Общие сведения и технические характеристики специализированного процессора вводаа-вывода К1810ВМ89

Микросхема К1810ВМ89 представляет собой однокристальный 20-битовый                  специализированный процессор ввода — вывода (СПВБ), выполненный по высо­кокачественной n-МОП -технологии [4, 5, 15]. Кристалл микросхемы размером  5,5*5,5 мм потребляет мощность не более 2.5 Вт от источника питания напряжением +5 В. Схема выпускается в 40-выводном корпусе. Синхронизуется однофазными импульсами с частотой повторения 1—5 МГц от внешнего тактового генератора.

Процессор К1810ВМ89 (обозначаемый далее для краткости ВМ89) ис­пользуется совместно с центральным процессором ВМ86ВМ88, а также К580ВМ80. Он предназначен для повышения производительности систем на базе МПК К1810 благодаря освобождению ЦП от управления вводом — выводом и осуществлению высокоскоростных пересылок с прямым доступам в память (ПДП пересылок). К основным функциям СПВБ ВМ89 относятся инициализация и управление контроллерами внешних устройств, обеспечение гибких и универсальных пересылок с ПДП. Процессор может работать параллельно с ЦП одновременно по двум каналам ввода — вывода, каждый из которых обеспечивает скорость передачи информации до 1,25 Мбайт/с при стандартной тактовой частоте 5 МГц. Организация связи СПВВ с центральным процессором через память повышает гибкость взаимодействия и облегчает создание модульного программного обеспечения, что повышает надежность разрабатываемых схем.

Процессор ВМ89 имеет два идентичных канала ввода — вывода, каждый из которых содержит 5 20-битовых, 4 16-битовых и один 4-битовый регистр. Взаимодействие каналов при параллельной работе осуществляется под управлением встроенной логики приоритетов. Процессор обеспечивает 16-битовую шину данных для связи с ОЗУ и портами ВВ. Шина адреса имеет 20 линий, что позволяет непосредственно адресоваться к памяти ем­костью до 1 Мбайт. Для экономии числа выводов БИС младшие 16 адресных линий мультиплексированы во времени с линиями данных и составляют единую  локальную шину адреса/данных. Четыре старшие адресные линии аналогично мультиплексированы с линиями состояния СПВБ. Чтобы сигналы этих линий можно было использовать  в МПС, их обязательно демультиплексируют, либо с помощью тех же внешних схем, которые используются ЦП (в местной кон­фигурации), либо с помощью независимых схем (в удаленной конфигурации).

Система команд СПВВ ВМ89 содержит 53 мнемокода, причем возможности и набор команд оптимизированы специально для гибкой, эффективной и быст­рой обработки данных при вводе — выводе. СПВБ позволяет сопрягать 16- и 8-битовые шины и периферийные устройства. При использовании ВМ89 в удаленном режиме пользователь программно может определить различные функ­ции шины СПВБ, легко сопрягая ее со стандартной шиной Multibus.

Предельно допустимые условия эксплуатации БИС К1810ВМ89: темпера­тура окружающей среды 0...70 °С, напряжение на любом выводе относительно корпуса -0.3 ...+7В. Основные хар-ки по постоянному току при- ведены в табл. 1

Назначение выводов БИС К1810ВМ89

Параметр Значение параметра Условия  Условия измерения min мах Напряжение "0" на входе, В -0,5 +0,8 Напряхение "1" на входе, В 2,0 6,0 Напряжение "0" на выходе, В - 0,45 I=2,0 мА Напряжение "1" на выходе, В 2,4 I=-0.4 мА Ток источника питания, мА - 350 Т=25 С Ток утечки на входах, мкА - ±10 Uвх=5 В Ток утечки на выходах, мкА - ±10 0,45£U вых³5 В Напряжение "0" на входе тактовой частоты, В -0,5 +0,6 Напряжение "1" на входе тактовой частоты, В 3,6 6,0 Емкость входа (для всех вы- водов, кроме ADO - AD15, RQ/GT), пф - F=1MГц Емкость входа/выхода ADO - AD15, RQ/GT. пф - F=1MГц

AD15-AD0 - входы выходы для формирования адресов и передачи данных. Функции этих линий задаются сигналами состояния до S2, SI, SO. Ли­нии находятся в высокоомном состоянии после общего сброса, и тогда, когда шина не используется. Линии AD15—AD8 формируют стабильные (не мультиплексированные) сигналы при пересылках на 8-битовую физическую шину данных и мультиплексируются с данными при пересылках на 16-битовую физическую шину данных (таб 1).

                           

A19/S6, A18/S5, A17/S4, A16/S3 - выходы для формирования четырех старших разрядов адресов и сигналов состояний. Сигналы адресов формируют­ся в течение первой части цикла шины (Т1), в остальной части цикла активны сигналы состояний, которые кодируются так: S6=S5=1 - означает ПДП-пересылку; S4=0, что означает ПДП-пересылку; S4=l— цикл шины без ПДП; S3=0—работает канал 1; S3=l—работает канал 2. После такого сброса при отсутствии обращений к шине эти линии находятся в высокоомном состоянии.

ВНЕ - выходной сигнал разрешения старшего байта шины данных. Сигнал низкого (активного) уровня формируется процессором, когда байт должен пере­даваться по старшим линиям D15 — D8. После общего сброса и. при отсутствии обращений к шине этот выход находится в высокоомном состоянии. Сигнал ВНЕ (в отличие от аналогичного сигнала процессоров ВМ86 и ВМ87) может не фикси­роваться в фиксаторе адреса, так как он не мультиплексирован с другим сигналом.

S2-S0 - выходы для кодирования стояния ВМ89, определяющие действия процессора в каждом цикле работы с ши­ной. Они кодируются следующим образом: S2S1S0=000—выборка команды из адресного пространства ввода — вывода; 001-чтение данных из адресного пространства ввода—вывода; 010—за­пись данных в адресное пространство ввода-вывода; 100-выборка команды из системного пространства адресов; 101-чтение данных из системного пространства адресов; 101 — чтение данных из системного пространства адресов; 110-зщапись данных в системное пространство адресов; 111 — пассивное состояние. Код 01l—не используется. С помощью этих сигналов контроллер шины и арбитр шины формируют команды управления памятью и устройствами ввода-вывода. Сигналы формируются в такте Т4 предыдущего цикла, определяя начало нового цикла. По окончании цикла шины в такте Т3 или ТW сигналы возвращаются в пассивное состояние. После общего сброса и при отсутствии обращений к шине вы­ходы S2, SI, SO находятся в высокоомном состоянии.

READY — входной сигнал готовности, поступающий от адресуемого устройства, которое оповещает СПВБ о том, что оно готово к пересылке дан­ных. Сигнал синхронизируется в тактовом генераторе К1810ГФ84.

LOCK — выходной сигнал монополизации (блокировки) системной шины. Используется в многопроцессорных системах и подается на одноименный вход арбитра шины К1810ВБ89, запрещая доступ к системной шине другим процес­сорам. Сигнал формируется установкой соответствующего разряда регистра управления канала либо командой TSL. После общего сброса и при отсутствии обращений к шине выход LOCK находится в высокоомном состоянии.

RESET — входной сигнал общего сброса (начальной установки) оста­навливает любые действия СПВБ и переводит его в пассивное состояние до получения сигнала запроса готовности канала.

CLK — вход для подачи импульсов синхронизации от генератора тактовых К1810ГФ84.

СА — входной сигнал запроса готовности канала. Используется централь­ным процессором для инициализации СПВВ и определения задания каналам. По срезу сигнала СА опрашивается состояние входа SEL.

SEL – входной сигнал, который по первому (после общего сброса) сигналу СА определяет статус (ведущий/ведомый) СПВБ и запускает последова­тельность инициализации. При поступлении последующих сигналов СА сигнал SEL определяет номер канала (1 или 2), которому предназначено сообщение  от ЦП.

DRQ1, DRQ2 – входы запросов прямого доступа к памяти от внешних устройств. Сигналы на этих входах сигнализируют СПВВ, что внешнее устрой­ство готово к обмену данными с использованием канала 1 или 2 соответственно.

RQ/GT — входной/выходной сигнал запроса/предоставления шины, по которому осуществляется диалог, необходимый для арбитража шины между СПВВ и ЦП в местной  конфигурации  или между двумя СПВВ  в удалённой конфигурации.

SINTR1, SINTR2 – выходные сигналы запросов прерываний от каналов 1 и 2 соответственно. Обычно они  передаются на вход ЦП через контроллер прерываний К1810ВН59А. Используются для сигнализации о том, что произош­ли задаваемые пользователем (программистом) события.

ЕХТ1, ЕХТ2 — входы сигналов внешнего окончания прямого доступа для каналов 1 и 2 соответственно. Они вызывают окончание текущей ПДП- пересылки в канале, который запрограммирован для анализа окончания ПДП по внешнему сигналу.

Структура СПВБ

Внутренняя структура СПВВ подчинена его основному назначению - выполнять пересылки данных без непосредственного вмешательства ЦП, кото­рый связывается с СПВБ только для инициализации и выдачи задания на обработку. В обоих случаях ЦП предварительно готовит необходимое сообщение в памяти и затем с помощью сигнала запроса готовности канала активизи­рует СПВБ ВМ89 на выполнение действий, определенных в сообщении. С этого момента СПВВ работает независимо от ЦП. В процессе выполнения задания или по его завершении СПВБ может связаться с ЦП с помощью сигнала запро­са прерывания.

Процессор может обращаться к памяти и устройствам ввода — вывода (УВВ), размещенным в системном пространстве адресов емкостью 1 Мбайт или в пространство ввода – вывода ёмкостью 64 Кбайт (рис 4.2). Хотя СПВВ располагает только одной физической шиной данных, удобно полагать, что в системное пространство он обращается по системной шине (СШ) данных,                

> Указатель таблицы перекодировки TP Указатель команд Указатель причины окончания РР Базовый Не используется IX Общего назначения То же или индексный ВС Общего назначения Счетчик байтов МС Общего назначения Участвует в маски- или маскированного рованном сравнении сравнения СС Ограниченного Определяет условия использования пересылки

Регистр общего назначения GA служит в большинстве команд в качестве операнда. В качестве базового он используется для указания адреса операнда, находящегося в памяти. Перед началом ПДП- пересылок программа канала загружает в GA адрес источника или приемника данных.

Регистр общего назначения GB функционально взаимозаменяем с регист­ром GA. Если GA загружен адресом источника ПДП- пересылки, то GB должен  быть загружен адресом приёмника, и наоборот.

Регистр общего назначения GC используется программой канала как  операнд или базовый регистр. Используется при выполнении ПДП - пересылок, когда осуществляется перекодировка данных. В этом случае, перед началом пересылки, программа канала загружает в GC начальный адрес таблицы пере­кодировки. В процессе пересылки его содержимое не изменяется.

Указатель команд ТР загружается начальным адресом программы в про­цессе инициализации канала общим УУ на выполнение задания. Во время  выполнения программы (задания от ЦП) ТР играет роль счетчика команд. Так как ВМ89 не содержит указателя стека и не может выполнять стековых операций, возврат из программы осуществляется путём загрузки в TP адреса  возврата, который запоминается в памяти по команде CALL. Указатель за­дания является полностью программно-доступным (в отличие от регистра IP в ВМ86) и может использоваться программой как регистр общего назначения или базовый.

Однако делать это не рекомендуется, так как программа становится трудной для понимания.

Указатель блока параметров РР загружается общим УУ начальным адресом блока параметров в процессе инициализации канала на выполнение задания. В подготовленном сообщении расположение блока параметров в памяти определяет центральный процессор (см. табл. 4). Программа канала не может изменить содержимое регистра PP. Его удобно использовать как базовый для  пересылки данных в блок параметров. Для ПДП- пересылок регистр РР не используется.

Индексный регистр IX используется программой канала как регистр обще­го назначения. Он может также использоваться в качестве индексного регистра для адресации операндов, находящихся в памяти. В качестве разновидности индексной адресации, с помощью IX можно задать индексную адресацию с автоинкрементном, которая очень удобна при обработке массивов данных. Для ПДП - пересылок регистр IX не используется.

Счетчик байтов ВС в программе канала служит регистром общего на­значения. При ПДП- пересылке подсчитывает число пересланных байтов путём декрементирования значения, загруженного перед ее началом. Если пересылка должна заканчиваться по заданному числу пересланных байтов, то УУ вводом — выводом закончит её, когда содержимое ВС станет равным нулю.

Регистр маскированного сравнения МС в программе канала может использоваться как регистр общего назначения или для маскированного сравнения. При ПДП- пересылке используется для маскированного сравнения. Маскиро­ванное сравнение позволяет сравнить выделенные разряды байта (операнда команды или пересылаемого байта) с заданным заранее значением. Для этого в старший байт МС загружается маска, выделяющая интересующие разряды, а в младший—сравниваемое значение (рис. 7). В программе, при выпол­нении команды условного перехода по маскированному сравнению (либо при ПДП- пересылке), определенный в ней операнд (либо пересылаемый байт) сравнивается с замаскированным значением.

Регистр управления каналом СС используется в основном при ПДП- пересылках. Он служит для определения условий пересылки и указывает способ её окончания. Структура и обозначение управляющих полей СС представлены на  рис. 8. Пять старших полей определяют условие ПДП- пересылки:

 F (пересылка) определяет, откуда и куда пересылаются данные;

TR (перекодировка) — следует ли пересылаемые данные перекодировать;

SYN (синхронизация) — способ синхронизации пересылки;

S (источник) —  в каком регистре (GA или GB) находится адрес источника;

L (монополизация) — следует ли активизировать сигнал во время пересылки.

Четыре младших поля задают способ окончания пересылки:

TS указывает, что пересылка состоит в передаче только одного данного;

ТХ—что пересылка должна заканчиваться по внешнему сигналу (ЕХТ);

ТВС — по нулю в счетчике байтов (ВС);

TMC — по результатам маскированного сравнения.