Электроника С5

Электроника С5 — серия советских управляющих микрокомпьютеров. Структура микрокомпьютера и система команд разработаны киевским Институтом кибернетики (ИК) АН УССР совместно с Ленинградским конструкторско-технологическим бюро (ЛКТБ) Ленинградского объединения электронного приборостроения (ЛОЭП) «Светлана» в 1974 году. Разработчики — А. В. Палагин, А. Ф. Кургаев, В. А. Иванов (ИК), И.С.Евзович, А.Ф.Дряпак (ЛКТБ).

Электроника С5-01

Первый в СССР 16-разрядный микрокомпьютер общего назначения. Предназначался для массовой автоматизации процессов в народном хозяйстве. Разработка велась в ЛКТБ двумя параллельными ОКР - ОКР "Горн" (главный конструктор В.Я.Кузнецов) - процессор, память, общая шина, операционная система реального времени, моделирующая программа системы команд и микрокоманд на ЭВМ БЭСМ-6 и ОКР "Гибрид" (главный конструктор В.Е.Панкин) - набор плат ввода-вывода. ОКР были завершены в декабре 1975 года приёмкой Государственной Комиссией под председательством академика В.М.Глушкова.

Компьютер является полностью отечественной разработкой. Для него была создана новая элементная база — микропроцессорный комплект 536 серии. Конструкция многоплатная.

Электроника С5-02

Многоплатный микрокомпьютер (серийный вариант микрокомпьютера Электроника С5-01). Производство началось в 1976 году.

Электроника С5-11

Одноплатный микрокомпьютер. "Закрытый" вариант - без выведения шины наружу. Производство началось в 1976 году.

Электроника С5-12

Одноплатный микрокомпьютер на основе многокристального 16-разрядного микропроцессора, на плате размером 260×280 мм. Улучшенная ("открытый" вариант) версия «Электроника С5-11», увеличено ОЗУ до 128 16-разрядных слов и ПЗУ до 2048 16-разрядных слов. Быстродействие — 10 тыс. операций в секунду. Предусматривалось подключение дополнительных функциональных модулей — АЦП, цифрового ввод-вывода, интерфейс к устройствам ввода-вывода с перфоленты, сопряжение с телетайпом и т. п.

• 
  Электроника С5-12 вид сверху
• 
  Электроника С5-12 вид снизу
• 
  Электроника С5-12 плата сверху
• 
  Электроника С5-12 плата снизу
• 
  Электроника С5-12 маркировка

Модули С5-12

Источник:

• «Электроника С5-121» −15-канальный АЦП для входных напряжений постоянного тока от −10 до +10В; ошибка преобразования не более 0,4 %; время преобразования не более 0,1 с
• «Электроника С5-122» — Цифровые входы-выходы, уровни напряжение которых согласованы с выходным уровнем ТТЛ-схем: число входов 4 байта; число выходов 4 байта
• «Электроника С5-123» — Сопряжение с устройствами ввода-вывода с перфоленты: фотосчитывающим устройством FS-1501; перфораторами ПЛ-80 или ПЛ-150
• «Электроника С5-124» — Сопряжение с телетайпом типа РТА-6 (РТА-7; РТА-60; Т-63; СТА-2М)
• «Электроника С5-125А» — ОЗУ объёмом 2048 16-разрядных слов
• «Электроника С5-125Б» — ОЗУ объёмом 4096 16-разрядных слов
• «Электроника С5-126» — Дисплейный адаптер для вывода на видеоконтрольное устройство телевизионного типа «Квант-М» информации из ЗУ микро-ЭВМ
• «Пульт оператора системы» — обеспечивает взаимодействие оператора с управляемой от микро-ЭВМ системой на языке формуляров
• ВКУ «Квант-М» — видеоконтрольное устройство телевизионного типа на основе ЭЛТ 16ЛК2Б предназначается для совместной работы с модулем «С5-126» при отображении информации из микро-ЭВМ
• «Электроника П5-ППЗУ» — перепрограммируемое постоянное ЗУ с электрической сменой информации, информационная емкость 1024 16-разрядных слов.

Электроника С5-31

Однокристальная микро-ЭВМ «Электроника С5-31» (в дальнейшем – С5-31) - разработка ЛКТБ «Светлана-микроэлектроника» (ОКР «ФОРУМ», приёмка Государственной комиссией – октябрь 1979 г.).

С5-31 - первая отечественная 16-разрядная однокристальная микро-ЭВМ. Её структура соответствует структуре семейства микро-ЭВМ серии «Электроника С5».

Главный конструктор (ГК) С5-31 – Н.В. Неустроев, разработчики структуры и электрической схемы – В.В. Городецкий, А.Ф. Дряпак, И.С. Евзович, В.В. Виноградов, О.А. Знаменский, Е.С. Потапов, топологии – Т.Н. Ковалевская, А.С. Сыченников; технологии – В.В. Цветков (заместитель ГК по технологии), Н.М. Яковлева, Н.А. Добрякова, Э.А. Одинцова. Разработчик алгоритма и программы резидентного программного обеспечения - И.С. Евзович.

С5-31 является законченной микро-ЭВМ семейства, включающей микропроцессор, оперативное и постоянное запоминающие устройства, а также разнообразные цифровые каналы ввода-вывода (ВВ) информации. Предусмотрена возможность программной перестройки структуры ВВ для организации внешней шины с целью наращивания памяти и каналов ввода-вывода.

С5-31 предназначена для использования в управляющей и измерительной аппаратуре, оборудовании для линий связи, контроллерах, системах сбора и обработки и передачи информации.

Технология – n-МОП, 3 мкм, тактовая частота 1 Мгц, 125000 транзисторов на кристалле.

Корпус 4134.48-2. Размер кристалла – 5,5×5,0 мм. Наименование кристалла – 4Х145М.

Рабочая температура - +10°С - +70°С.

Напряжение питания – 5 в.

Потребляемая мощность – 1 вт.

Разрядность информации – 16.

Встроенное ОЗУ – 128 16-битных слов.

Встроенное ПЗУ – 1024 16-битных слов. Относительный недостаток – запись программ заказчика в ПЗУ производится изготовителем кристалла.

Число каналов ввода-вывода – 35.

Быстродействие – 85000 операций сложения регистр– регистр в секунду.

Система команд – Электроника С5.

Число инструкций – 31.

Пользователю предоставляется 120 16-битных слов ОЗУ, 920 16-битных слов ПЗУ и 32 канала ввода-вывода.

Резидентное программное обеспечение (ПО) – 100 ячеек ПЗУ. Оно выполняет начальный пуск программы, выбор работы с внутренним или внешним ПО и работу с пультом отладки программ по синхронному последовательному каналу. Остальные ресурсы использованы для программно-аппаратных средств, предназначенных для отладки программ.

Ввод-вывод:

•                2 параллельных 8-разрядных канала ВВ, которые могут перестраиваться в 8-разрядную или 16-разрядную внешнюю шину для наращивания памяти и ВВ;

•                2 параллельных 4-разрядных канала, перестраиваемых на ввод или вывод;

•                два параллельных выходных канала – 2-разрядный и 3-разрядный;

•                1 последовательный 8-разрядный канал, который может работать либо как таймер, либо как сдвиговый регистр для преобразования параллельного 8-разрядного кода в последовательный (выход) и последовательного кода в параллельный (вход);

•                5 каналов приоритетных прерываний; время обработки прерывания 16-24 мкс.

Уровень разработки соответствовал лучшим мировым результатам того периода в области 16-разрядных однокристальных микро-ЭВМ [].

Характеристика	TMS 9940	К1801ВЕ1 (НЦ-80Т)	К1827ВЕ1 (С5-31)
Разрядность данных, бит	1, 8, 16	1, 8, 16, 32	1, 8, 16
Разрядность АЛУ, бит	8	16	16
Число команд	58	404	31
ОЗУ, бит	128×8	128×16	128×16
ПЗУ, бит	2К×8	1К×16	1К×16
Время сложения, мкс	3,5	3,1	12
Уровни прерываний	4	5	8
Ввод-вывод	32 программируемые линии	16 бит магистраль, 32 бита посл. программир. канала ввода -вывода	См. текст выше

Применялась в качестве встроенного контроллера для управления измерительными приборами. В составе модуля «Электроника МС 2703» применялась для управления колориметрами КФК-2 МП, МКМФ-02, спектрофотометром СФ46.

Пульсметр "Электроника 01Ц"

• 
  МС 2703 вид спереди
• 
  МС 2703 вид сзади
• 
  МС 2703 печатная плата
• 
  МС 2703 и К1827ВЕ1

На основе К1827ВЕ1 построена одна из моделей электрической печатной машинки «Ромашка» (ПЭЛП 305-03). При включении она выводит на индикатор сообщение «P1827».

Электроника С5-21, С5-21М

«Электроника С5-21М» MC 2716

Микрокомпьютер на основе однокристального 16-разрядного N-MOП микропроцессора К586ВМ1 (старое наименование К586ИК1).

Микрокомпьютер «Электроника МС2716»

• . Процессор К586ВМ1.
  • Разрядность — 16 бит
  • Число базовых команд — 31, система команд единая для семейства «Электроника С5»
  • Частота тактового генератора — 2 МГц
  • Быстродействие — приблизительно 200 тыс. команд регистр-регистр в секунду
  • 16 регистров общего назначения для каждой из 16 задач
  • Адресуемый объём памяти — 32К 16-битных слов (64 Кбайта)
  • Объём встроенного ОЗУ — 512 байт (четыре микросхемы К586РУ1 ёмкостью 256 4-разрядных слова каждая)
  • Объём встроенного ПЗУ — 4096 байт (две микросхемы К586РЕ1 ёмкостью 1024 16-разрядных слова, время выборки 350 нс)
  • 64 параллельных канала, четыре микросхемы типа К586ВВ1, каждая из которых имеет перестраиваемую 8-разрядную структуру и два 8-разрядных канала ввода-вывода
  • Восемь микросхем К155ИЕ7, формирующих сетку частот
  • Потребляемая мощность — не более 20 Вт

Процессор аппаратно может исполнять «ядро» из 16 команд, остальные 15 команд выполняются микропрограммным способом. Общее количество команд с модификациями — 256

Процессорный модуль «Электроника С5-21» содержит два канала МПИ, первый канал используется для связи с локальными устройствами ввода-вывода, а второй — для межмашинной связи в многопроцессорных комплексах и для связи с разделяемыми устройствами.

С5-21 и C5-21М (МС 2716) существенно отличаются друг от друга по выходным сигналам, включая их обозначения.

Модули С5-21

• Модуль сопряжения с аналоговыми датчиками «Электроника С5-2101» — 32 канала (-5..+5В). Время преобразования в 11-разрядный код: сигналов постоянного тока — 200мкс; переменного тока 50Гц — 10мс.
• Модуль сопряжения с цифровыми датчиками «Электроника С5-2102» — 12 8-разрядных каналов ввода-вывода, 6 последовательных каналов ввода-вывода.
• Модуль сопряжения телетайпом «Электроника С5-2103» — К586ВВ1, К190КТ2
• Модуль ОЗУ «Электроника С5-2105» — 16К 16-битных слов, К535РУ3
• Модуль дисплейного адаптера «Электроника С5-2106» — управляет видеоконтрольными устройствами типа «ВК23В60» и «Электроника К2-01»
• Модуль пульта отладки программ «Электроника С5-2107» — индикационно-клавишное устройство, содержит блок клавиатуры на 36 клавиш и 10-разрядный 7-сегментный индикатор.
• Модуль ППЗУ «Электроника С5-2108» — 4К 16-битных слов, КР556РТ5
• Модуль сопряжения с датчиками аналоговой информации «Электроника С5-2109» — АЦП: 8 каналов −5..+5В. Выполнен по схеме последовательного приближения на К572ПА1А и К155ИР17. Входные коммутаторы на К590КН1. Время преобразования — не более 200мкс. ЦАП: 4 канала −5..+5В, 10 разрядов и знак, время преобразования — 25мкс. Выполнен на 4 шт. К572ПА1А.
• Модуль многофункционального цифрового адаптера со схемой подключения ГМД-7012 «Электроника С5-2112»
• Модуль ППЗУ «Электроника С5-2113А» К586РЕ1 8К×16бит, время выборки — 2,4мкс, 8 шт. ПЗУ К573РФ2, время выборки — 1мкс.

Электроника С5-22

Является версией С5-21М для специального (военного) применения. От С5-21М отличается применением микросхем с военной приемкой, без использования микросхем в пластиковых корпусах.

Включает модули:

• Модуль процессорный «Электроника С5-2200»
• Модуль ЦВВ «Электроника С5-2202»
• Адаптер фотосчитывателя, перфоленточного перфоратора и телетайпного аппарата «Электроника С5-2203»
• Модуль ОЗУ «Электроника С5-2205»
• Модуль ПЗУ «Электроника С5-2213»
• Дисплейный адаптер «Электроника С5-2206»
• Пульт «Электроника С5-2107»

Электроника С5-41

«Электроника СМС121». Система на основе микропроцессорного набора серии К1801 с интерфейсом МПИ. Система команд — PDP-11 («Электроника 60», ОСТ 11.305.909-82). Контроллер выполнен на плате 114,5×220 мм и состоит из базового блока, кроме того имеется 4 посадочных места для установки функционально-конструктивных модулей (ФКМ). Базовый функциональный фрагмент (БФФ) МК «Электроника СМС12102.1» содержит:

• однокристальный микропроцессор К1801ВМ1, реализующий систему команд микроЭВМ «Электроника 60»;
• статическое ОЗУ К1809РУ1 ёмкостью 1024×16 бит;
• масочное ПЗУ К1809РЕ1 ёмкостью 4К×16 бит c резидентным программным обеспечением;
• розетка для установки БИС К1809РУ1, К1809РЕ1 или К573РФЗ (ППЗУ ёмкостью 4К×16);
• интерфейс радиальный последовательной связи (ИРПС) на основе БИС К1801ВП1-035;
• интерфейс магистральный последовательной связи на основе БИС К1809ВВ2;

Номенклатура функционально-конструктивных модулей (ФКМ) включает:

Функциональный фрагмент	БИС	Технические данные
ВВ1	K1809BB1	Ввод-вывод, счетчик
ВВ2	К1809ВВ1	Ввод-вывод, счетчик, установка вектора прерывания
ОЗУ «К8»	К1809РУ1	Ёмкость 8К 16-разрядных слов.
ОЗУ «3К»	К1809РУ1	Ёмкость ЗК 16-разрядных слов.
Видеоинтерфейс (ВИ)	К1809ВГЗ	Контроллер связи с ВКУ на черно-белой или цветной ЭЛТ (телевизионный интерфейс); контроллер клавиатуры (до 256 клавиш).
Интерфейс магнитофона (ИМ)	К1809ВГ1	Частотно-модулированный последовательный асинхронный канал для связи.
Интерфейс ИРПС	К1801ВП1-035	Обмен с ВУ по стандартному последовательному интерфейсу через узел оптронной развязки.

К586ВЕ1

Однокристальный 16-разрядный микропроцессор.

• Система команд: «Электроника С5», подмножество из 27 базовых команд
• Число уровней прерывания — 5
• Встроенное ОЗУ — 128 16-битных слов
• Встроенное ПЗУ — 1024 16-битных слов
• Быстродействие — 250 тыс. операций регистр-регистр в секунду на тактовой частоте 2.5 МГц
• Технология n-МОП
• корпус 4134.48-2

Использовался в качестве управляющего контроллера в аппаратуре. Например, в магнитофоне «Вильма 100 Стерео»

Архитектура

Все микро-ЭВМ серии «Электроника С5» (кроме «Электроника С5-41») являются программно-совместимыми 16-разрядными микро-ЭВМ. ЭВМ может адресовать 2¹⁶ ячеек памяти. Внешние устройства ввода-вывода адресуются в общем поле памяти в области старших 4Кб.

Микро-ЭВМ имеет 16 программно-доступных 16-разрядных регистров. Однако нулевой регистр является счётчиком команд, а три других используются как «регистр прерванной задачи», «регистр адреса микропрограммы» и «регистр защиты». Таким образом, для использования доступны 12 общих 16-разрядных регистров.

Регистры также имеют отображение в начальную область памяти в виде 16 последовательных ячеек. Смещение до расположения общих регистров в памяти указывает 4-разрядный «регистр номера задачи». Для ускорения работы системы часть ОЗУ для размещения регистров часто выполняют на кристалле процессора, а не в основном ОЗУ. К этим областям памяти можно обращаться как и к обычным ячейкам, за исключением набора регистров (ячеек) текущей задачи.

Имеется также бит переноса, называемый «регистр связи» и специальный двухбитовый «регистр признаков результата», который принимает одно из 4-х значений. Эти регистры устанавливаются после выполнения большинства арифметических команд. Обычно значение признаков результата имеет следующее значение: 0 — результат равен нулю; 1 — результат меньше нуля; 2 — результат больше нуля; 3 — имеется переполнение.

Система команд микро-ЭВМ содержит 31 базовую команду. К586ВЕ1 может исполнять подмножество из 27 базовых команд.

Система команд — двухадресная. В качестве первого операнда всегда выступает внутренний регистр процессора, выделенного аккумулятора нет. Второй операнд также содержит номер регистра, но, в зависимости от признаков команды, второй регистр может служить накопительным регистром, индексным регистром, регистром адреса, регистром адреса с автоматической модификацией. Если в качестве второго регистра указан счетчик команд (регистр 0) с признаками косвенной адресации и автоувеличения, то такая форма позволяет использовать в операции константы из памяти команд (подобно PDP-11, тип косвенной адресации с автоинкрементом с регистром PC (R7)+).

Для программирования использовались кроссистема на ЭВМ БЭСМ-6.

Литература и публикации

• М. П. Гальперин, Е. И. Жуков, В. Я. Кузнецов, Б. Н. Малиновский, Ю. А. Маслеников, А. В. Палагин, В. Е. Панкин. Семейство отечественных микро-ЭВМ широкого назначения //Управляющие системы и машины. - 1976. - №6
• М. П. Гальперин, В. Я. Кузнецов, Ю. А. Маслеников, В. Е. Панкин, В. П. Цветов, А. И. Боровской. Микро-ЭВМ «Электроника С5» и их применение. — Москва: «Советское радио», 1980. — 160 с. — (Массовая библиотека инженера «Электроника»).
• Е. П. Балашов, Д. В. Пузанков. Микропроцессоры и микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В. Б. Смолова. — Москва: «Радио и связь», 1981. — С. 307—311. — 328 с.
• С. А. Гамкрелидзе, А. В. Завьялов, П. П. Мальцев, В. Г. Соколов. Цифровая обработка информации на основе быстродействующих БИС / Под ред. В.Г. Домрачева. — Москва: «Энергоатомиздат», 1988. — 136 с.
• В. С. Борисов, А. А. Васенков, Б. М. Малашевич и др. Микропроцессорные комплекты интегральных схем : Состав и структура : Справочник / Под ред. А. А. Васенкова, В. А. Шахнова. — Москва: «Радио и связь», 1982. — Т. 31. — 192 с. — (Массовая библиотека инженера «Электроника»).
• И. З. Коминаров, Л. В. Молодцова, А. В. Самощенко, С. В. Теплицкий, А. А. Школа. Программное обеспечение комплекса функционального диагностирования микроЭВМ «Электроника С5-21М» // Микропроцессорные средства и системы. — 1987. — № 2. — С. 14—17.
• Отраслевой стандарт ОСТ11-305.905-81. Микропроцессорные средства вычислительной техники. Программное обеспечение. Система команд ряда микро-ЭВМ «Электроника С5».
• Гальперин М. П. Одноплатные микроЭВМ и микроконтроллеры // Микропроцессорные средства и системы. — 1984. — № 2.
• Гальперин М. П., Гинтер А. В., Городецкий В. В., Евзович И. С., Кузнецов В. Я., Пухова М. Л. Одноплатные микроконтроллеры «Электроника С5-41» // Микропроцессорные средства и системы. — 1984. — № 2.

Ссылки

• Электроника С5-21