1.2. Можно ли самому построить эвм?

Еще 15 лет назад человека, задавшего такой вопрос, посчитали бы не совсем нормальным. Действительно, до появления микросхем большой и сверхболь­шой степени интеграции это было абсолютно бессмысленной затеей. Благодаря достижениям в области микроэлектроники последних лет стало возможным массовое производство в виде микросхем сложнейших устройств, таких как центральный процессор вычислительной машины, оперативное и постоянное запоминающие устройства и т. д. Поскольку в большинстве слу­чаев электрические параметры и функциональное назначение выходов и входов этих устройств (блоков) стандартизованы, их довольно легко соединять друг с другом. К тому же при разработке этих блоков, как правило, предусматривается стан­дартный вариант их применения, использование которого значи­тельно упрощает проектирование устройств на их основе. Проек­тирование и построение микро-ЭВМ напоминает игру в детский конструктор, где все детали подходят друг к другу и можно воспользоваться руководством, в котором предложены некото­рые типовые варианты узлов и изделий из его элементов. Для построения простейшей машины потребуется всего несколько узлов, создать которые не так уж трудно.

Итак, построение простейшей микро-ЭВМ оказывается сейчас возможным и не очень сложным делом. По крайней мере оно не сложнее постройки любительских конструкций в области радио, телевидения или звукозаписи.

"А можно ли построить самому не простейшую, а более слож­ную микро-ЭВМ?" — спросит заинтересованный читатель.

Простейший вариант микро-ЭВМ допускает возможность усложнения и усовершенствования конструкции путем замены или установки дополнительных микросхем или новых допол­нительных плат с микросхемами. Можно повысить быстродейст­вие микро-ЭВМ, увеличить объем памяти или заставить ее вы­полнять новые, не предусмотренные первоначальной конструк­цией функции. К существенному расширению возможностей простейшей микро-ЭВМ приведет, например, включение в ее состав перепрограммируемой памяти, т. е. постоянной памяти, сохраняющей информацию при выключении питания и про­граммируемой пользователем, с возможностью стирания инфор­мации и повторного программирования. Поскольку более слож­ная микро-ЭВМ, как мы увидим из дальнейшего изложения (см. § 2.3), отличается от простейшей, кроме всего прочего, развитой периферией, можно заняться совершенствованием ее внешних устройств. Однако внешние устройства самому по­строить довольно сложно. Вряд ли, например, кто-нибудь захо­чет взяться за конструирование хорошего печатающего устрой­ства. Изготовление подобного устройства под силу лишь про­мышленности. Вот подсоединить к простейшей микро-ЭВМ имеющиеся внешние устройства можно, в том числе некоторые бытовые приборы, такие как домашний телевизор или кассет­ный магнитофон. О том, как это сделать, вы узнаете в гл. 10.

Какую микро-эвм мы будем строить?

2.1. Основные блоки микро-эвм

Будем представлять описывае­мую далее микро-ЭВМ системой вложенных друг в друга бло­ков наподобие матрешек и открывать каждый раз лишь тот из них, который будет нужен в момент изложения соответствую­щего материала. Так, например, сейчас нас будет интересовать только внешний блок (собственно микро-ЭВМ), имеющий впол­не определенное число входов и выходов. Следующий, располо­женный внутри него блок назовем пока центральным блоком. О содержимом центрального блока и о том, как он связан с внешним блоком, будет показано чуть позже.

Основным назначением внешнего блока является преобразо­вание дискретной информации. Общий вид простейшего пре­образователя информации представлен на рис. 2.1,д. На его входы поступает исходная информация, а на выходах появля­ется информация, преобразованная в соответствии с законом, реализуемом в преобразователе.

В простейших преобразователях закон преобразования ин­формации остается неизменным и применяется к любому кон­кретному виду информации, на работу с которой рассчитан преобразователь данного вида. Более широкими функциональ­ными возможностями обладают преобразователи с законом преобразования, изменяемым путем подачи специальных управ­ляющих воздействий. На рис. 2.1,6 представлен общий вид та­кого преобразователя, отличающегося от простейшего наличием специальных управляющих входов.

Рис. 2.1. Преобразователи информации: а - простейший; б – управляемый

Различают два типа управляемых преобразователей. В преоб­разователях первого типа управляющие воздействия неизменны в течение всего времени преобразования поступившей информа­ции. В преобразователях второго типа в процессе преобразова­ния управляющие сигналы могут изменяться, настраивая каж­дый раз преобразователь на выполнение какой-то одной функ­ции. Для преобразования дискретной информации, особенно в том случае, когда сложный процесс преобразования может быть разбит на ряд этапов, каждый из которых характеризует­ся вполне определенной функцией преобразования, как правило, используются преобразователи второго типа.

Любую вычислительную машину можно рассматривать как управляемый преобразователь входной информации в выход­ную со следующей оговоркой. В процессе многоэтапного пре­образования информации настройка преобразователя выполня­ется автоматически по заранее составленной пользователем схе­ме (детальной последовательности преобразований) с учетом результатов преобразований на каждом из этапов. Отсюда сле­дуют два важных факта.

1. Пользователь, решающий на вычислительной машине свою задачу, должен заранее составить эту детальную последователь­ность преобразований исходных данных, называемую програм­мой решения задачи.

Рис. 2.2. Микро-ЭВМ как преобразователь

2 Чтобы преобразование выполнялось по мере решения зада­чи автоматически, программа решения задачи должна быть вве­дена в машину до начала ее работы над задачей и должна хра­ниться там в течение всего времени вычислений. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность хранения тех проме­жуточных результатов вычислений, от которых зависит на­стройка преобразователя (работа машины). С учетом этих заме­чаний схема преобразования информации с помощью машины приобретает вид, указанный на рис. 2.2,д. А наш внешний блок кроме отмеченного раньше центрального блока (ЦБ) должен содержать устройство ввода (УВ) для ввода данных и програм­мы и устройство вывода (УБЫВ) для выдачи результатов вычис­лений (рис. 2.2,6). В чем же состоит работа центрального блока и какие устройства в него входят?