себя всю нагрузку, но при этом информация о вызовах, которая находилась в памяти неисправного УУ, будет потеряна.
При временном разделении каждое УУ обрабатывает все обнаруженные вызовы, от начала до конца, но оба УУ работают во времени со сдвигом по фазе. Сдвиг фаз работы УУ выбирается так, что когда одно УУ производит обмен информацией с ПУУ, второе УУ обрабатывает ранее принятую информацию от этих ПУУ.
Этапы обмена и обработки информации в одном УУ могут начаться только после окончания соответствующих этапов в другом УУ. В связи с этим в каждом УУ возникают периоды ожидания, в течении которых УУ не выполняет полезной работы (см. рисунок 3).
Особенностью режима разделения нагрузки является то, что обслуживание вызова на различных этапах производится одним УУ, а в случае сбоя возможна потеря в обслуживании на период обнаружения сбоя вторым УУ. Поскольку между УУ необходим оперативный обмен информацией по окончании каждой фазы их работы, то это приводит к непроизводительной потере машинного времени. Однако, несмотря на все непроизводительные потери машинного времени, использование режима разделения нагрузки позволяет увеличить почти в 2 раза производительность работы ЭУС по сравнению с синхронным режимом.
7. Пояснить структурк центрального процессора. Указать назначение блоков БРОН, БСВ, БПП, БС ПУУ, АЛБ, БЦУ
Центральный ПРЦ выполняет функции основной арифметической и логической обработки данных в реальном масштабе времени, заданные программами; управляет работой основной памяти в процессе выполнения команд программы и обеспечивает связь человека-оператора с устройствами УУ через пульт управления.
Принцип построения ЦПр — блочный. Состав блоков, выполняемые ими функции, их взаимосвязь зависят от реализуемой ЦПр системы команд, требований к его быстродействию, элементной базы и других факторов.
В состав процессора входят следующие блоки:
БЦУ — блок центрального управления. Он:
— организует последовательность выполнения команд программы;
— осуществляет обмен информацией с основной памятью;
— производит дешифрацию считанных из основной памяти команд;
— формирует и выдаёт управляющие сигналы;
— координирует работу других блоков ЦПр.
АЛБ — арифметико-логический блок. Реализует арифметические и логические операции над данными, предусмотренные системой команд УУ, а также осуществляет формирование исполнительных адресов команды при относительной адресации.
БРОН — блок регистров общего назначения. Содержит рабочие (для хранения операндов), базисные (базовых адресов) и индексные регистры, используемые для хранения промежуточных данных, адресов и индексов.
БПП — блок прерывания программ. Принимает внешние сигналы от других процессоров, КВВ, пульта управления и внутренние сигналы от других блоков и схем контроля данного ЦПр и основной памяти; устанавливает приоритет этих сигналов и, при необходимости прерывания, выдаёт соответствующий сигнал в БЦУ.
БС ПУУ — блок сопряжения с периферийными управляющими устройствами. Служит для организации обмена информацией между ПУУ и ЦПр.
БСВ — блок службы времени (таймеры). Обеспечивает получение истинного (астрономического) времени и выдаёт сигналы прерывания для управления работой ЦПр с нужной периодичностью. Информационная взаимосвязь блока ЦПр осуществляется через шины:
Каждая из шин А, Б и В соединена с несколькими источниками или приёмниками информации. Однако по каждой шине в данный момент может передаваться информация только от одного источника и одному приёмнику. Последовательностью передачи информации через шины управляет БЦУ. Связь ЦПр с основной памятью УУ осуществляется через адресную шину (АШ) и информационную шину памяти (ИШ).
8. Пояснить состав схемы БЦУ. Указать назначение блоков (регистры, УА, ГТИ)
Для выполнения своих функций блок центрального управления содержит набор функциональных узлов, связанных между собой и другими блоками ЦПр как с помощью непосредственных связей, так и через шины А, Б, В.
СчК — счётчик команд. Используется для хранения адреса выполняемой команды или для формирования адреса следующей команды, в том случае, когда выполняемая команда не является командой управления (условного или безусловного перехода).
РАП (регистр адреса памяти) и РИП (регистр информационной памяти) — с их помощью БЦУ осуществляет обмен информацией с основной памятью. РАП и РИП выполняют роль буферных регистров, позволяющих иметь минимальные связи между блоками ЦПр и шинами памяти.
РК (регистр команд) — предназначен для хранения команды, считанной из основной памяти. Из него команда поступает в УА и используется для формирования управляющих сигналов.
УА (управляющий автомат) — координирует и синхронизирует работу блоков ЦПр и узлов БЦУ при выполнении команд программы, анализирует информацию из РК и вырабатывает определённую последовательность управляющих сигналов, распределяет их во времени в соответствии с ГТИ.
ГТИ управляет работой УА путём формирования последовательности тактовых импульсов.
Цикл работы ЦПр разделяется на 2 фазы:
— фаза выборки команды, в течение которой команда считывается из основной памяти и записывается в регистр команд,
— фаза исполнения, в течение которой команда дешифрируется и выполняется действие в соответствии с заданным кодом операции.
После окончания выполнения каждой команды проверяется наличие запроса на прерывание программы. Если запроса на прерывание нет, то производится переход к выборке следующей команды.
9. Пояснить состав схемы БПП. Указать назначение блоков системы и принцип работы
Для реализации многопрограммного режима, а также для прерывания выполняемой программы при возникновении определенных условий, имеется система прерываний.
РгПр — регистр фиксации сигналов прерывания от различных источников;
РгЗМ — регистр хранения маски защиты от прерываний; СхВЗ — схема выдачи сигнала запроса.
Перед началом выполнения текущей программы в РгЗМ заносится маска защиты от прерываний. В РгПр фиксируются все сигналы, поступающие от различных источников прерывания. Регистры РгПр и РгЗМ имеют одинаковое распределение разрядов по источникам прерываний. А по запросу БЦУ, который выдается в БПП
после окончания выполнения каждой команды, СхВЗ производит сравнение содержимого регистров РгПр и РгЗМ с целью обнаружении незамаскированных сигналов прерывания. Если такие сигналы обнаружен, среди них выбирается самый приоритетный, формируется код причины прерывания и выдается в БЦУ запрос на прерывание. БЦУ обеспечивает запоминание ССП прерываемой программы, передачу управления программе обработки прерывания. После окончания работы этой программы производится возврата прерванной, программе.
Причины прерывания делятся на две группы: немаскируемые и маскируемые. Как правило, не маскируются сигналы прерываний от схем контроля.
Прерывания реализуются при помощи аппаратных и программных средств, совокупность которых называется СИСТЕМОЙ ПРЕРЫВАНИЙ.
С помощью аппаратных средств обнаруживаются сигналы прерывания, обеспечивается запоминание информация для передачи управления программе обработки прерываний и восстановления прерываний программы. С помощью программных средств производится запись в память содержимого регистров процессора и обслуживание прерывания.
10.Пояснить состав схемы АЛБ. Указать назначение блоков схемы и принцип работы
АЛБ выполняет следующие ф-и: арифметическое сложение и вычитание;арифметический, логический и циклический сдвиги; логическое сложение и умножение, сложение по модулю2; поиск самой левой (правой) единицы в слове и массиве данных;
РР – регистр результата. Предназначен для временного хранения операндов и результатов операции. УФПВК – узел формирования признаков выполнения команды. По результатам выполнения операции формируются признаки:
— результат Z больше нуля
— результат Z меньше нуля
— результат Z равен нулю
-переполнение разрядной сетки
РПВК – регистр признака выполнения команд. Запоминает ПВК и передаёт в БЦУ.
Первый Х и второй У операнды через шины А и Б поступают соответственно в регистры Ра и РБ АЛБ. Дальнейшее прохождение операндов к узлам АЛБ и действия над ними зависят от кода операции, задаваемого управляющими сигналами, поступающими из БЦУ. Эти сигналы и синхросерии поступают в узел местного управления УМУ, который вырабатывает и распределяет последовательность управляющих сигналов для выполнения заданной операции. Непосредственное выполнение самой арифметико-логической операции происходит в УАЛО, который представляет собой набор регистров и комбинационных схем, обеспечивающих необходимые действия над операндами.
Результат Z выполнения АЛБ заданной операции заносится в регистр результата РР и параллельно поступает в узел формирования признаков выполнения команды УФПВК.
При обнаружении переполнения, возникающего при получении числа либо превышающеемаксимально возможное положительное число , либо меньшего отрицательного числа, полученный результат оказывается неправильным и не может быть использован в дальнейших вычислениях. В этом случае УАЛО формирует сигнал ошибки и передаёт его в БЦУ.
11. Пояснить состав схемы УА. Указать назначение блоков схемы и принцип работы
Управляющий автомат (УА).
В блоках центрального управления ЭУМ для реализации микропрограмм выполнения команд применяются микропрограммные управляющие автоматы (УА). УА вырабатывает управляющиесигналы (УС) за счвт последовательного считывания и par шифром управляющих слов микрокоманд, хранящихся в ячейках управам» щей памяти. В результате каждая команда реализуется в виде последовательности микрокоманд. Адрес первой микрокоманды в микропрограмме формируется по результатам дешифрации поля КОП команды. Адрес каждой следующей микрокоманды формируется а ходе выполнения текущей микрокоманды. Работа УА синхронизируется тактовыми импульсами, поступающими от ГТИ.
В результате дешифрации адреса производится выбор ячейки, и микрокоманда из ячейки переписывается в РМК. В пауза между тактовыми импульсами происходит декодирование поля микрокоманды, в результате чего формируются управляющие сигналы для исполнения микрооперации и адрес следующей микрокоманды.
УС — управляющие сигналы;
ОС — осведомительные сигналы;
ФАМК — формирователь адреса микрокоманды;
СМК — счСтчик микрокоманд, хранит адрес текущей или следующей микрокоманды;
УП — управляющая память (ПЗУ), хранит все микрокоманды, необходимые для реализации операций, предусмотренных системой команд ЭУМ;
РМК — регистр микрокоманд, хранит выполняемую микрокоманду;
ДШМО — дешифратор микроопераций, предназначен для формирования управляющих сигналов.
12. Дать понятие системы команд ЭУС. Пояснить классификацию команд по построению поля КОП, по числу адресов, по функциональному назначению. Привести пример формата команд
Системой команд ЭУС называют совокупность команд, реализуемых процессором. Эти команды хранятся в основной памяти, они состоят из определённого набора полей, записанных в двоичной форме. Важнейшим структурным элементом формата любой команды является поле кода операции (КОП), определяющее действие команды. Существуют команды с фиксированным и расширяющимся полем КОП. В командах с фиксированным полем число бит, отводимое под КОП, зависит от полного набора реализуемых операций. Команда управления обеспечивают формирование адреса команды, которая должна выполняться вслед за текущей. Эти команды используются для изменения естественного порядка следования команд при ветвлении программы и организации циклических участков в программах. Различают команды безусловной и условной передачей управления. При безусловной передаче выполняется операция передачи управления команде, адрес которой указан в команде безусловного перехода. При условном переходе команда выполняет передачу управления по одному из указанных в команде адресов в зависимости от выполнения конкретного условия. Команды обработки данных определяются операциями, которые может выполнять АЛУ. Команды обработки данных выполняют такие операции, как сложение и вычитание содержимого двух регистров или регистра и ячейки памяти; логические операции и т.д. Эти команды приводят к изменению операнда.Команды передачи данных обеспечивают простую пересылку информации от источника к приёмнику, не совершая при этом никаких операций по их обработке. Например, содержимое одной из ячеек памяти заслать во внутренний регистр процессора или содержимое одного регистра переслать в другой и т.д. Направление пересылки указывается в поле ПЗ.Адресная часть формата команды может содержать: адреса операндов, адрес результата, адрес следующей команды.В двухадресной команде адрес результата помещается по адресу одного из операндов, при этом часто один из операндов хранится не в ячейке памяти, а в рабочем регистре процессора, адрес которого указан в команде.В одноадресной команде один из операндов хранится в ячейках основной памяти, а второй – в регистрах процессора.При безадресном формате команда содержит только код операции и поле НРОН.
