книги из ГПНТБ / Основы автоматизации для металлургов

На основании этого алгоритма складываются последовательно младшие разряды слагаемых и формируется единица переноса из младшего разряда в старший. Этот способ аналогичен способу сло­ жения, применяемому и при руч-

На основании команды программы устройство управляет потоком информации между отдельными частями цифровой ЭВМ и выдает требуемые команды таким образом, чтобы программа вычислений была выполнена; центральное устройство работает совместно с уст­ ройствами управления периферийными элементами. После обеспе­ чения выполнения одной команды устройство выбирает из про­ граммы, заложенной в памяти, следующую требуемую команду, осуществляет в случае необходимости ее корректировку (модифи­ кацию) и переходит вновь к ее реализации.

У небольших ЭВМ, не имеющих внешней системы разделения времени, устройство управления работает самостоятельно; у ЭВМ,

.186

снабженных этой системой, работа устройства координируется уст­ ройством многопрограммного управления.

Команды программы записаны в памяти ЭВМ обычно по опре­ деленным адресам одна за другой так, как они следуют по про­ грамме. В этом случае устройство управления автоматически вы­ бирает в качестве следующей команды — команду по адресу, на единицу большему адреса предыдущей команды. Если команды за­

команда программы. Тогда устройство управления выбирает сле­ дующую команду согласно этому адресу.

В программах часто появляется необходимость провести одина­ ковые арифметические операции с большим числом переменных.

и производить операции со словами, записанными по различным адресам, путем повторения той же команды. Наиболее распро­ страненным способом модификации является прибавление соответ­ ствующего числа (индекса) к адресной части команды. В этих случаях константа модификации заложена в так называемый ин­ дексный регистр — специальное запоминающее устройство (или ячейку памяти) для хранения нескольких бит (ß-модификация), а устройство управления должно быть сконструировано так, чтобы оно было способно осуществить требуемую модификацию.

С точки зрения внутренних функций ЭВМ, устройство управле­ ния дешифрует машинную команду программы и, учитывая мгно­ венное состояние ЭВМ, управляет последовательностью выполне­ ния команд отдельными частями ЭВМ (т. е. преобразует машин­ ную команду в последовательность микрокоманд). Подпрограммы для такой «расшифровки» машинной команды заложены у совре­ менных ЭВМ в быстродействующей памяти, которая или является частью быстродействующего накопителя ЭВМ или, что чаще встре­ чается у современных ЭВМ, представляет собой специальную сверхбыстродействующую память (без разрушения информации) с временем выборки порядка наносекунд (ns). Эта память явля­ ется ядром блока управления и работает совместно с остальными логическими блоками и запоминающими звеньями управляющего устройства.

187

Быстродействующий накопитель цифровых ЭВМ

Память цифровой ЭВМ служит для хранения чисел и команд программы, необходимых для решения задания, для передачи этой информации арифметическому устройству и устройству управле­ ния, для записи промежуточных и конечных результатов, получен­ ных арифметическим устройством. Устройство управления и ариф­ метическое устройство обрабатывают информацию, поступающую обычно в виде электрических импульсов: двоичной единице соот­ ветствует, например, положительный импульс напряжения, нулю — отрицательный импульс или отсутствие напряжения.

Память ЭВМ характеризуется емкостью, временем выборки и временем цикла. Емкость памяти определяется количеством слов, бит и т. д., которые могут быть записаны в памяти. Время выборки определяется временем, необходимым для записи либо считывания одного слова в памяти. Время цикла памяти — это требуемый ин­ тервал между двумя последовательными моментами начала считы­ вания или записи информации в памяти. Время цикла равно вре­ мени выборки плюс время «отдыха» памяти. Воемя выборки и время цикла у быстродействующих запоминающих устройств ЭВМ третьего поколения составляет порядка 10~7 сек.

Естественно стремиться к использованию запоминающих уст­ ройств с возможно большей емкостью и с возможно меньшим вре­ менем выборки. Однако эти требования противоречат друг другу. Быстродействующие накопители с большой емкостью памяти (по­ рядка 107 слов) являются очень дорогими. Поэтому в современных ЭВМ, кроме небольших быстродействующих накопителей (внутрен­ ней памяти) емкостью примерно до 105 слов, с которыми непо­ средственно работает арифметическое устройство, применяются также менее быстродействующие запоминающие устройства боль­ шей емкости (внешние запоминающие устройства), которые слу­ жат для длительного хранения большого количества информации и которые «снабжают» информацией внутреннюю память. Далее ЭВМ содержит так называемое буферное запоминающее устрой­ ство, которое служит для промежуточной записи информации, передаваемой из одной части ЭВМ в другую. Буферные запоми­ нающие устройства имеют емкость от нескольких слов до 103 слов.

В качестве внутренних быстродействующих накопителей исполь­ зуют в основном ферритовую память, современные запоминающие устройства на магнитных пленках и проволоках. Внешняя память может представлять собой запоминающее устройство на магнит­ ных лентах, на магнитных дисках и др. Буферные запоминающие устройства могут быть выполнены в виде ферритовых запоминаю­ щих устройств, триггерных схем, линий задержки и др. Основные типы этих запоминающих устройств будут описаны далее.

Основными свойствами памяти являются надежность, непрерыв­ ность записи, размеры, цена и экономичность эксплуатации.

Запоминающие устройства можно подразделять и в зависимо-

188

сти от способа считывания и записи информации. Устройства с по­ следовательной записью информации, когда слово записывается (и считывается) последовательно по битам, используются в неболь­ ших, менее быстродействующих ЭВМ. Параллельная запись, когда в память сразу записывается целое слово, используется в быстро­ действующих ЭВМ. В настоящее время в большинстве небольших ЭВМ используется комбинированная последовательно-параллель­ ная запись информации, когда слово записывается последователь­ ными группами по 8 бит (побайтно).

Байт обычно состоит из 9 бит, из них первые 8 бит исполь­ зуются для записи двух десятичных цифр или одного буквенно-циф­ рового знака, девятый бит служит для контроля по четности. В этом случае информацию можно записать одним или несколькими бай­ тами. Преимущество такого расположения состоит в том, что мо­ жно работать со «словами» различной длины, оптимально исполь­ зуя тем самым емкость памяти (например, при массовой записи данных).

Первые запоминающие устройства на перфокартах и перфолен­ тах, применявшиеся в ЭВМ, не давали возможности перезаписы­ вать информацию. Современные запоминающие устройства ЭВМ позволяют осуществлять перезапись, поэтому даже ЭВМ с относи­ тельно малым числом ячеек памяти (8000—16 000 слов) можно ис­ пользовать для решения довольно сложных задач.

в настоящее время начинают применять безадресный выбор. На этом принципе основаны перспективные ассоциативные запоминаю­ щие устройства.

Ферритовые запоминающие устройства

Ферритовые запоминающие устройства являются пока наибо­ лее распространенным видом быстродействующей памяти. Они при­ меняются в качестве внутренней памяти (быстродействующего на­

емкости получают комбинацией нескольких таких блоков. Время

Принцип запоминания двоичной закодированной информации основан на физическом явлении сохранения остаточного магнитного потока в малых ферритовых кольцах (сердечниках) диаметром 0,5—5 мм, изготовленных из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 119). Сердечник сохраняет одно из двух возмож­ ных положений остаточного магнетизма + Вг или —Вт, которое соответствует записи «1» или «0». Сердечники пронизываются про­ водами для считывания и проводами для записи информации,

189

в результате чего образуются матричные конструкции. Принцип записи и считывания информации в ферритовой памяти можно по­ казать на упрощенном примере. На рис. 120 схематически показана

вид ее показан на рис. 121.

Запись «1» или «0» в одном сердечнике можно осуществить в наи­

соответствует напряженность магнитного поля (—Нс/2). Эти импуль­

190

считывания информация в памяти стирается. Если нужно сохранить информацию в памяти, она должна быть снабжена специальной схе­ мой для регенерации (восстановления) информации. Аналогично организован пространственный выбор у многослойной ферритовой памяти.

В действительности, конечно, процессы записи и считывания ин­ формации являются более сложными, так как даже в описанном самом простом случае в обмотке считывания возникает много по­

ничивании из положения «1» в положение «0», и подготавливает их к передаче остальным устройствам ЭВМ. Схема записи состоит из электронного генератора, генерирующего соответствующие то­ ковые импульсы, которые подаются в выбранные провода мат­ рицы. Ко всем слоям матрицы подсоединен также генератор контура выбора адреса (первый контур выбора).

Считывание или запись информации осуществляется всегда па­ раллельно целыми словами одновременно по всем разрядам. Про­ вода первого контура выбора проходят через все сердечники, име­ ющие один адрес (т. е. охватывают все разряды одного слова), провода второго контура выбора проходят через весь слой (мат­ рицу), т. е. охватывают соответствующие одинаковые разряды всех слов памяти. При считывании или перед записью информация по выбранному адресу «стирается» по проводу первого контура вы­ бора и сердечник переводится в состояние «0» токовым импульсом, соответствующим напряженности —Не.

192

вой памяти тем выше, чем более быстродействующей она является, так как увеличение быстродействия связано с уменьшением диа­ метра ферритовых сердечников.

Новые внутренние запоминающие устройства, в которых исполь­ зован принцип намагничивания тонких магнитных пленок, обла­ дают положительными свойствами классической ферритовой па­ мяти, но являются более быстродействующими и более дешевыми. Способ накопления информации, ее запись и считывание анало­ гичны показанным на рис. 122, а общий вид такой памяти показан на рис. 123. Сейчас проводятся исследования по использованию в запоминающих устройствах интегральных схем, лазеров, на ста­ дии разработки находятся запоминающие устройства, в основу ко­ торых положены свойства сверхпроводимости, скинэффект и др.

Запоминающие устройства на тонких магнитных пленках ис­ пользуются для повышения быстродействия арифметического уст­ ройства и в ряде ЭВМ с традиционной ферритовой памятью (при использовании их в качестве сверхбыстродействующих запоминаю­ щих устройств, содержащих лишь несколько десятков ячеек для хранения операндов и части команд, непосредственно участвующих

У современных ЭВМ третьего поколения управляющее устрой­ ство ЭВМ, арифметическое устройство и один из блоков внутрен­ ней памяти образуют основной блок — процессор, к которому при помощи каналов можно присоединить так называемые пери­ ферийные устройства (запоминающие устройства на лентах, на дисках, на барабане, печатающие устройства, считывающие уст­ ройства, перфораторы, аналого-цифровые и цифро-аналоговые пре­ образователи, соединительные элементы). К основному блоку мо­ жно также подсоединить некоторые дополнительные узлы арифме­ тического устройства и блоки внутренней памяти. Этот основной блок ЭВМ, называемый процессором, обычно носит название всей системы. На рис. 124 представлен общий вид процессора CD-1700.

Число каналов, подключаемых к процессору, бывает различ­ ным и колеблется примерно в пределах 1 —12. Каналы ЭВМ можно разделить на быстродействующие каналы — селекторные (избира­ тельные), которые работают с большой степенью автономии и служат для подключения периферийных устройств, передающих большое количество информации за единицу времени (как, напри­ мер, запоминающие устройства на магнитной ленте, на дисках, пе­ чатающие устройства), и на мультиплексорные (многоканальные) каналы. Мультиплексорный канал делится на ряд субканалов, к ко­ торым обычно подсоединяются периферийные элементы с меньшей скоростью передачи информации. Мультиплексорный канал по ко­ мандам центрального устройства управления ЭВМ и в зависимо-

194