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.
- 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:
- MULTIX wykonuje operację odczytu (IN) na rejestrze
- Sprzęg MULTIX-MERA wykonuje operację właściwą dla funkcji rejestru (np. zgłasza przerwanie do procesora)
- 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
- 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 wyjściowa 2Hz (1kHz/500)
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:
- 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.
- Sprawdź istnienie kanału - rezultatem tego polecenia jest wysterowanie odpowiedzi OK na szynie magistrali.
- 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:
- 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.
- Testuj - jest to polecenie specjalne, które skutkuje uruchomieniem na procesorze MULTIX-a programu innego niż zapisany w firmware. Pozwala na przeprowadzenie dowolnego testu komputera.
- Cofnij przerwanie niepokwitowane do kolejki - dotyczy wyłącznie kolejki przerwań do MERY-400 i musi zostać wykonane podczas gdy kolejka nie zmienia swojego stanu.
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