Микропроцессорные наборы БИС и серия ЭВМ «электроника НЦ»

Принцип комплексного решения задачи создания БИС и ЭВМ на их основе обеспечивает широкое применение и экономичность разрабатываемых вычислительных средств.

Развитие полупроводниковой технологии и увеличение степени интеграции оказали существенное влияние на вычислительную технику, архитектурное построение ЭВМ.

В настоящее время БИС является законченным сложным функциональным устройством, раз - работка которого требует знания организации ЭВМ и вычислительных систем, т.е. решения системных вопросов.

Комплексный подход к решению задачи разработки средств вычислительной техники обеспечивает архитектурное единство БИС и создание вычислительных средств на их основе, удовлетворяющих требованиям пользователей и предполагающих единое программное обеспечение как разрабатываемых ЭВМ, так и систем, высокую тиражность каждого типа схемы, низкую стоимость разработки и изготовления БИС и вычислительных средств на их основе.

Необходимость использования при создании полной номенклатуры БИС одновременно нескольких различных технологий обусловлена большим разнообразием требуемых характеристик; малой мощностью потребления, возможностью сохранения информации в ОЗУ при малом расходе энергии, высокой помехозащищенностью, возможностью функционирования ЭВМ в закрытом ограниченном объеме, достаточным быстродействием. Все эти требования должны сочетаться с минимальной стоимостью при неужестченных условиях эксплуатации, высокой производительностью, широтой использования.

БИС все шире и шире используются в вычислительной технике. В настоящее время можно вы - делить:

- микро-ЭВМ типа мини-ЭВМ, значительно уступающие последним по производительности, но обладающие всеми другими их характеристиками, а именно эквивалентной системой команд, конструктивной завершенностью, развитым пультом управления, достаточным объемом основной памяти и соответствующим "внутренним" программным обеспечением;

- встроенные микро-ЭВМ, имеющие зафиксированную в ПЗУ или ППЗУ программу работы, предназначенные для реализации определенной функции и заменяющие системы с жесткой логикой, специальной для каждого конкретного случая применения;

- микропроцессорный набор БИС, позволяющий пользователю конструировать собственную систему, но с заданной системой команд процессора и на основе предоставляемого ему программного обеспечения микропроцессорной системы разработчика или вспомогательного кросс-программного обеспечения на большой вычислительной машине, дающий возможность пользователю до некоторой степени самостоятельно выбирать схемотехнические решения при разработке собственной ЭВМ и приспосабливать разрабатываемую систему к конкретному применению;

- распределенные вычислительные системы с микропрограммируемой логикой взаимодействия элементов системы.

Принципы проектирования БИС. Сформулированный выше принцип комплексного решения задачи создания БИС и ЭВМ на их основе, обеспечивающий широкое применение и экономичность разрабатываемых средств, обусловливает ряд технических требований к схемам.

Микропрограммное управление. Набор БИС должен позволять строить микропрограммируемые ЭВМ с целью реализации различных входных машинных языков или систем пользователя. Высокий эффект может дать использование в качестве управляющей памяти программируемой логической матрицы (ПЛМ).

Наращиваемость разрядности и емкости. Должна быть предусмотрена возможность увеличения основных параметров БИС, таких, как разрядность и емкость памяти, при использовании их в составе ЭВМ, причем с минимальными потерями быстродействия последней. Это достигается возможностью синхронизации группы БИС, объединяемых в отдельный модуль.

Асинхронность. Отдельные БИС или группы БИС, представляющие собой модуль ЭВМ, должны взаимодействовать между собой в большинстве случаев по асинхронному принципу, отрабатывая команды или микрокоманды от источника управления. Таким образом достигаются структурная гибкость построения ЭВМ, простота наладки, стандартность соединения модулей и возможность совмещения процессов обработки информации внутри ЭВМ.

Минимальная избыточность. Это значит, что номенклатура схем, обеспечивающих наибольшую первоначальную эффективность, должна быть минимальной. Введение каждой новой БИС может быть оправдано только расширением системных и периферийных возможностей ЭВМ, увеличением производительности и должно удовлетворять требованиям максимального числа потребителей или областей применения.

Единство идеологии БИС. Под этим требованием подразумевается не только тождественность логической структуры или однотипность БИС, изготовленных различными технологическими методами, а скорее единонаправленность разработок: модульность построения систем, невысокая стоимость и минимальные сроки выполнения работы.

Все это определило состав и логическую структуру комплекта БИС, изготовленных по МОП-технологии с га-канальными и комплементарными при - борами и по биполярной технологии на основе ЭСЛ- и ТТЛ-элементов.

Типовой комплект микропроцессорных БИС, изготовленных по МОП-технологии, включает в себя:
- БИС УП (управляющей памяти);
- БИС АУ (арифметического устройства);
- БИС ОИ (обмена информацией);
- БИС АР (арифметического расширителя).

Каждая БИС представляет собой автономное функционально законченное устройство, асинхронно управляемое с помощью команд или микрокоманд.

БИС УП служит для организации микропрограммного устройства управления микропроцессора. В качестве управляющей памяти БИС используется программируемая логическая матрица.

БИС АУ - 4-, 8-, 16-разрядное параллельное арифметическое устройство, служащее для выполнения арифметических, логических и других операций. Схема имеет микропрограммное управление, допускает наращивание разрядности.

Использование остальных БИС расширяет возможности микропроцессора.

Так, БИС АР позволяет аппаратно реализовать операции умножениям параметрических сдвигов и значительно повысить производительность процессора при решении арифметических задач и задач обработки битовой информации.

БИС ОИ служит для коммутации данных, организации связи с байтовыми и битовыми каналами, построения приоритетных схем и других интерфейсных блоков. Применение этой схемы обеспечивает повышение эффективности связи микро - процессора с периферийными устройствами.

Основные характеристики БИС приведены в таблице.

При использовании биполярной технологии типовой комплект микропроцессорных БИС модифицируется, обеспечивая ту же, что и для МОП-технологии, идеологию построения микропроцессоров. В состав типового комплекта, выполненного по биполярной технологии (на ТТЛ- и ЭСЛ-элементах ), входят:

- БИС АУ;
- БИС АР;
- БИС РОН (регистров общего назначения);
- БИС ОИ;
- СИС ДНУ (двунаправленного магистрального усилителя);
- БИС УМ (умножителя);
- БИС ЭПЛМ (электрически программируемой логической матрицы);.

БИС АУ - 8-разрядное параллельное арифметическое устройство (управление микропрограммное, возможна наращиваемость разрядности). Со - держит АЛУ, один рабочий регистр, два двунаправленных канала обмена информацией, два сдвига- теля, два узла маскирования операндов; число микроинструкций АЛУ-26, число модификаций операций - 16.

БИС АР - 16-разрядное устройство, предназначенное для сдвига разрядов на один цикл и выделения поля в 16-разрядном слове. Содержит большую и малую матрицу сдвигателей (малая - для размножения поля единиц), регистр расширения для организации сдвигов слов большой разрядности, один двунаправленный канал обмена информации.

БИС РОН - четырехразрядный блок регистров общего назначения. Имеет независимую адресацию(по чтению и записи) по двум каналам, содержит четыре 16-разрядных регистра, служит для организации сверхоперативной процессорной памяти и буферной памяти в различных устройствах обмена информацией.

БИС ОИ - схема управления интерфейсом об - мена информации, обеспечивающая сопряжение с интерфейсом типа "общая шина".

СИС ДНУ - четыре двунаправленных усилителя, выполняющих кроме функции усиления работу на кабель с волновым сопротивлением 120 Ом, а также согласование различных уровней сигналов.

БИС УМ - схема умножителя. Позволяет реализовать операции умножения и деления 16-разрядных чисел. Операции над числами большейразрядности осуществляются по микропрограмме.

БИС ЭПЛМ - электрически программируемая логическая матрица. Число входов — 16, выходов - 8, произведений - 48.

Типовой комплект микропроцессорных БИС является достаточно универсальным, чтобы обеспечить построение микро-ЭВМ различной архитектуры, а также и распространенных мини-ЭВМ. Хотя эффективность использования комплекта зависит от конкретной архитектуры ЭВМ, проведенные оценки показывают широкие возможности его применения.

В первую очередь типовой комплект был создан для класса микро-ЭВМ — новых вычислительных средств, занимающих в настоящее время определенное положение по архитектуре, областям применения и способам использования по отношению к традиционным мини-, средним и большим ЭВМ.