Электроника МС 0515/НС4-ТО
Модуль системный НС4
Техническое описание
3.858.420 ТО
1. Введение
1.1. Настоящее техническое описание (ТО) предназначено для ознакомления
с модулем системным НС4, входящим в состав ПЭВМ “Электроника МС 8515”, и
устанавливает правила эксплуатации, соблюдение которых обеспечивает
поддержание модуля в работоспособном состоянии.
1.2. При ознакомлении с модулем НС4 необходимо дополнительно
руководствоваться схемой электрической принципиальной 3.858.420 ЭЗ и
перечнем элементов 3.858.420 ПЭЗ.
1.3. Сокращения и условные обозначения, принятые в ТО приведены в
Табл.1.
Таблица 1 +-------------------------------------------------------------------------+ !Сокращённое,! Полное наименование или значение ! !условное ! ! !обозначение ! ! +-------------------------------------------------------------------------+ ! МП ! Микропроцессор ! ! ЦП ! Центральный процессор ! ! ОЗУ ! Оперативное запоминающее устройство ! ! ВОЗУ ! Оперативное запоминающее устройство видеоконтроллера ! ! НГМД ! Накопитель на гибком магнитном диске ! ! РОН ! Регистры общего назначения ! ! РС ! Регистр состояния ! ! РКС ! Регистр команд и состояния ! ! ДП ! Диспетчер памяти ! ! ИРПР ! Интерфейс радиальный параллельный ! ! ОС ! Операционная система ! ! УС ! Указатель стека ! ! СК ! Счетчик команд ! ! ССП ! Слово состояния процессора ! ! ПДП ! Доступ к памяти ! ! L ! Используется с обозначением сигнала и указывает на то, ! ! ! что активным уровнем является уровень логического нуля ! ! H ! Используется с обозначением сигнала и указывает на то, ! ! ! что активным уровнем является уровень логической единицы ! ! ЭО ! Элемент отображения электронно-лучевой трубки ! ! ! видеомонитора ! ! ЭЛТ ! Электронно-лучевая трубка ! ! ЧТ ! Чтение ! ! ЗП ! Запись ! ! РГН ! Регенерация ! ! ППР ! Предоставление прерывания ! ! ПДП ! Прямой доступ к памяти ! ! ВПП ! Введение приоритета процессора ! ! НОП ! Нет операции ! ! ППЗУ ! Перепрограммированное ПЗУ ! ! ПРМС2 ! Приёмник Стык С2 ! ! ПРДС2 ! Передатчик Стык С2 ! ! БФК ! Блок формирования видеосигнала ! ! БВК ! Буфер видеоконтроллера ! ! БРПРД ! Буфер регистра передатчика ! ! ФАПЧ ! Фазовая автоподстройка частоты ! ! МОН ! Монитор ! ! УСАПП ! Универсальный синхронно-асинхронный программируемый ! ! ! приемо-передатчик ! ! МЧМ ! Модифицированная частота модуляции ! ! БИСК ! Бис контроллера ! ! КЦК ! Контрольный циклический код ! ! ЦАП ! Цифро-аналоговый преобразователь ! ! ! ! +-------------------------------------------------------------------------+
2. Назначение
2.1 Модуль системный НС4 предназначен для обработки и ввода/вывода
цифровой информации в составе ПЭВМ “Электроника МС 8515” и является
основным её элементом.
На нём размещены центральный процессор, постоянное-запоминающе
устройство (ПЗУ), оперативное-запоминающее устройство (ОЗУ), видеоконтроллер,
контроллер НГМД, интерфейсы для связи с внешними устройствами.
Модуль системный изготовляют в климатическом исполнении по 2 группе
условий применения, установленном в ОСТ 11 385.918-83.
Питание осуществляется от стабилизированного источника постоянного тока
напряжениями плюс (5+-0,25) В, плюс (12+-0,6) В и минус (12+-0,6).
3. Основные технические характеристики
3.1. Основные технические характеристики модуля системного приведены в Табл. 2.
Таблица 2
---------------------------------------------------------------------------
Параметры, единица измерения ! Норма ! Примечание !
---------------------------------------------------------------------------
1. Разрядность чисел, бит ! 16 ! !
2. Базовый микроцикл, нс ! 400 ! !
3. Быстродействие, млн коротких операций/с, ! ! !
не менее ! 0,5 ! !
4. Ёмкость памяти, кбайт, ! ! !
ОЗУ ! 128 ! !
ПЗУ ! 16 ! !
5. Число регистров общего назначения ! 8 ! !
6. Время цикла обращения к ОЗУ, мкс, ! ! !
не более ! 0,6 ! !
7. Время выполнения одноадресных команд, ! ! !
типа очистка, мкс ! 1,6 ! !
8. Объём адресуемой памяти, кбайт ! 128 ! !
9. Число методов адресации ! 12 ! !
10. Число уровней приоритета прерывания ЦП ! 4 ! !
11. Токи, потребляемые от источников ! ! !
питания, а, не более, ! ! !
плюс 5 В ! 2 ! !
плюс 12 В ! 0,1 ! !
минус 12 В ! 0,02 ! !
! ! !
---------------------------------------------------------------------------
Примечания:
1. Цифровая форма обрабатываемых данных и алфавитно-цифровая в кодах
ГОСТ 13052-74.
2. Единицы обрабатываемой информации: бит, байт, слово (16-разрядов).
3.2. Количество выполняемых команд – 66. Система команд приведена в
ПГЩМ2.791.064 ТО.
3.3. Типы команд: безадресные, одноадресные, двухадресные.
3.4. Методы прямой адресации: регистровый, автоинкрементный,
автодекрементный, индексный.
Методы косвенной адресации: косвенно-регистровый,
косвенно-автоинкрементный, косвенно-автодекрементный, косвенно-индексный.
При использовании счетчика команд (СК) в качестве регистра общего
назначения выделяют четыре метода адресации: абсолютный, относительный,
косвенно-относительный и непосредственный.
3.5. Система прерываний – векторная.
3.6. Организация оперативной памяти – страничная.
3.7. Габаритный размеры модуля системного НС4 – 288 Х 226,5 Х 30 мм;
масса – 0,4 кг.
4. Устройство и работа модуля системного
4.1. Структурная схема системного модуля приведена на Рис.1.
Он состоит из следующих основных функциональных узлов:
- центрального процессора;
- оперативного запоминающего устройства (ОЗУ);
- постоянного запоминающего устройства (ПЗУ);
- догики прерывания ЦП;
- видеоконтроллера;
- арбитра ОЗУ;
- системных регистров;
- программируемого таймера;
- интерфейсов внешних устройств;
- интерфейса магнитофона;
- контроллера НГМД.
4.2. Основой системного модуля является блок ЦП, который служит для
осуществления процесса логической и арифметической обработки информации,
формирования управляющих сигналов и обслуживания запросов прерывания. Блок
ЦП построен на основе микропроцессора КР1807ВМ1. Этот 16-разрядный
микропроцессор совместим по системе команд с семейством машин типа
“Электроника 60”. Внутренние регистры микропроцессора могут быть выделены в
три группы по типу применения:
- регистры общего назначения (РОН);
- слово состояния процессора (ССП);
- регистр режима.
Блок-схема системного модуля
...........................
------------! !--------------
! ----------! О З У !------------
!! ! ! !
!! ........................... !
!! /\ /\ /\ !
\/ ! !! !! \
.......... ......... ........ !! ............ ............
! Логика ! СР0-3 ! ! !АРБИТР! !! !Мульти- ! АВ1-13 !Видео- !
!прерыва-!------\! ЦП ! ! ! !! !плексор !/---------!контроллер!
! ния !------/! ! ! ОЗУ ! !! !адреса ОЗУ!\---------! !
.......... ......... ........ !! ............ ............
/\ /\ /\ !! /\ /\ ! /\
----------! !! ! !! ! !! ! !
! !! -----------!!-----!---!!----------------- ----
! !! !! ! !! !
! МК0-15 !! .......... !! ! !! .......... ! ........... ...........
! !! !Рег. ! !! ! !! !Контрол-! ----!Системные!--->!Интерфейс!
! !! !выбора !---!!-----! !! ! лер ! ! ! !магнито- !
! !! !банк ОЗУ! !! !! ! МГМД !<----!регистры !<---!фона !
! !! .......... !! !! .......... ........... ...........
! !! /\ !! !! /\ /\ !
! !! МК0-7 !! !! МК0-15 !! МК0-7 !! МК0-7 !! !--------------
! \/ !! !! !! \/ \/ !
----!------------------------------------------------!!-------------------------------------------\ !
МК0-5 ! МК0-15 !! > !
!!---!------------------------------------------------!!-------------------------------------------/ !
!! ! /\ !! /\ /\ !
\/ \/ !! !! !! !! !
.......... .......... !! !! МК0-7 !! МК0-7 !
!Регистр ! ! ! !!АД1-12 !! !! !
! ! ! ПЗУ ! !! !! !! !
!адреса ! ! ! !! !! !! !
.......... .......... !! \/ \/ \/
!! /\ /\ !! ............ .......... ............
!! .......... !! ! !! !Интерфейсы!<---!Програм-! !Схема !
!! !Адресный! !! ! !! !внешних ! !мируемый!----->!управлен. !
!! ! ! !! ! !! !устройств !<---!таймер ! !громкогов.!
!! !селектор! !! ! !! ............ .......... ............
!! .......... !! ! !! /\ /\ /\ /\
!! /\ ! !! ! !! ! ! ! !
!! АД5-15!! ! АД1-13 !! ! !! ! ! ! !
!! !! !---------!!---+-------------------!!------------------!----------! !
!! !! !! !! ! АД1-2 ! АД1-2
!!----------!!-------------!!-----------------------!!------------------!--------------!----------------\
! АД0-15 >
!-------------------------------------------------------------------------------------------------------/
Рис.1
4.2.1. Регистры общего назначения (РОН)
МП содержит восемь 16-разрядных РОН, которые обозначаются R0-R7 и могут
быть использованы в качестве аккумуляторов, индексных регистров,
автоинкрементных, автодекрементных регистров, указателя стека либо для
временного хранения данных. Регистры R6 и R7 являются специальными. Регистр
R6 используется в качестве указателя стека (УС) и содержит адрес последней
ячейки стека. Регистр R7 используется в качестве счётчика команд (СК)
процессора и содержит адрес следующей команды. Он обычно используется для
целей адресации, а не в качестве аккумулятора.
4.2.2. Слово состояния процессора
Слово состояния процессора содержит информацию о текущем состоянии
процессора, которая отражает приоритет процессора, признаки, описывающие
логические или арифметические результаты последней выполненной команды и
указатель для определения операции, которая вызвала прерывание при отладке
программы. Этот индикатор (Т-бит) не может быть непосредственно установлен
или очищен, изменение состояния Т-бита происходит при обращении к программе
прерывания. Формат ССП показан на Рис.2.
Формат слова состояния процессора
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
-------------------------------------------------
: : : : : : : : : : : : T: N: Z: V: C:
-------------------------------------------------
!Приоритет!
Рис.2
<15-8> читаются как нули;
<7-5> определяет уровень приоритета процессора;
<4> “T-бит” применяется в отладочных целях;
<3> “N” устанавливается в “1” состояние, если результат предыдущей
операции отрицательный;
<2> “Z” устанавливается в “1” состояние, если результат предыдущей
операции равен нулю;
<1> “V” устанавливается в “1” состояние, если при выполнении предыдущей
операции произошло переполнение;
<0> “C” устанавливается в “1” состояние, если при выполнении предыдущей
операции имел место перенос.
4.2.3 Регистр режима
Регистр режима служит для задания режима работы микропроцессора и
загружается в момент включения питания и каждый раз при выполнении стартовой
последовательности процессора.
На модуле системном регистр режима ЦП читается следующим образом:
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
-------------------------------------------------
: 1: 1: 1: 1: 0: 0: 1: 0: 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1:
-------------------------------------------------
Разряды <15-13> используются для выбора значения стартового адреса
микропроцессора. Адрес рестарта всегда равен стартовому адресу +4.
<15> <14> <13> Стартовый Рестартовый
адрес адрес
1 1 1 172000 172004
4.2.4. Цикл обращения к магистрали
ЦП обеспечивает выполнение базового набора из 66 команд, совместимых с
набором команд Микро-ЭВМ “Электроника 60”.
Каждая команда может быть выполнена за несколько циклов обращения к
магистрали. Циклы обращения к магистрали подразделяются на следующие группы:
- чтение (ЧТ);
- запись (ЗП);
- регенерация (РГН);
- предоставление прерывания (ППР);
- прямой доступ к памяти (ПДП);
- ввод приоритета процессора (ВПП);
- нет операции (НОП);
Каждый цикл обращения к магистрали может состоять из одного или двух
микроциклов. Микроцикл позволяет микропроцессору выполнить внутренние
функции, необходимые для обмена информацией с микроканалом, внутренней
пересылки данных и вычислений, в свою очередь, микроцикл состоит из фаз
тактирования процессора. Длительность микроцикла может меняться, и при
частоте тактирования микропроцессора 7,5 МГц длительность фазы МП составляет
133 нс, а базовый микроцикл равен 400 нс.
4.2.5. Стартовый цикл центрального процессора
Процесс запуска ЦП происходит следующим образом.
При подаче питающего напряжения на плату запускается схема формирования
стартового импульса “СТАРТ H”, которая имеет порог срабатывания 4,6 В и
позволяет предостеречь процессор от ложного запуска при питании от
источников, не формирующих логические сигналы “АИП” и “АСП”.
Результатом работы схемы запуска является формирование импульса высокого
логического уровня длительности порядка 128 мкс, что обеспечивает надёжный
запуск микропроцессора. В процессе выполнения стартовой последовательности
микропроцессор формирует импульс низкого уровня “УСТ L”, который и позволяет
ему считать регистр режима. Результатом выполнения стартовой
последовательности является формирование управляющих сигналов для
магистрального цикла чтения по стартовому адресу 172000.
На рис. 3 приведена диаграмма магистрального цикла чтения в статическом
режиме 16-разрядных данных.
Диаграмма магистрального цикла записи показана на рис. 4.
4.3. Оперативное запоминающее устройство
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) имеет ёмкость 128 Кбайт и
служит для временного хранения информации. ОЗУ построено на БИС
динамического ОЗУ К565РУ5Г.
Всё ОЗУ разбито на банки по 8 Кбайт. Микропроцессор имеет 16-разрядную
адресную шину, поэтому он может адресовать непосредственно только 64 Кбайт
ОЗУ или 8 банков. Эта часть ОЗУ называется основной памятью. Другая
половина ОЗУ называется дополнительной памятью. К ней процессор может
обратиться только через диспетчер памяти.
МК00-15Н ----------------- -------------
/ \ / Данные \
-------- Адрес ------------- ---------------
\ / \ чтения /
----------------- -------------
!85 НС! >121 нс !
*СР8-7 -------------------
/ Запр. прерыван. \
---------------------------------------- ---------
\ и ПДП /
-------------------
ПВАС L ! 143 нс !
---------------- ----------------
\ /
------------------------------------
ПВАК L ! < 220 нс !
------------------------ ----------------------
\! 105 нс ! /
----------------------
ПРВ Н -----------------
/ \
--------------------------------- ------------------
Примечание. СР0-7 обозначены выводы 32-39 микропроцессора
Рис. 3
МК00-15 ----------------- -------------
/ \ / Данные \
-------- Адрес ------------- ---------------
\ / \ записи /
----------------- -------------
ПВАС L ! >85 нс ! >121 нс !
---------------- -----------------
\ /
-----------------------------------
! < 270 нс !
ПВАК L
------------------------ -----------------------
\! 310 нс !/
!143 нс!---------------------
-------- ---------------
ПКЛБL \ /
ПСТБL ---------------------------------------------
Рис. 4
Диспетчер памяти представляет собой схему, позволяющую осуществлять
подключение к адресному пространству процессора вместо выбранного банка
основного ОЗУ, соответствующий банк дополнительного ОЗУ и наоборот. Адрес
банка дополнительного ОЗУ указывается в соответствующем разряде регистра
диспетчера памяти, который имеет магистральный адрес 177400. Формат регистра
диспетчера памяти показан на рис. 5
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
---------------------------------------------------------------
: Х : Х :НАЧ:СТРБ:РВБ1:РВБ0:ТАИ:МОН:ВОЗУ: : : : : : : :
---------------------------------------------------------------
! Номер банка ОЗУ !
Рис. 5
Номера разрядов имеют взаимно однозначное соответствие с номером банков,
а двоичные данные, записываемые в эти разряды, определяют выбор основного или
дополнительного ОЗУ.
Так, логическая “1”, записанная в один из разрядов <0-6> этого регистра,
определяет включение в адресное пространство процессора банка основного ОЗУ,
номер которого равен номеру разряда, в который произведена запись, а
логический “0” подключает соответствующий банк дополнительного ОЗУ.
<7> разряд служит для модификации видео ОЗУ (ВОЗУ).
Архитектура видеоконтроллера системного модуля такова, что ВОЗУ
физически совмещено с ОЗУ процессора. Процессор не может обратиться к ВОЗУ
непосредственно, т.к. физические адреса ВОЗУ находятся в странице внешних
устройств, адреса которой отданы под ПЗУ. Таким образом, адреса ВОЗУ
находятся “в тени” адресов ПЗУ. Для того, чтобы считать данные ВОЗУ или
модифицировать его содержимое, необходимо установить <7> разряд регистра ДП в
состояние “1”. Комбинация, записанная в <10> и <11> разряд регистра ДП,
будет определять виртуальное окно, через которое можно обратиться к ВОЗУ.
<11> <10> ! Виртуальное окно ВОЗУ
---------------------------------------------
0 0 ! 000000 - 037777
0 1 ! 040000 - 077777
1 Х ! 100000 - 137777
---------------------------------------------
Примечание. Х – состояние разряда не имеет значения
<8> служит для инициирования программного запроса прерывания от монитора
“1” устанавливает запрос прерывания от монитора;
“0” сбрасывает запрос прерывания от монитора.
<9> служит для разрешения прерывания от таймера
“1”, записанная в этом разряде, разрешает прерывания
от системного таймера;
“0” запрещает прерывания от таймера.
<12,13> служат для программного формирования управляющий сигналов для
обеспечения обмена через параллельный интерфейс по протоколу, совместному с
ИРПР-М.
<14,15> разряды не используются.
4.4. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
ПЗУ предназначено для постоянного хранения информации, необходимой для
функционирования системного модуля.
ПЗУ организованно на двух БИС ППЗУ К573РФ4Б с ультрафиолетовым стиранием
информации и имеет ёмкость 16 Кбайт. К ПЗУ можно обратиться через адреса от
160000 до 177376. Таким образом, ЦП доступна только половина ёмкости ПЗУ.
Другая половина ПЗУ может быть разрешена для адресации в случае установки в
состояние “1” <7> разряда (“Расширенное ПЗУ”) системного регистра А. При
этом ЦП будет иметь доступ к полному объёму ПЗУ с 140000 до 177376, но 6 банк
ОЗУ исключается из адресного пространства, т.к. будет находиться “в тени”
адресов ПЗУ. Адреса с 177400 до 177776 отводятся под адреса внешних
устройств.
Схема распределения адресного пространства ЦП показана на рис.6.
Nбанка
----------!----------- ---------------------- 177776
! ВОЗУ 60000-77777 !177777 ! Системные регистры !
! ! ---------------------- 177400
7 ----------!----------- ! !
! ВОЗУ 40000-57777 ! ! П З У !
! !160000 ! !
----------!----------- ---------------------- 160000
! !157777 ! !
6 ----------!----------- ! Расширение ПЗУ !
! !140000 ! <7>=1 !
----------!----------- ---------------------- 140000
! !137777
5 ----------!-----------
! !120000
----------!-----------
! !117777
4 ----------!-----------
! !100000
----------!-----------
! !77777
3 ----------!-----------
! !60000
----------!-----------
! !57777
2 ----------!-----------
! !40000
----------!-----------
! !37777
1 ----------!-----------
! !20000
----------!-----------
8КБ! Дополнительное ОЗУ !17777
0 ----------!-----------
8КБ! Основное ОЗУ !00000
----------!-----------
15 8 7 0
СТБ МЛБ
Рис.6
TODO