情報エ学教室玉木明和 関 岡 健

ミニ・コンピュータ結合のためのインターフェイス

       （昭和52年5月31日 原稿受付）

情報エ学教室玉木明和

         関   岡      健          加   藤   清   史

An Interface for Mini−computer Complex System

      by Akikazu TAMAKI       Tuyoshi SEKIOKA       Kiyoshi KATO

      ABSTRACT

  We construct an Interface which affords a means of data interchnge between the IBM System／

360Model 20 and the TOSBAC 40． The Interface provides data communication with the TOSBAC 40，not by rewriting the microprogram of the Model 20， but by executing the memory reference machine instruction of the Model 20． In this report， we describe the architecture of the Interface and programming of data transmlsslon．

1．まえがき      2．M−20について

 ディジタル・コンピュータは近年飛躍的な発達を遂    M−20の構成要素はDTLを中心としたICであり，そ げ，コンピュータを構成している個々の部品の高速化は    の集積度は小さく，1個のICはトランジスタ等を5、6

もとより，設計方式においても初期のものと現在のもの   個程度しか含んでいない。アーキテクチャーはマイクロ とでは非常に異なっている。コンピュータ・システムに    プログラム方式を利用してハードウエアを出来るだけ縮 ついては，ひとつのCPUを中心としたシステムから複   少している。4ビットのジェネラル・レジスタが8個あり，

数のCPUを有機的に結合したシステムへと変化してい   演算器としてジェネラル・レジスタの内容に1を加え る。このマルチCPUシステムの詳細はふれないが，高性    る，あるいは1を減ずる回路がハードウエアの中心と 能のCPUひとつだけのシステムより，廉価なCPUを複    なっている。マイクロ命令はおもなものが15種類あり，

数個結合したものがシステム全体として信頼性が良いと    ジェネラル・レジスタからジェネラル レジスタへの されている。      データ転送命令，ジェネラル・レジスタの内容に1を加  二台のミニ・コンピュータを有機的に結合し，より性    える命令，あるいは，減ずる命令・コア・メモリからデー

能の良いミニ・コンピュータ複合体システムを構成する    タの取出し命令，あるいは・書込み命令・分岐命令・入 ことを目的として，そのインターフェイスを試作したの    出力装置とのデータ転送命令・ 入出力装置の制御命令等 で報告する。なお，ここで対象としているミニ・コン   である。これらの命令によるマイクロ ルーチンによっ

ピュ＿タは，TOSBAC＿40（以後， T−40と略記する。）   てマシン命令を実行している・マイクロ命令は・命令部

とIBM 360＿Model 20（以後， M−20と略記する。）で    9ビット・NSI（Next Sequential Instruction）アドレス部

あり，T＿40には結合のためのインターフェイスが付い   12ビット計21ビット＋パリティビットの22ビットで

ているが，M＿20には付いていない。ここでは試作した    構成されており・TROSと呼ばれるROMに書かれてい

インターフェイスの構造とデータ転送のソフトウエアに    る。TROSからの読出しは600ナノ秒のクロック パル

ついて簡単に述べる。      スで行われている。TROSの容量は4Kワード／22ビッ

トである。メイン・メモリは最大16Kバイトであり，マ

シン命令用のジェネラル◆rレジスタ，PSW等に使用さ      T＿40 れる256バイトの補助メモリが別に備っている。マシン命

令のメモリ参照はマイクロ命令で行われる。メモリから のデータ取出しを行うFetch命令でメモリの内容を4

ビットのジェネラル・レジスタ2個（UレジスタとLレ      ディスク ジスタ）へ取出す。コア・メモリは破壊読出しであるの

で，再書込みをしなければならない。Store命令はUレジ スタ，Lレジスタの内容をメモリに書込む命令であり，

      PTR 再書込みにも使われる。したがって，Fetch命令の後

Store命令を実行することによって，再書込みをマイク

ロ・プログラムによるソフトウエアで行っている。対象       CR

としたシステムは図1に示すように・CPU（4Kバイ      図一2 T＿40システム ト），LP， MFCM（Multi−Function Card Machine）から

構成されている。このシステムは，データ通信用アダプ

      4．設計方針 タが付いていないので，他のコンピュータとのデータ転

送が不可能なためデータ転送用のインターフェイスを製     二っのコンピュータ・システムM−20とT−40を結 作した。       合する。T−40については並列入出力モジュールがあ        り，これを利用することができるが，M−20は外部との        インターフェイスを装備していないので，そのインター        フェイスを製作しなければならない。M−20側インター        フェイスの方式の一つとしてマイクロ命令でデータ転送       用のマイクロ・ルーチンを組み，マイクロ・プログラム     LP      MFCM         に加える方法がある。当然それに必要なハードウエアの        付加も必要である。この方法は次の事項が要求される。

       図一1M−20システム         1．現在装備してあるマイクロ・プログラムを解読し，

       データ転送用のマイクロ・ルーチンを作り，それを追加        すること。2．TROSを追加すること。3．データ転送  3．T−40について

       用ルーチンのハードウエアに必要なものを追加するこ  T−40は図2に示すように，CPU（32 Kバイト）， LP，   と。ところで， M−20はマイクロ・プログラム方式のコ

CR，ディスク， PTR， PTP，タイプ・ライタで構成され   ンピュータであるが，マシン命令レベルからみれば，マ たシステムである。並列入出力モジュールというユー   イクロ・プログラム方式でないコンピュータと変わらな ザーの装置とのインターフェースが付いており，TTLレ    い。したがって，データ転送の第二の方式として現在の ベルで任意の装置と結合できる。データ出力，データ入   マシン命令の一部をデータ転送用命令として利用するこ 力，コマンド出力，ステイタス入力が1バイト単位で行    とが考えられる。この方法によると，マシン命令を変更 われる。割込み信号により外部装置からCPUに割込み    する必要はないのでマイクロ・プログラムは現在のまま をかけることもできる。データが出力されたことを知ら    で良く，マイクロ・プログラムを解読する必要はない。

せるDAG信号，データが入力されたことを知られる    本研究では後者の方法を用い，マシン命令のメモリ参

DRG信号，コマンドが出力されたことを知らせるCMG    照命令でデータ転送命令の代わ1）をすることにした。す

信号，ステイタスが入力されたことを知らせるSRG信    なわち，メモリのある特定のアドレスと外部装置（ここ

号等の制御信号もある。本インターフェースには SRG    では， T−40の並列入出力モジュール）を対応させ，そ

信号は使用していない。      のアドレスが参照されるたびにデータ転送が行われる方

式をとった。この方法によれば，メモリ参照アドレスを   レジスタのUレジスタとLレジスタがMDRとして使わ 知るためにMAR（Memory Address Register）の内容と   れている。マイクロ命令のFetch命令とStore命令のタ データが入っているMDR（Memory Data Register）の内    イミング・チャートを図3に示す。 Store命令によると 容がわかれば良い。外部からMDRヘデータを入れるの   まずSet MAR信号でMARにアドレスがセットされ，

に，タイミングの取り方等に問題があり，MDRへはメモ   Start Write信号によってMDRの内容がメモリに書込 リを経由して転送される。外部よりメモリの特定のアド   まれる。よって，タイミング信号としてStart Write信号 レスにデータを転送し，メモリよりMDRへ読出される。   を取出せばよい。

このため，データ転送速度が犠牲になる。ジェネラル・

Clock A Clook C Set MAR Start Read Start Write

XCurrent YCurrent

Sense Current Inhibit Current

Reset MDR Data to MDR

600ns

k−一一一一一一一一一一 Fetch −一一一一一一一一米一一一一一一一一一一一 Store −一一一→

図一3 Fetch命令とStore命令のタイムチャート

       入力用（S3），データ入力用（S4）に割当ておき， MARの  5・インターフェイス       指示するアドレスをデコーダによって解読し，ゲート信  インターフェイスの構成を図4に示す。T−40との信   号S1・S2・S3・S・を出し・データ転送に関係ないアドレス 号はT−40からインターフェイスへのデータ，インター    の場合はS5を出す・MDRからメモリへのデータ転送は フェイスからT−40へのデータ，T−40からインター   すべてインタごフェイスを経由して行われる・T−40の フェイスへのコマンド，T−40へのステイタス，そして，   データ等は8ビット・パリティなしであるが・M−20と これらの信号のタイミング等を制御する制御信号があ   のデータは8ビット・パリティ付きであり，インター

り，T40への割込み信号もある。一方， M−20とイン   フェイスでパリティビットを追加しなければならない。

ターフェイスとの信号は，M−20のMDRからのデー    8ビットのバッファ・レジスタ4個を介してT−40と

タ，MDRに入っているデータの種類を示すためのMAR    M−20の間でデータ転送が行われる。同期用フラグが2

の内容，MDRからメモリに書込むタイミングを表わす    個あり；フラグF1は， T−40からバッファ・レジスタに

信号（start Write）が， M−20かインターフェイスに送    データが転送されるとセットされ，バッファ・レジスタ

られる。そして，インターフェイスからM−20のメイ    からM−20のメモリにデータが転送されるとリセット

ン・メモリへの信号がある。メモリの特定のアドレスを   される。他のフラグF・は，M−20のMDRからバッ

コマンド出力用（S1），データ出力用（S2），ステイタス   ファ・レジスタヘデータが転送されるとセットされ，

バッファ・レジスタからT−40ヘデータが転送される   データ，T−40のコマンドはM−20のステイタス， M とリセットされる。これらのフラグはステイタスを調べ   一20のコマンドはT−40のステイタスとなる。ステイ ることによってT−40からもM−20からも知ることが    タスのうち2ビットは同期用フラグの状態が入力され できる。明らかであるが，T−40の入力データはM−20   る。 M−20のコマンドからT−40への割込み信号が作 の出力データ，T−40の出力データはM−20の入力    られる。

T−40      インターフェイス       M−20

rIS2S3S4S5 デコーダ MAR

デ1タ

Start Write

MDR

三ンド

割

桙ﾝ メイン

＜c データ・イン

Xティタス

ы桙ﾝ信号

 」

A」タ・アウト

@コマンド

@ CMG

@ DRG

@ DAG

デ｜タ

パリティ

パリティ

季多ス

フラグ eo

フラグ e1

■■■■ゆ  ハリティビット付

ﾋ  パリティビットなし

セ／卜 リセ汁

リセット

セソト

図一4 インターフェイスのブロック図

 T−40からM−20へのデータ転送      ので・さらに・転送命令を実行することによリデータ入  T−40の命令でバッファ・レジスタにデータが転送    力用アドレスからワークエリアにデータが転送される。

されるが，DAG信号によってデータアウト線の内容が    M−20からT−40へのデータ転送

バッファ・レジスタにセットされる。また，同期用フラ    デコーダでMARの内容を解読して， MDRのデータ

グF、もDAG信号によってセットされる。 M−20では   がT−40へ転送されるべきデータであると判断すると

データ入力用アドレスからワークエリアへの転送命令を   ゲート信号S2によってバッファ・レジスタにデータを

実行するとバッファ・レジスタからメモリへのゲートが   セットする。ゲート信号S2は同期用フラグF・をセット

ゲート信号S、によって開きメモリへ記憶される。この   する。これはM−20のマシン命令で，データ出力用アド

ゲート信号S、によって同期用フラグFlがリセットされ   レスヘワークエリアからデータを転送することによって

る。バッファ・レジスタの内容はバリティビットを付加   行われる。バッファ・レジスタのデータはT−40の命令

されてメモリに記憶される。この時はまだ，メモリのデー   によって読取られ，読取ったことを知らせるDRG信号

タ入力用アドレスにデータが記憶されているにすぎない   によって同期用フラグF。がリセットされる。

 M−20からT−40へのコマンドはM−20からT−40   T−40からコマンドがメモリのステイタス入力用アド へのデータ転送と同じであるが，割込み信号が作られる   レスにはいるだけであるから、最低二回実行しなければ ことと同期用フラグがセットされないことが異なる。M  ならない。ステップ3でT−40からのデータをM−20

−20へのステイタスはT−40からM−20へのデータ転    に入力する。データ入力用アドレスからワークエリアへ 送と同じであるが，T−40のコマンドのうち6ビット   データを転送するMVC（Move Character）命令（419マ

と，同期用フラグの2ビットが入力される。         イクロ秒）を実行すればよい。一回の実行では，T−40  以上述べた四種類のデータ転送以外は，MDRのデー    からのデータはメモリのデータ入力用アドレスにはいる

タがそのままメモリに記憶されなければならない。した    だけであり，ワークエリアに転送するためには二回実行 がって，ゲート信号S5でゲートを開きMDRからメモリ   しなければならない。ステップ4はデータ入力が終了し ヘデータを転送する。メモリに何も入力がなければ，す   たことをT−40に知らせるコマンドを出力するのであ べてのビットが0となり，パリティエラーが生じ，コン    るからステップ1と同様にMVI命令で行う。 T−40は

ピュータが止まる。そのため，データ出力，コマンド出   M−20からのコマンドを受け取るとM−20ヘデータを 力の時もゲート信号S5によってゲートを開きMDRの    要求してもよいこどを知らせるコマンドを出力する。ス データをメモリに転送し，パリティエラーの生ずるのを   テップ5でT−40からのコマンドを受け取るのである 防ぐ。       からステップ2と同様にCLI命令， BC命令を実行すれ  6．デ＿タ転送実験       ばよい・フローチャートのステップ1からステップ5ま       で実行するのに約1．8ミリ秒必要でありデータ転送速  製作したインターフェイスを通して・T−40とM−20   度は約550バイト／秒となる。プログラムを工夫すれば の間でデータ転送の実験を行った・フローチャートを図    約1．4ミリ秒程度に押えることができる。

5に示す。図5の場合は同期用フラグを使用せず，T−40 からM−20ヘコマンドを出力し，M−20がステイタス として入力する。また，逆に，M−20からT−40ヘコマ

ンドを出力し，T−40がステイタスとして入力する。相     送 信      受 信 互にプログラムでコマンドを出力し，ソフトウェアで同

期をとりデータの転送を行う。データ転送速度はT−40 の命令実行時間とM−20の命令（データ転送に使用する マシン命令）実行時間によって決まる。ひとつの命令実 行時間はT−40では，ほぼ数マイクロ秒で終了するが，

M−20では100マイクロ秒程度必要である。M−20に 比較してT−40の命令実行時間は無視できるので，デー タ転送速度はM−20の命令実行時間によって決まる。M

−20側のフローチャートを解析する。ステップ1はT

−40ヘコマンドを出力するので，コマンド出力用アドレ スへMVI（Move㎞mediate）命令（104マイクロ秒）に よってコマンドを転送する。T−40ではこのコマンド受 けてデータを出力し，データを出力したことを知らせる コマンドをM−20へ出力する。ステップ2でT−40か らのコマンドを入力してデータが転送されたかどうか調

データ出力        転きξれ  n。

       yes       ステップ3

テータを要Xしても よいこξを知らせる

      T−40       M−20

べる．ステイタス入力用アドレスの内容を調べれば良い． 図一5蒜聲㌶㌫；言一ト

これには，CLI（Compare Logical Immedate）命令（122 マイクロ秒）とBC（Branch on Condition）命令（78マイ

クロ秒）を続けて実行する。ただし，一回のCLI命令で

 同期用フラグF。，F1を使うとフローチャートは図6の    タを利用してインターフェイスを接続したので， M−20 ようになる。フラグFlはT−40からデータが出力され   本体はほとんど改造していない。現段階では， M−20か るとセットされ，M−20がデータを読込むとリセットさ   らT−40へは割込みができるが， T−40からM−20へ れる。同期用のフラグF。，F1の状態がT−40のステイタ   の割込みができない。ミニ・コンピュータ複合体システ スの一部とM−20のステイタスの一部となり，両方のコ   ムとするためには双方からの割込みが必要であり，今後 ンピュータから同期用フラグF。，F1の状態が参照でき   の課題となる。マイクロ・プログラムを変更しないで，

る。T−40からデータが転送されるとフラグFlが1と   割込みを実現するにはさらに詳細なM−20の解析が必 なり，M−20はフラグFlが1であることを確かめて   要である。インターフェイス作製にあたってソフトウエ データを入力すればよい。M−20がデータを入力すると   アについてはほとんど考慮していないが，ミニ・コン フラグFlはリセットされ0となるので， T−40はフラ    ピュータ複合体システムとして完成するためには，ソフ グFlが0となるのを待ってデータを出力すればよい。こ    トウエアを考慮したハードウエアの改良が必要になろ の場合，M−20がデータを入力するたびにT−40から   う。現在のインターフェイスのままでも， M−20の入出 新しいデータが転送されるので，プログラムを組む時に   力装置のT−40に対するコントローラとしては，十分利 注意する必要がある。ステップ1はCLI命令， BC命令   用できると思われる。

の実行，ステップ2はMVC命令の実行でよい。ステッ

プ1とステップ2の合計時間は約800マイクロ秒とな  謝辞

る。また，フラグF1を使用した方がプログラムが簡単で    IBM System／360 Model 20を本学に無償貸与され， M ある。実際のプログラムでは入力したデータをワークエ   ー20についていろいろと御指導いただいた日本IBMに リアに転送するルーチン等が必要であり，データ転送速   深く感謝の意を表する。また，御助言をいただいた情報 度は遅くなる。T−40からM−20へのデータ転送につ   工学科安在弘幸助教授，ならびに，実際にインターフェイ いて説明したが，逆に，M−20からT−40へのデータ転    スの製作に協力した情報工学科51年度卒業生金子良照 送も同様である。       君，山口隆君に感謝する。

一       一．      参考文献

1）IBM Field Englneering Theory of Operatlon System 360／Model 202020 Pr㏄essing Unit．

2）IBM Field Englneerlng Theory of Opration Solid Logic Technology．

3）IBM Field Engineerlng ALD AO12020 4）IBM Field Englneerlng ALD AO22020 5）IBM Field Engineering ALD AO32020 6）IBM Field Engineering ALD AO42020 7）IBM Field Englneerlng ALD AO52020

T＿40        M＿20  8）IBM Fi・ld E・glnee・i・g MDM MO12020

      g）IBM Field Engineering MDM MO22020     図一6 データ転送のフローチャート       10）IBM FIeld Engineering MDM MO32020         （同期用フラグを使肘る場合）   11）IBM FIeld E。ginee，i。g MDM MO4202・

      12）IBM System／360 Model 20 Functlon Characteristics．

      13TOSBAC−40並列入出力モジュール説明書．

7・あとがき      ll㍑：：二謬二多；：㌻當芦

 ミニ．コンピュ＿タ複合体システムを構成することが目   16）金子・山口「異種計算機間結合の研究」昭和51年度九州       工業大学情報工学科卒業論文．

的であるが，制作したM−20のインターフェイスが実際

に動作することが確かめられた。M720の電圧レベル

が，TTLコンパチブルであるため，レベル変換等の問題

から解放された。また，M−20のプリント基板のコネク