Электроника-60

08.02.2022

«Электроника-60» — серия микроЭВМ, производившихся в СССР.

Машины серии «Электроника-60» предназначались для использования в составе управляющих комплексов систем дискретной автоматики либо для отладки программ встраиваемых специализированных микроЭВМ с интерфейсом МПИ по ОСТ 11.305.903—80. Система команд соответствует ОСТ 11.305.909—80 и совместима с семейством PDP-11 фирмы DEC. Некоторые из машин серии были прямыми аналогами PDP-11 на отечественной элементной базе.

МикроЭВМ серии «Электроника-60» имеют модульный принцип построения, то есть все функциональные модули ЭВМ выполнены в виде конструктивно законченных устройств (модулей), связь между которыми осуществляется через системный канал микроЭВМ.

Семейство микроЭВМ «Электроника-60» включает в себя два поколения: ряд «Электроника-60» и ряд «Электроника-60-1».

Первый ряд включает в себя модификации «Электроника 60», «Электроника 60М» и «Электроника 60Т», которые отличаются используемыми модулями процессора (М1, М2 и М3 соответственно).

Ряд «Электроника-60-1» включает в себя микроЭВМ «Электроника МС 1211» и «Электроника МС 1212». Данные микроЭВМ обладают более высоким быстродействием (в 2-3 раза), расширенной системой команд (включая 46 команд над числами в формате с плавающей точкой), увеличенным объёмом памяти, с расширением адресного пространства до 18 и 22 разрядов с использованием диспетчера памяти.

«Электроника-81» — самая мощная микроЭВМ серии, также известна под названием «Электроника МС 1213». Обладает наибольшим быстродействием, адресное пространство — 22 разряда.

На смену этим компьютерам была выпущена ЭВМ «Электроника 85», которая по системе команд была совместима с «Электроника-60-1», но имела другую архитектуру.

ЭВМ серии «Электроника-60» выпускались Министерством электронной промышленности (МЭП) на заводе «Процессор» НПО «Электроника» в г. Воронеже, а также в Ереване. Часть узлов собиралась на нововоронежском заводе «Алиот», также входившем в НПО «Электроника».

Конструктивы микроЭВМ и комплексов

Конструктивно микроЭВМ «Электроника-60» представляет собой блок, монтируемый в стойку или используемый в составе вычислительных комплексов. Промышленностью выпускалось несколько разновидностей вычислительных комплексов: от минимальных управляющих до систем подготовки программного обеспечения.

«Электроника-60» уже не имела пульта управления для занесения данных напрямую в память и считывания состояния системной шины — управление ЭВМ осуществлялось исключительно через пультовый терминал. В качестве такового использовалась электрическая пишущая машинка «Consul-260» или алфавитно-цифровой дисплей 15ИЭ-00-013.

  • 15ВМ-16-002 (15ВМ-16-007, 15ВМ-16-008) — минимальный вариант без блока питания, состоящий из каркаса, внутри которого размещается плата центрального процессора (М1, М2 или М3) и устройства управления В1. Предназначалась для встраивания в управляемое оборудование.
  • 15ВМ-16-004 (15ВМ-16-012) — расширенный вариант, состоящий из процессора М1 или М2, устройство управления В1, устройство управления В21, блок питания БПС6-1, каркас, кожух.
  • 15ВМ-16-005 (15ВМ-16-013) — автономная вычислительная система, рассчитанная на одного пользователя, включала в себя: процессор М1 или М2, устройство управления В1, устройство управления В21, блок питания БПС6-1, каркас, кожух, стол, «Consul-260», фотосчитыватель с перфоленты FS-1501, перфоратор ПЛ-150.

Периферия

Помимо собственно микроЭВМ могли применяться различные периферийные устройства. Такие конструкции выпускались в виде комплексов:

  • «Электроника В» МС11900.1 — корпус, стол, процессор М2, блок питания БПС6-1, дисплей 15ИЭ-00-013, фотосчитыватель FS-1501, перфоратор ПЛ-150, АЦПУ Robotron-1150.
  • 15ВУМС-28-025 — микроЭВМ в исполнении 15ВМ-16-004, блок питания, корпус, стол, стойка, дисплей 15ИЭ-00-013, АЦПУ Robotron-1150, накопитель «Электроника ГМД 70».

«Электроника-60-1»

Дальнейшее развитие микроЭВМ, «Электроника-60-1», поставлялись в трёх различных исполнениях:

  • В состав МикроЭВМ МС 1211 входят: центральный процессор М6 (МС 1601.01), запоминающее устройство П5 (МС 3101), интерфейс последовательный И12 (МС 4602) и устройство аппаратной загрузки-диагностики СМ 1 (МС 3401). ЭВМ МС 1211.01 поставлялась с коммутационной панелью (корзиной) МИ3 на 5 позиций, а МС 1211.02 — МИ2 на 10 позиций.
    • Управляющий комплекс МС 1211.01 выполнен без кожуха и блока питания и предназначен для встраивания в технологическое и контрольно-измерительное оборудование.
    • МС 1211.02 имеет кожух, блок питания МС 92305.1, лицевую панель с пультом управления и предназначен для установки в стандартную стойку СТ СЭВ 834-77.
  • МикроЭВМ МС 1212 содержит центральный процессор М6 (МС 1601.02), интерфейс последовательный И12 (МС 4602), запоминающее устройство П7 (МС 3102.01), устройство аппаратной загрузки-диагностики СМ 1 (МС 3401) и блок комбинированный Электроника МС 9502. Конструктивно МикроЭВМ МС 1212 выпускались в корпусе, аналогичном МС 1211.02, с коммутационной панелью МИ2.

Процессоры

Центральные процессоры микроЭВМ ряда «Электроника 60» построены на базе микропроцессорного набора МДП БИС серии К581.

Центральные процессоры микроЭВМ ряда «Электроника 60-1» построены на базе микропроцессорного набора n-канальной МДП БИС серии КН1811 в керамических 40-выводных корпусах типа Н13.40-1: КН1811ВМ1, КН1811ВУ1, КН1811ВУ2, КН1811ВУ3 и КН1811ВТ1.

Процессоры М1 и М2

Процессоры M1 и M2 состоят из нескольких БИС:

  • регистрового арифметико-логического устройства (РАЛУ) К581ИК1;
  • управления (БМУ) К581ИК2;
  • ПЗУ микропрограмм К581РУ1 и К581РУ2;

объединённых между собой 22-битным микроканалом. Процессор М2 содержит дополнительную БИС микрокоманд К581РУ3 и реализует расширенный набор команд микроЭВМ. Набор БИС является аналогом первого микропроцессорного набора MCP-1600 для LSI-11, совместно разработанного фирмами DEC и Western Digital в 1976 году, соответственно: CP1611 Data chip, CP1621 Control chip, и CP1631 Microcode ROM (MICROM). В отличие от оригинального набора, применены пластиковые корпуса с планарным расположением выводов.

АЛУ 8-битное, микрокод 22-битный, вертикальный, 26 8-разрядных регистров, из которых 16 программно видны как 16-битные 6 РОН, указатель стека и счётчик команд.

Процессоры М1 и М2 имеют на плате ОЗУ объёмом 4 К 16-разрядных слов.

Технические характеристики ЦП М2:

  • Разрядность слова: 16 бит
  • Объём логического адресного пространства: 32 К слов (64 Кбайт)
  • Объём резидентного ОЗУ: 4 К слов (8 Кбайт)
  • Число команд: 81 (включая 4 команды расширенной арифметики и 4 с плавающей точкой)
  • Быстродействие: 250 тыс. оп/с
  • Разрядность чисел с плавающей запятой: 32
  • Число больших интегральных микросхем (БИС): 5
  • Мощность потребления: от источника +5 (±0,25) В: 12,5 Вт; от источника +12 (±0,36) В: 18 Вт
  • Размер платы: 240 × 280 мм

Процессор М3

Процессор М3 выполнен на основе однокристальной БИС К581ВЕ1 (клон CP1651), совместим по набору команд с М1, но обладает большим быстродействием. Процессор М3 занимает одну полуплату МПИ и не содержит ОЗУ.

Процессор М5

Процессор микроЭВМ «Электроника-81» (МС 1213). Выполнен на основе МПС К1804, размещается на полной плате МПИ (252 на 296 на 12 мм). Реализован набор из 95 команд (полностью совместим с Электроникой 100/25) и 22-битное адресное пространство, но нет возможности подключения модуля FPU.

АЛУ 16-битное, на четырёх 4-битных БИС К1804ВС1, микрокод 64-битный горизонтальный, 16 16-разрядных регистров, из них программно доступно 6 РОН, указатель стека и счётчик команд.

  • Разрядность слова: 16 бит
  • Объём логического адресного пространства: 32 К слов (64 Кбайт)
  • Число команд: 95
  • Быстродействие: 800 тыс. оп/с
  • Разрядность чисел с плавающей запятой: 32
  • Число БИС: 13

Процессор М6

Процессор М6 имеет два исполнения: МС 1601.01 и МС 1601.02. Первый имеет 18 разрядов шины адреса (МПИ-18) и адресует 256К, второй имеет 22 разряда шины адреса (МПИ-22) и адресует до 4Мб. Процессор повторяет конструкцию модели DEC KDF-11: KDF-11A c 18-битной шиной и KDF-11B с 22-битной шиной. Количество команд: основных — 92, с плавающей точкой — 46. Быстродействие — приблизительно 600 тысяч команд типа регистр-регистр в секунду и приблизительно 250 тысяч команд в секунду на целочисленных задачах.

АЛУ 16-битное, микрокод 25-битный, вертикальный, трёхуровневый, 14 16-битных регистров, из них программно доступно: 6 РОН, 2 (системный и программный) указателя стека и счётчик команд.

БИС процессора М6 представляют собой большие гибридные интегральные схемы, на поверхности которых установлены БИС в микрокорпусах Н13.40-1. Процессор M6 может нести 2 гибридных БИС — МП (микропроцессор), ПЗ (блок плавающей запятой). Такая конструкция повторяет чипы DEC F-11. Отдельно устанавливается БИС ДП (диспетчера памяти).

БИС МП выполняет набор основных 92 команд и несёт на себе 2 БИС в микрокорпусе : КН1811ВМ1 (DEC DC302F/H) — БИС обработки данных и КН1811ВУ1 (DEC DC303A) — БИС управляющей памяти. Процессор М6 может работать только при установке БИС МП. При этом адресуемая память составляет 64 К и команды с плавающей точкой не поддерживаются.

БИС ПЗ состоит из двух БИС в микрокорпусе КН1811ВУ2 (DEC DC303D/E/F), КН1811ВУ3 (DEC DC303D/E/F) — БИС управляющей памяти, которые содержат микропрограммы выполнения команд с плавающей запятой (аналог KEF11), 46 дополнительных команд.

БИС ДП КМ1811ВТ1 или КР1811ВТ1 (DEC DC304E) — БИС диспетчера памяти (аналог KTF11 MMU), обеспечивает формирование 18- или 22-разрядного адреса шины, имеет керамический (КМ1811ВТ1) или пластиковый (КР1811ВТ1) корпус.

Последующие ревизии процессора М6 (М6 ред. 6 и выше) имели в качестве микропроцессора микросборку МК1, на которой были объединены МП и ПЗ, то есть все 4 БИС в микрокорпусах: КН1811ВМ1, КН1811ВУ1, КН1811ВУ2, КН1811ВУ3.

Процессор М8

Размещается на полуплате МПИ. Процессор повторяет конструкцию процессора DEC KDJ-11. Выполнен на микросхемах КН1831ВМ1 (DCJ-11AA), КН1831ВУ1 (DCJ-11DC) (на микросборке) и К1831ВУ2, К1831ВТ1.

Процессор М11

Размещается на полной плате МПИ, выполнен на серии КН1831ВМ1. В отличие от процессора М8, для работы ему не требовалась плата устройства аппаратной загрузки-диагностики СМ 1 (МС 3401).

  • Микропроцессор 1831ВМ1 на микросборке

  • Микросборки МП и ПЗ

  • Процессор М11

Интерфейсы и модули

Запоминающие устройства на полупроводниковых микросхемах динамического типа
  • П1 15УЗО-4-002 ёмкостью 4 К 16-разрядных слов. Время выборки — 500 нс. Время обращения — 800 нс, требует внешней регенерации не реже 1 мс.
  • П2 15УЗО-4-003 ёмкостью 4 К 16-разрядных слов на основе К565РУ1А. Время выборки — 500 нс. Время обращения — 800 нс. Питание: +5 (±5 %) В и +12 (±3 %) постоянного тока при потребляемой мощности не более 3,3 Вт и 11 Вт соответственно. Габаритные размеры модуля: 252 × 143 × 12 мм, масса не более 0,35 кг. Каждые 2 мс требуется регенерация, в виде выполнения центральным микропроцессором или другим активным устройством, работающим в режиме ПДП, 64 тактов считывания при адресации по строкам.
  • П3 МС 3105 3.858.355 (15УЗО-16-004) ёмкостью 16 К 16-разрядных слов на основе К581РУ4 (или К565РУ3). Время выборки — 200 нс. Время обращения — 400 нс, требует внешней регенерации не реже 2 мс. Выпускалась исполнениями: МС3105.02 (накладка с правосторонней фиксацией) и МС3105.03 (накладка с левосторонней фиксацией).
  • П5 МС 3101 ёмкостью 32 К 16-разрядных слов. Время выборки — 200 нс. Время обращения — 400 нс. Обеспечивается контроль по чётности и автономная регенерация. Потребляемый ток — 2 А при +5 В.
  • П7 МС 3102.01 ёмкостью 128 К 16-разрядных слов. Обеспечивает автономную регенерацию. Выполнено на основе микросхем К565РУ5 (4×9 шт.).
  • П9 МС 3107 ёмкостью 256 К 16-разрядных слов. Время обращения — 600 нс. Обеспечивает автономную регенерацию, контроль чётности и операции блочного чтения/записи на шине МПИ. Потребляемый ток — не более 4 А при +5 В.
  • П12 оперативное запоминающее устройство.
  • ПП1 устройство постоянной памяти, ёмкостью 2 К слов, выполнено на микросхемах серии К556 (32 штуки) с электрическим прожиганием.
  • ПП2 устройство постоянной памяти, ёмкостью 4 К слов, выполнено на микросхемах с электрическим программированием и стиранием.
Модули интерфейсов
  • Устройство последовательного обмена УПО 15ВВВ-60/9600-003 предназначено для подключения к МикроЭВМ последовательных устройств ввода-вывода. Может работать в режиме прерываний. Используется для подключения дисплея 15ИЭ-00-013 по интерфейсу ИРПС (токовая петля 20 мА).
  • Интерфейс И1 15КС-160-004 Устройство параллельного обмена И1 3.858.352. Базовый регистр адреса — 167770. Для тестирования используется сервисная розетка 3.647.012 и программа «Системный тест» 2.791.004 ПО7.
  • Интерфейс И2 15КС-180-032 предназначен для подключения к МикроЭВМ 16-битных параллельных устройств ввода-вывода. Устройство имеет 16 входных ТТЛ линий для ввода данных, 16 ТТЛ линий для вывода и 4 линии управления. Может работать в режиме прерываний. Скорость обмена — до 180 Кб/c.
  • Интерфейс И3 15КС-14-002 предназначен для подключения к микроЭВМ параллельных устройств ввода-вывода. Может работать в режиме прямого доступа в память.
  • Интерфейс И4 15ИПГ-16-012 обеспечивает интерфейс с НГМД на 8-дюймовых гибких магнитных дисках «Электроника ГМД-70» 15ВВМД-512-002 или «Электроника НГМД-7012» и выполняет следующие функции: обмен с НГМД, регенерация динамической памяти, начальная загрузка системы (загрузчик реализован на двух ПЗУ К155РЕ3). Связь с И4 с контроллером НГМД осуществена при помощи 60-контактного разъёма типа СН053-60/93 × 9В-23.
  • Интерфейс И5 15КС-16-037 Интерфейс пользователя. Содержит адресный селектор на 4 канала, логику прерывания на 2 канала и свободные позиции для установки микросхем пользователя.
  • Интерфейс И7 предназначен для подключения к каналу микроЭВМ устройств ввода-вывода, обменивающихся данными в 8-разрядном параллельном коде. Может работать в режиме прерываний. Реализует интерфейс ИРПР. Используется для подключения печатающих устройств, например DZM-180 или Robotron 1156.
  • Интерфейс И8 предназначен для подключения к микроЭВМ фотосчитывателя DARO-1240.
  • Интерфейс И9 предназначен для подключения к микроЭВМ перфоленточной станции СМ-6204.
  • Интерфейс И11 (так же встречается обозначение ИИ)предназначен для подключения к микроЭВМ накопителя на 8-дюймовых гибких магнитных дисках «PLx−45D». Построен на основе микросхем комплекта 1804 (2 К1804ВС1), имеет 2 Кбайт ПЗУ и 128 байт ОЗУ.
  • Интерфейс И12 «Электроника МС 4601» построен на базе БИС асинхронного приёмопередатчика серии КР581ВА1А (аналог Western Digital TR1602A или Intersil 6402). Используется для организации обмена информацией с внешними устройствами, имеющими интерфейс «20 мА токовая петля» (например, дисплей 15ИЭ-00-013) или «Стык С2». Число каналов связи — 2.
  • Интерфейс И17 («Электроника МС 2707») предназначен для подключения к МикроЭВМ накопителя на магнитной ленте 15ВМЛ-10-001.
  • Интерфейс И19 предназначен для подключения к МикроЭВМ 4 последовательных устройств ввода-вывода. Выполнен на БИС приёмопередатчиков последовательного канала КР581ВА1А. Каждый канал содержит буфер на 64 байта (КМ536ИР2, аналог AMD 3341). Скорость передачи может программно изменяться с помощью делителя КМ1818ПЦ1 (аналог DEC DC301).
  • Интерфейс СМ1 («Электроника МС 3401») устройство аппаратной загрузки и диагностики УАЗД. Содержит регистры и переключатели запуска-останова МикроЭВМ и 24 панели ПЗУ для хранения программ тестов и пультового терминала «Электроника 60-1». Функционально аналогично модулю DEC BDV11 M8012.
  • Интерфейс КН1 предназначен для подключения дисковых накопителей. Аналогичен модулю DEC RQDX1 M8639.
  • Интерфейс КН2 предназначен для подключения дисковых накопителей. Аналогичен модулю DEC RQDX2
  • Таймер программно-управляемый «Электроника МС 4401»
  • Устройство интерфейсное ИРПР «Электроника МС 4611»
  • Интерфейс НГМД «Электроника МС 4701»
  • Устройство управления накопителем на сменных магнитных дисках «Электроника МС 2701»
  • Интерфейс В1 предназначен для подключения пишущей машинки «Consul-260» и устройства считывания перфоленты FS 1501.
  • Интерфейс В3 предназначен для подключения устройств считывания перфоленты FS 1501 или СП-3.
  • Интерфейс В21 15ВВЛ-150-001 предназначен для подключения перфоратора ПЛ-150М.
  • СМ1

  • Контроллер накопителей КН1

  • Плата интерфейса И19

Логическая организация

Минимальной адресуемой единицей памяти является 8-разрядный байт. Поле из двух смежных байтов называется словом. При 16-разрядном канале адресуются 32 К 16-разрядных слов или 64 Кбайт, условно разделяемого на блоки по 4 К слов каждый. В старших моделях семейства с диспетчером памяти память расширяется до 128 К слов (256 Кбайт) и 2 М слов (4 Мбайт), где М=220. Адреса с 0 по 254 резервируются под вектора прерываний и их использование под адресные цели не рекомендуется. Последние 4 К слов адресного пространства отводятся под регистры внешних устройств. Адреса регистров задаются перемычками или переключателями на входах схемы сравнения адреса и их конфигурация определяется пользователем.

Данные представляются тремя типами:

  • числа с фиксированной запятой,
  • числа с плавающей запятой,
  • алфавитно-цифровые символы.
    • Числа с плавающей запятой одинарной точности имеют формат длиной в два 16-разрядных слова, при этом пятнадцатый разряд первого (старшего) слова является знаковым, показатель степени содержится в разрядах 14÷7 первого слова со смещением 128. Так как мантисса является нормализованной (то есть старший разряд всегда равен 1), то разряды второго слова и с шестого по нулевой первого слова содержат двоичное представление модуля мантиссы, сдвинутое на один разряд влево. Данный формат позволяет хранить числа в диапазоне ±(10-38÷1038) с точностью до семи десятичных знаков. При этом ноль представляется показателем степени, состоящим из одних нулей.
    • Числа с плавающей запятой двойной точности используют тот же формат, что и числа с одинарной, за исключением того, что мантисса занимает 54 двоичных разряда. Данный формат позволяет хранить числа в диапазоне ±(10-38÷1038) с точностью до пятнадцати десятичных знаков.
    • Алфавитно-цифровые символы хранятся в виде байтов, содержащих уникальное цифровое представление каждого символа в коде «КОИ-7 Н2».

    Процессоры М1 и М3 выполняют 73 команды в режиме с фиксированной запятой, М2 за счёт дополнительной СБИС КР581РУ3 дополнительно:

    • четыре команды расширенной арифметики для осуществления умножения (MULL), деления (DIV), арифметического сдвига 16-разрядного слова (ASH) и арифметического сдвига двойного (32-разрядного) слова (ASHC) над числами с фиксированной запятой и
    • четыре команды над числами с плавающей запятой: сложение (FADD), вычитание (FSUB), умножение (FMUL) и деление (FDIV).

    Система команд использует три типа: безадресные, одноадресные и двухадресные.

    • В безадресных содержится только код операции, для чего используются все шестнадцать разрядов слова.
    • Одноадресные команды в разрядах с шестого по пятнадцатый специфицируют тип операции, которая должна быть выполнена (код операции). Разряды с нулевого по пятый образуют поле адреса приёмника, состоящее из двух подполей:
      • регистра, при этом биты с нулевого по второй определяют, какой из восьми РОНов для адреса операнда будет использован,
      • адресного режима, при котором четвёртый и пятый разряды определяют, как будет применяться выбранный регистр,
      • третий бит указывает на прямой или косвенный метод адресации.

    Операции использующие два операнда (сложение, вычитание, пересылка и сравнение) используют команды содержащие два адреса 0 первый операнд называется операндом источника, второй — операндом приёмника. Комбинация битов в поле определяет регистр и режим адресации.

    • Двухадресные команда используют 16-разрядное слово способом, аналогичным одноадресной команде — при этом поле адресата источника определяет первый операнд, а адрес источника указывает на размещение второго операнда и результата.

    При этом, адрес операнда может быть задан одним из восьми (разряды с третьего по пятый) методов адресации с помощью одного из восьми (три разряда, с нулевого по второй) РОН центрального процессора. Методы 0, 2, 4 и 6 (значение разряда 3 равно 0) являются методами прямой адресации; методы 1, 3, 5, 7 — методы косвенной адресации. При использовании в качестве РОН счётчика команд R7 (разряды с нулевого по второй установлены в единицу) применяются непосредственный, абсолютный и относительный методы адресации соответственно.

    Методы прямой адресации содержат четыре метода:

  • регистровый метод адресации;
  • автоинкрементный метод адресации;
  • автодекрементный метод адресации;
  • индексный метод адресации.
  • Методы косвенной адресации содержат:

  • косвенно-регистровый метод адресации;
  • косвенно-автоинкрементный метод адресации;
  • косвенно-автодекрементный метод адресации;
  • косвенно-индексный метод адресации.
  • Во всех методах можно использовать счётчик команд, при этом если центральный процессор использует его для выборки слова из памяти, его содержимое автоматически увеличивается на 2. Наиболее эффективно его применение в непосредственном, абсолютном, относительном и косвенно-относительных методах адресации.

    Программное обеспечение

    Базовое программное обеспечение «Электроники-60» представляло собой набор из 5 компонент, поставлявшихся на перфолентах. Набор включал в себя Загрузчик (Bootstrap), Редактор-наборщик (Editor), Ассемблер, Компоновщик (Linker) и Супервизор ввода-вывода (I/O Supervisor). Результатом работы каждой такой компоненты была перфолента, являвшаяся входной информацией для последующей компоненты, вплоть до Компоновщика. Результатом работы Компоновщика была исполняемая программа в машинных кодах. В качестве пользовательского терминала чаще всего использовалась электронно-механическая печатная машина «Консул». Устройствами ввода/вывода были ленточное считывающее устройство и перфоратор. Впоследствии печатающая машина была заменена алфавитно-цифровым дисплеем. Во второй половине 80-х годов XX века относительно большое распространение получили языки более высокого уровня, такие как Basic, Pascal и Ada. Серьёзным ограничением этих машин было отсутствие магнитных носителей данных, что значительно затрудняло разработку программного обеспечения.

    Hа «Электронике-60» в июне 1984 года Алексей Пажитнов написал первый вариант игры «Тетрис».



    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий: