Мини-ЭВМ. Функциональные отличия: большие и мини-ЭВМ. Типы исполнения мини-ЭВМ. МикроЭВМ.

На первых этапах развития ЭВМ разделялись на два принципиально различных класса: универсальные и специализированные. Эта простая и ясная структура вычислительных средств была разрушена с появлением мини-ЭВМ.

Мини-ЭВМ. В начале 60-х годов были сделаны первые попытки отказаться от создания очередных контроллеров узкоспециального назначения, заменив их таким универсальным процессором, который мог бы (по своим технико-экономическим характеристикам и эксплуатационным параметрам) быть использован в самых различных задачах обработки информации. Были основания предполагать, что рынок Для такого универсального контроллера окажется достаточно широким, чтобы оправдать резко возрастающие (из-за дополнительных требований универсальности) начальные затраты на его разработку.

За рубежом наиболее успешной из такого рода попыток оказалась разработка фирмы «ДЕК». В 1963 г. этой фирмой был выпущен универсальный контроллер типа РDР-5. За два года было выпущено около сотни экземпляров таких контроллеров. Одним из первых его практических применений было выполнение функций спец контроллера в контуре управления ядерным реактором. С 1965 г. фирма начала выпуск усовершенствованной версии — РDР-8. С этим изделием и связывают появление в 1968 г. термина «мини-ЭВМ». Мини-ЭВМ типа РDР-8 стали первым массовым изделием этого класса: в начале 70-х годов их общий тираж превысил 100 тыс. экземпляров [9, с. 21].Итак, на этапе формирования этого нового типа вычислительных средств мини-ЭВМ рассматривались как универсальные устройства преобразования информации, выпускаемые для специализированных применений [10, с. 3].

Функциональные отличия: большие и мини-ЭВМ. Чтобы удовлетворять таким требованиям, мини-ЭВМ должны были обладать следующими особенностями по отношению к тра­диционным типам «больших» ЭВМ: быть достаточно дешевыми, чтобы массовый пользователь мог себе позволить приобретать их для решения узкоспециальных задач; достаточно надежными для работы в контуре управления; обладать необходимой функциональной гибкостью, которая позволяла бы выполнять их проблемную ориентацию на широкий круг задач без чрезмерных трудозатрат со стороны пользователей; обладать свойством полной архитектурной «прозрачности», т. е. структура и функции устройства должны быть по возможности легко понятны пользователю.

Что получила каждая из сторон — изготовитель и пользователь — от такого решения? Пользователь получил возможность резко ускорить процесс автоматизации. Вместо длительной процедуры взаимодействия с промышленностью по созданию (почти с нуля) каждого отдельно заказываемого специализированного устройства обработки информации (например, контроллеров для измерительных или управляющих систем) появилась возможность приобретать на промышленном рынке готовый универсальный «полуфабрикат» такого устройства, чтобы непосредственно на объекте автоматизации запрограммировать его на конкретный тип применений. Изготовитель получил возможность перейти от выпуска единичных и мелкосерийных устройств, выполняемых каждый раз по новым спецификациям заказчика, к массовому выпуску изделия стандартизованной структуры со всеми связанными с этим технологическими и экономическими преимуществами.

Но, как известно, за любые преимущества следует платить. В данном случае все негативные аспекты универсальности воспринимает только пользователь. Чем приходится расплачиваться пользователю за технологический комфорт изготовителя? Во-первых, тем, что заключительная операция — проблемная ориентация универсального устройства на конкретную задачу пользователя — целиком перекладывается изготовителем на самого пользователя; во-вторых, функциональная избыточность универсального устройства на каждой отдельно взятой задаче означает его принципиальную (т. е. неустранимую) неэффективность.

Чем изготовитель смягчает давление указанных проблем универсальности на пользователя? Во-первых, неизбежные потери от функциональной избыточности уменьшаются от снижения цены на универсальные контроллеры до уровня, при котором далеко не полное (как правило) использование всех его функций лишь слабо отражается на экономической эффективности системы, в которую он встраивается; во-вторых, трудности процесса ориентации универсального процессора на конкретную задачу пользователя облегчаются поставкой средств их программной и аппаратной поддержки (системы реального времени, трансляторы, развитая периферия — устройства сопряжения с объектом и т. п.).

Два типа поставки и две группы потребителей мини-ЭВМ. Через несколько лет после начала массового выпуска мини-ЭВМ сложились две основные группы их потребителей и соответственно два различных варианта поставки. Первая группа — промышленные предприятия, выпускающие сложные управляющие комплексы, в которые универсальный процессор входит в качестве одного из комплектующих блоков. Эти так называемые ОЕМ (Original Equipment Manufacturers) -поставки выполняются, как правило, крупными партиями по сниженным ценам и нередко в конструктивно незавершенном исполнении (например, не обязательно в корпусе и т. д.). Вторая группа — это так называемые конечные пользователи (End users), приобретающие мини-ЭВМ непосредственно для решения конкретных задач автоматизации обработки информации в технологических процессах, научных исследованиях и т. д.

Если характер использования мини-ЭВМ первой группы потребителей эволюционизировал относительно медленно, то основная группа конечных пользователей начала радикально изменять как режимы использования, так и области применения мини-ЭВМ уже через несколько лет после начала их активной эксплуатации. По мере расширения номенклатуры периферийного оборудования и совершенствования программного обеспечения мини-ЭВМ все более заметная часть общего контингента пользователей начала применять их далеко за пределами установленных изготовителем штатных функций программируемого контроллера. На рубеже 70-х годов использование мини-ЭВМ в рамках, традиционно принятых для больших ЭВМ,, стало практически повсеместным.

Зона частичного совпадения областей применения мини и больших ЭВМ быстро увеличивалась, и, наконец, в начале 70-х годов с появлением супер-мини на верхнем краю спектра мини-ЭВМ произошло их полное перекрытие по выполняемым функциям (мультипрограммирование, в том числе режим разделения времени, и т. д.).

Два типа исполнения мини-ЭВМ. Итак, к концу 60-х годов с термином мини-ЭВМ связывали уже два существенно различных типа средств вычислительной техники: 1) универсальный блок обработки данных, серийно выпускаемый для применения в различных специализированных системах контроля и управления и 2) небольших габаритов универсальную ЭВМ, проблемно-ориентированную пользователем на решение ограниченного круга задач в рамках одной лаборатории, технологического участка и т. д., т. е. задач, в решении которых оказывались, заинтересованы 10—20 человек, работавших над одной проблемой.

МИКРОЭВМ

В зависимости от целевого назначения и используемого процессора ЭВМ существенно различаются по своим вычислительным возможностям, размерам, стоимости конструкции. Несмотря на то что принципы функционирования простейших микроЭВМ и мэйнфреймов в общем-то одинаковы, реальные структуры и алгоритмы функционирования даже небольших современных универсальных ЭВМ (таких, как персональный компьютер) очень громоздки и сложны для первоначального понимания. В связи с этими ниже рассматривается гипотетическая машина, обладающая чертами многих простейших микроЭВМ.

По определению, микроЭВМ – это законченная вычислительная система, построенная на базе микропроцессора и размещенная в одной БИС (однокристальная микроЭВМ) или нескольких БИС, установленных на одной плате (одноплатная микроЭВМ). Причем под законченной вычислительной системой следует понимать любое устройство переработки цифровой информации, включающее процессор, память и подсистему ввода/вывода информации, независимо от его целевого назначения, конструктивного исполнения и способов программирования.

В п. 1.7 уже отмечалось, что современные микроЭВМ преимущественно имеют магистрально-модульную структуру. Ее основу в простейшем случае составляет единственная общая магистраль, к которой в необходимой номенклатуре и количестве подключены все устройства ЭВМ, выполненные в виде функционально законченных блоков. При этом все устройства ЭВМ обмениваются друг с другом информацией только через магистраль, используя схожие наборы сигналов и протоколы обмена.

Рассмотрим минимальный набор устройств, который необходим для создания простейшей гипотетической микроЭВМ (рис. 7.1).

Модуль процессора, который включает в себя непосредственно МП, генератор тактовых импульсов (ГТИ) и вспомогательные устройства управления (ВСУУ), внешние по отношению к МП.

· Модули постоянной и оперативной памяти – ПЗУ (ROM) и ОП (RAM) соответственно.

· Модуль ввода/вывода информации (В/В), содержащий приемопередающие устройства (ППУ) для связи с различными периферийными устройствами (ПУ), который может быть также назван модулем адаптеров промежуточных интерфейсов.

· Блок питания (БП).

·

Все модули микроЭВМ имеют устройства сопряжения с общей магистралью (УСОМ). Они выполняют ряд важных функций по реализации операций обмена информацией между устройствами микроЭВМ, которые рассматриваются ниже. Следует особо подчеркнуть, что для разных модулей микроЭВМ структуры этих устройств и выполняемые ими функции могут быть существенно различны.

Одной из наиболее простых функций УСОМ является увеличение нагрузочных способностей модулей микроЭВМ и их отдельных устройств, поскольку большинство логических схем, на которых они построены, не могут обеспечить необходимую для передачи по ОМ мощность сигналов.

Кроме того, выходные (входные) каскады блоков УСОМ, присутствующих в каждом модуле микроЭВМ, имеют три устойчивых состояния:

H – высокий уровень (логическая 1);

L – низкий уровень (логический 0);

Z – состояние отключения от шины.

В состоянии Z выходное (входное) сопротивление УСОМ велико (определяется только токами утечек p-n переходов) и соответствующий модуль микроЭВМ может считаться отключенным от магистрали вообще или от ее отдельных линий.

Ранее предполагалось, что все устройства микроЭВМ синхронизируются от одного тактового генератора, расположенного в модуле процессора и обозначенного на рис. 7.1 как ГТИ. Однако, как показано на рис. 7.1, УСОМ могут (но не обязательно) синхронизироваться и от отдельного тактового генератора, обозначенного как ГТИ_ом. Индекс «ом» означает, что генератор тактовых импульсов синхронизирует операции обмена по ОМ. Возможна также синхронизация устройств ЭВМ и блоков УСОМ от одного ГТИ. В ряде случаев, как будет показано ниже, синхронизация блоков УСОМ различных модулей микроЭВМ при обмене по ОМ вообще не требуется.

В предыдущих разделах уже были рассмотрены основные принципы функционирования элементарного процессора, взаимодействие его основных частей АЛУ и УУ, а также принципы микропрограммного управления работой процессора. Рассмотрены также основные принципы построения устройств памяти, систем команд микроЭВМ и систем прерывания программ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: