книги из ГПНТБ / Васкан, Р. Д. Принципы и средства автоматизированной обработки геологоразведочной информации

полняемых арифметических операций, размером памяти и на­ бором выводных устройств.

Суммирующие автоматы представляют собой обычную сум­ мирующую машину с цифровой десятиклавишной и операцион­ ной клавиатурой, сопряженную с ленточным или карточным перфоратором. Простое изменение кодов делает их легко прис­ посабливаемыми практически к любым системам. Они имеют

Кассовые автоматы {разновидность суммирующих автома­ тов) служат для проведения расчетов с покупателями в торго­ вых организациях и изготовления чеков или специальных пла­ тежных квитанций. Современные кассовые автоматы, как пра­ вило, снабжаются перфораторами ленты, которые являются накопителями данных для АСУ в торговых системах. Появились также кассовые автоматы, соединяемые через электрические ка­ налы с центральным концентратором данных, который может накапливать в одном месте информацию от большого числа дистанционно удаленных автоматов.

Фактурные автоматы предназначены для выписки счетовфактур, поэтому снабжаются полнотекстовой пишущей маши­ ной и могут выполнять не только сложение и вычитание, но и умножение, а иногда и деление. Фактурные автоматы обору­ дуются несколькими счетчиками (до 10—15). Для фиксирова­ ния данных к ним подключают перфораторы лент или карт.

Бухгалтерские автоматы по своим функциям близки к фак­ турным, но в отличие от них имеют увеличенное количество счетчиков (до нескольких десятков) и более развитую пишу­ щую машину, обычно оснащенную десятичным табулятором, широкой кареткой, разрезным валиком, устройством передней закладки бумаги и т. д. Они предназначены для выполнения различных бухгалтерских работ.

В настоящее время и эти автоматы все чаще оснащаются различными дополнительными устройствами, значительно рас­ ширяющими их возможности и иногда делающими их конку­ рентоспособными с более сложными устройствами обработки данных.

Универсальные вычислительные автоматы, в отличие от специализированных, имеют более развитое программирование с включением в него усложненных логических элементов, позво­

данных на технические носители и вводные устройства для исход­

каким-либо причинам нельзя применить для вторичной обра­ ботки более производительными ЭВМ. Так как в этих автома­ тах уже нет определенной специализации, в них не только■

30

предусматриваются те же возможности, что и в универсальных пишущих автоматах, но и даже вводятся такие элементы, как упрощенные алгоритмические языки для автоматизации прог­ раммирования, которые до недавнего времени были исключи­ тельно монополией больших ЭВМ. В качестве примера такой машины можно назвать «Компьютайпер 5610» фирмы «Фриден», в котором имеются 60 оперативных регистров, внутренняя программная память более чем на тысячу программных дейст­ вий, транслятор со специального символического языка «Свифт» с набором из 44 команд, на котором все программы можно за­ писать обычными словами (английскими или немецкими), со­ провождая их необходимыми комментариями. Эта машина имеет два комбинированных вводно-выводных канала, по которым может осуществляться обмен данными с окружающей средой. В связи с тем, что машина выполнена на интегральных схемах, для нее необходимо вместе со всеми вводно-выводными устрой­ ствами около 6 м2 рабочей площади.

Говоря об универсальных вычислительных автоматах, нель­ зя не остановиться на целом ряде электронных автоматов, ко­ торые появились в последние несколько лет и которые позво­ ляют на основе базовой машины получить вычислительные автоматы многих типов. Это так называемые «автоматы разви­ вающегося типа», наиболее характерным представителем ко­ торых является автомат ИМЕ-86 (фирма ИМЕ, Италия) *.

Базовая настольная электронная клавишная вычислительная машина ИМЕ-86 представляет простейшее средство механизации управленческого труда. Имея унифицированный разъем, который позволяет вводить и выводить данные в процессе обработки, этот автомат может оборудоваться с различными дополнитель­ ными устройствами, образуя различные многоблочные специа­ лизированные или универсальные автоматы (рис. 5).

При этом могут разрабатываться устройства, дающие базо­ вой машине не только принципиально новые возможности (про­ граммировать повторяющиеся операции, фиксировать обраба­ тываемые данные и др.), но и совершенствовать уже имеющие­ ся. Например, фирма ИМЕ разработала к машине ИМЕ-86 сначала упрощенный щитовой программатор, позволяющий программировать задачи не более чем на 32 программных шага (действия) методом обычной шнуровой коммутации. Затем был изготовлен новый программатор на ферритовых кольцах объе­ мом уже в 512 программных шагов и-возможностью ввода про­ грамм не только с клавиатуры машины, но и с карт краевой перфорации. Тем самым была обеспечена возможность накоп­ ления 'библиотеки стандартных программ-. Кроме того, в этом

* К этой же группе нужно отнести также «Искру-122» и «Электронику-70» (СССР), «Ванг-700» и «НР-91100» (США), «Хунор 157/158» (ВНР), AL-2000 (Япония) и др.

31

программаторе введены и могут быть использованы при про­ граммировании простые логические команды. В 1970 г. на базе программатора с объемом в 512 программных шагов фирма выпустила новую модификацию подобного устройства со зна­ чительно улучшенной логикой.

Особого внимания в автоматах развивающегося типа заслу­ живает возможность непрерывного совершенствования их по мере роста требований к системам обработки данных путем за­ мены или добавления различных агрегатируемых устройств.

Рассмотренные технические средства как бы заполняют тот вакуум, который до недавнего времени имел место между ариф­ мометрами и ЭВМ.

Эти технические средства, во-первых, подготавливают пра­ вильное с точки зрения организации решение вопросов инфор­ мационного обеспечения, помогая специалистам естественно врастать в систему интегрированной обработки данных, во-вто­ рых, что не менее важно, позволяют специалистам с самой раз­ личной подготовкой в вопросах обработки данных быстро усваи­ вать те требования, которые новая система предъявляет к технико-экономической информации и к самому специалисту.

Электронные вычислительные машины

Простейшие ЭВМ

Наиболее интересными в этом классе технических устройств являются мини-ЭВМ, которые начали разрабатываться как уст­ ройства управления самолетами и ракетами, где объемы для размещения аппаратуры весьма ограничены. Позднее они ста­ ли применяться в качестве согласующих устройств между раз­ личным нестандартным оборудованием и ЭВМ третьего поко­ ления, в качестве концентраторов данных от большого числа различных датчиков, а позднее как универсальная аппаратура для обслуживания различных каналов связи.

Дешевые, неприхотливые в эксплуатации, простые в обслу­ живании и в то же время имеющие универсальные возмож­ ности для организации различных систем обработки данных путем соответствующего изменения конфигурации и состава математического обеспечения мини-ЭВМ за последние годы за­ воевали всеобщее признание.

В табл. 1 для сравнения даны характеристики больших ЭВМ (БЭСМ-6 и ICL4/70), средней ЭВМ (Минск-32) и мини-ЭВМ (М-6000 и Вариант Дейта 620/f). Из сопоставления отдельных параметров видно, что уступая остальным ЭВМ по размеру ОЗУ, мини-ЭВМ по быстродействию только примерно в 3 раза медленнее больших ЭВМ и даже быстрее средней ЭВМ. -Имея по существу равные возможности для подключения различных периферийных устройств, стоимость мини-ЭВМ в несколько раз

Т а б л и ц а 1

меньше остальных ЭВМ. Мини-ЭВМ также выгодно отличают небольшие размеры, малое потребление энергии, простое об­

служивание и т. п.

Существующему многообразию ЭВМ и решаемых с их по­ мощью задач посвящено много научных исследований. В на­ стоящей работе будем ориентироваться на применение лишь простейших (мини-ЭВМ), которые, по мнению специалистов, удачно сочетают в себе большинство лучшего, что есть у боль­ ших универсальных ЭВМ, с простотой их применения для реше­ ния различных практических задач. Последнее • обстоятельство

34

представляется решающим для успешного налаживания опера­ тивной обработки данных с минимальными затратами времени на подготовительные работы.

В литературе долго не могли прийти к единому мнению, что назвать мини-ЭВМ, так как последние по многим параметрам* не уступают большим универсальным ЭВМ, хотя и имеют огра­ ничения по некоторым параметрам (например, размерам опера­ тивной памяти, разнообразию областей применения и т. п.). Причем в зависимости от ориентации ЭВМ указанное сочета­ ние параметров изменяется при переходе от одной конкретной конфигурации к другой. Наконец, в последние годы было при­ нято называть мини-ЭВМ такие машины, которые имеют стои­ мость примерно 50— 150 тыс. р. и у которых длина машинного слова составляет 8-18 бит (бит — принятая единица информа­ ции при представлении ее в машинном виде; сокращение с анг­ лийского «binary digit» — двоичная цифра, двоичный знак).

Во всем остальном для мини-ЭВМ характерно практически все, что можно сказать о средних и больших ЭВМ. Рассмотрим поэтому основные свойства современных вычислительных ма­ шин дискретного действия (ЭВМ).

Общие сведения о ЭВМ

В настоящее время наибольшее распространение получают ЭВМ третьего поколения. Они состоят из:

1.Устройства управления, которое предназначается для ко­ ординации действий всех частей ЭВМ в соответствии с про­ граммой.

2.Арифметического устройства, которое служит для осуще­

ствления всех арифметических и логических операций внутри машины над обрабатываемыми данными**.

3. Запоминающих устройств, которые предназначаются для хранения обрабатываемой информации (исходных данных, раз­ личной справочной и нормативной информации, промежуточных и окончательных результатов обработки и т. д.), программ об­ работки данных и различных стандартных программ, а также всевозможных обслуживающих программ ***.

4. Каналов связи, которые предназначаются для обеспече-

* Быстродействию, объему внешней памяти, набору периферийных уст­ ройств, применению современных принципов обработки (многопрограммная обработка, наличие развитой системы прерываний и др.), элементной базе

ит. д.

**Устройство управления и арифметическое устройство объединяют для

краткости одним названием — центральный вычислитель, или центральный процессор.

*** Все запоминающие устройства в первом приближении можно разделить на внутреннюю (оперативную) и внешнюю память. Внешняя память в свою очередь делится на промежуточную — накопители на магнитных барабанах и дисках (НМБ, НМД) и долговременную •— на магнитной ленте (НМЛ).

ния взаимного обмена информацией между отдельными устрой­ ствами машины, а также между отдельными машинами и дис­ танционно удаленными устройствами через электрические кана­ лы связи. Число каналов связи является определяющим для расширения периферийного оборудования.

Одноцелевые каналы однозначно закрепляются за какимлибо одним периферийным устройством. Многоцелевые каналы могут одновременно обслуживать по нескольку различных уст­ ройств. Все многоцелевые каналы связи ЭВМ подразделяются на два типа: селекторные и мультиплексорные.

С помощью селекторных каналов осуществляется подклю­ чение внешних накопителей, а также вводных и выводных уст­ ройств к центральному вычислителю. Количество каналов варьирует от одного до нескольких десятков, причем к каж­ дому каналу одновременно может быть подключено от одного до нескольких десятков внешних устройств.

Мультиплексорные каналы обычно используются для под­ ключения большого количества медленно работающих внешних устройств (например, дистанционных управляющих машин, пер­ фораторов и т. п.) или большого количества абонентов, уста­ навливающих связь с ЭВМ посредством обычных электрических каналов и работающих в удаленных от нее пунктах в режиме автоматического разделения машинного времени (АРМВ). Мультиплексорные каналы работают по принципу последова­ тельного опроса всех закрепленных за ними устройств и або­ нентов, количество которых может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч *. Современные ЭВМ в зависимости от мощности оснащаются одним или несколькими мультиплексорными каналами.

5. Устройств ввода и вывода данных, которые удобно рас сматривать совместно, объединяя их общим названием — уст­ ройствами ввода-вывода (УВВ). Они предназначаются для ввода в машину исходных данных и программ их обработки и вывода из нее результатов этой обработки. УВВ играют очень важную роль в обеспечении эффективного выполнения машиной возложенных на нее функций, однако их нельзя рассматривать

с. 354 (ИТМ и ВТ АН СССР).

** Не меньшее значение для характеристики любой машины имеет мате­ матическое обеспечение, т. е. совокупность программ, по которым ойа работает, и средства программирования на ней. Получая исходную информацию из ок­ ружающей среды через устройства ввода, машина обрабатывает и объеди­ няет ее с информацией, хранящейся внутри машины (помещенной туда зара­ нее), в соответствии с определенными правилами по хранящимся также внут­ ри программам и направляет полученные при этом результаты обратно в окружающую среду через свои выводные устройства.

36

ны, а также между машиной и отдельными ее абонентами. УВВ вместе с системой программ обмена данными образует систему ввода-вывода вычислительной машины. Именно эта система обеспечивает эффективность взаимодействия человека и маши­ ны, т. е. воспринимает данные в том виде, как их представляет человек, и выдает результаты в виде, удобном для восприятия человеком.

Все УВВ данных условно можно разделить на медленно- и быстроработающие.

К медленноработающим относятся:

—устройства считывания с перфокарт,

—устройства считывания с перфолент,

—управляющие вводно-выводные пишущие машины, прото­ кольные машины и телетайпы,

—перфораторы карт,

—• перфораторы лент,

—электронные лучевые трубки (индикаторы) со световым пером для представления данных в графическом виде (без пи­ шущей машины и спаренные с пишущей машиной),

—различные проекционные экраны и индикаторные панели,

—графопостроители.

К быстроработающим УВВ относятся:

—устройства считывания с магнитных карт,

—устройства считывания документов с магнитной полосы,

—устройства считывания магнитных стилизованных шриф­

тов,

•— устройства оптического считывания для стилизованных и обычных машинописных шрифтов,

—устройства фиксирования данных на микрофильмы,

—строчные печатающие устройства (АЦПУ),

Упоминание о МЛ и МД в разделе запоминающих устройств и устройств ввода-вывода говорит о их двойной роли в ЭВМ. Во-первых, они могут применяться как ЗУ большой емкости, к которым можно обращаться во время работы ЭВМ практически неограниченное число раз. Во-вторых, сами МЛ и МД могут использоваться для накопления и последующего вывода резуль­ татов на строчном печатающем устройстве, работающем авто­ номно, т. е. независимо от ЭВМ, или для накопления и хране­ ния вне машин данных, которые могут потребоваться значи­ тельно позже. В последнем случае МЛ и МД можно рассмат­ ривать как непосредственные машинные носители данных (наравне с перфокартами и перфолентами), которые хранятся в специальном хранилище, называемом библиотекой МЛ и МД,

37

и могут при необходимости быть установлены на машине и тем самым обеспечить ввод в нее нужных данных. При этом дан­ ные, сформированные на МЛ и МД одной ЭВМ, могут переда­ ваться на другие ЭВМ путем обычной пересылки с курьером.

В различных вычислительных системах можно применять совершенно различные наборы УВВ, причем центральные вы­ числители этих систем могут быть машинами одного и того же типа. Использование конкретного комплекса оборудования вво­ да-вывода зависит от назначения системы и в значительной степени определяет ее стоимость.

Комплекс УВВ типовой вычислительной машины, ориенти­ рованной на выполнение экономических расчетов, довольно сильно отличается от комплекса, предназначенного для выпол­ нения научных расчетов *.

Все УВВ, связанные с ЭВМ, обычно создаются для работы с максимально возможной скоростью. Например, считывающие устройства с перфокарт могут считывать до 1200 карт в минуту, устройства считывания с перфолент — до 2000 знаков в секунду. Выходные данные в виде текста появляются значительно быст­ рее, чем их может прочитать человек: со скоростью до 1500 строк в минуту при длине строки в 132 знака. Даже одно из самых медленно работающих устройств ЭВМ — телетайп печа­ тает точнее и быстрее, чем квалифицированная машинистка. Телетайп необходим для выдачи в отпечатанном виде корот­ ких сообщений; например, для подачи команды оператору уста­ новить определенную кассету МЛ. Кроме того, оператор может использовать телетайп для дачи команды о начале вычислений, например после того, как будет установлена нужная кассета, и т. д.

Некоторые вычислительные машины в зависимости от ха­ рактера решаемых задач снабжаются не одним, а несколькими АЦПУ, другие вообще могут работать без печатающих уст­ ройств, записывая результаты на магнитную ленту. Печать этих результатов может в дальнейшем автономно производиться вспомогательными устройствами.

Поскольку другой тип УВВ — терминальные устройства (т. е. дистанционно удаленные от центрального вычислителя) часто

* Для научных расчетов характерно малое количество исходных данных, над которыми для решения определенной задачи производится большое коли­ чество вычислений. Результаты этих вычислений выводятся в виде сравни­ тельно небольшого количества чисел. Поэтому для научных расчетов опреде­ ляющим параметром машины будет ее быстродействие. Экономические расче­ ты обычно носят прямо противоположный характер. При решении сложных экономических задач приходится иметь дело с очень большими объемами исходных данных, а количество выходных данных также велико. Но главное отличие экономических расчетов состоит в том, что эти данные должны быть представлены в виде готовых документов, а не бесконечных рядов цифр, обра­ ботка которых потребует длительного времени, что по существу уничтожит весь эффект быстродействия машины. Поэтому для экономических расчетов очень велика роль всевозможных внешних устройств машины.

38

имеют скорость работы значительно ниже пропускной способ­ ности каналов связи, для улучшения условий работы они иног­ да снабжаются специальными буферными запоминающимися устройствами (БЗУ), в которых производится предварительное накопление данных. И хотя наличие БЗУ приводит к удорожа­ нию терминальных устройств, оно позволяет резко увеличить число одновременно обслуживаемых абонентов, главным обра­ зом за счет более рационального использования каналов связи и сокращения потерь в них.

Еще совсем недавно системы ввода-вывода разрабатывались с целью экономии машинного времени таким образом, чтобы скорость их работы была наибольшей, часто в ущерб удобств работы на них, потому что определяющей была высокая стои­ мость машинного времени, затрачиваемого на ввод и вывод данных (главной функцией считались вычисления). В настоя­ щее время этот недостаток почти полностью устранен, и работа оборудования ввода-вывода практически уже не влияет на эффективность работы центрального вычислителя. Сейчас про­ должаются поиски путей повышения эффективного использова­ ния всей машины и отдельных ее частей, но при этом гораздо больше внимания уделяется вопросу обеспечения максимально­ го удобства работы человека, так как именно этот фактор становится все более сдерживающим для получения общего эффективного решения.

Совершенствование организации и повышение быстродейст­ вия систем УВВ, безусловно, приводят к снижению стоимости обработки. Например, применение специальных систем преры­ вания позволяет одновременно с вычислениями производить несколько операций ввода-вывода, благодаря чему значительно сокращаются потери времени центрального вычислителя на ожидание. Когда УВВ готово к обмену данными с центральным вычислителем, оно посылает в систему прерывания соответст­ вующий сигнал, по которому машина прерывает работу над текущей программой и выполняет полностью независимую программу ввода-вывода, записанную в каком-либо другом уча­ стке памяти. По программе ввода-вывода производится обмен данными, а затем машина возвращается к выполнению своей прежней программы. Это позволяет реагировать на запросы системы ввода-вывода с такой быстротой, какая для этого не­ обходима. Но самое важное преимущество, которое дает систе­ ма прерывания, заключается в эффективном выполнении обмена данными с УВВ, не требующего никакого сложного рас­ пределения вычислений и операций ввода и вывода. В этом слу­ чае любая программа может записываться без учета работы УВВ, которая может происходить одновременно с самими вы­ числениями. Достигается это за счет наличия в центральном процессоре удвоенного по мощности арифметического устройст­ ва (АУ) и операционных регистров. При поступлении, напри-

39