Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

Г л а в а XII

РАБОТА ЦВМ В РЕЖИМЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ

§ 12.1. Структура системы с разделением времени

Многопрограммная цифровая вычислительная машина, имею­ щая оборудование для связи с большим количеством абонентов и соответствующее математическое обеспечение, представляет собой систему с разделением времени (СРВ). В такой системе возможно оперативное взаимодействие абонентов с ЦВМ через специальные или государственные линии связи. В СРВ в любой момент вре­ мени могут удовлетворяться требования (запросы) на решение задач (на выполнение своих программ) со стороны нескольких або­ нентов. Удовлетворение этих требований осуществляется в прием­ лемое для абонентов время и состоит в реализации их программ в определенной последовательности. В типичном случае опреде­ ленной программе абонента отводится некоторое машинное время (квант времени) системы, затем исполнение этой программы пре­ рывается и квант времени предоставляется другой программе, за­ тем третьей программе и т. д. Далее в некоторые последующие моменты рабочие программы абонентов получают еще по одному кванту времени. Процесс продолжается до тех пор, пока каждая программа не будет выполнена полностью.

Существует допустимый верхний предел числа активных або­ нентов, одновременно обращающихся к системе с запросами на обслуживание. Этот предел зависит от производительности СРВ, емкости ее оперативной памяти, трудоемкости реализуемых про­

сЦВМ.

Всостав СРВ (рис. 12.1) обычно входят центральный процес­ сор, являющийся основным вычислительным средством системы, оперативная память, один мультиплексный канал и несколько се­ лекторных каналов, подключаемых к ОЗУ и процессору через ком­ мутатор каналов.

375

К мультиплексному каналу подключается ряд устройств в б о -* да — вывода, или терминалов. В качестве терминалов использует­ ся большой и разнообразный набор устройств для регистрации, отображения, ввода и вывода информации. Кроме электрифици­ рованной пишущей машинки могут применяться:

— для ввода информации — устройства ввода с перфокарт и перфолент, телетайпы, буквенно-цифровая клавиатура, оптические читающие устройства, устройства ввода графической информации, устройства ввода с голоса и т. д.;

рационные устройства, электронно-лучевые трубки, графопострои­ тели, устройства звукового вывода.

Основные требования к терминальной аппаратуре: удобство и простота в эксплуатации, дешевизна, достаточное быстродействие. С точки зрения абонента, устройства ввода — вывода должны быть идентичными (абонент пишет свои программы без ориента­ ции на определенные типы этих устройств).

Управление работой терминалов осуществляется индивидуаль­ ными или «коллективными» устройствами управления (УУ), основные функции которых заключаются в следующем: выбор тер­ минала из группы терминалов, связанных с данным УУ; согласо" вание электрических сигналов, посылаемых от терминалов к машине; кодирование и декодирование информации с целью по­ вышения ее помехозащищенности; формирование групп данных; обнаружение и коррекция ошибок.

376.

В мультиплексном канале информационная магистраль ис­ пользуется попеременно несколькими одновременно работающими терминалами, реализуется временной принцип разделения, когда связь с каждым из терминалов осуществляется однократно за цикл опроса все* группы активных терминалов. Этим обеспечи­ вается более эффективное использование быстродействующей (электронной) управляющей аппаратуры МК. Когда один терми­ нал связан с информационной магистралью для передачи или приема информации, другие терминалы выполняют действия, не требующие привлечения средств канала (например, печать ранее принятой информации). Количество одновременно работающих терминалов определяется пропускной способностью канала связи (информационной магистрали): суммарная скорость передачи ин­ формации по всем активным терминалам не должна превышать пропускной способности канала.

Селекторные каналы подключаются к машине через комму­ татор. Выбор типа коммутатора зависит от требуемой пропускной способности, числа одновременно осуществляемых связей, числа коммутируемых устройств, требуемой надежности работы.

Оперативная память (ОЗУ) машины состоит, как правило, из нескольких идентичных по своему функциональному назначению блоков, или модулей, причем модули могут иметь автономные схемы управления записью, считыванием и регенерацией инфор­ мации. В ОЗУ хранится часть программ операционной системы, программы абонентов, находящиеся в стадии выполнения, инфор­ мация о распределении памяти, информация о состоянии про­ грамм абонентов. С помощью ОЗУ осуществляется взаимная связь между компонентами аппаратурной и программной частей СРВ. Для характеристики оперативной памяти используются следую­ щие параметры: количество независимых модулей памяти, основ­ ные технические параметры каждого модуля (емкость, разряд­ ность ячеек, время обращения, надежность), способ присвоения физических адресов модулям ОЗУ и словам, тип связи с процес­ сором. Внешнее ЗУ машины служит для хранения личных архи­ вов (программ) абонентов, трансляторов, стандартных программ.

Программы абонентов выполняются центральным процессором во взаимодействии с ОЗУ. В центральном процессоре должны быть предусмотрены такие системы: система прерываний, система динамического распределения памяти, система защиты памяти, счетчик времени (электронные часы) для отсчета квантов вре­ мени, предоставляемых программам абонентов, а также для учета машинного времени, расходуемого отдельными абонентами.

В СРВ обмен информацией между терминалами и оперативной памятью системы может осуществляться либо непосредственно (в каналах с прямым доступом к памяти), либо через центральный процессор (в каналах с косвенным доступом к памяти). Каналы с прямым доступом имеют собственную аппаратуру для связи с ОЗУ и могут обращаться к нему независимо от центрального про­ цессора. В каналах с косвенным доступом помимо необходимости

затраты машинного времени на обмен информацией между терми­ налами и ОЗУ имеет место задержка в обслуживании запросов абонентов на время выполнения самой длинной команды процес­ сора. Последнее объясняется тем, что в момент передачи инфор­ мации между каналом и памятью используемая каналом аппа­ ратура процессора должна быть свободна от выполнения команд. Следовательно, сеансы связи канала с ОЗУ могут происходить только после окончания текущей команды и перед началом вы­ полнения следующей.

Особенности и преимущества СРВ по сравнению с ЦВМ, ра­ ботающими в режиме пакетной обработки, следующие.

Возможность коллективного использования центрального про­ цессора. Многие абоненты имеют возможность независимо друг от друга непосредственно и оперативно контактировать с процессо­ ром. Наличие достаточно простой и стандартной периферийной аппаратуры, а также применение в СРВ довольно простых алго­ ритмических языков существенно облегчает общение с процессо­ ром и способствует расширению круга абонентов. Вопрос обес­ печения абонента средствами, открывающими ему доступ к ма­ шине, в СРВ решается наиболее удачно. В отличие от этого в ЦВМ с пакетной обработкой абоненты полностью отстранены от машины (подготовка задач к решению и ввод программ в ЦВМ осуществляются профессиональными программистами), в резуль­ тате чего усложняется процесс обмена информацией между ними и машиной.

Наличие большой централизованной памяти программ и дан­ ных. В централизованной памяти хранятся личные архивы абонен­ тов. Предусматривается возможность обмена информацией между архивами, что создает дополнительные преимущества або­ нентам.

Вычислительные мощности обходятся дешевле и используются более эффективно по мере роста скорости обработки информации, объема централизованной памяти и расширения набора устройств ввода — вывода.

§ 12.2. Мультиплексные каналы

Мультиплексный канал — это комплекс узлов и устройств, по­ средством которых передается информация между процессором и оперативной памятью высокопроизводительной многопрограмм­ ной ЦВМ и медленнодействующими устройствами ввода и вывода (УВВ) при разделении общего времени работы между параллель­ но работающими УВВ. Такой канал разгружает процессор ЦВМ от выполнения операций по вводу и выводу информации и обычно обслуживает УВВ, которое оперирует отдельными информацион­ ными словами (ИС) или байтами (группами разрядов) в каждом цикле своей работы. Часть средств мультиплексного канала, свя­ занная с обслуживанием одного внешнего устройства, обычно на­ зывается подканалом.

378

Для организации обмена информацией между оперативной па­ мятью ЦВМ и внешними устройствами мультиплексные каналы, как и селекторные, используют специальные командные слова: команду ввода — вывода КВВ, адресное слово канала АСК и управляющее слово канала УСК. Команда ввода — вывода вклю­ чается в рабочую программу, выполняемую процессором; она со­ держит код операции, номер, или адрес, внешнего устройства, с которым устанавливается связь для обмена информацией. Адрес­ ное слово канала АСК всегда хранится в определенной ячейке оперативной памяти ЦВМ и определяет адрес УСК; оно всегда жестко связано с данной командой ввода — вывода. Управляющее слово канала УСК представляет собой своеобразную команду, не­ посредственно реализуемую каналом и выбранным УВВ; по УСК организуется вся работа по выполнению заданной команды вво­ да — вывода.

Собственно команда ввода — вывода дает указание каналу на­ чать операцию обмена информацией между ОЗУ и заданным УВВ по УСК, выбираемому по соответствующему адресному слову ка­ нала. Процессор затрачивает время только на передачу в канал информации, записанной в КВВ, и организацию выдачи АСК. Управляющее слово канала обычно содержит код команды канала, номер первой ячейки страницы (поля) оперативной памяти ЦВМ, выделенной для обмена информацией с УВВ, код количества слов, которое должно быть передано при выполнении данной команды. Реализация информации, содержащейся в УСК, и составляет ос­ нову работы канала.

Структура мультиплексных каналов напоминает структуру обычных малых процессоров; в предельном случае мультиплекс­ ный канал имеет в своем составе операционное устройство, устройство управления, некоторые дополнительные узлы и собст­ венное запоминающее устройство.

Структурная схема мультиплексного канала, выполненного в виде специализированного процессора, приведена на рис. 12.2. Со­ гласно этой схеме основное оборудование канала разделено на четыре устройства. Оперативное запоминающее устройство кана­ ла ОЗУК представляет его оперативную память, операционное устройство ОУК может рассматриваться как своеобразное ариф­ метическое устройство, а устройство управления канала УУК обеспечивает преобразование первичной командной информации и кодов признаков, формируемых в процессе работы другими устройствами, в необходимые наборы управляющих сигналов УС;

устройств, участвующих в обмене информацией с ОЗУ машины. Оперативное запоминающее устройство канала служит для

хранения, приема и выдачи в другие устройства символьной ин­ формации, используемой и получаемой в канале при выполнении операций ввода — вывода. Емкость ОЗУК определяется в основ­