Запознайте се с българската работна станция за проектиране КСИ-68 в Sandacite.BG.

Както знаете от нашия сайт, още през 70-те г. българската държава издига лозунгите за ,,всестранно внедряване на електронноизчислителна техника в народното стопанство“, ,,електронизацията – стратегическа задача“ и други подобни. Целта е колкото се може повече човешки дейности да се управляват с помощта на компютри, защото това страхотно много повишава производителността на труда.

Една проектантска област, в която изключително много се използва компютърна техника още от самото начало, е машиностроенето – такъв пример е бюрокомпютърът ИЗОТ 1027С, за който можете да научите повече ТУК.

С такива бюрокомпютри, но и с големи компютри от серията ЕС са проектирани (една важна компютризирана дейност винаги е електронното чертаене) и изчислявани инженерните проекти на много от сградите, които до ден днешен ползваме из българските градове.

След това – през първата половина на 1980-те години – започва производството на какви ли не компютри и компютърни системи, които се използват в инженерното проектиране на различни неща в строителството – сгради, мостове, тунели и още съоръжения – а също и в други области. Различни измервателни, чертожни, печатни и други специфични устройства, промишлени роботи и т.н. са така приспособявани, че да се управляват и работят чрез компютри. Така постепенно се раждат българските работни станции!

В онези десетилетия това е изобщо целта на компютрите – да се използват за решаване на професионални задачи, не за цъкане на игрички дОма. :) Тези глезотии стават възможни едва след като персоналните компютри се разпространяват най-широко и различните професионални области – от архитектурно проектиране до военно дело – са добре обзаведени с тях.

Преди да пристъпим към работната станция КСИ-68, само ще засегнем появилите се през първата половина на 80-те г. проектантски компютърни системи на принципа CAE/CAD (Computer-aided engineering, Computer-aided design – т.е. инженерно проектиране чрез компютри, дизайниране чрез компютри), които през втората половина на 80-те, заради все по-широко използване на промишлени роботи и машини с цифрово програмно управление (да си спомним българските ЦПУ-контролери от серията Програма) се развиват в CAM – Computer-aided manufacturing – производство чрез компютри. През втората половина на 80-те вече не е възможно човек да си представи дейности като самолето-, корабо-, автомобилостроене, архитектура и проектиране на електронни устройства (напр. свръхголемите интегрални схеми) да се правят по стария начин на ръка.

CAE/CAD-компютърните системи са снабдени със специализиран софтуер, който улеснява много електронното чертаене и изработването на техническата документация на новопроектираните устройства. Програмите автоматизират и така ускоряват и извършването на голям брой повтарящи се рутинни операции, докато човешкият мозък пред монитора през това време мисли нещо по-сложно. Голям брой български работни станции с високи графични възможности, произведени след 1984 – 5 г., работят под управлението на 16-битови компютри Правец.

Почти всички такива станции работят и в локални мрежи, за да се споделят файлове между няколко техни потребители и така нещата да стават още по-бързо.

След това на ред идват 32-битовите компютърни работни станции, които започват да се използват в CAE/CAD към края  на 80-те. Те, разбира се, се организират около персонален компютър с 32-битов процесор. Една такава е българската КСИ-68, разработена в Института по техническа кибернетика и роботика на БАН през 1988 г. Предназначена е за широк кръг проектантски задачи, разработката на софтуер, компютризирането и автоматизирането на различни лабораторно-научни изследвания и други задачи.

КСИ-68 се отличава със следните принципи:

— отворена архитектура. По същество КСИ-68 представлява набор от модули, съвместими с VMЕ-магистралата. Благода¬рение на модулния принцип се постига значителна гъвкавост по отношение на конкретно приложение, като характеристиките на МРС могат да се адаптират и разширяват в зависимост от изискванията на решавания клас задачи, както и да се изгради фамилия от програмно съвместими работни станции.
— стриктно придържане към проектни решения, съвместими със съществуващи стандарти. Механическите и електрическите параметри на модулите, изграждащи работната станция, съответстват на спецификациите на VMЕ-магистралата. Процесорът, използван в станцията, е от фамилията МС 68ххх на Motorola. За основа на софтуера на КСИ-68 е възприета де факто стандартната операционна система UNIX V, която осигурява съвместимост на ниво ОС с разнообразни приложни програми. За харддисковете и флопидисковите устройства са използвани интерфейсните стандарти ST 506, ST 412, SASI и SCSI. Локални мрежи се изграждат чрез стандарта IEEE 802.3 (Ethernet).

В долната таблица можете да видите основните технически характеристики на модулите в системата КСИ-68. Чрез тези модули могат да се изградят различни конфигурации в зависимост от това за какво ще се използва системата.

Продължеине на таблицата:

№ по ред 1	Модул 2	Функционални елементи 3	VME-интерфейс 4
5	КСИ 68 К/УФК — уинчестер и флопи-диск	ST-506 интерфейс за контролер за уинчестер диск, ST-412 интерфейс за флопи-диск, локална буферна памет	А 24, D16/D08
6	КСИ 68 К/ГК-М — главен графичен контролер	локален процесор МС 68 000, 16 КВ двупортова памет, 32/64 КВ EPROM за фърмуер, 16 КВ оперативна памет, таблица на цветност, видео ЦАП, 2 х RS-232C, интерфейс към видеошина	А24, D16/D08
7	КСИ 68К/ГК-С — подчинен графичен контролер	графичен контролер NEC 7220, 0,5/1-мегабайтов кадрови буфер, блок за лупа (zoom), интерфейс към видеошина
8	КСИ 68К/ПМ-20 — процесорен модул с МС 68020	процесор МС 68020, аритметичен копроцесор МС 68881, УУП МС 68851, главен или подчинен модул, системен контролер, 16 — 256 КВ RAM/EPROM, 2 х RS-232C, 3 х 16-разреден таймер, интерфейс към локална 32-разредна магистрала (VMX32)	А32/А24, D32/D16/D08
9	КСИ 68К/ДРАМ32-2 — динамична памет	динамична памет с обем 0,5/1/2 MB с контрол по четност	А32/А24, D32/D16/D08
10	КСИ 68К/ДПР-2	двупортова динамична памет с обем 1/2 MB с контрол по четност, интерфейс към локална 32-разредена магистрала (VMX32)	А32/А24, D32/D16/D08
11	КСИ 68К/КП —комбинирана памет	двупортова RAM/EPROM-памет, батерийно захранване, интерфейс към локална 32-разредна магистрала (VMX32)	А32/А24, D32/D16/D08

Независимо от значителното разнообразие от възможни конфигурации, могат да се обособят две основни, които се различават главно по броя на адресните и информационните шини, използвани за пренос на данни.
На долната фигура е показана блок-схемата на КСИ-68, основана на 16-битова шина за пренос на данните, а още по-долу — КСИ-68 с 32-битова адресна и информационна шина.

За изясняване на основните архитектурни особености на МРС КСИ-68, ще обсъдим накратко някои от по-съществените характеристики на отделните ѝ модули.

Системният контролер КСИ 68К/СК-1 реализира функциите за управлението на VME-магистралата. Съдържа функционални блокове за системна инициализация, системен такт, системен арбитър и блок за генериране на прекъсвания по VME-магистралата. Този блок е реализиран с помощта на два контролера на прекъсванията МС 68153, които осигуряват програ¬мируеми вектори на прекъсване, както и функции, свързани с генерирането на прекъсвания в многопроцесорни системи. Освен това в модула са прибавени и някои функции, които обикновено се използват еднократно в една МРС. Такива са напр. часовник/календар, паралелен интерфейс за принтер и два серийни интерфейса RS-232C. За увеличаване на обема от оперативна памет за потребителя или за разширяване на апаратно-програмното осигуряване са предвидени свободни цокли, в които могат да се поставят допълнителни SRAM- или EPROM-чипове.

Модулът КСИ 68К/ПМ-10 е предназначен за изграждане на системи на основата на 16-битова шина за обмен на данни. Той е ориентиран към работа с операционната система UNIX. Съдържа 16-/32-битов микропрорцесор МС 68010, устройство за управление на паметта МС 68451, двупортова динамична памет с обем 128/512 КВ, бързо действаща кеш-памет с обем 4 КВ, блок за обслужване на системни прекъсвания, локален монитор и сериен интерфейс RS-232C. За ускоряване на работата на модула в системи под управление на ОС UNIX се използват няколко подхода:
— достатъчно голям обем (512 КВ) локална памет, осигуря-ваща място за съхранение на цялото ядро на ОС;
— наличие на бързодействащ кеш за инструкции, включен между МП и системната памет;
— едновременно обръщение към кеш-паметта и локалната памет, като при. наличие на данните в кеша се прекратява цикълът на обръщение към локалната памет.

Модулите КСИ 68/ДРАМ-2, КСИ 68К/ДРАМ32-2, КСИ 68К/КП и КСИ 68К/ДПР осигуряват относително гъвкав набор от различни по тип, бързодействие, обем и интерфейс памети, с които в зависимост от изискванията на всяко конкретно приложение могат да се конфигурират различни по производителност системи.

Модул КСИ 68К/ПМ-20 представлява универсален 32-битов микропроцесорен модул на основата на МС 68020. За ускоряване на работата при операции с плаваща запетая е вграден аритметичен копроцесор МС 68881, а за управление на виртуална памет — УУП МС 68851. Модулът е проектиран така, че да може да се използва както като едноплатков компютър, така и в системи, съвместими с VME-магистралата. Във втория случай той може да изпълнява функциите на системен контролер или да се конфигурира като подчинен модул. Голяма част от ресурсите на модула са програмируеми и могат да се модифицират под управление на ПО. В зависимост от предназначението и функциите на модула в една система пространството върху модула, определено за памет, може да се запълни с RAM- или EPROM-елементи.

За увеличаване на производителността на КСИ 68К/ПМ-20 се използват четири подхода:
— двумагистрална структура с 32-разрядни шини за обмен на данни (VME- и УМХ32-магистрала);
— конвейерна обработка на адресните сигнали по двете магистрали;
— специални средства за поддържане на многопроцесорен режим на работа;
— двупортова архитектура на модулите памет (КСИ 68К/ДПР-2 и КСИ 68К/КП), предназначени за работа с КСИ 68К/ПМ-20.

Освен това модулът съдържа часовник за реално време и пак два серийни интерфейса RS-232C.

За управление на външна памет в системата КСИ-68 са предвидени два типа контролери — КСИ 68К/САСИ и КСИ 68К/УФК. За да се опрости разработването на драйверни програми, архитектурата на двата контролера поддържа интер-фейс от високо ниво при взаимодействие със софтуера. Докато КСИ 68К/УФК е управлява периферна памет с по-ниска степен на интелигентност, КСИ 68К/САСИ е предназначен за връзка с устройства, съвместими със SASI/SCSI-стандарта.
За реализиране на изискванията за локална интели¬гентност в КСИ 68К/САСИ е вграден локален микропроцесор МС 68121 с двупортова памет за обмен на команди и данни за състоянието. За ускоряване на обмена на данни по VME-магистралата е включено устройство за директен достъп до паметта и локален буфер с обем 32 КВ. Освен SASI/SCSI-интерфейс модулът поддържа и работата на външно 5,25-инчово флопи по SA 400-интерфейс или на магнитолентово устройство, което ползва същия интерфейс.

За приложения, изискващи обработка на графична информация – като CAD/CAE – КСИ 68 съдържа интелигентна графична подсистема, съставена от два типа модули:
— главен графичен контролер КСИ 68К/ГК-М;
— подчинен графичен контролер КСИ 68К/ГК-С.

Предназначението на КСИ 68К/ГК-М е да осигури локална интелигентност на графичната подсистема, както и интерфейс от високо ниво за програмите. За целта модулът съдържа микропроцесор Motorola 68000, който изпълнява апаратно-програмното осигуряване на подсистемата. Взаимодействието със софтуера става чрез графични команди и параметри. Апаратно- програмното осигуряване на КСИ-68 покрива основните графични примитиви, но благода¬рение на значителните ресурси на графичния процесор може да се разширява до функциите на GKS-стандарта. Освен това главният графичен контролер изобразява данните върху екрана – той преобразува данните от цифров в аналогов вид, синхронизира изображението, обработва данните за цветността и др.

КСИ 68К/ГК-С съдържа графичен контролер NEC 7220, кадрови буфери с обем 0,5/2 MB, блок за увеличаване/намаляване на изображенията (zoom) и блок за генериране на видеосигнали. С един подчинен контролер на всеки пиксел могат да се поставят по четири бита за цветност. В една графична подсистема могат да се включат до 3 подчинени контролера, което увеличава броя на битовете за цветност до 12 за пиксел (4096 цвята).

Тъй като в графичната подсистема има хардуер за локална интелигентност, тя може да се използва и самостоятелно за изграждане на прости графични компютърни терминали с висока разрешаваща способност или за да се емулират някои от най- разпространените български графични терминали.

Както казахме, вграденият специализиран софтуер на КСИ-68 се основава на операционната система UNICS. Това е видоизменена реализация на UNIX V, разработена от американската компания AT&T, върху микропроцесори от споменатата фамилия 68ххх на Motorola. Ядрото на системата с размер от около 180 КВ поддържа многозадачен, многопотреби¬телски режим на работа чрез времеделение. Процесорното време се разпределя между активните процеси по приоритетен принцип въз основа на престоя им в местата на чакащите. Файловата система осигурява унифициран набор от файлове и библиотеки, организирани в дървовидна йерархична структура. Всяко физическо входно/изходно устройство се интерпретира като файл. По този начин се осигурява уеднаквяване на обслужването на файлове и устройства.

Неделима съставна част на UNICS е компилаторът на език С, основан на SGS (Software Generation System — система за генериране на софтуер) и поддържащ файловия формат за общи обекти COFF (Common Object File Format). Освен това е включен компилатор за ФОРТРАН 77 и АСЕМБЛЕР за МС 68000/68010/68020. За подпомагане на програмния развой е включен символен дебъгер за С, ФОРТРАН и АСЕМБЛЕР, както и други средства като специализираните езици SNOBOL, BS-интерпретатор/компилатор на диалект на БЕЙСИК, AWK, език за обработка на низове, ВС, YACC и LEX — език за логически анализ.

През 1988 г. станцията КСИ-68 вече е напълно готова и работеща, но е още в началото на развитието си. Затова тогава тя осигурява само основните, предимно апаратни елементи за създаване на мощни работни станции за CAD/CAE. Но тази работна станция се развива във времето, като след това се сдобива с нови функции:

— създаване на нови и по-високопроизводителни модули – като контролер за Ethernet (КСИ 68К/ЕК), интелигентен многоканален сериен интерфейс (КСИ 68К/ИСИ), нова графична подсистема, процесорен модул на основата на МС 68030, интелигентен контролер за външна памет и др.;
— пренос на потребителски програми за CAD / САЕ-приложения,
— създаване на мрежа от такива станции;
— свързване към други компютърни работни станции и отделни персонални компютри;
— разширяване на базовия в началото софтуер.