Немига

Немига — советский 16-разрядный персональный компьютер, выпускался на белорусских предприятиях с 1989 года. Предназначался для поставки в учебные заведения в составе КУВТ. По системе команд совместим с PDP-11 и его советскими клонами — Электроника-60, ДВК.

Процессор машины реализован на наборе микросхем серии 588 — эти микросхемы выпускались на минском ПО <Интеграл>.

Существовало как минимум три версии Немиги, отличающихся схемотехникой и ПЗУ: 3.03, 4.05, 4.06.

Пульт

При запуске машины начинается загрузка из сети, но если она не удалась, мы попадаем в пультовый режим с приглашением ПУЛЬТ>.

Пультовый режим воспринимает команды; каждая команда это либо символ, либо 8-ричное число и символ.

Полный набор команд пульта для версии 3.03:

• 'S' — просмотр регистров
• '/' либо '000000/' — просмотр ячеек памяти, c указанием адреса или без; ПС — след адрес, '^' (клавиша Ч) — пред адрес, ВВОД — выход
• 'G' — продолжить выполнение программы, '10000G' — продолжить с заданного адреса
• 'D' либо '1D' — загрузка с диска MD, с указанием номера диска 0..7 либо без
• 'X' либо '1X' — загрузка с диска DX, с указанием номера диска 0..1 либо без
• 'N' — загрузка из сети, реально просто переход к процедуре холодного старта
• УПР+L — очистка экрана

В любой момент выполнение программы можно прервать нажатием УПР+ФСД/СТОП, система переходит в пультовый режим. При этом содержимое всех регистров сохраняется, их можно просмотреть командой 'S'. Команда '/' позволяет просмотреть/изменить отдельные ячейки памяти. А команда 'G' восстанавливает регистры и продолжает выполнение прерванной программы с того же места.

Процессор

Процессор реализован на микросхемах серии 588:

• КР588ВС2 (D1) — арифметическое устройство (АУ), управляется 12-битовыми микрокомандами из КР588ВУ2-0001, −0002, −0004
• КР588ВУ2 (D2..D6) — управляющая память (УП) — микропрограммы для D1, D17, D18
• КР588ВГ1 (D18) — системный контроллер (СК) — обеспечивает внутренний интерфейс процессора и его связь с Q-шиной, управляется микрокодом из КР588ВУ2-0005
• К588ВР2 (D17) — арифметический умножитель 16×16 (УМ), управляется 5-битовыми микрокомандами из КР588ВУ2-0006 (D4); умножение и деление задействует память по адресам 170000-170005
• КР588ВА1 (D21, D24) — магистральный приёмо-передатчик (МПП)
• КР588ВГ2 — контроллер запоминающего устройства (КЗУ)

Начальный пуск: сброс устройств, затем чтение PC и PSW из 160006 и 160010, запуск в режиме HALT.

Система команд

Процессор реализует систему команд компьютера Электроника-60 (ОСТ 11 305.909-82), за исключением команд FIS (операций с плавающей запятой). Есть команды расширенной арифметики (MUL, DIV, ASH, ASHC), реализуются микрокодом в D4 и умножителем D17. Набор команд описан в ТО и в справочниках по БИС сериии КР588.

Режимы USER и HALT

Процессор поддерживает работу в двух режимах — USER и HALT.

Ситуации перехода в режим HALT:

• появление сигнала СБРОС (INIT)
• запрос на обслуживание локальной сети
• обращение к области памяти 177560-177566 (регистры системной консоли)
• нажатие клавиши на клавиатуре
• выполнение команды HALT

В режиме HALT область ОЗУ 177600-177777 замещается ОЗУ из другой области (предположительно, эти ячейки памяти лежат <под> системным ПЗУ и поэтому не используются обычным образом).

Старший байт регистра 170006 — это регистр фиксации HALT-запросов, отдельные его биты отвечают за различные причины вызова HALT-прерывания. Младший байт регистра 170006 — регистр данных клавиатуры.

NOTE: В документации не описан механизм возврата из режима HALT в USER. По коду прошивки ПЗУ видно, что к этому приводит запись байта 0 по адресу 170006; запись 3 в 170006 приводит к переходу из USER в HALT.

Регистр 170006

 170006  Регистр фиксации HALT и данных клавиатуры
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─0┴─0┼──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┤
   │  Н1 │  Н3 │  │      └── Данные клавиатуры ──┘
 СБРОС   Н2    Н4 Клавиатура

Младший байт регистра это байт с клавиатуры (регистр D27); если установлен бит 10, то символ готов для чтения.
Старший байт регистра это регистр фиксации HALT (D28, биты регистра идут в обратном порядке) — определяет причину появления прерывания HALT.

• бит 15 — признак канального сигнала СБРОС;
• бит 14 — сигнал Н1 — ??;
• бит 13 — сигнал Н2 — обращение к регистру данных клавиатуры;
• бит 12 — сигнал Н3 — ??;
• бит 11 — сигнал Н4 от платы адаптера локальной сети;
• бит 10 — сигнал готовности очередного байта с клавиатуры, поступает с триггера D37.2;
• биты 8,9 заземлены = 0.

NOTE: В коде прошивки ПЗУ регистр 170006 также используют на запись, записывая в него байтовое значение 3 для перехода в HALT и значение 0 для возврата в USER. По записи в 170006 сбрасывается регистр D27 (видно по схеме).

Регистры системной консоли

При разработке Немиги предусмотрели совместимость с <Электроника-60> по адресам и работе регистров системной консоли — это регистры 177560/177562 (адрес/данные клавиатуры) и 177564/177566 (адрес/данные терминала). Это просто ячейки ОЗУ, но обращение к ним приводит к вызову прерывания HALT с установкой соответствующих флагов в регистре 177006. Программа обработки прерывания HALT анализирует флаги и эмулирует работу регистров консоли.

  177560  Регистр состояния клавиатуры
  177564  Регистр состояния терминала
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘
                           │  └─ Разрешение прерывания: 1 = разрешено
                           └──── Готовность к приёму/передаче: 0 = готов

Прерывания

Прерывания по описанию КР588ВГ1 (D18), в порядке убывания приоритета, использование определено по схеме:

Code	Прерывание	pin	Использование
1010	Режим начального пуска / двойная ошибка канала
1110	Прерывание по T-разряду / ошибка канала
1111	Пропадание питания / ошибка канала	30	НЕ используется
0111	HLT — Прерывание по входу ОСТАНОВ / ошибка канала	36	используется
0101	INR0 — Требование прерывания от ВУ	31	НЕ используется
0100	INR1 — Требование прерывания от ВУ	34	НЕ используется
0110	INR2 — Требование прерывания от ВУ	33	используется
0010	INR3 — Требование прерывания от ВУ	32	используется
0011	INRT — Прерывание по внешнему событию	35	используется
0001	RQ — Запрос прерывания от ВУ	28	используется

Вектора прерываний:

• 160002 — сигнал/команда HALT
• 160006 — прерывание начального пуска
• 000004 — ?? ошибка обращения к каналу?
• 000010 — ?? резерный код команды?
• 000014 — ?? прерывание по T-разряду или команда BPT
• 000020 — команда IOT
• 000030 — команда EMT
• 000034 — команда TRAP
• ?? — INR0
• ?? — INR1
• ?? — прерывание INRT/EVNT

Память

• Адреса 000000-137777 — ОЗУ
• Адреса 140000-157777 — зарезервированы под дополнительные 8 КБ ПЗУ (D11-D14)
• Адреса 160000-167777 — системное ПЗУ, 4 КБ
• Адреса 170000-177777 — ОЗУ и порты
  • Адреса 177600-177777 — окно памяти, включаемое только в режиме HALT

Процессору непосредственно доступно 64 КБ памяти. Помимо этого, существует возможность <косвенного> обращения ко всем 128 КБ ОЗУ, через регистры косвенной адресации 177570 (адрес) и 177572 (данные). Адрес косвенной адресации получается сдвигом на один разряд вниз обычного адреса <прямой> адресации.

  Адрес                     Косв. адрес
 000000 ┌────────────────────┐ 000000
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │       О З У        │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
 140000 ├────────────────────┤ 060000
        │ Дополнит. ПЗУ 8К   │
        │                    │
 160000 ├────────────────────┤ 070000
        │ Системное ПЗУ 4К   │
 170000 ├────────────────────┤
        │ ОЗУ и порты        │
 200000 ╞════════════════════╡ 100000
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        ├────────────────────┤ 140000
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        │     Э К Р А Н      │
        │                    │
        │        32К         │
        │                    │
        │                    │
        │                    │
        └────────────────────┘ 200000

Регистры (порты)

170006		Регистр данных клавиатуры (байт 170006), регистр фиксации HALT-запросов (байт 170007)
170010	Адаптер локальной сети	состояние
170012		данные
170020	Таймер и звук	состояние программируемого таймера
170022		первый счётчик
170024		второй счётчик
170026
170030		управляющее слово выбора громкости и октавы
170032
177100	Контроллер дисковода MD	состояние
177102		данные
177104		управление
177106		таймер
177170*	Контроллер дисковода DX*	состояние
177172*		данные
177514	Устройство сопряжения	состояние параллельного порта
177516		данные параллельного порта
177560	Регистры системной консоли	состояние клавиатуры
177562		данные клавиатуры
177564		состояние терминала
177566		данные терминала
177570	Косвенный доступ к памяти	данные
177572		адрес

 * — код загрузки с дисковода формата DX обнаружен в прошивке версии 3.03; для загрузки с него используется команда <X>.

Видео

Видео-контроллер формирует растр размером 512×312 точек, в котором <полезной> площадью является блок 512×256 точек. Экран хранится в верхней части памяти, доступной по косвенному адресу 140000, занимает 32 КБ. Каждые 8 точек растра занимают 2 соседних байта — каждый байт это отдельный битплан, то есть каждая точка это два бита, лежащие в соседних байтах, что даёт 4 градации яркости на точку.

┌─ 512 x 312 ────────────────────────┐
│                                    │
│                                    │
┌────────────────────────────────────┐
│ 512 x 256                          │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
│                                    │
└────────────────────────────────────┘
│                                    │
│                                    │
└────────────────────────────────────┘

Знакогенератор содержит символы размером 8×8 точек, при выводе текста между строками оставляют место высотой в два пиксела. Таким образом экран используется как текстовый в 25 строк.

Клавиатура

Раскладка клавиатуры:

                        ( )         ( )     ( )     ( )
                        РУС         ВЕРХ    ЛАТ     ЦИФ
 ┌───┬───┐ ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐       ┌───┬───┬───┐
 │Ф1 │Ф2 │ │Клю│ ; │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 0 │ - │ ~ │ � │       │ЦИФ│СТП│ ─ │
 ├───┼───┤ └─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┐     ├───┼───┼───┤
 │Ф3 │Ф4 │   │   │ Й │ Ц │ У │ К │ Е │ Н │ Г │ Ш │ Щ │ З │ Х │ : │ Ъ │ ПС│     │ 7 │ 8 │ 9 │
 ├───┼───┤   └─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┐   ├───┼───┼───┤
 │Ф5 │Ф6 │     │УПР│ Ф │ Ы │ В │ А │ П │ Р │ О │ Л │ Д │ Ж │ Э │ . │ Ё │ВВО│   │ 4 │ 5 │ 6 │
 ├───┼───┤     └─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┬─┴─┐ ├───┼───┼───┤
 │Ф7 │Ф8 │       │   │ Я │ Ч │ С │ М │ И │ Т │ Ь │ Б │ Ю │ , │ / │ _ │   │ФПБ│ │ 1 │ 2 │ 3 │
 ├───┼───┤   ┌───┼───┼───┼───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┼───┼───┼───┼───┼───┘ ├───┼───┼───┤
 │Ф9 │Ф10│   │РУС│Р/Л│АЛТ│                               │Р/Л│ЛАТ│ ЗБ│ДОП│     │ 0 │ . │ + │
 └───┴───┘   └───┴───┴───┴───────────────────────────────┴───┴───┴───┴───┘     └───┴───┴───┘

Клавиатура формирует 8-разрядный код клавиши (КОИ-8Р) и передаёт его в процессорный блок по последовательному каналу. Байт данных формируется в регистре D28 и затем передаётся в регистр D27.

Текущие режимы хранятся в блоке клавиатуры и не могут быть установлены извне. При включении установлены режимы: ЛАТ, ВЕРХ, ЦИФ.

Все клавиши кроме служебных составляют матрицу 8×12 контактов, <адрес> каждой клавиши выражается 7-битным значением (3 бита на номер места, 4 бита на номер строки). ПЗУ блока клавиатуры (D17) объёмом 2048 байт содержит 16 блоков по 128 байт — каждый блок соответствует одной из 16-ти комбинаций режимов. Код символа, соответствующий нажатой клавише, выбирается по адресу клавиши, из блока, определяемого текущим режимом.

Автоповтор срабатывает через 1 секунду, с частотой 15 Гц.

Дисковод

Дисковод формата MD, с кодированием FM (в ТО называется модель TEAC FD-55FV-003). Похож на MX, но использует побайтовую передачу данных. Каждый логический диск занимает только одну сторону физического диска, MD0: и MD1: это первый физический диск, MD2: и MD3: это второй.

Ёмкость диска 459 КБ — 2 стороны по 80 дорожек, сектора по 128 байт, 23 сектора (или меньше) на дорожку. Диск вращается со скоростью 300 оборотов в минуту = 5 оборотов в секунду. Скорость обмена данными — 125 килобит в секунду (FM) = 125000 бит в секунду = 15625 байт в секунду = 3125 за оборот.

Регистры

  177100  Регистр состояния КНГМД (R/W)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴──┴─┬┴─┬┴──┴─┬┘
                       TR ─┘  │  │     │ INDEX  └─ RELOAD (R) / RUN/STEP (W)
                   LOST-DATA ─┘  │     └──── TR00/WRPRT
                               OP-FAILED   

  177102  Регистр данных КНГМД (R/W)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┼──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┤
                         └──────── Данные ───────┘

                                      
  177104  Регистр управления КНГМД (W)                 Операция  5  4
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐             ┴──┴──┴ 
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│               0  0  ЧТЕНИЕ дорожки
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┘               1  0  ЗАПИСЬ дорожки
                       Операция ─┴──┘  │  │  └──┴─ Привод        0  1  ШАГ НАЗАД  от центра диска
                                    Мотор └─ Поверхность         1  1  ШАГ ВПЕРЕД  к центру диска


  177106  Регистр таймера КНГМД (R/W)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┘
                                                └─ Пуск (W) / состояние (R)

Контроллер дисковода управляется на основе операций. Операция выполняется в два шага: (1) подготовка операции установкой в регистре управления битов операции и включения мотора; (2) запуск операции записью «1» в 0-й бит регистра состояния.

Структура дорожки

Track Header		10b
  0343 Marker		1b
  Track number		1b
  023 Sectors on Track	1b
  0 ??			1b
  First Sector		2b
  0xff			1b
  0			1b
  Checksum		2b
Sector			130b
  Data			128b
  Checksum		2b
...

Таймер и звук

TODO

  170020  Регистр состояния программируемого таймера
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┴─┬┘
  Фикс прерывания 2 ─┘  │  │  │  │  │  │  │  │  └─ ??
     Фикс прерывания 1 ─┘  │  │  │  │  │  │  └ Режим работы 1-го счётчика
          Блокировка ЗПР2 ─┘  │  │  │  └──┴─ Режим пуска 1-го счётчика
             Блокировка ЗПР1 ─┘  │  │  0  1  блокировка счётчика
                                 │  │  1  0  запуск по CO1
                                 │  │  1  1  запуск по C1
                                 └──┴─ Режим пуска 2-го счётчика
                                 0  1  блокировка счётчика
                                 1  0  запуск по CO2
                                 1  1  запуск по C2

Порт принтера

ИРПР построен на микросхеме КР1801ВП1-033.

При включенном бите разрешения прерывания используется вектор прерывания 0200.

  177514  Регистр состояния устройства сопряжения
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └─┬┴──┼──┴──┴──┴──┴──┴──┼─┬┴─┬┴─┬┴──┴──┴──┴──┴──┘
   │   └─ Нач.уст-ка (W)─┘ │  │  └─ Завершено (R)
   └─ Ошибка (R)           │  └─ Разрешение прерывания (R/W)
  Требование передачи (R) ─┘

  177516  Регистр данных устройства сопряжения  
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │15│14 13 12│11 10  9│ 8  7  6│ 5  4  3│ 2  1  0│
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┼──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┤
                         └────── Данные (W) ─────┘

TODO

Ссылки

• ТУ 4-ЫД1.700.004ТУ-89 Комплекс вычислительный <Немига>
• Комплекс вычислительный <Немига>. Компьютеры персональные ПК 588, ПК 588-01. Техническое описание и инструкция по эксплуатации
• КУВТ <Немига>
• Постановление Совета министров Белорусской ССР <О дополнительных мерах по обеспечению учебных заведений республики электронно-вычислительной техникой>