Mikrokomputerowa jednostka sterująca pamięci kasetowych z indeksowo-sekwencyjnym dostępem do zbiorów

Seria: IN FOR MA TY K A z. 7 Nr kol. 809 ZESZYTY NAUK O WE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ____________________________________ 19B4

Krzysztof BUCHAŁA

Zakład S y st em ów A ut om at y k i Kompleksowej PAN

MIKROK OM PUT ER OW A JED NOS TK A STE RUJ ĄC A PAMIĘCI KASETOWYCH Z INDEKSOWO- SE KWE NC YJ NYM DOSTĘPEM DO ZB I OR Ó W

St r e s z c z e n i a . W pracy przedstaw io no skrócono cha ra kterystykę ml- krokomputerowej Jednostki sterujęcej czterech pamięci kasetowych, opartej na mikrop ro ces or ze Intel 8085A, w kontekście ogólnych ten­

dencji rozwojowych, notowa ny ch w dziedz in ie konstrukcji urzędzeń te­

go typu. Szczegó ln o uwagę zwró co no przy tym na duża możliw ośc i fun­

kcjonalne, w yn ika ję ce z zasto so wa nia dwóch niezależnych modułów trane- mi aj i szeregowej, opartych na układach wielkiej skali integracji o- raz sp e cyf icz ne go formatu taśmy, pozwalaj ęc ego na indeksowo-aekwen- cyjny dostęp do zbioró w danych.

W końcowej części zestawi on o 1 porównano czasy dostępu do infor­

macji według algorytmów: sekw en cy jne go i indeksowo-sek we ncy jne go zas to so w a ne g o w z ap rez en to wan ym modelu.

1. WPROW AD ZE NIE

Ważnę grupę w śr ó d ko mputerowych pamięci masowych stanowię pamięci ka­

setowe, które swę pozycję za wdz lęczaję głównie wygo dzi e użytkowania 1 trwa­

łości przechowywanej informacji.

Wśród najno ws zyc h światowych roz więzBń mechan iz mów pamięci kasetowych 1 ich s ter ow ni ków wy r aźn ie rysuję się nas tępujęce charakter yst ycz ne ten­

dencje :

- zwięks ze ni a pojemności taśmy,

- zmn ie jszenia czasu dostępu do informacji zapamiętanej na nośniku, - dopusz cza ln oś ci różnych formatów taśmy,

- rozbudowy mechan iz mó w kontroli zapisu 1 odczytu z taśmy, - precyzyjnej zewnętrznej syg na lizacji statusu urzędzenia, - możliwości współbieżnej prscy kilku przewljaków,

- mini ma li zac ji liczby sygnałów sterujęcych pracę mechan iz mów jednoatki, - stabilizacji prędkości przesuwu taśmy i zmn ie jszenia cz ułości na jaj

nlerównomlernoścl.

Za pr ez e n to w an y w tym artykule sterownik pamięci kasetowych PK-1 zo st ał za pr ojektowany i wy k on a ny w oparciu o 8-b lto wy mik ro pro ce so r Intel 8085A, Stał się w ten sposób systemem o szerszych moż liw oś ci ach funkcjonalnych 1 diagnostycznych w stosunku do kilku innych krajowych Jed no ste k tego typu.

Duże ogran ic ze nia nakłada tu co prawda mech an iz m PK-1, lacz mimo to Starownik ten stanowi pewien krok w kierunku upowsz ech ni an ia atosowanla

86 K. Buchała

pamięci kasetowych, cięgle Jeszcze traktowanych Jako urzędz enl e wolne i mało pojemne.

Z r ea l i zo w an y model Jest auton om icz nę Jednostkę eterujęcę czte re ch pa­

mięci kasetowych PK-1 połęczonę interfejsem szeregowym z dowolnym syste­

mem użytkowym o określonym int erfejsie ko mu nik ac yj nym (rys. 1). Op rac o w a­

na Jednostka od st ro ny konstrukcyjnej pozwala na równoczesnę ws pół pr ac ę z czterema systemami komputerowymi.

PAMIĘCI KASETOWE PK-1

a . T erm inal c - S o ftw a r e D eve lo pm e n t System b - K o n tro le r procesu przem ysłow ego d - Mikroprocesorowy syste m uruchamiani!

Rys. 1. Prz ykładowi uż yt kow ni cy Jedn os tk i aterujęcej pamięci kasetowych

Istotę prezen ta cj i sk on struowanego w Zak ład zi e Syste mó w Automatyki Kom ­ pleksowej PAN w Gl iw ic ach modelu stanowię trzy następ uję ce Jego zaoadni- cze własności:

- większ e możliwości funkcjonalne w stosunku do innych przyk ła do wyc h ste­

ro wników krajowych (3] , [7] ,

- zas tosowanie dwóch ni ez ależnych układów synchronicznej 1 asy nc hr o n ic z ­ nej transmisji szeregowej z w yk o r zys ta ni em p rog ra mo wal ny ch elementów wielkiej skali integrac ji - Intel 8251A,

- wp row adz en ie spec yfi cz ne go formatu taśmy, po z wal aj ęc ogo na lndeksowo- -s ek wen cy jn y dostęp do zb io rów (w miejsce pow szechnie s to sow ane go dla pamięci kasetowych dostępu sekwencyjnego), co wy dat n i e skróciło czas wy szu kiw an ia informacji z taśmy.

Mikrokomputerowa Jednostka sterująca.. 87

2. OGÓLNA CH AR AKTERYSTYKA 3E0N0STKI STERUO^ CE O

2.1. Podstawowe wł asn oś ci funkcjonalne

Dzięki zmaks ym ali zo wa niu ilości działań na pamięci systemowej kosztem operacji na przawijakach, 8 także za st osowaniu specyficznego formatu taś­

my, osięgnięto stosunkowo szybkę i wygodn ę w użyciu Jednostkę o dużej łęcznej pojemności pamięci (2x4x250kB).

Konstrukcja Jednostki dzięki za sto sowaniu kilku ln teresujęcych rozwię- zań opartych na układach LSI pozwala na:

- podłęczenie czterech przewijaków, - przyłęczenie 1-4 użytkowników,

- zmniejszenie ilości niezbędnych sygnałów sterujęcych 1 kontrolnych [l], D0 .

- wygodnę obsługę op eratorskę systemu.

Oprócz podstawowych możliwości, jakie posladaję wszy st ki e urzędzenia tego typu, takich Jak: zapis 1 odczyt informacji, formatowanie taśmy, w y ­ szukiwanie zbiorów, logiczna organizacja zbior ów w kaaetach l t p . , omawia- nę jednostkę charakt ery zu ję Jeszcze inne:

- indywidualne numeracja po sz czególnych bloków,

- zminimalizowanie czasu w y szu ki wa nia z bi or ów dzięki elimina cj i k o nie cz ­ ności po czę tkowego przewijania taśmy,

- prowadzenie odczytu kon trolnego podczas zapisywania, - synchronizacja odczytu 1 zapisu na po jedynczym bloku,

- równoległa w czasie (współbieżna) praca dwóch różnych pamięci ka set o­

wych,

- omijanie uszkodzonych od cinków taśmy (tzw. dziur magnetycznych), - dopuszczalność stosowania zwykłych kaset typu COMPACT,

- odtwarzanie stanu systemu (kartoteki) na podstawie zawartości taśmy, - odporność układu odczytu na nlerównoml er no ści prędkości przesuwu taśmy

(do ok. 50%-weJ odchyłki w ar to śc i nominalnej prędkości roboczej).

Spośród Innych wł asn oś ci op ra cowanego modelu należa ło by wym ienić:

- komunikację z użytkown iki em na poziomie rekordów, - stałę długość bloku (rekordu): 512 znaków,

- pojemność sformatowanej kasety: 2 x 250 kB (ok. 2 x 450 rekordów), - pojemność kartoteki jednej strony kasety: 18 zbiorów,

- gęstość zapisu na nośniku: 320 bitów/cm (ok. 4 z n a k i / m m ) ,

- prędkość transmisji łęczaal sze regowymi z p r z e w l j a k a m l : ok. 500 zn/s, - prędkość transmisji łęczem ko munikacyjnym z użytkownikiem: 480 0 bodów, - pobór nocy Jed nostki 3A/+5V.

Aktualne opr ogramowania Jednostki pozwala na współpracę z jednym użyt­

kownikiem, zap ewniajęc nu łstwę org anizację pra cy dzięki udostępnieniu szerokiego wac hla rz a zleceń, rozbudowanego systemu z a bez pi ec zeń i pre cy ­ zyjnego zestawu komunikatów.

88 K. Buchała

Do puszczono tu dwa typy zbiorów: binarny i al f an um er ycz ny (pkt 2.2), przy czym każdy zbiór posiada swój wy r óż n io n y koniec logiczny i koniec fizyczny. Przaz koniec logiczny ro zumiany Jest numer pierwszego niezapi- sanego bloku w zbiorze (koniec użytkowej części z b i o r u ) , natomiast przez koniec fizyczny - numer ostatn ie go możl iw eg o do za pisu bloku w obrębie danego zbioru Ql] .

2.2. Format taśmy

Podstawę powstawania koncepcji st ero w n ik ó w pamięci kasetowych Jest im- plikujęce większ ę część ich w ł as no śc i funkcjonalnych, przyjęcie określo­

nego formatu taśmy.

W om awianym sterowniku informacje zapisyw ana na taśmie zorganizowana Jest w zbiory, rekordy (bloki) i zna czn ik i rekordów (rys. 2).

ZNACZNIK REKORD j BLOK )_________________

PRZERWA REKORDU SK PRZERWA ... NAZWA ZBIORU P BUTOR 512ZNAKOrt SK PRZERWA

aa A.ArT^'~^AA ^Ar r r r r r i < . . i i i i y>a

AA

~~W \ l I ! V /,

l:

E T

21mm 1,5 mm 21 mm -131 mm __

KIERUNEK RUCHU TAŚMY

Rys. 2. Format danych na taśmie

Każdy rekord Jest częśclę informacji zapisyw an ę 1 czytanę Jako całość.

W trakcie zapieu i odczytu rekordu nie można zatrzymać ruchu taśmy.

Rekord składa się z:

- clęgu ws tę pu - preamble (i bajt - A A X ^) ,

- nazwy zbioru, do którego rekord n a leż y (6 bajtów), - typu i par sm et r ux x ^ tego zbioru (i bajt),

- bufora (stałej długości) informacji binarnej (512 bajtów),

- sumy kontrolnej (sumy arytmetycznej ws zy st k i ch kolejnych bajtów) liczo­

nej mo dulo 64 k (2 bajty),

- clęgu za kończenia - postamble (i bajt - ^ A A ) .

W prz ypadku zbioru typu a lf anu me ry czn eg o informację uż ytacznę stanowię dane od po czętku bufora aż do se kwencji czterech wy krzykników, natomiast w przypadku zbior u b i n a r n e g o — dok ładnie 512 zn aków (bajtów) w buforze.

Oznacz a to, źe rekordy w zbiorze al f an u me ryc zn ym mogę mieć "logicznie”

różnę długość (1-508 znaków), natomiast w binarnym - zawsze stałę.

T i --- j

'Symbolem "£" ozn aczono liczby w zapisie szesnastkowym.

x x ^3ako param et r przyjęto Jeden z 2 ro dzajów zbioru: "odczyt/zapis" oraz

"tylko odczyt".

Mikrokomputerowa j ed nostka sterująca. 89

Każdy rekord poprz ed zon y Jest znaczn iki em zawierającym:

- ciąg w etę pu (l bajt - $ A A ) ,

- numer bez pośred nio następują ce go rekordu (2 bajty), - sumę kontrolnę modulo 64 k ( 2 bajty),

- clęg zak ończenia (i bajt - $ A A ) .

Bloki i zna czniki rozdzielone sę przerwami, które sę wykas ow an ymi od ­ cinkami taśmy o długości 21 mm (programowo z m i e n i a l n e j ). Wy starcza to na wykrycie przer wy (również na ruchu szybkim) 1 za trzymanie taśmy mniej wię­

cej w połowie międz y blokiem a znacznikiem. Przerwa między znaczn iki em a odpowiadającym mu rekordem Jest uzasadniona rozstawem głowic: kasującej, zapisującej 1 odczytującej (podczas zapisywania rekordów znaczniki pozo ­ stają nienaruszone, służąc do sy nchronizacji tej operacji).

Zab ez pie cz en ia pop rawności zapisu i odczytu odbywa się poprzez:

- odczyt kon trolny podczas zap isywania informacji, - naliczanie 1 spr awdzanie sumy kontrolnej,

- kontrolę dop us zcz aln eg o opóźnienia czasowego w czasie odczytu po je dyn ­ czego znaku,

- omijanie usz kodzonych odc in kó w taśmy podczas formatowania.

Oeden lub więcej rekordów tworzą zbiór, stanow ią cy logiczną całość o- pisaną w kartotece (directory) kasety. Będąca zerowym rekordem każdej sfor­

matowanej strony kasety kartoteka zawiera informacje o ws zys tki ch z b i o ­ rach tu się znajdujących, o długości taśmy 1 liczbie wolnyc h rekordów p o­

zostających Jeszcze do dyspozycji użytkownika (pkt 4). Ostatnim blokiem Jest sy gn ow an y zna cznikiem końca taśmy rekord, ni ed os tęp ny dla zapisu i odczytu. Taśma rozpoczyna się i kończy (ok. 600-milimetrowym) odcinkiem rozbiegowym (rys. 3).

Powyższy format taśmy pozwala na znaczne rozszerzenie możliwości pa­

mięci k a s e t o w e j , również w stosunku do omawianej Jednostki (nie wszystkie z nich został y w pełni wykor zy sta ne - patrz podsumowanie). Podstawową J e ­ dnak Jego zaletą Jest umo żl iwienie q ua si- sw ob odn eg o dostępni, do zbiorów, co często wie lok ro t n ie zmniejsza czas ich wyszukiwania. Przybliżoną ana­

lizę i porównanie sekwencyjnego i indeksowo-sek wen cy jn ogo wyszu ki wan ia in­

formacji z wyk or zy sta ni em wyżej opisanego formatu przeprow adz ono w pun k­

cie 5.

2.3. Lista zleceń Jednostki

Omawiana Jednostka sterujące pamięci kasetowych z za prezentowaną orga ­ nizacją taśmy realizuje kilkanaście funkcji, które najlepiej można sch a­

rakteryzować jej zest awe m zlece ń (szczegółowy opis po sz czególnych zleceń zawiera opracowanie [l]'):

F - formatowanie taśmy w kasecie zadekla ro wa neg o przewijaka wg wyżej po­

danego formatu.

PODŁOŻE NIE­

MAGNETYCZNE

OOCINEK ROZBIEGOWY POCZĄTKOWY

REKORD

_ 52 O

ZEROWY [521B1

SK[2BJ ^{$ « W 1}

RE

s l

KORD PIERWSZY (521

— 07 0 1 c

z*.

™ o

2 x

3)

O ł NJ CD

Ś C IEŻKA 1

>

ŚC IEŻKA 2 / /

I

- 600 mm

REKORD N -T Y

WmHWWttHWHfWHł HH

ZNACZNIK KOŃCA

$FFFE

REKORD OSTATNI ( 521 B) (NIEDOSTĘPNY DLA ZAPISU I OOCZY-

TU )

łłtttHHłłHII IHIIHHII11 Hl I Ul III IIIH111

ODCINEK ROZBIEGOWY KOŃCOWY

"6 C 0 m m

PODŁOŻE NIEMAGNETYCZNE

1

CD c

R y s . 3 . O r g a n i z a c j a I n f o r m a c j i n a t a ś m i e

Mikrokomputerowa Jednostka sterująca. 91

L - odczytanie kartoteki z taśmy okreś lo neg o przewijaka (o ile nie była jeszcze odczytana) do pamięci RAM i pr zedstawienie jej uż ytkownikowi w czytelnej postaci (pkt 4),

0 - otwarcie zbioru, polegajęce na przepisaniu parame tr ów w y br an ego zb i o­

ru z kartoteki kasety do tzw. kartoteki ot wa rtego zbioru (pkt 4), i ustawieniu g ło wi cy odczytujęcej przewijaka na pierwazym zna czniku te­

go zbior u na taśmie,

P - wzg lęd ne lub bezwzględne po zy cjonowanie na określonym rekordzie w ob­

rębie otw artego zbioru,

R - odczyt a ktu al ne go rekordu z taśmy i przesłanie jego zawartości do u- ż y t k o w n l k a ,

W - zapis Jednego bloku informacji przesłanej od użytkownika w aktualnym miej sc u na nośniku z równoczesnę aktualizację kartoteki,

Z - za mk nię ci e zbior u (odłęczenle użytkownika od przewijaka), C - utworzenie noweg o zbioru w kartotece i na taśmie,

S - pytanie o stan Jednego lub wszystki ch przewljaków, E - zmiana par ametru dostępu do okreś lo neg o zbioru, U - przepisanie kartoteki kasety z pamięci RAM na taśmę, A - ak tua lizacja kartoteki na podstawie zawartości taśmy,

8 - kopiowania zb i or ó w z k ase ty na kasetę (przy ró wno czesnym ruchu obu ka­

set) ,

D - wydruk zbioru na dru karce (pkt 3).

Wszelkie błędy obsługi operatorskiej. Jak również nieprawidł owo śc i w funkcjonowaniu przew lj akó w zaistniała podczas wykony wa ni a powyższych o p e­

racji, sę natychmiast przez system wykrywane. Komunikat o błędzie Jest przesyłany uży tk own ik ow i 1 dod at kow o wyś wi e tl o n y na wyśw ie tla cz u um ies z­

czonym na płycie czołowej modelu.

3. KO NF IGU RA CJA URZĄD ZE NI OWA JEDNOSTKI

Kon strukcja Jed nostki (rys. 4) opiera eię na wewnętrznej magistrali, poprzez którę mi k rop roc es or Intal 8085A komunikuje się ze ws zys tki mi mo­

dułami systemu.

W skład całego układu wchodzę:

a) moduły typowe dla wię ks zo ś c i syst emó w mi kr oprocesorowych, b) uk łady interfejsu szeregowego z pr ze wijakami 1 z użytkownikiem, c) mo duły dodatkowe (opcjonalna).

W pierwszej grupie zn ajduję się:

- blok pamięc i E P R O M , zawie raj ęc y oprogra mo wan ie systemowe,

- blok pamięci RAM, z przezna cze ni em do pr zechowywania aktualnych p ar am e­

trów 1 bu forowania danych.

92 K. Buchała

- noduły program ow al nyc h ze ga rów systemowych (Intel 8253, 8155), - programowo maskowalny, wektorowy, oś m io po zi omo wy układ przerwań.

Podstawowę częścię akładowę Jednostki, w dużej mi erze stanowlęcę o jej zalatach, Jest moduł interfejsu szerego we go z prz ewijakami PK-i. W skład tego modułu wchodzę dwa nad ajniki / odbiorniki linii z konwersję szeregowę i równoległę - USART, zreal izo wa ne na układach wi elkiej skali integracji - Intel 825 1A i mogęce pracować niezależnie od siebie w tym samym czasie.

Oba te u kła dy USART samodzielnie organizuję sy nchronicznę wymia nę infor­

macji - co zapewnia dotrzy ma nie zgo dno śc i zapisu (na poziomie znaku) z przyjętymi st andardami - z Je dnoczesnę kontrolę transmisji. Każdy z nich poprzez koder i i ekoder PE informacji zapisu /¡o dc zy tu może być poł ęcz ony z dowolnym z przewij akó w dzięki zasto sow an iu odpowiedniej pr ze łęc zni cy syg­

nałów. Trzy skojarzone z nię porty służę do odbierania 1 wy sył a ni a sygna­

łów kontrolnych 1 aterujęcych pracę pamięci kasetowych. W ar t o zauważyć, że tak sk omp le to w a ny moduł może Już stanowić odrębnę Jed nos tk ę funkcjo- nalnę, pracujęcę Jako karta wejścia/wyjścia.

Taka konfiguracja pozwala na w spo mn ia nę Już wsp ół bi e żn ę pracę dwóch różnych przewijaków, co zn acznie przyspiesza wy ko nan ie niektór yc h opera­

cji, np. kopiowania.

Podczas drukowania zawartości zb io ró w dowolnej ka sety możliwa Jest równo­

legła niezakłócona praca z Jednym z trzech po zostałych m e ch a n iz m ów pamię­

ci kasetowych.

Zast os owa ni e układów USART do organ iza cj i ws p ół p ra c y z pamięc iam i ka­

setowymi i komunikacji z użytkownikami, oprócz zn ac zne go upr os zczenia kon­

strukcji, pozwala na programowy wy b ó r parame tró w interfejsu, nadajęc mu w ten sposób w lę ks zę elastyczność.

Do datkowymi układami Jednostki sę:

- mod uł podłęczenia drukarki mozaikowej DZM-180, p oz wa la jęc y na prowadze­

nie lokalnych wydruków,

- moduł kontrolera w yś wie tl acz a z płyty czołowej modelu.

Sz cze gół ow ę charak te rys ty kę ws zys t k ic h wyżej wy mie ni on y c h uk ła d ó w za­

wiera praca [l] .

4. ST RUK T U RA DANYCH W S YSTEMIE

Pamięć RAM podzielona Jest na czter y rozłęczne części, z których każda przyporzędk ow ana Jest Jedne mu przewijakowi. Ws z ys tk ie te ob sz ar y poslada- Ję identycznę strukturę, wobec czego poniżej og raniczono się do prze ds ta­

wienia Jednego, od po wia daj ęc ego pr zew ijakowi nr 0 (rys. 5).

Poczętkowe 240 bajtów stanowi kartoteka kasety, przep is ywa na do tego obszaru przy pierwszym nawięzs nl u ws p ół p ra c y z pr z ewi ja ki em (pkt 2.2).

Koniec informacji użytkowej o zb iorach sygnowany Jest zna cz ni k i em końca

i 1 2 3

Rys. 4. St ruktura blokowa mikroprocesorowej jednostki sterującej <£>

W

Mikrokomputerowajednostkasterująca.

768 KOMOREKS PRZEWOAKNR(i 94 K.

DRCT $

cfl”

ea>

uli

NAZWA ZBIORU

PARAMETR .T Y P POCZĄTEK ZBIORU KONIEC LOGICZNY

ZBIORU KONIEC FIZYCZNY

ZBIORU ZNACZNIK KOŃCA LOGICZNEGO DIRECTORY

* E a O a T a SPACJA

'EOT * i END OF TAPE

LICZBA REKORDÓW KASETY

BOZ t AKTUALNY NUMER

REKORDU (ANRl POCZĄTEK OTWARTEGO

ZBIORU KONIEC LOGICZNY OTWARTEGO ZBIORU KONIEC FIZYCZNY OTWARTEGO ZBIORU STAN PRZEWI1AKA BUF <

NAZWA OTWARTEGO ZBIORU

PARAMETR TTyF

DRCT 1

Buchała

Rys. 5. O rga ni za cja da ny ch w pamięci RAM (dla przawijaka nr O)

Mikrokomputerowa je dn ostka »terująca.. 95

logicznego kartoteki, a ostatnie Jej aześć koaórek przezna cz ony ch Jest do przechowania informacji o llośći rekordów ne taśmie.

Chociai ze rowy rekord na taśmie zawi era tylko wyZaJ opisaną kartotekę, to od powladajęcy jej obszar pamięci RAM zawiera do dat ko wo nas tępujęcę bez­

pośrednio po niej tzw. kartotekę otwartego zbioru (b o z) 1 51 2- zn ako wy bu­

for informacji użytkowej.

Kartoteka otw artego zbioru (l6 komórek) zawiera:

- informację o aktualnym położeniu g ło wi cy (aktualny numer rekordu), - informację o otwarciu zbioru w danym przewljaku,

- przepisane (w zmienionej kolejności) z kartoteki dene o aktualnie ot wa r­

tym zbiorze.

Nazwa (ze słowem parametrów) aktualnie otw artego zbioru tw orzy teraz spójny obsza r z następującym bezpo śr ed nio po niej buforem informacji z a ­ pisywanej (wczytywanej na) z taśmy. Taka struktura Jest zrozumi ał a w kon­

tekście przyjęt eg o formatu (pkt 2.2) i znacznie ułatwia realizację zapisu i odczytu informacji na nośniku.

5. PRZYBLIŻONE PORÓWNANIE SE K WE N C YJ N EG O I IN OEK SO WO -S E K WE N CY D N EG O DOSTąPU DO Z BI O R Ó W NA TAŚMIE MA G NE T Y CZ N EJ W KASECIE

Przez czas dostępu ro zu mia ny Jest czas po tr zeb ny do wy szu kan ia 1 od­

czytu określonej informacji z taśmy. Przypomnijmy, Ze k on wen cjo na lni e sto­

sowana organizacja zbioró w na taśmie pr zedstawia się następ uj ąco (rys. 6):

BOT ZT

_ L

ZBIÓR K

V 7 7 7 A .V 7 7 7 \- 7 7 7 7 A ZT

dn

ZBCRK*1 Y Z Z Z t

_ J S H 9 _ blok nogtdwka ZT - znacznik taśmy

S Z Z Z 2 i- Mok danych BOT - znacznik początku ta im y

Rys. 6. Organ iza cj a taśmy z dostępem sekwe ncy jn ym

gdzie:

p « długość nie wy kor zy st ywa ne go odcinka taśmy,

z - dług oś ć przerw y mi ędzy kolejnymi zbiorami wra z ze z na czn ik ie m taś­

my,

dn “ długość bloku nagłówka wr a z z przerwą m l ę d z y b l o k o w ę , db “ d łu 9°ćć bloku danych wr az z przerwą siędzyblokową.

96 K. Buchałi

Algo ry tm wyszu ki wa nia zbioru dla tak sf orm at ow ane go nośnika wy glę da na­

stępująco (rys. 7):

Rys. 7. Al g ory tm sekwency jne go w y szu ki wa nia zbiorów

Odczyt zbioru polega tu na cięgłym odczycie kolejnych bloków danych aż do natrafienia na znacznik taśmy.

Używajęc anal ogi cz nyc h oznaczeń dla formstu z tego artykułu otrz yma my (ry­

sunek 8) :

REKORD K REKORO K*1

V7XtWm,V77A

d n d b

V7Z\- YZZ..

Rys. 8. Organi zac ja taśmy z dostępem indek so wo- sek we ncy jn ym

W tym pr zypadku poz ycjonowanie g ł owi cy przewijaka odbywa się z dokładnoś- cię do Jedne go rekordu, wob ec tego zakładajęc równość wsz ys tk ich zbiorów (każdy po "m" bloków) prz yj mi emy naetępu ję cy Już nieco bardziej złożony al gorytm odszukiwania zbioru (rys. 9):

Mikrokomputerowa J ed nostka sterujgca. 97

o b lic z e n ie d y sta n su R'- n .-p o c z ą t k o w e potożenie gbowicy k -n u m e r docelowego zbioru m -d k ig o ó ć zbiorów (w blokach )

Rys. 9. Algo ryt m i n de ke ow o-s ek we ncy jn eg o wy sz uki wa ni a zbiorów

98 K. Buchała

Toraz odczyt całego zbior u wymaga odczytu rekordów (bloków danych) wraz z Ich znaczn ik am i (blokami nagłówków) aż do końca logicznego zbioru (dla uproszczenia rozważań przyjmujemy, że koniec logiczny pokrywa się z koń­

cem fizycznym zbioru).

Obydwa powyższe al go ry t my sę w dużej mierze u p r o s z c z o n e , gdyż nie uwzglę­

dniają np. lner cyj no śc l me cha n iz m ó w napędu, wy m ag a ń czasowych przy poda­

wa ni u niektórych sy gnałów itp. Oeżeli przez , T p (n0 ,m) oznaczymy czas prze­

wijania taśmy do fizycznego poczętku poczęwazy od zbioru nr nQ , a przez T (k,m) czas odszukania k-tego zbioru, ata rtujęc od znacznika BOT, to czas wys zu kan ia k-tego zbioru przy poc zętkowym położeniu gł o wic y przed zbiorem nQ dla dostę pu sekwencyj ne go Tv s (n0 >ro) określa wzór:

Tv e (no ' k >") “ T p (V m) + T„ ( k '"’)

W yk orz y s tu j ęc rozważania przepro wad zo ne w pracy (2j , przy wsz ys tki ch po­

w y żs zy ch założeniach, możemy napisać;

T P (V m) " | t (p + k 2 + (no " l) * (* ♦ d n + m . d b )),

1 d , k

Tw (k,m) - ^j-(p + z . k + m . d fa(k - i)) + — ^ ,

a t ę d :

Tv . (no ' k 'B’) * ¿ r {2p + k z * " • db ) + P

. . d

+ 3r ( z + dn + m . db ) . (nQ - l) + Gc~(z + m . d fa) + r r - ) . k,

T p v p ¥ r

g d z i e ;

- robocza prędkość przesuwu taśmy,

<£<p - podwyższona prędkość przesuwu tsśmy.

W przypadku dostępu i nd e ks o w o-s ek we ncy jn eg o po zy cjonowanie odbywa się bez przewijania taśmy do poczętku z dokładności« do Jednego rekordu (a nie całego zbioru), a algorytm (rys. 9) zależny Jest od wa r u nk ó w poczętko- wych. Majęc na uwadze te fakty możemy prze pr ow adz ić podobne do powyższego rozumowania, w w yni ku którego o tr z ym amy za leż no ść na czas wyszukani*

^ V R I

Mikrokomputerowa jednostka sterująca. 99

1

J r ^ d b+ dn ^ ln o-l<l m + 1 ^+ ę r ^ d b+d n ^ ! gdy no > k (ruch wstecz)

Dla obydwu rodza jó w dost ęp u ot rz yma li śm y więc czasy Jako liniowe funkcja numeru zbioru d oce lo we go ( k ) , po czą tkowego położenia gł ow icy (n0 ) 1 dłu­

gości zbior u (m).

Deśll prz yj m ie m y m » 1 , to będziemy mieli przypadek zbiorów jednoblo- kowych, kie dy taśma z dostępem sek we ncyjnym ma najbardziej zbliżonę struk­

turę do ta śm y omawianej Jednostki. W takim przypadku wy p oz ycj on owy wa ni e na k-tym zbiorze (naturalne dla pierws ze go rodzaju taśmy) Je6t rów no z na c z­

ne z wy szu k i wa n ie m k-tego rekordu (naturalnym dla dr ugiego formatu).

Wobec tego od powiednie czasy wys zu kiwania można mia rodajnie za stawić w Jednym układzie współrzędnych. Rysu ne k 10 przedstawia zbiór prostych, bę­

dących w yk r e sa m i wyp ro wa d z on y ch wyżej funkcji dla różnych wartości n Q przy następujących wa rt oś c i ac h zde fi ni owa ny ch up rz edn io wielkośc i:

z - 0.082 2 W *r ■ 0. 12 7 [m/s]

p - 0.5 [m] i>p » 3 . 540 [m/s]

S e kw e n cy j ny [m] Indeks.-sekwenc. m

d n 0.0 253 (20 bajtów) 0.0225 (6 bajtów)

d b 0.1 503 (520 bajtów) 0. 1508 (523 bajty)

Są to w p ra wd zie funkcje dyskretne. Jednak poniższe wy kr esy p r ze ds ta ­ wiono w postac i ciągłej dla lepszej ilustracji kształtu 1 łatwiejszego

ich rozróżnienia.

Łatwo zauważyć, że czasy wyszuk iw ani a przy tym samym położeniu p oc z ąt ­ kowym g ło wi cy są prawie zawsze krótsze dla dostępu lndeksowo -se kw enc yj ne - go. W ys zu ki wan ie se kwencyjne Jest szybsze Jedynie w kilku przypadkach po­

zycjonowania na pierwszych zbiorach (rekordach) taśmy i to pod wa ru nki em stertowania z najbli żs zeg o im sąsiedztwa. Dzieje się tek, gdy czas szyb ­ kiego pr zew inięcia do BOT i z powrotem Jest krótszy od sum y cz a s ów szyb­

kiego cof nię cia do rekordu pop rz edz aj ąc ego doce lo wy rekord i wo ln eg o przesunięcia w przód o Jeden blok. Czas odczytu zb ioru w obydwu pr z yp ad­

kach Jest liniową funkcją długości zbiorów:

T0 S (m) ” | r (ln • d b + l z) '

100 K. Buchała

Rys. 10. W y k r e s y cz asów w y sz uk iw ani a je dn obl ok ow ych zb io rów dla obu ro­

dzajów taśmy Tvs = 0,265-k ♦ 0,073-(n.-1) ♦ 0,252

M ik rokomputerowa jednostka sterująca.. 101

T0 R (m) " | y (dn + d b ) n >

a dla kon kretnych wartości!

To s (m) - 1.183 m + 0.324 [s] .

T0 R (m) » 1.365 m [a] .

Nietrudno wywn io sko wa ć, że z bi ory zawiera ją ce więcej niż jeden blok eą fizycznie- krótsze przy konwencjonalnej organi za cji taśmy, stąd też krót­

szy jest czas ich odczytu. Wynika to z faktu, iż nie ma tu strat czasu potrzebnego na odczyt zna cz ni ków rekordów. Jakie zawiera drugi format.

Dodając czas odczytu do czasu wyszuk an ia, o tr z yma my wzór na czas do ­ stępu :

Ts (n o > k >m ) ■ T v s (no ,k,m) + To s (m)» TR (nQ ,k,m) - TV R (no # k,m) + T0 R (m)

2 p owy żs zy ch rozważań wynika, że w pr zypadku no wego formatu, czas od­

czytu w y dłu ża w y p a d k o w y czas dostępu i to w tym w ię k s zy m s t o p n iu , im dłuż­

sze są zbiory. Potwierdza to ze st aw i e ni e wa r t oś c i czasó w dostępu dla prz kładowych długości zb io rów (tabele 1).

Tabela nie tylko pozwala zorie nto wa ć się w ko nkretnych wartoś ci ach cza­

su, ale i dowodzi, że czas s ek w enc yj ne go wy sz uk i w an i a Jest zawsze nar as ­ tający przy w zr oś ci e numeru zbioru do ce lo w eg o dla danego położenia począt­

kowego głowicy, a dla dostępu i n de ks ow o-s ek we ncy jn eg o zmniejsza się w miarę zmniej sz an ia się różnicy m ię dz y tymi dwoma parametrami. Przy an al i­

zowaniu powyższej tabeli należy pamiętać, że k-ty zbiór na taśmie o org a­

nizacji sekwencyjnej leży fizycznie bliżej początku nośnika niż k-ty zbiór na drugiej omawianej taśmie. Stąd po rów nywanie za wsze będzie w pewnym sto­

pniu przybliżone.

Czasowe relacje dwóch powyższych sposobów wyszu kiw an ia informacji w y r a ź ­ niej ilustruję wy kr esy procen to we go stosunku czasów dostępu: inseksowo- -eekwencyjnego i sek we ncyjnego dla m - 2 i m « 15 (rys. 11 i 12).

Hipe rb oli cz ny kształt krzywych ilustruje ws zys tk ie do tyc hczasowe uwagi dotyczące czasu w ys zu kiw an ia 1 odczytu. Widać, że nowy format taśmy naj­

mniej korz ys tny Jest wtedy, gd y głowica Jest na początku taśmy 1 tam też Jest zbi ór docelowy, czyli gdy często od wo łuj em y się do początkowych zbio ­ rów taśmy.

Najkorzystniejszy Jest przypadek startu z okolic zb ioru docelowe go bar­

dziej od da lo n e go od początku nośnika (ob niżający się w miarę wz r os t u nQ punkt przegię cia wykresu). Dla z b io r ó w kró tszych TR Jest prawie zawsze mniejsze od Tg (większość wy k re s ów w ogóle nie przekracza war toś ci 100$l Procentowy u dz iał TR wzrasta w miarę wyd łu ża nia się z b io r ów (wykresy u- kładaję się wyżej i więcej z nich w i ęks zą częścią przekr acz a w a rt oś ć 100$.

102 K. Buchała

Tabela 1 i

w

O

O)

i£j L— J _o

c © •—V 1 -y

s O ■n

>*

O © L.-.J 3

O)

U (0 C^-N ©

3 O 3: o

ja

l_ o ł ©

o -O H «

■H -O N ©

o © w

© N 1» o

C

~a

Sh b

'O 3 Oo. cn

KO > 3 q>H . Q> © o 5 U *-* t—j *-» C

O) O O © © T-)

3 4-* rl o O >

rM i. A TJ -O u

Q (0 N c

*-» © © ©

co ł_ © © £

2 N

O N

O

1 2 3 4 5

1 2.02 1.36 L 225 56.4 13.6 449 110 24.6 1 18.2 13. 8 i 225 72.7 2.83 449 127 13.6 1 34.5 24. 8 . 225 88.9 13.8 449 143 2. 88

1 3.21 2.73 1 113 35.2 15.0 225 67.2 25.7 1 16.0 15.1 113 113 48.0 2.73 225 80.0 15.0 1 28.9 26.1 225 113 60.9 15. 1 225 92.9 2.73

1 2 3 4 5

1 4.39 4.09 1 75 28.7 16.2 149 53.0 27.1 1 16.2 16.5 3 76 75 40. 5 5.65 149 64.8 16.1 1 28.0 27.5 151 75 52.3 16.7 149 76.6 5.80

1 6.76 6.82 1 45 24.9 18.9 89 43.1 29.7 1 17.7 19.3 5 46 45 35.9 8.48 89 54.0 18.7 1 28.6 30.2 91 45 46.8 19.5 89 65.0 8.73

1 9.12 9.55 1 31 24.1 21.1 61 39.0 31.4 1 19.6 21.9 7 33 31 34.6 11.7 61 49. 5 20.5 1 30.1 32.8 65 31 45.1 22.6 61 60.0 12.3

1 2 3 4 5

1 11.5 12.3 1 25 25.5 24.2 49 39. 5 34.7 1 21.8 24.7 9 26 25 35.8 14. 1 49. 49.9 23.7 1 32.2 35.7 51 25 46.2 25.2 49 60.2 14.6

1 15.0 16.4 1 19 27.9 28.3 37 40.7 38.8 1 24. 8 28.4

12 19 19 37.6 16.4

37 50. 4 28.3 1 34.5 38.9 37 19 47.3 28.4 37 60.2 16.4

1 24.5 27.3 1 11 35.1 38.3 21 45.6 48.1 1 34.3 39.4 20 12 11 44.8 29.7 21 55.3 37.4 1 44.0 50.2 23 11 54.5 40. 5 21 65. 0 30.7

Zakładaj ęc ró wnomierny rozkład praw do po dob ie ńs twa zarówn o dla zmiennej n Q , Jak i k, możemy określić w a rto ść oczekiwanę E

[V]

su dostępu sek we ncyjnego i lndeksowo-sekwencyjnego. Przy założeniu, że na sformatowanej stronie taśmy mieści się ma ksymalnie 450 rekordów, możemy n a p i s a ć :

1 < k < N(m) - ,

1 < no 4 n(h) ♦ 1 - [*§°] + i.

Mikrokomputerowa jednostka sterujęca. 103

Rys. 11. Procentowy udział czasu dostępu i nd e ks ówo -s ek wen cy jn ego w sto ­ sunku do sekwencyj ne go dla zbiorów o dług ośc i dwóch bloków

104 K. Buchała

Ry3. 12. Procentowy udział czasu dostępu lndeksowo-ssłcwancyjnego do sek­

we nc yj n e go dla zbior ów o długości piętnastu bloków

Mikrokomputerowa J ed n ostka sterujące. 105

gdzie :

N(m) - maksymalna liczba z b io ró w o długości m.

Oeżeli przez parę (nQ ,k) będziemy rozumieli zd arzenie wyboru k-tego zbioru przy początkowym położeniu głow icy na zbiorze nr nQ (przejście:

nQ— >k) , to :

no .k 0

p(nQ ,k) - pr a wd op od obi eń st wo z ai st ni eni a par y (nQ ,k).

2

gdzie p(

Wobec tego:

p(n0'k) “ N(m) . (N(m) + i)*

Wzór na wartoś ć oczekiwaną dla dostępu sekwency jn ego przyjmuje więc pos­

tać :

T4501 [4501

N(m) +1 N(m)

. *

Es

DO " 2 2 p(n0 ' k) • Ts (no ' k' B) “ 2 2

n0 -l k-1

" o -1

. [ i £ |

a dla dostępu swobodnego:

[4501 p450l

N(m) + 1 N (m) L m J L m J

e« H - 2 2 p < v u ■ ■ 2 2 n »1 k=l

O

k-* < [n r]> - E 5! 2]

gdzie :

T g (n o > k,m) i T R (no ,k,m) - wy pr ow a d zo n e wcześniej wz ory na c zas y do ­ stępu.

Korzystając z zależności:

N ( m ) + 1 N(m)

EtT 2] = 2 2 P(n0 'k ) • T2 (n0 ,k,m), n Q -l k-1

możemy os tatecznie określić odchylenie standardowe 6 czasu dostępu:

sekwencyjnego: Eg [t2] - E2 [t] ,

insekeowo-sekwencyj nego : <»R -|/ ER [t2] - E2

Jj] ]

106 K. Buchała

[s. E[T]

180

HO

100

60

20

» :

o — wykres E[ T« ]

« — wykres E C T* 3

O 10 20 S i 40 ‘ 70 ' 90 110 130 150 ’ 170 m

Rys. 13. Warto ść oczekiwana cz asów dostępu w funkcji długości zbior ów

o — wykres (T*

• — wykres

f f t

0 W 20 30 40 M ‘ 70 ' iS ' 110 * 130 ' 150 * 570 nT

Rys. 14. Odchylenie st andardowe c za sów dostę pu w funkcji długości zbiorów

M ikrokompu te ro w a jednostka sterujęca. 107

Rysunki 13 1 14 przedstaw la ję w y kre sy war to ści średniej i odchylenia standardowego dla obu przypadk ów w zależn oś ci od dłu goś ci zbiorów. Sta­

tystyki te pokazuję, że w najczęściej w praktyce w y et ęp uję cyc h pr zy pa d­

kach (l<i m < 60) do stęp ind ek so wo- s e kw e nc y j ny Jest wyra źn ie ko rzy st ni e j ­ szy pod w z gl ę d em czasowym.

6. PODSUMOWANIE

Zap re zen to wa na w tym artykule Je dn ostka sterujęca pamięci kasetowych Jest kolejnym przykładem zastosowania syste mó w mikrokomputerowych. Opar ­ cie jej na mi kr op roc es or ze Intel 808 5A poz wo li ło nie tylko zwiększyć jej a u t o n o m l c z n o ś ć , ale i w zna cz nym stopniu pos zerzyć jej mo żl iwo ści funk­

cjonalne i diagnostyczne. Obok ela st ycz no śc i Je dno st ki uzyskanej dzięki zastosowaniu układu transmisji op artego na pro gr am owa ln ym układzie USART wielkiej skali integracji, o w ys ok ich pa rametrach użytkowych całej kon­

strukcji de cyduje także nowy (wśród krajowych rozwlęzart) sposób w y s z u k i ­ wania informa cj i z taśmy. Oak wyka zał a przybliżona analiza, daje on cał­

kiem wymie rn e efekty w postaci znac zn ego skrócenia czasu dostępu do zbi o­

rów. Na uwagę za sługuje również fakt, że projekt całej Jednostki Jest pro­

jektem otwartym, m og ęc ym być łatwo rozbudowanym w kierunku pełnie'szego wy korzystania jej pote ncj al ny ch możliwości, takich Jak:

- rozszerz al noś ć i upak ow ywa ni e zbiorów, - wp r owa dz en ie zmiennej dł ugości bloków,

- komunikacje z sy stemem uży tkownika na poziomie linii (a nie całych re­

kordów - Jak dotychczas),

- podłęczenie czterech równoprawnych uż yt kowników z możllwościę idi w s p ó ł ­ bieżnej i niezależnej pracy, z różnymi regulaminami obsługi zgło sze ó do Jednostki.

LITERATURA

(XI Buchała K. : Mikro kom pu te row a Jednostka sterujęca pamięci kasetowych oparta na systemie Intel 8085. Praca dyplomowa. Instytut Informatyki Czasu Rz e cz yw is teg o Politechniki ś l ę s k l e j , Gliwice 1981.

[2] Balcer R. : Roz mi es zcz en ie zbior ów na taśmie m a g n e t y c z n e j . Podstawy St e ­ rowania, t. 11, z. 3, 1981, ss. 229-238.

(3] Gr ze go r c zy k O., Sko wro ne k M. , Woj tuszek O. , Wo ł e k St.: Współpraca pa­

mięci kasetowej z minikomputerem. Podstawy Sterowania, t. 8, z. 2, 1978, es. 84-108.

9G Peatman O . : Mi c r op r oc e s so r based design. Mc G r aw Hill, 1977.

[5] MCS -80 /8 5 Family U s e r ’s Manuol, Intel Corp. 1980.

[5] OTR Pamięci kasetowej PK-1, MERAMAT, 1978.

108 K. Buchała

[7] Mi k ro k omp ut er owo stanow is ko komunikacyjne. Z es p ół M l k r o p r o g r a m o w a n i a , Raport Z SA K - PAN, Gliwi ce 1978.

Recenzent: Doc. dr lnż. Zd z is ł aw Pogoda

W p ły nę ło do Redakcji: 20,10.1 98 2 r.

MHKPOKCIiIIŁ1CS!EEHHB EJIOK ynPABEBHHfl KACOBTHHX 3AilCLfflHArmnX yCTPCflGIB C. HHiEKGHO-EOCJIĘHOBAIEJIŁHtOi AOCIHICM K «AftJIAM

P e 3 » m e

B

paóore flasa KopoTKaa xapajtiepHCiHBa mhkpokomułbtepnoro Cjioica ynpaaae- HHJl HalHp&C KaCCelHŁDC 33JI0UHHa»ĄHX yCIpO&CIB, KOTOpHił OCHOBaH Ha MHKponpO-

koht

b oOjiacaH KOHcapyKi^ft ycxpoifciB oiofo inna..

BHHuaHH®

oSpameso Ha ÓoHŁDHe <IiyiiKi3ioHajibHHe bosmozhocih aureKauqae H3 apausHehhh abjtx HesaBHCH- ułcc MosyJieił aocaefloaaraabHoił nepeflara flaHHŁec, Koropae ocHOBUBajorca Ha cncie- ue

uacmiafia HHTerpaxpiH

rajcse

cneięicjHHecKHe $opuH jishtu, Be- flyUHe

HHfleKCHO-nocjieflOBaieflŁHOMy .ąocryny

(JaiUiau,

3aKJiBHHiejiŁHoa nacru p a d o m cociaBiieHO h cpaBHeao Bpeun flocxyna

HH$opuaipiH no nocjieflOBaiejiLHOMy h HHfleKCHO-nocaeflOBaseJiŁHOMy aji

Maw, npsmeHHeuiDc b npeflCTaBJieHHOft MOfleHH,

MIC RO CO M PU T E R CASSETTE STORA GE CONTR OL UNIT WIT H INDEX- SE QU ENT IA L M E TH O D O F DATA ACCESS

S u m m a r y

The paper presents short c h ar a ct erl ct ic e of the mi c ro co mp ute r unit of four digital cassette stores based on the I N TEL -8 08 5A microprocessor. It is consider ed in the context of some development tendencies common for this type devices design.

S p eci al at tention is paid to wi d e functional capabilities. T he y result from the ut ilization of two independent serial tra ns mission modules based on USART's, as well as from a specific tape data format. This format ma­

kes index - sequent ial method of data access possible.

S p ec if ic ati on and com pa ris on of the access times for sequent ia l and in dex -se qu ent ia l access al gor ith ms are also included.