MULTIX od środka

Dokumentacja techniczna MULTIX-a prawdopodobnie dziś już nie istnieje. Niniejsza strona jest próbą odtworzenia tego, jak MULTIX działał i jaka była jego architektura.

Sprzęt

MULTIX to komputer zbudowany w oparciu o procesor Intel 8085, z programem sterującym (firmware) zapisanym w pamięci ROM. Z punktu widzenia MULTIX-a, MERA-400 jest jednym z jego urządzeń zewnętrznych. Komunikacja z nią odbywa się przy użyciu przerwania (zgłoszenie polecenia wysyłane przez MERĘ-400) i DMA (wymiana danych między MERĄ-400 a MULTIX-em). Poniższy schemat blokowy przedstawia budowę MULTIX-a (wraz z podziałem na pakiety) i sprzęg z MERĄ-400.

Schemat blokowy MULTIX-a

• CPU: 8085 3MHz (NEC D8085AC)
• pamięć EPROM 3x8KB
• pamięć RAM 2x8KB Hitachi HM6264LP-15
• Timer: 8253 (NEC M5L8253P-5)
• DMA: 8257 (NEC D8257C-2)
  • kanał 1: MERA-400
  • kanał 2: taśma
  • kanał 3: autoload
• I/O równoległe: 8255 (NEC D8255AC-2)
• I/O szeregowe: 8251 (NEC M5L8251AP-5)
• I/O floppy:
  • kontroler Zilog Z0765A08PSC
  • DMA 8257 (NEC M5L8257P-5)
  • pamięć RAM 8KB Hitachi HM6264LP-15
• I/O winchester:
  • kontroler Intel C82062-00
  • pamięć RAM 8KB Hitachi HM6264LP-15

Mapa pamięci

Adres	Nazwa	Zawartość
0x0000-0x1fff		EPROM 1
0x2000-0x3fff		EPROM 2
0x4000-0x5fff		EPROM 3
0x6000-0x9fff	RAM	RAM główna (16KB)
0x6000+154	STACK	koniec stosu, początek dostępnej RAM
0xa000-0xbfff	RAMW8	RAM floppy dysku (8KB)
0xc000-0xdfff	RAMW6	RAM winchestera (8KB)
0xff00-0xffff	AD	we/wy widziane jako pamięć

Adres	Nazwa	Zawartość
0-2		JMP IZER
3		0
4		suma kontrolna ROM
5-6		ostatni adres ROM
7		?
8-0x3f		przerwania 8085
0x4f	BEGPR	początek programu
0x6000	RAM	POCZATEK RAM
0x6000-0x6020		tablica przerwań (ZAWIERA: JMP <ADRES>)
0x6000		JMP IKWIT - 1
0x6003		JMP IZEGA - 2
0x6006		JMP IOPRQ - 3
0x6009		JMP INUS4 - 4
0x600c		JMP ITRAP - 4.5
0x600f		JMP IWINC - 5
0x6012		JMP IPOST - 5.5
0x6015		JMP ITAPE - 6
0x6018		JMP IKASE - 6.5
0x601b		JMP IKAPA - 7
0x601e		JMP IDMA - 7.5
0x6021	NUPRO	NR PROCESORA DLA <SETKO>
0x6022	STBOT	dno stosu
0x609a	STACK = RAM+154	KONIEC STOSU=POCZATEK DOSTEPNEJ RAM
0x609a-0x609b	FINRA	ostatni adres sprawnej RAM
0x609c	RAM00	początek pamięci zerowanej
0x60a3-0x60a4	RAMUS	adres wykorzystanej ram +1

I/O

Rejestry I/O z punktu widzenia MULTIX-a mogą być używane do:

• odczytu lub zapisu (R, W)
• tylko odczytu (R)
• sterowania (S)

Operacje odczytu i zapisu są intuicyjne, natomiast sterowanie ma następujący przebieg:

1. MULTIX wykonuje operację odczytu (IN) na rejestrze
2. Sprzęg MULTIX-MERA wykonuje operację właściwą dla funkcji rejestru (np. zgłasza przerwanie do procesora)
3. W akumulatorze zwracany jest rezultat wykonanej przez sprzęg operacji (wartość różna w zależności od rejestru, oznaczająca np.: OK, błąd parzystości, etc.)

Adres	R/W/S	Nazwa	Znaczenie
MERA-400
0-1	R	DANEI	dane odczytane z MERA-400 (MSB, LSB)
0-1	W	DANEO	dane do przesłania rozkazem "pisz do PAO" (MSB, LSB)
2-3	R	PSARG	argument polecenia sterującego (MSB, LSB)
2-3	W	ADRES	adres w PAO MERA-400 (MSB, LSB)
4	R	POLST	specyfikacja polecenia sterującego
4	W	NBPN	nr bloku PAO, nr procesora
5	R	POLST+1	ID linii
5	W	KWINT	pokwitowanie przerwań
6	W	SPECI	specyfikacja przerwania do MERA-400
7	W	SPECI+1	specyfikacja przerwania: numer linii
8	S	KOTRA	Rozkaz "koniec transmisji"
10	S	PISZB	Rozkaz "pisz blok przez DMA do MERA-400"
11	S	CZYTB	Rozkaz "czytaj blok przez DMA z MERA-400"
12	S	PISZP	Rozkaz "pisz do MERA-400"
13	S	CZYTP	Rozkaz "czytaj z MERA-400"
14	S	INTR0	Rozkaz "zgłoś przerwanie do MERA-400" (procesor 0)
15	S	INTR1	Rozkaz "zgłoś przerwanie do MERA-400" (procesor 1)
0x38	W	KOPRQ	pokwitowanie OPRQ
0x4e	W	WUUPG	ustawienie maski przerwań 'INTR'
Timer
0x50	RW	CLOCK	zegar
0x51	RW	CLDZI	dzielnik zegara (we=1536kHz)
0x52	RW	CLUSA	dzielnik dla USART (we=1536kHz, wy=153,6kHz)
0x53	W	CLCON	sterowanie
DMA
0x64-0x65	RW	DMAD1	kanał 1: rejestr adresu
0x66-0x67	RW	DMCO1	kanał 1: licznik, typ pracy
0x68-0x69	RW	DMAD2	kanał 2: rejestr adresu
0x6a-0x6b	RW	DMCO2	kanał 2: licznik, typ pracy
0x6c-0x6d	RW	DMAD3	kanał 3: rejestr adresu
0x6e-0x6f	RW	DMCO3	kanał 3: licznik, typ pracy
0x70	RW	DMAST	sterowanie
Linie szeregowe...
0x80	RW	INFTR	informacja do/z linii szeregowej
0x81	RW	INFST	status i sterowanie linii szeregowej
...lub inie równoległe
0x80	RW	PARIO	PORT A = parzysty nr. linii
0x81	RW	PARIO+1	PORT B = nieparzysty nr. linii
0x82	RW	PARIO+2	port C = sygnały handshake i gotowości
0x83	R	PARIO+3	sterowanie
...	...	...	kolejne linie szeregowe/równoległe

Urządzenia

Timer 8253

• Counter 2
  • używany jako dzielnik częstotliwości dla USART
  • 16-bit, tryb pracy 3 (Square Wave)
  • częstotliwość wejściowa 1536kHz
  • częstotliwość wyjściowa 153.6kHz (1536kHz/10)
• Counter 1
  • używany jako dzielnik zegara dla Counter-a 0 (wyjście Counter 1 jest wejściem Counter 0)
  • 16-bit, tryb pracy 2 (Rate Generator)
  • częstotliwość wejściowa 1536kHz
  • częstotliwość wyjściowa 1kHz (1536kHz/1536)
• Counter 0
  • używany do generowania co pół sekundy przerwania zegarowego dla CPU (tam używane do realizacji timeoutów przesyłu, etc.)
  • 16-bit, tryb pracy 0 (Interrupt on Terminal Count)
  • częstotliwość wejściowa 1kHz
  • częstotliwość przerwania 2Hz (1kHz/500), licznik ustawiany ponownie w procedurze obsługi przerwania

Winchester

Dyski Winchester adresowane są logicznie, geometria napędu jest ukryta przed użytkownikiem. W pierwszej wersji MULTIX-a obsługującej dyski twarde Winchester wspierane były tylko jednostki o pojemności do 32MB - pole używane do adresowania sektorów miało długość 16-bit. Znane były MULTIX-owi jedynie dwa typy dysków: NEC D5126 (4 powierzchnie) i BASF 6185 (6 powierzchni). Na stałe określona jest ilość sektorów na ścieżkę - 16. Ponieważ dyski pozwalały na umieszczenie 17 sektorów na ścieżce, 6% pojemności napędu było tracone.

W późniejszej wersji pole adresowe dla sektorów zostało rozszerzone do 24-bit, pozwalając na zaadresowanie 8GB. Dzięki możliwości dowolnego określenia liczby powierzchni, wsparcie otrzymały też inne typy dysków (jednak wciąż zachowane zostało sztywne ograniczenie do 16 sektorów na ścieżkę). MULTIX nie znał ilości cylindrów dla danego dysku - próba odczytu/zapisu sektora znajdującego się na nieistniejących cylindrów kończyła się niepowodzeniem.

Linia fizyczna

Kierunek linii fizycznej dla winchesterów musiał mieć wartość 0, inne były traktowane jako nieprawidłowe.

Linia logiczna

Pole konfiguracji winchestera dla "starego" MULTIX-a:

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Typ dysku								Protekcja format.

Gdzie Typ dysku to 0 (BASF) lub 1 (NEC).

Pole konfiguracji winchestera dla "nowego" MULTIX-a:

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
				Z	L. pow.			Protekcja form.

Gdzie Z jest opisem formatu pola zapasowego:

• 0 - dysk typu 0 lub 1 w starym MULTIX-ie
• 1 - dysk >32MB w nowym MULTIX-ie
• 1 lub 0 - dysk <32MB w nowym MULTIX-ie

Operacje

Maksymalna długość transmisji wynosi 16 sektorów (z punktu widzenia MERY? czy z punktu widzenia zadania mx?). Linie z Winchesterem nie obsługują polecenia "przerwij transmisję".

Inicjalizacja

Wstępna inicjalizacja MULTIX-a trwał około 500ms (+185ms zerowania pamięci w SINSP) i przebiega następująco:

• zablokuj przerwania
• czy "koniec ROM" wypełniony?
• sprawdzenie sumy kontrolnej ROM
• testowanie RAM (tylko podstawowe 16KB, RAM flopa i winchestera nie są testowane)
• konfiguruj timer, DMA
• odblokuj przerwania
• wołaj SINSP(IWYZE)

W przypadku wystąpienia błędu na dowolnym etapie inicjalizacji, do obu procesorów wysyłane jest przerwanie INSKA z numerem linii wskazującym przyczynę. Praca MULTIX-a jest zatrzymywana i może zostać wznowiona jedynie resetem bądź restartem.

Przerwania wewnętrzne

Nr	Oznaczenie	Opis	Pokwitowanie
1	IKWIT	MERA-400 przyjęła przerwanie	zapis 1 DO "KWINT"
2	IZEGA	zegar	zapis "MODE" do "CLCON"
3	IOPRQ	zgłoszenie OPRQ	zapis "KOPRQ"
3	IFLO8	floppy (nowszy multix?)
4	INUS4	nie używane (stary multix)
4.5	ITRAP	dla testowania	odczyt "PTRAP"
5	INUS5	nie używane (stary multix)
5	IWIN6	winchester (nowy multix)
5.5	IPOST	polecenie sterujące	odczyt "POLST+1"
6	ITAP	taśma magnetyczna	odczyt specyfikacji
6.5	IKASE	kaskada serial	odczyt/zapis informacji
7	IKAPA	kaskada parallel	odczyt/zapis informacji
7.5	IDMA	DMA	odczyt DMAST

Przerwania do MERA-400

Przerwania wysyłane do MERY-400 opisane są tutaj. Rzeczy, o których wspomniana dokumentacja nie mówi:

Kolejka przerwań wysyłanych z MULTIX-a do MERY-400 (KOINM) marozmiar RKOIN=32 pozycje i wygląda następująco:

• 0 - pozycja zgłoszonego przerwania
• +1 - ilość oczekujących przerwań
• +2*RKOIN - bufor przerwań, zawiera pary:
  • +0 = 0,<specyfikacja> lub 1,<nr proc.>,<specyfikacja>
  • +1 = nr linii

ID linii dla przerwania "niesprawny kanał" zawiera informację o przyczynie niesprawności:

• 1 - błąd sumy kontrolnej ROM
• 3 - za mała pamięć RAM
• 5 - przesunięcie SP
• 11 - RST 4
• 13 - RST 5 gdy WIN=0
• 15 - RST 6 gdy TAP=0
• 17 - niekompletny program: brak 5 (koniec RAM), SETKO, TESTU
• 19 - błąd transmisji przy POST-MORT po ITRAP
• 2*N dla N=0-32 - niedozwolona specyfikacja przerwania linii fizycznej nr N, gdzie:
  • (STBOT) - adres ostatniej pozycji stosu
  • ostatnia pozycja - 2*N, specyfikacja

Przerwania, o których nie wspomina dokumentacja:

Oznaczenie	Nr	Opis
IEPS0	35	nieznane polecenie sterujące, KOD=0
IEPS6	36	nieznane polecenie sterujące, KOD=6
IEPS7	37	nieznane polecenie sterujące, KOD=7
IEPS8	38	nieznane polecenie sterujące, KOD=8
IEPSC	39	nieznane polecenie sterujące, KOD=C
IEPSD	40	nieznane polecenie sterujące, KOD=D
IEPSE	41	nieznane polecenie sterujące, KOD=E
IEPSF	42	nieznane polecenie sterujące, KOD=F

Polecenia

Rozkazy wejścia-wyjścia wydawane przez jednostkę centralną dzielą się z punktu widzenia MULTIX-a na trzy grupy:

• rozkazy kanałowe,
• polecenia sterujące ogólne,
• polecenia sterujące liniowe.

W zależności od typu polecenia, jest ono przetwarzane w różnych obszarach MULTIX-a.

Rozkazy kanałowe

Rozkazy kanałowe wymagają natychmiastowej odpowiedzi niezależnie od tego, czym aktualnie zajęty jest procesor MULTIX-a. Dlatego realizowane są sprzętowo, na styku MULTIX-interfejs MERY-400. Należą do nich:

1. Zerowanie - realizowane sprzętowo przez reset procesora MULTIX-a i wszystkich układów podległych. MULTIX w ten sam sposób musi reagować na zerowanie komendą IN/OU, programowe (MCL) i sprzętowe (CLEAR). To znaczy, że polecenie zerowania musi być dekodowane sprzętowo "na interfejsie" i skutkować sprzętowym resetem.
2. Sprawdź istnienie kanału - rezultatem tego polecenia jest wysterowanie odpowiedzi OK na szynie magistrali.
3. Podaj specyfikację przerwania - rezultatu tego polecenia oczekuje się natychmiast po jego wykonaniu (w procedurze obsługi przerwania).

Polecenia ogólne

Odbiór polecenia ogólnego realizowany jest sprzętowo:

• polecenie sterujące i jego argument zapamiętywane są w rejestrach sprzętowych na styku MULTIX-a z interfejsem MERY-400,
• do procesora MULTIX-a wysyłane jest przerwanie IPOST (5.5),
• jeśli procesor jest gotów obsłużyć przerwanie, jednostka centralna MERY-400 dostaje odpowiedź OK, a MULTIX odczytuje zawartość rejestrów zawierających polecenie i rozpoczyna jego obsługę.
• jeśli przerwanie nie zostanie przyjęte, to polecenie nie może zostać obsłużone i j.c. MERY-400 (po timeoucie) dostaje odpowiedź EN.

Polecenia ogólne dotyczą sterowania pracą MULTIX-a i obsługiwane są programowo w procedurze obsługi przerwania IPOST. Należą do nich:

1. Ustaw konfigurację - jest to pierwsze polecenie, jakie MULTIX może przyjąć. Zanim nie zostanie poprawnie zakończone, żadne polecenie liniowe nie może zostać wykonane. W trakcie jego realizacji przerwania są zablokowane, więc każde kolejne polecenie "ustaw konfiguracje" wydane przed zakończeniem bieżącego zakończy się sygnałem EN.
2. Testuj - jest to polecenie specjalne, które skutkuje uruchomieniem na procesorze MULTIX-a programu innego niż zapisany w firmware. Pozwala na przeprowadzenie dowolnego testu komputera.
3. Cofnij przerwanie niepokwitowane do kolejki - dotyczy wyłącznie kolejki przerwań do MERY-400 i musi zostać wykonane podczas gdy kolejka nie zmienia swojego stanu.

Ustaw konfigurację

Dla poszczególnych urządzeń dozwolone są jedynie następujące kierunki transmisji:

• USART synchroniczny i asynchroniczny 8251: 2 (input), 4 (output), 7 (full-duplex) Uwaga: kierunek 6 (half-duplex) wydaje się być opcjonalnie dozwolony (wersja MULTIX-a?)
• porty równoległe 8255: 2 (input), 4 (output)
• Winchester, floppy, taśma magnetyczne: 0 (brak kierunku)

Niezależnie od tego, czy linia jest konfigurowana jako użyta, czy nie, kierunek transmisji dla urządzenia musi być poprawny.

Linie fizyczne zorganizowane były sprzętowo w pakiety. To wymusza konfigurowanie ich również w grupach po 4 - MULTIX w trakcie ustawiania konfiguracji sprawdza:

• czy pierwszy numer linii w pakiecie jest wielokrotnością 4
• czy liczba linii danego typu jest wielokrotnością 4
• czy liczba pakietów kontrolera pamięci taśmowych nie przekracza 1 (maks. 4 napędy taśmowe)

Jeśli jakieś linie nie są używane, konfiguracja dla nich musi również zostać przygotowana, przy czym bit 3 pola konfiguracji linii fizycznej ("linia użyta") powinien mieć wtedy wartość 0. W przypadku niespełnienia warunków sygnalizowany jest błąd "niekompletny opis linii fizycznej".

Polecenia liniowe

Polecenia liniowe są przyjmowane na zasadach takich samych jak polecenia ogólne. Obsługa polecenia w przerwaniu IPOST polega na zgłoszeniu nowego zadania liniowego, bądź odrzucenie polecenia (jeśli linia nie istnieje, bądź w linii jest już aktywne, zgłoszone lub zawieszone zadanie). Odrzuceniu polecenia towarzyszy wysłanie stosownego przerwania do MERY-400. Po zgłoszeniu zadania obsługa przerwania się kończy, a zadanie podjąć może manager zadań (główna pętla programowa MULTIX-a).

Zadania liniowe

Zadania są przedmiotem pracy MULTIX-a. Zadanie liniowe opisane jest numerem zadania i numerem linii, której dotyczy. Zadanie może stać się gotowe do podjęcia na skutek różnych zdarzeń, takich jak zgłoszenie polecenia przez MERĘ-400, bądź przerwanie od któregoś z urządzeń zewnętrznych lub timera. Zadania wybierane są do obsłużenia przez manager zadań, który cyklicznie przegląda listę zadań, wybierając (według priorytetów) to, którym należy się zająć.

Zadanie aktywne opisuje pole IDZAD, którego kolejne bajty zawierają:

• 0-1: adres pola głównego
• 2-3: adres pola zadania
• 4: numer zadania
• 5: numer linii logicznej

Etapy, przez które może przechodzić zadanie po wydaniu polecenia przez MERĘ-400:

• zignorowane (EN do procesora - przerwanie IPOST w MULTIX-ie zablokowane)
• przyjęte (przez obsługę przerwania IPOST)
• odrzucone (przez obsługę przerwania IPOST)
• zgłoszone (wpisane do tablicy zadań, gotowe do podjęcia przez task manager MULTIX-a)
• zawieszone (oczekuje w tablicy na zdarzenie)
• aktywne (aktualnie działające)

Zgłoszenie zadania poleceniem liniowym

Po otrzymaniu polecenia od MERY-400 MULTIX sprawdza, czy może przyjąć polecenie i reaguje odpowiednio do warunków, wysyłając przerwanie odpowiednie dla danego polecenia:

• jeśli linii nie ma w konf - przerwanie "brak linii"
• jeśli zadania danego typu jest zgłoszone, ale nie zostało jeszcze odebrane przez manager zadań - przerwanie "odrzucenie polecenia"
• jeśli zadanie w linii jest aktywne - przerwanie "odrzucenie polecenia"
• jeśli zadanie w linii jest zawieszone - przerwanie "odrzucenie polecenia"
• jeśli żadna z powyższych sytuacji nie wystąpiła, zadanie jest zgłaszane:
  • opcionalnie pobierany jest argument zadania (dla zadań, które mają argumenty)
  • PZGLI dla zadania = 1
  • ADPZL[zadanie, linia] |= 1 (zgłoszenie zadania od początku)

Przerwanie potwierdzające odebranie polecenia nie jest wysyłane na etapie jego zgłoszenia, a dopiero po odebraniu zadania przez manager zadań.

Manager zadań

Zadania przechowywane są w dwóch tablicach. Pierwsza z nich, PZGLI, wskazuje, czy zadanie danego typu zostało zgłoszone (dla dowolnej linii). Jest to pierwsze kryterium wyboru zadania, według malejących priorytetów jak w tabeli poniżej:

Oznaczenie	Nr	Opis
T.STR	0	Podaj status
T.ODL	1	Odłącz linię
T.ORQ	2	Zgłość OPRQ
T.TRA	3	Przesyłaj
T.ABT	4	Zerwij transmisję
T.DOL	5	Dołącz linię

Druga tablica (adres w ADPZL) przechowuje opis stanów wszystkich zadań dla każdej z linii. Stan opisują dwa bajty:

• bajt zawieszenia - ustawiany przez zadanie, po wykonaniu czynności z nim związanych. Mówi, na jakie zdarzenie zadanie oczekuje.
  • ustawiony bit 0 mówi, że zadanie jest aktualnie wykonywane
  • nie ustawiony bit 0 mówi, że zadanie jest zawieszone, wtedy bity 7-1 określają przyczynę
• bajt warunków - ustawiany w procedurach obsługi przerwań. Opisuje przyczynę zgłoszenia zadania.

Jeśli okaże się, że żadna linia nie wymaga obsługi, zgłoszenie zadania jest kasowane.

Po wybraniu typu zadania przeglądane są bajty warunków wszystkich linie (począwszy od linii A+1, gdzie A jest poprzednio obsługiwaną linią). Podejmowana jest obsługa pierwszej linii, która jej wymaga, a wykonywana akcja zależy od tego, jakie zdarzenie nastąpiło w linii. Priorytetem jest zawartość bajtu warunku (od najwyższego priorytetu):

Oznaczenie	Wartość	Opis
-	00000001	start zadania
WAODB	00000010	przesyłaj - zakończony odbiór
WANAD	00000100	przesyłaj - zakończone nadawanie
WAAWA	00001000	przesyłaj - awaria
WAOPR	00010000	przesyłaj - OPRQ
WAFWI	00100000	przesyłaj - winchester zakończył, XON dla monitorów
WATIM	10000000	przesyłaj - timeout (timer)

Odebranie zadania

• poszukaj zgłoszonego zadania o najwyższym priorytecie
• wpisz nr.zad do IDZAD
• wybierz linię, od której zaczniesz szukać (następna, bądź 0 jeśli pracowała ostatnia) i iteruj po wszystkich liniach
  • jeśli dla żadnej linii nie znaleziono zgłoszenia -> zeruj zgłoszenia zadania dla wszystkich linii
  • jeśli dla linii jest jakieś zgłoszenie -> startuj zadanie
  • wyślij przerwanie liniowe
  • ponownie uruchom manager zadań