Союз-Неон ПК-11/Статья МСиС 1987

Данный материал защищён авторскими правами! Использование материала заявлено как добросовестное, исключительно для образовательных некоммерческих целей. Источник: Статья в журнале «Микропроцессорные средства и системы», №1 1987.

Г. В. Вигдорчик, М. Я. Вохменцев, В. П. Климкович, П. П. Леонов, В. П. Семик

Персональная ЭВМ ПК-11

Разработка и серийное производство однокристальных микропроцессоров с системой команд типа СМ-4 даёт возможность в дополнение к семейству СМ ЭВМ [1] создавать персональные ЭВМ массового применения. Такие персональные ЭВМ (ПЭВМ) размещаются в корпусе клавиатуры и подключаются к монитору или обычному телевизионному приёмнику, выполняющему роль дисплея. Их отличает невысокая стоимость, возможность эксплуатации без дисковых накопителей, использование встроенного интерпретатора простого языка высокого уровня (обычно Бейсик), графические, звуковые и музыкальные возможности для создания динамических изображений, видеоигр, большой набор программ на сменных кассетах. Конструкция ПЭВМ рассчитана на быстрое и простое подключение дополнительных внешних устройств без необходимости открывать корпус.

С учётом этих особенностей была разработана персональная ЭВМ ПК-11. Конструктивно ПК-11 размещена в корпусе клавиатуры, имеющем разъёмы для подключения внешних устройств. Имеются варианты нажимной и сенсорной клавиатур.

Процессор. В качестве центрального процессора используется БИС микропроцессора КР1801ВМ2 [2], имеющего систему команд, аналогичную ЭВМ СМ-4, «Электроника 60», ДВК. Тактовая частота 9,25 МГц. Процессор позволяет организовать работу в двух режимах USER и HALT, имеющих независимые адресные пространства размером 64К байт.

Режим USER предназначен для выполнения программ пользователя и не имеет каких-либо особенностей по сравнению с единственным режимом работы «Электроники 60». Режим HALT предназначен для реализации служебных и системных программ. Он предусматривает несколько специальных инструкций, обеспечивающих доступ к информации режима USER. Одним из способов перехода в режим HALT является запрос прерывания по линии HALT, что широко используется для организации взаимодействия различных компонент ПК-11.

Рис. 1. Структурная схема персональной ЭВМ ПК-11

Процессор имеет высокую производительность: регистровые операции типа «сложение» выполняются за восемь тактов, «умножение» — за 96 тактов, «деление» — за 112 тактов. Взаимодействие процессора с устройством осуществляется посредством регистров, имеющих адреса в странице ввода-вывода.

Память. Физическая память состоит из ОЗУ и ПЗУ. Объём встроенного ОЗУ на микросхемах К565РУ5 равен 256К байт. Конструкция предусматривает возможность установки на плате дополнительных блоков ОЗУ по 256К байт. Встроенное ППЗУ имеет объём 128К байт и построено на микросхемах КМ558РР3. На разъём магистрали можно подключить дополнительную оперативную и постоянную память объёмом до 16М байт. Виртуальное адресное пространство разбито на несколько функциональных областей. Некоторые области адресного пространства имеют фиксированное отображение на физическую память, а отображение других (называемых окнами) может изменяться под управлением программы.

Виртуальное адресное пространство разбито на восемь окон размером 8К байт каждое. Окно может перемещаться по физической памяти с дискретностью 4К байт. Управление памятью осуществляется с помощью набора из восьми регистров окна. Режимы USER и HALT имеют различные наборы регистров окна.

Рис. 2. Распределение памяти персональной ЭВМ ПК-11

Видеоконтроллер ПК-11 формирует на чёрно-белом или цветном мониторе графические изображения в 16 различных режимах. Одновременно он выполняет функцию регистрации динамического ОЗУ и формирует изображение на экране из отдельных точек в соответствии с содержимым части встроенного ОЗУ. Поскольку изображение на видеомониторе состоит из отдельных строк, то каждой такой строке соответствует непрерывная область памяти (видеострока) размером от 16 до 128 слов. Отдельные видеостроки могут размещаться в любой части ОЗУ в любой последовательности и занимать несмежные области памяти.

Для определения начала очередной видеостроки контроллер использует находящуюся в ОЗУ таблицу адресов строки (ТАС), которая представляет собой непрерывную последовательность из 576 слов. Элемент ТАС содержит величину, определяющую физический адрес соответствующей видеостроки. Таким образом, одно 32-разрядное слово таблицы определяет 28-разрядный физический адрес ОЗУ. Адрес начала ТАС задаётся в специальном регистре видеоконтроллера.

Рис. 3. Структура видеоОЗУ

Каждое слово видеостроки в зависимости от режима определяет отображение 2, 4, 8 или 16 телевизионных точек. Соответствующие разряды точки определяют цветовой код, выбираемый из таблицы палитр, расположенной в ОЗУ. В режиме максимального разрешения изображение формируется на матрице, состоящей из 1024 точек по горизонтали и 288 точек по вертикали. При включении режима чересстрочной развёртки число точек по вертикали равно 576.

Прерывания системного таймера синхронизированы с началом обратного хода кадровой развёртки, что позволяет программе проводить изменения изображения на экране во время обратного хода луча. Это даёт возможность исключить мгновенные искажения изображения при его модификации.

Подключение чёрно-белого телевизора или монитора производится по входу «видео», а цветного монитора — по входу RGB. Дополнительно вырабатываются раздельные сигналы кадровой и строчной синхронизации для подключения мониторов, не имеющих селектора синхроимпульсов.

Звукогенератор ПК-11 построен на двух БИС программируемого таймера КР580ВИ53. Он формирует звуковые частоты по трём независимым каналам с раздельной регулировкой громкости по каждому каналу. Одна БИС используется для формирования импульсов звуковой частоты, другая регулирует уровень звукового напряжения, изменяя скважность импульсов высокой частоты, модулируемых звуковой частотой первой БИС. Зависимость звукового напряжения от константы, записанной в регистр счётчика регулятора уровня, близка к логарифмической, что позволяет получать огибающие, характерные для естественных источников звука. Для осуществления ряда звуковых эффектов предусмотрен второй режим работы регулятора уровня, обеспечивающий изменение тембра звучания одновременно с изменением громкости.

Внешние интерфейсы. Интерфейс кассетного магнитофона обеспечивает формат записей, совместимый со стандартом MSX. Управление двигателем, кодирование, модуляция и демодуляция данных выполняются программно.

Программируемый 24-разрядный параллельный интерфейс построен на основе БИС КР580ИК55 и предназначен для подключения различных внешних устройств, таких, например, как печатающее устройство, графопостроитель, лабораторные приборы.

Последовательный интерфейс на базе БИС К1801ВП1-035 предназначен для связи ПК-11 с другими ПЭВМ или периферийными устройствами по стандарту «20 мА токовая петля» и RS-232C. Максимальная скорость обмена 57 600 бод. Формат посылок (скорость, чётность, число стоповых бит) и стандарт обмена устанавливаются программно.

Приёмник интерфейса имеет дополнительный высокочувствительный вход (с входным током не более 100 мкА и входным сопротивлением 100 кОм) для организации параллельной локальной классной сети. Внешний разъём интерфейса последовательного канала содержит перемычку, которая разрешает прерывания по сигналу HALT, если приёмник зафиксирует состояние «разрыв линии». Это прерывание используется для синхронизации обмена при работе сети. Перемычка в разъёме предотвращает прерывания при отключении ПЭВМ от линии связи.

Разъём магистрального параллельного интерфейса МПИ предназначен для подключения сменных модулей ПЗУ, дополнительного ОЗУ и контроллеров периферийных устройств, например, контроллера накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД). Контроллер НГМД для ПК-11 использует метод записи с групповым кодирование и обеспечивает ёмкость форматированного диска 520К байт или 1040К байт.

Принципиальным отличием архитектуры ПК-11 от СМ-4, «Электроники 60» и т. п. является отсутствие стандартных регистров консольного терминала. Генерация символов на экране дисплея и обслуживание клавиатуры происходят программно. Поэтому перенос разработанного ранее программного обеспечения может представлять определённые трудности. Для совместимости со стандартным программным обеспечением в режиме USER в ПК-11 имеются четыре регистра, предназначенные для эмуляции стандартного консольного терминала. Эти регистры доступны в обоих режимах процессора и имеют стандартные адреса (177560…177566), а также позволяют управлять прерываниями со стандартными адресами векторов (60, 64). Регистры эмулятора имеют стандартные форматы. Эмуляция основана на прерывании по сигналу HALT при операции записи по адресу регистра буфера экрана. При операции чтения по адресу этого регистра происходит установка разряда готовности в регистре состояния и начинается процедура прерывания по вектору 64.

При эмуляции клавиатуры запись в регистр буфера клавиатуры устанавливает разряд готовности в регистре состояния и происходит процедура прерывания по вектору 60. Операция чтения по адресу регистра буфера сбрасывает разряд готовности.

Программное обеспечение. Встроенное программное обеспечение (размещаемое в ПЗУ) включает базовую операционную систему (БОС) и систему программирования Бейсик. БОС содержит драйверы устройств, входящих в базовую конфигурацию ПК-11, средства инициализации и настройки на конфигурацию, графические примитивы. Дополнительно в состав БОС входят эмуляторы графического и алфавитно-цифрового терминалов, что позволяет использовать ПК-11 в качестве терминала другой ЭВМ. При подключении внешних устройств, не входящих в базовую конфигурацию, необходимо предусматривать наличие ПЗУ в составе контроллера, которое содержит программную поддержку устройства, выполненную по правилам, предусмотренным в БОС.

Язык программирования Бейсик является подмножеством языка MSX BASIC. Отсутствуют операторы, непосредственно связанные с аппаратными особенностями стандарта MSX. Учёт этих особенностей позволяет создавать программы, идентичные для ПК-11 и ПЭВМ MSX, Обмен текстами программ может легко выполняться посредством кассетной магнитной ленты благодаря совместимости физических и логических форматов записи. При подключении контроллера диска, Бейсик дополняется средствами работы с дисковой файловой системой, содержащимися в ПЗУ контроллера. Появляются операторы и функции, обеспечивающие инициализацию и форматирование диска, запись и считывание программ и данных из файлов на диске, копирование, переименование, удаление файлов, получение каталога файлов на диске.

Если в состав ПК-11 входит НГМД, то можно использовать дисковую операционную систему РАФОС/ПК, в состав которой входят различные системы программирования и широкий набор служебных и прикладных программ [3]. РАФОС/ПК обеспечивает программную совместимость с остальными версиями РАФОС и системами ОС ДВК, ФОДОС. Она служит инструментальной системой для разработки программного обеспечения, которое в дальнейшем может применяться в базовых конфигурациях ПК-11.

Литература

1. Малые ЭВМ и их применение / Под общ. ред. Б. Н. Наумова. — М.: Статистика, 1980.
2. Однокристальные микропроцессоры комплекта БИС серии К1801 / В. Л. Дшхунян, Ю. И. Борщенко, В. В. Науменков и др. // Микропроцессорные средства и системы. — 1984.—№ 4.—С. 12—18.
3. Операционная система СМ ЭВМ РАФОС / Л. И. Валикова, Г. В. Вигдорчик, А. Ю. Воробьев и др. — М.: Финансы и статистика, 1984.

Статья поступила 21 мая 1986 г.