книги из ГПНТБ / Караваев, Н. И. Электронные цифровые вычислительные машины и программирование учеб. пособие
.pdf
|
|
|
_о;ьп:;.- .. ycsq, |
_ v>/oa?u,wjti е.; |
dF~;-:v |
|
~очъя |
.он |
||||
Постоянные запоминающие .устройства..на,/,чид-швь1х,.-;диыейкажс; |
||||||||||||
досцатсидо,- просты ,и; надежны д .работе., |
..; |
.пькпы |
ьчо:-' |
odii'^r, |
||||||||
-ос |
-> |
|
I |
ок.-! кото со н кот&вг-,:*."*.:!'.^л;ii; |
,комз« |
йх:м:j: кбикьд |
||||||
- а э : " |
3.:3v' ЗАПОМИНАЮЩЕ -УСТРОЙСТВА 'НА Ш'ШТВЬЙС-'ЕАРАБАШХ"-,11--831 |
|||||||||||
s |
t |
J U |
8ШЖЯМ'-йЖН1^,игМАРНЙ!РШ'Х ДИСКАХ И':МАШТШХ е я с - " |
|||||||||
-аоо |
лвятомГх- т ч д о х ^ |
КАРТАХ |
: |
|
эмнг.от >ОО |
З. НЯИНКЭД, |
||||||
ROT."О" |
|
5 |
|
К А З Н О Ю ОС |
t-i-1 с |
У'А'л i ; м ь с о н £irfq ОТОК |
, a<.';>; NHfr3r.:. |
|||||
&Ч2*м\ |
SiO'i^fcT^co . у ^ д ^ м к эк.-мo*j>e. изао. .(J^THV^.HK |
"0: | Э Ж |
||||||||||
В запоминающих устройствах на магнитных барабанах и^лен^ |
||||||||||||
тах |
широко .используется,принцип .магнитной, записи^йнфррмащи', |
|||||||||||
что |
позволило |
создать !зУ со'Ъледующими |
положительными |
свой- |
||||||||
ствами: |
|
. . |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
••. Kj'.ft'i .'.соя |
a ... |
• • >-v:v |
|
ос чкхч'кчамьсог; NO |
-достаточно большая емкость ЗУ при относительно^ н^ебрльг
ших габаритах; |
„, |
|
|
'." |
|
~" |
'Г. |
^" |
|||
- |
|
малое потребление |
энергии |
при записи |
и считывании. |
||||||
|
,<* |
»i:>. ^ - i P . - - ^ f . g |
... i u |
"*l>H';i!pO;U.t>o a •.>,.;•« •: |
с >.-Si,!.ox |
||||||
компактность и. достаточная |
надежность |
ЗУ;' |
|
носителя ив>*" |
|||||||
- |
|
возможность многократного' использования |
|||||||||
формации путем стирания |
|
|
|
oi-.uu'' |
l. j > . |
|
;• яi."Эй |
||||
ранее записанной информации; |
иска- |
||||||||||
- |
|
неограниченный срок |
хранения информации |
без „ее |
|||||||
жения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Осно-вным'недостатком ЗУ с магнитной записью является |
|
||||||||||
относительно большее время~оч5раще;ния: |
toFp |
^которое |
колеб |
||||||||
лется |
в |
предеках."от десятков м^ппЕигсеткунд] у вращающихся с |
|||||||||
большой |
скорос^ью^ма1гяиляых.'.ба.ра.баяов' до., нескольких минут |
||||||||||
у ЗУ на мэгнирногй ле;нте> |
! |
; |
! |
|
, |
|
|
||||
Существенным (обстоятельством, |
способствовавшим широкому |
||||||||||
использовании^ ЗУГ с Магнитной загписью, |
является;также |
и то, |
|||||||||
что |
к моменту! появле1нияг значительней потребности в' ЗУ маг- |
||||||||||
нитная |
|
запись уже получила |
болвшое| распространение! для |
з а - , |
|||||||
писи |
звука и jpaafpaбоданные |
для тэтой Це^и| схемы- и конструк |
ции оказалос ь^во^мо^ш~с_аеко.торыми_-ивл1елелия^.-при менять в ЗУ.
ферр'оома"гнитных: материалов сохранять состояние'• •аЬта'тогчяЬ':й''•' 1 намагниченности "после •вб'здё'йствия'на'них ! вМё'ШниХ"9:магйй!|Р ' х ных^Блё^.^акЪЪ - ( ^ M f o d ^ ^ i ^ A ^ i 4 ^ ! ^ * ^ ^ a:'так&ё!0 ^!
.NP"6ASS нынэшэа eoosnoqn а внзнэме*
- 121 -
ферролак, основу которого составляет окись железа с добав ками окислов других металлов. Процесс магнитной записи крат
ко характеризуется следую щим образом. На поверхнос ти ферромагнитного мате риала , перемещающегося с определенной скоростью, создаются отдельные на магниченные участки - магнитные диполиv Так
как магнитный материал обладает свойством оста точной намагниченности, то магнитные диполи сох раняются длительное вре мя после прекращения" действия внешних магнит ных полей.
Для создания внешнего магнитного поля используется за писывающая магнитная головка, представляющая собой электро магнит, состояний из ферромагнитного сердечника с зазором
иобмотки. Наибольшее распространение получили кольцевые головки /рис. 3.10/. При подаче импульса тока в обмотки за писывающих головок в сердечнике возникает магнитное поле, силовые линии которого замыкаются через зазор сердечника
ичерез ферромагнитный слой, вызывая его намагничивание. Так как магнитный материал перемещается относительно голо вок, то образуются мах'нитные дорожки, на которых записана необходимая информация. При этом плотность записи информа ции будет зависеть от скорости перемещения и частоты посы
лок импульсов тока и может достигать до 15 импульсов на 1 мм длины.
Для считывания информации используют записывающую го ловку, но импульсы тока в обмотку не подаются. Магнитные диполи при перемещении материала относительно головок соз-
дают магнитный |
поток, который |
замыкается через |
зазор и сер |
||
дечник головки. |
Так |
как этот поток изменяется |
во времени, |
||
то в обмотке |
головки |
наводится |
э . д . с , которая |
представляет |
|
считанный код |
числа. |
|
|
|
Магнитная связь между ферромагнитным материалом и голов кой будет максимальной при непосредственном их соприкоснове нии /контактный способ/ . Однако контактный способ можно при
менять при небольших линейных скоростях |
/ 2 - 3 м / с е к / |
переме |
щения магнитного материала относительно |
головок из- |
за быст |
рого выхода из строя материала и головок. При больших ско ростях перемещения применяют бесконтактный способ, при этом зазор составляет 20 - 50 микрон.
0 1 О 1 0
Рис. 3 . 1 1 . |
Принцип |
магнитной записи |
двоичной |
информации |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
на ферромагнитный |
материал |
|
|
|
||||
|
Возможны |
два |
способа |
магнитной |
записи: запись |
с |
раз |
|||||||
магничиванием |
и |
запись с |
перемагничиванием. |
Второй |
спосос' |
|||||||||
является |
более |
надежным и |
наиболее |
часто |
применяется. |
|||||||||
|
Сущность |
способа записи с перемагничиванием заключает |
||||||||||||
ся |
в |
том, |
что |
ферромагнитный |
материал |
предварительно |
равно |
|||||||
мерно |
намагничивается в одном |
направлении/например, |
точка |
|||||||||||
- |
В^ / i что соответствует |
записи " 0 " |
на |
всей |
поверхности |
|||||||||
материала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
При записи |
" 1 " в обмотку |
головки |
подается импульс т о |
ка такой полярности, чтобы ферромагнитный |
материал |
перемаг^ |
|
нитился до насыщения в другом направлении |
/точка |
+ |
В р / . |
В результате ферромагнитный материал в магнитном |
отношении |
-123 -
можно разделить на участки различной длины, намагниченные в различные состояния / р и с . 3 . 1 1 / .
Стирание записанной информации осуществляется постоянным магнитным полем, создаваемым специальной стирающей головкой.
Запоминающие устройства на магнитном барабане
Магнитный барабан представляет собой вращающийся цилиндр из немагнитного материала с ферромагнитным покрытием толщи ной 10-30 микрон. Иногда основа цилиндра изготовляется из стали и покрывается вначале латунью, а затем уже ферромаг нитным покрытием. Скорости вращения барабана - от 700 до 12500 об/мин.
Вдоль образующей барабана располагаются магнитные Го ловки, с помощью которых обеспечивается запись и считывание информации.
Магнитные головки в простейшем случае располагаются в ряд, и информация записывается на дорожках, представляющих замкнутые параллельные окружности / р и с . 3 . 1 2 / .
Магнитный барабан относится к периодическим ЗУ, так как любая ячейка его проходит под магнитными головками один
раз за оборот |
барабана. |
|
|
|||
Емкость магнитного барабана определяется площадью его |
||||||
цилиндрической |
поверхности и плотностью записи. Однако у в е |
|||||
личение площади цилиндрической п о |
|
|||||
верхности |
можно производить |
до оп |
Магниткые голобхи |
|||
ределенных пределов из-за допусти |
|
|||||
мых деформаций |
под действием |
цент |
|
|||
робежных сил и изменений темпера |
|
|||||
туры. Кроме т о г о , |
соответственно |
|
||||
возрастает |
и время |
обращения к |
Доро/кки |
|||
ЗУ. Обычно |
диаметр |
барабанов |
с о с |
|||
|
||||||
тавляет 50 т- 1200 мм. Основным |
Рис. 3.12.Магнитный |
|||||
способом увеличения емкости |
бара- |
барабан |
- 124 -
бана является повышение плотности записи информации. Схема управления записью и считыванием информации в ЗУ
на магнитном барабане представлена на рис. 3.13. С целью упрощения схемы показана только одна записывавще-считываю-
щая магнитная головка |
, с |
соответствующими элементами |
|
для одного из. разрядов всех |
запоминаемых чисел. |
||
Магнитная головка |
предназначена для |
считывания синхро |
|
низирующих импульсов, |
каждому из которых |
соответствует свое |
число, записанное вдоль образующей барабана. Следовательно, количество синхронизирующих импульсов равно количеству за поминаемых чисел. Все записанные на барабане числа имеют номер /адрес/, который определяется количеством синхронизи рующих импульсов, нанесенных по окружности барабана с нача ла отсчета до требуемой ячейки. Например, число, находящее ся против Синхронизирующего импульса 0100, имеет такой же адрес и т.д.
При считывании какого-либо числа, записанного на магнит ный барабан, адрес этого числа подеется по кодовым шинам ад реса КША на регистр адреса /Рг адреса/. Магнитная головка
Tg обеспечивает считывание синхронизирующих импульсов, кото рые через усилитель считывания УС^ поступают на счетчик им пульсов Сч. Счетчик импульсов считает количество синхронизи рующих импульсов, автоматически устанавливаясь в нуль после каждого оборота барабана.
CuMxpoHtisupyioufaa |
|
ворож*а |
Кодовая доротка |
Рис. 3.13. Схема управления записью и считыванием •инфор мации в ЗУ на магнитном барабане'7
- 125 -
При совпадении числа, находящегося в счетчике и регист ре адреса, схема сравнения Ср вырабатывает сигнал, который поступает на входы схем совпадения 1 и 2, на вторые входы которых подаются сигналы "Запись" и "Считывание" соответст венно. В этот момент под магнитными головками находится требуемая ячейка магнитного барабана и считанное число че рез усилитель считывания УСд и схему•совпадения 5 поступает в кодовые шины числа КШЧ.
При записи числа адрес ячейки задается аналогично, но подается сигнал "Запись" на схему совпадения 1. Если произ водится запись двоичного числа, в данном разряде которого
код " 1 " , то триггер I |
будет установлен |
в состояние "1", и |
через схему совпадения |
4 в правую часть |
обмотки головки |
поступает сигнал, обеспечивающий перемагничивание ферромаг нитного покрытия барабана в состояние "1".
Если производится запись " 0 м , то триггер I находится
в состоянии "О" и через схему совпадения 3 в левую часть об мотки головки поступает сигнал, обеспечивающий перемагни чивание ферромагнитного покрытия барабана в состояние "О".
Такой способ записи, когда магнитные головки расположе ны вдоль образующей по одной линии, называется параллельным. Кроме этого способа, находят применение также последователь ный и параллельно-последовательный способы.
Существенным недостатком ЗУ на магнитных барабанах яв ляется невозможность записи или считывания в любой момент
времени, так как требуется определенное время ожидания, |
ког |
да под магнитными головками окажется требуемая ячейка. |
Это |
время зависит от скорости вращения барабана и его размеров. Кроме того, наличие механических частей, вращающихся с
большой скоростью, снижает надежность работы ЗУ.
- 126 -
Запоминающие устройства на магнитной ленте
Магнитные ленты представляют собой эластичную пленку / ацетилцеллюлозы, триацетата, поливинилхлорида/, на кото
рую нанесен ферромагнитный слой толщиной 10-20 микрон. Шири на применяемых в вычислительной технике магнитных лент колеб
лется от 6,35 мм с |
1-3 дорожками до |
125 мм с 50 |
дорожками. |
Ленты используются |
в виде рулонов в |
специальных |
кассетах |
/бобинах/. Длина ленты в рулоне составляет от 250 до 1000 м. Запись и считывание информации может осуществляться па раллельным, последовательным и параллельно-последовательны
ми способами, причем запись и считывание осуществляется группами чисел, которые размещаются на участках ленты, назы ваемых зонами. Каждой зоне присваивается определенный номер. Например, в машине БЗСМ на ленте шириной 6,35 мм в зоне мо жет быть записано до 1024 двоичных числа. Между отдельными зонами оставляются свободные промежутки, необходимые для раз гона и остановки ленты.
Время обращения к ЗУ на магнитной ленте состоит из трех частей: времени пуска лентопротяжного механизма, времени поиска требуемой зоны и времени записи или считывания чисел.
Одной из существенных проблем является создание лентопро тяжных механизмов, которые должны обеспечивать высокую пос тоянную скорость продвижения ленты при быстром наборе скорос ти и быстрой остановке ленты.
Наиболее широкое распространение получили лентопротяж ные механизмы с двумя бобинами, с одной из которых лента
сматывается, |
а на другую наматывается. |
|
Скорости |
перемещения лент в |
современных машинах от 1 до |
4 м/сек. |
|
|
ЗУ на магнитной ленте имеют |
ряд достоинств: |
-практически неограниченная емкость при условии сме ны бобин с лентой;
-максимальная экономичность из всех существующих ЗУ-
|
|
- 127 |
- |
|
стоимость хранения |
одной двоичной цифры самая низкая; |
|||
- |
компактность, |
хорошая устойчивость и надежность хра |
||
нения |
информации. |
|
|
|
Основным недостатком этих ЗУ является относительно о'оль- |
||||
шое время обращения / в среднем |
порядка минуты/, |
что обуслов |
||
лено |
необходимостью |
перемотки |
ленты для поиска |
требуемой |
зоны. Нежелательным является также наличие механического |
||||
перемещения ленты и связанная |
с этим возможность ее обрыва |
|||
и других механических повреждений. |
|
|||
|
Запоминающие устройства на магнитных |
|
||
|
|
дисках |
|
|
Появление ЗУ на |
магнитных дисках обусловлено |
необходи |
мостью иметь такие внешние ЗУ, которые сочетали бы большую емкость с малым временем выборки информации. Емкость ЗУ на магнитных дисках достигает 20 млн 100 - разрядных дво ичных слов со средним временем выборки любого заданного слова, равным 0,4 сек.
Носителем информации в таких ЗУ является металлический диск, на который с обеих сторон наносится магнитное покры тие. Информация размещается на концентрических магнитных дорожках с обеих сторон диска. Диски собираются в пакеты /до нескольких десятков в одном пакете/ и устанавливаются на общую ось. Пакет непрерывно вращается вокруг оси. В не которых типах ЗУ допускается смена дисков. В зависимости от этого различают ЗУ с фиксированными и ЗУ со сменными дисками.
Считывание и запись информации осуществляется с помощью магнитных головок, которые помещаются в междисковое прост ранство. Существуют устройства с неподвижными и подвижны ми магнитными головками. 3 устройствах первого типа маг нитные головки неподвижны и каждая обслуживает одну дорож ку. В устройствах второго типа головки подвижны и могут перемещаться как вдоль поверхности диска, так и вдоль оси вращения.
- 128 -
Запоминающие устройства на магнитных картах
Вэтих устройствах, используемых в качестве внешних ЗУ, носителями информации являются магнитные карты. Карта пред ставляет собой пластмассовый прямоугольник на поверхность которого нанесен магнитный слой. Магнитные карты помещают ся в специальное хранилище - магазин. Когда поступает обра щение с целью записи или считывания информации, специальное устройство осуществляет выбор и выдачу из хранилища нужной карты, протягивает ее около блока магнитных головок и затем вновь возвращает в магазин.
Водном из типов подобных ЗУ в магазине помещается
256 магнитных карт. Размеры каждой карты - 366 мм в длину и 62,5 мм в ширину. Информация на карте размещается на 56
магнитных дорожках. Емкость одной карты до 130 тыс. двоичных знаков, а общая емкость ЗУ превышает 33 млн двоичных знаков. Среднее время обращения составляет около 200 мсек.
Г Л А В А 1У АРИШЕТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА /АУ/
S 4 . 1 . НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АРИФМЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
В электронных цифровых вычислительных машинах решение любой математической задачи сводится к выполнению опреде ленной последовательности арифметических операций сложения, вычитания, умножения и деления. Кроме того, машина выполня ет также ряд логических операций.'Для этой цели любая ЭЦВМ имеет арифметическое устройство, являющееся одним иэ ее ос новных узлов.
Таким образом, арифметические устройства ЭЦВМ предназ начены для выполнения арифметических и логических операций над числами и командами, представленными в принятой системе счисления.
Применение специальных кодов /дополнительного и обрат ного/ позволяет операцию вычитания проводить как сложение. Умножение и деление также можно свести к выполнению опера ции сложения /вычитания/ и некоторых простых вспомогатель ных операций, например,сдвиг числа вправо или влево. Поэто му основу АУ составляет устройство, обеспечивающее суммиро вание чисел - сумматор. В некоторых ЭЦВМ имеется отдельно устройство умножения и устройство деления. В состав АУ вхо дят также регистры для приема, хранения и выдачи чисел, над которыми должна производиться операция, и различные логичес кие схемы, обеспечивающие передачу чисел от одних узлов к другим.
Арифметические устройства, имеющие только сумматор и вспомогательные элементы, называются АУ комбинированного