Контролер за запомнящо устройство с твърд магнитен диск

Както сме Ви показвали в други наши публикации, мощните електронноизчислителни машини от 70-те и 80-те г. използуват като външна памет т.н. запомнящи устройства с твърд магнитен диск. За разлика от съвременен хард диск обаче (на който те са предтеча), не е достатъчно просто да включиш едно такова устройство към паралелния интерфейс и то да заработи. За да върши то правилно работата си, му е необходим външен контролер, който не е вграден (както сега), а представлява отделен модул, с размери примерно на микровълнова.

Тогава контролерът се е наричал управляващо устройство.

В тази публикация в Sandacite.BG ще разгледаме именно едно такова устройство, предназначено именно за онази машина на горната снимка.

През 1987 г. в Централния институт по изчислителна техни­ка и технологии в София е разработено управля­ващо устройство, което дава възможност за свърз­ване на две запомнящи устройства с твърд маг­нитен диск (ЗУТМД) с капацитет до 10 Mbyte към МЕИМ с магистрален паралелен интерфейс.

Управляващото устройство е предназначено да приема команди от централния процесор на електронноизчислителната машина и да ги интерпретира така, че да могат да бъдат предадени през ин­терфейса на запомнящото устройство с твърд магнитен диск. Обменът на данни се извърш­ва в режим на пряк достъп до паметта. По време на инициализация и обмен на информация за със­тояние управляващото устройство е подчинено устройство, а по време на обмен на данни е управ­ляващо по отношение на магистралния паралелен интерфейс. Видът и посоката на обмен на данни се определят от управляващи сигнали от интерфейса. Микропроцесорът в управляващото устройство синхронизира работата му с магистралния пара­лелен интерфейс и дава възможност магистралата да се използва от други устройства, когато упра­вляващото устройство е заето с вътрешни опера­ции или с работа със запомнящото устройство с твърд магнитен диск.

Управляващото устройство съдържа 5 програм­но достъпни регистъра:

регистър за управление и за състояние на уп­равляващото устройство и ЗУТМД;

регистър за адрес от магистралния паралелен интерфейс BAR;

регистър за адрес на запомнящото устройство с твърд магнитен диск;

регистър с общо предназначение MPR

регистър за разширена адресация

Посредством регистрите се обменят команди, информация за състояние на подсистемата и данни.

Управляващото устройство може да извършва следните основни операции: търсене — състои се в прочитане на номера на първия достъпен цилиндър, изчисляване на разликата между номерата на текущия и желания цилиндър и генериране на необходимия брой стъп­ки в необходимата посока към запомнящото устройство с твърд магнитен диск; позициониране на нулев цилиндър; четене/запис — състои се в търсене на необходимия цилиндър и осъществяване на четене или запис с проверка — извършва се запис на сектор със следващо четене и сравнение.

Форматирането на носителя е част от диагностич­ния тест на управляващото устройство. Процесът се извършва на четири цикъла—запис и следваща проверка на заглавията (хедърите) и запис и след­ваща проверка на пътечките.

Блоковата схема на управляващото устройство е дадена на долната фигура.

Обменът на управляваща ин­формация и данни се синхронизира от микропро­цесор под управлението на микропрограма в по­стоянното запаметяващо устройство (ПЗУ). Полу­чените от централния процесор (ЦП) команди за четене, запис и др. стартират последователност от микроинструкции, управляващи запомнящото устройство с твърд магнитен диск и об­мена на данни между управляващото устройство и паметта на МЕИМ.

Микропроцесорът е реализиран чрез две 4-битови секции, които образуват 8-битово аритметич­но-логическо устройство АЛУ. Последователно­стта на изпълнение на микроинструкциите се за­дава от схема за избор на адресите.

ПЗУ е с обем 1 Кbyte. Разредността на микро­инструкциите е 48 bit, която се реализира чрез едновременно адресиране на 6 схеми. Спецификата на управление на микропроцесора изисква към изходите на ПЗУ да бъдат включени паралелни регистри. В тях се съхранява текущата микроинструкция, докато схемата за избор на адреса може да избере следващата. Микроинструкцията се раз­деля на полета, които управляват логиката на уп­равляващото устройство. Основни полета са тези, които задават параметрите на АЛУ и преходния адрес на схемата за задаване на адресите. Част от микроинструкцията участва във формирането на условията за преход. Някои полета се използват за генериране на вътрешни тактови поредици и управляващи сигнали.

Редът на изпълнение на микроинструкциите се определя от редица условия — наличие на нулев резултат от АЛУ, наличие на пренос от обработ­ката на данни в АЛУ, от вида на изходните данни от АЛУ и др. Логиката, следяща условията, е реа­лизирана чрез програмируеми логически елемен­ти. Тя генерира сигнал за преход към схемата за задаване на адресите.

Входовете и изходите за данни на 4-битовите секции образуват вътрешни за управляващото устройство магистрали. В зависимост от разрешаващи и управляващи сигнали АЛУ получава данни (DQ+D7) от централния процесор, от ЗУТМД, чете константи от постоянното запаметяващо уст­ройство или чете данни за състояние на запомнящото устройство с твърд магнитен диск. След обработка АЛУ генерира изходни данни (Y0 – Y7), които в зависимост от състоянието на управляващите и разрешаващи сигнали могат да се четат от централния процесор, да се изпращат към ЗУТМД като данни за запис или управлява­щи сигнали или да управляват логиката на контролера. Поради различната скорост на работа на запомнящото устройство с твърд магнитен диск и МЕИМ по време на опера­ция четене или запис се налага буфериране чрез вътрешна за управляващото устройство оператив­на памет. Обменът на данни между ЗУТМД и МЕИМ се извършва на две стъпки с междинно запаметя­ване в паметта на управляващото устройство.

Управлението на ЗУТМД (избор на устройство, подаване на сигнал за посока, импулси за стъпка и др.) се извършва чрез изходната магистрала, която се стробира от вътрешен управляващ сиг­нал.

Данните за запис, буферирани във вътрешната памет на управляващото устройство, постъпват в паралелен вид на входовете на преместващ реги­стър. От изхода на преместващия регистър данни­те в последователен вид през мултиплексор постъп­ват в блок за MFM-кодиране и блок за формиране на контролни символи (ЕСС-логика). ЕСС-логика- та е изградеш от преместващи регистри с паралел­ни изходи, генериращи контролни символи с по­мощта на <32-разреден полином. Предаването на контролните символи става след края на блока от данни. Логиката за MFM-кодиране е изградена от програмируеми логически елементи. Кодираните данни се подават към запомнящото устройство с твърд магнитен диск за запис.

Поради редица механични фактори честотата на записаните върху носителя данни се отличава, ма­кар и слабо, от честотата на прочетените данни. Синхронизирането на прочетените данни става с логика за следене на фазата на прочетения сигнал. Основа на тази логика е схема, преобразуваща фазовото отместване на прочетените данни в ана­логов сигнал. На базата на разликата между едно опорно напрежение и получения аналогов сигнал се коригира синхронизиращата честота. Прочете­ните данни постъпват на последователния вход на преместващ регистър и на ЕСС-логиката. От пара­лелните изходи на преместващия регистър данни­те се записват в буферната памет на управляващо­то устройство. ЕСС-логиката осъществява делене на постъпващата от ЗУТМД информация и генери­ра 32-разреден остатък. Ако остатъкът не е нула, прочетената информация е с грешки, ако остатъкът е нула, няма грешка в прочетените данни.

От буферната памет на управляващото устрой­ство данните се прехвърлят към оперативната па­мет на МЕИМ в режим на пряк достъп до паметта.

Блок „Тактов генератор“ издава всички так­тови поредици, управляващи работата на управля­ващото устройство. Той е реализиран чрез специа­лизирана генераторна схема, твърдо програмира­на да реализира импулсни поредици с необходими­те честоти.

Управляващото устройство ИЗОТ 1054С.0010 е разработено за вграждане в МЕИМ ИЗОТ 1054С

или в ЕИМ с магистрален паралелен интерфейс. По този начин се разширяват възможностите на МЕИМ за потребителски приложения, като из­ползването им в ГАПС и в други управляващи и изчислителни конфигурации.