книги из ГПНТБ / Смирнов, К. А. Сбор, передача и обработка данных АСУ

решения каждой задачи составляется заранее и вводил­ ся в ЗУ машины. Порядок выполнения команд програм­ мы может быть либо естественным, либо принудитель­

гут располагаться в произвольно выбранных ячейках. Одноадресные и двухадресные команды обычно вы­

полняются в естественном порядке, многоадресные — в принудительном. Порядок выполнения команд в од­ ноадресной ЭВМ обычно осуществляется следующим образом (рис. 2.3).

Устройство управления считывает на регистр команд из ЗУ очередную команду. Обработка кода производит­ ся в дешифраторе кода 'Операции. Последний связан оо схемой выработки управляющих сигналов. Определен­ ная последовательность управляющих сигналов с ча­ стотой, определяемой синхронизирующими сигналами, передается в АУ. Сюда же заносится в соответствии с адресом команды считываемый из ЗУ операнд, где над ним выполняется какое-либо арифметическое или логи­ ческое действие. На этом выполнение команды закан­ чивается, после чего УУ приступает к считыванию сле­ дующей команды.

В результате обработки кода операции в устройстве управления вырабатывается строго определенная пос­ ледовательность управляющих сигналов (тактов), каж­ дый из которых управляет выполнением одной или не-

40

скольких элементарных «омаад—'мик|роко1ма1ни. К ии-м относятся такие микрокоманды, как, •Bainip.miep, оброс ре­ гистра в нуль, сдвиг кода в регистре на один разряд к т. д. Последовательность управляющих сигналов по­ ступает в АУ для выполнения арифметических или ло­ гических действий над операндом, считанным из ЗУ по адресу, указанному в адресной части команды. На этом выполнение команды заканчивается, после чего УУ пе­ реходит к считыванию следующей команды.

Таким образом, выполнение команды производится путем последовательного выполнения микрокоманд. Следовательно, код операции может быть представлен набором микрокоманд, который можно назвать микро­ программой.

Существуют ЭВМ, где весь необходимый набор мик­ рокоманд хранится в ЗУ. Схема управления операция­ ми с помощью микрокоманд представлена на рис. 2.4.

Управляю щ ие сигналы ,

подаваем ы е в АН

Рис. 2.4. Схема управления операциями с помощью микрокоманд

Из рисунка видно, что код операции расшифровывается дешифратором адреса микрокоманд, сигналы на выхо­ де которого представляют собой адрес соответствующей микрокоманды. Считанная по адресу, указанному деши­ фратором адреса, из специального ЗУ микрокоманда ’ поступает в регистр микрокоманд, откуда управляющие сигналы, выработанные в соответствии с кодом микро­ команды, передаются в арифметическое устройство.

В простейшем случае код команды может указывать адрес первой по счету микрокоманды, в состав которой

41

входит адрес второй микрокоманды и т. д. В последней по счету микрокоманде содержится указание, на выпол­ нение следующей команды. Сама же микрокоманда представляет собой набор тактовых импульсов, кото­ рые управляют работой АУ.

Достоинствами микропрограммного способа управ­ ления являются уменьшение объема УУ и простота вве­ дения новых операций. Последнее выполняется записью

выполнения операций АУ может быть параллельного или последовательного действия. В АУ параллельного действия все разряды операнда обрабатываются одно­ временно. Это ускоряет процесс обработки, но требует увеличения объема оборудования АУ. При последова­ тельной обработке разрядов числа выполнение задан­ ной операции протекает медленнее, чем в первом слу­ чае, но такие АУ имеют меньший объем оборудования. Благодаря высокому быстродействию наибольшее рас­ пространение получили АУ параллельного действия.

Структурная схема АУ и его связь с остальными уст­ ройствами ЭВМ показана на рис. 2.5.

Обычно АУ имеет три регистра, необходимых для хранения ограниченного количества чисел в период вы­ полнения над ними тех или иных операций. Регистры 1 и 2, служат для хранения исходных чисел (например, множителей), в регистре 3 формируется результат опе­ рации (например, произведение). Связь АУ с запоми-

42

кающим устройством осуществляется через кодовые ши­ ны. По ним в АУ вводятся исходные данные для вы­ числений, по этим же шинам результаты вычислений записываются в ЗУ.

Арифметические и логические операции выполняют; ся в сумматорах под управлением сигналов, поступаю­ щих из УУ. В состав сумматоров, кроме схем, осущест­ вляющих сложение, входят вспомогательные элементы. С их помощью можно преобразовывать информацию для выполнения операций вычитания, умножения, деле­ ния, сдвига и т. д. Таким образом, посредством сумма­ торов, управляемых определенными последовательностя­ ми сигналов, можно выполнять любые арифметические и логические операции. В показанном на рис. 2.5 АУ операции выполняются параллельным способом.

В качестве примера в табл. 2Л приведен порядок вьы полнения микрокоманд в АУ при осуществлении опера-^

лРегистры АУ устанавливаются в нулевое состоя­

ции умножения множимого на младший разряд множи­ теля. Если последний имеет п разрядов, то микрокоман­ ды 4, 5 и 6 повторяются еще (п—1) раз.

О п е р а т и в н о е з а п о м и н а ю щ е е у с т р о й с т ­ во. Как уже говорилось выше, запоминающие устройст­ ва ЭВМ служат для хранения программ, всех исход­ ных данных, требуемых при решении задачи, а также промежуточных и конечных результатов обработки ин­ формации. Время, необходимое, например, для записи данных из ЗУ в арифметическое устройство, бывает са­ мое различное. Данные, которые могут потребоваться через короткий промежуток времени, следует хранить в

43

быстродействующем ЗУ. С ув&л.ич«н1ием быстродействий ЗУ стоимость хранения в нем одного бита информации повышается. Поэтому исходные данные, которые могут потребоваться через относительно большой промежуток времени, целесообразнее хранить в ЗУ с меньшим быст­ родействием и, следовательно, более дешевых.' (Под бы­ стродействием ЗУ понимается время, необходимое для записи или считывания чисел с определенными адреса­ ми). По этой причине ЭВМ обычно имеют два вида па­ мяти — быстродействующее, или оперативное ЗУ (ОЗУ) небольшой емкости и относительно медленнодействую­ щее внешнее ЗУ (ВЗУ) большой емкости.

При решении какой-либо задачи данные берутся ('считываются) из оперативного ЗУ. Время от .времени, при необходимости введения в операцию новой группы данных, последние записываются в оперативное ЗУ из внешнего ЗУ, после чего процесс решения задачи про­ должается. Процессы обмена информацией с внешни­ ми ЗУ обладают некоторыми особенностями. Так, на­ пример, в случае необходимости занесения информации в разные участки памяти процесс записи протекает мед­ ленно. В то же время данные .в следующие друг за дру­

гом участки ламяти записываются с большой скоростью. Другая особенность внешних ЗУ заключается в том, что информация считывается (записывается) сюда бло­ ками, состоящими из определенного количества знаков (ячеек). Такие блоки обычно называют «зонами». Из внешнего ЗУ можно считать одну, две, три и т. д. зоны, но считать одну, две, три ячейки невозможно. Если во внешнее ЗУ записать, например, информацию, храня­ щуюся в одной ячейке, все равно для этой цели прихо­

дится занимать одну зону.

При необходимости записи во внешнее ЗУ значитель­ ного объема информации целесообразно располагать ее в зонах с последовательными адресами (например, от адреса k, &+1, /г+2, до адреса k-\-m). В оперативном ЗУ запись (считывание) информации по любому адре­ су при любой последовательности адресов производится с одним и тем же быстродействием.

Наряду с устройством памяти в состав ЗУ'входят и элементы управления ею. Сама память разбита на про­ нумерованные ячейки, в каждой из которых может хра­ ниться команда или операнд. Номер ячейки называется ее адресом. Для того чтобы записать какое-либо число в память, из устройства управления по адресным ши-

44

нам в регистр адреса подается код номера требуемой ячейки, где он расшифровывается и хранится до тех пор, пока запись не будет закончена. По сигналам, получен­ ным из регистра адреса, устройство адресной коммута­ ции на период записи подключает к регистру числа толь­ ко ту ячейку, номер которой записан в регистре адре­ са. К этому времени в регистр числа записывается команда или операнд, переписываемый затем в ячейку памяти. На этом процесс записи заканчивается.

При считывании информации из ЗУ после дешифра­ ции адреса ячейки ее содержимое заносится в регистр числа, откуда по кодовым шинам поступает в АУ или во внешнее ЗУ. Из сказанного видно, что связь опера­ тивного ЗУ с другими устройствами ЭВМ осуществля­ ется через кодовые шины.

Быстродействующие ЗУ можно построить на базе различных элементов — конденсаторах, полупроводни­ ках, магнитных сердечниках н т. д. В настоящее время наибольшее распространение получили так называемые матричные ЗУ на магнитных сердечниках (рис. 2.6).

Запоминающими элементами' в таких ЗУ являются магнитные сердечники. Один сердечник позволяет хра­ нить один бит информации. Каждый сердечник прони­ зывают три провода (шины), которые служат и провод­ никами тока, и механической опорой сердечников. Груп­ па сердечников, ирштаэнных одной шиной считывания, называется матрицей. Одна, показанная на рисунке ма­ трица позволяет организовать оперативное ЗУ с четырь­ мя ячейками при числе разрядов в ячейке, равном еди­ нице.

Предположим, что требуется записать бит с состоя­ нием к<1» и ячейку 2, код адреса .которой поступает в устройство коммутации (коммутатор матрицы 1). Функ­ ции коммутатора заключаются в подключении закреп­ ленного за матрицей регистра числа к шинам, номер ко­ торых задается адресом. В данном случае, как это по­ казано пунктиром, запись будет производиться в ячей­ ку 2. Подготовленный к записи в ЗУ бит к этому вре­ мени должен быть записан в регистр числа.

Запись состояния «Й», в магнитный сердечник заклю­ чается в пропускании через шины X и У тока, поляр­ ность которого соответствует полярности «1». Магнит­ ные потоки, порождаемые этими токами (их обычно на­ зывают «полутонами»), при совпадении образуют сум- 'марпый магнитный п-отак (на рисунке ноток' показан

45

иодоЪыр шины

Рис. 2.6. Запись и считывание информации на мат­ рицу ЗУ

стрелкой), который намагничивает сердечник. После от­ ключения шип А' и Y от источника питания остаточный магнитный поток сохраняет свое направление.

Запись состояния «О» производится аналогично, но направление тока, а следовательно, и остаточного маг­ нитного потока при этом должно быть противополож­ ным. Таким образом, носителем знака записанной в сер­ дечнике и»фс1р'мац,ин .является .направление остаточного магнитного потока.

Как видно из рисунка, шина X пронизывает также сердечник ячейки 1, а шина Y — сердечник ячейки 4. Однако изменения состояния потоков остаточного на­ магничивания здесь .не произойдет, так как через шины проходит не суммарный ток, а всего лишь полутон. Из-

46

за этого данный метод записи информации получил наз­ вание метода «совпадения полутонов».

Для считывания состояния сердечника через него из коммутатора матрицы по шинам X и Y одновременно по­ сылаются импульсы, соответствующие состоянию «О». Если в сердечнике был записан «О», ® шине считывания, постоянно соединенной с 1-м разрядом, ток, вызванный перемагничнвапием сердечника, индуктироваться не бу­ дет. При перемагннчивании сердечника, что может про­

записываемый в разряд регистра как ищформ1ациоН|НЫ'й

бит «1».

Из сказанного видно, что процесс считывания ведет к разрушению записанной информации, поскольку вся­ кий раз после считывания сердечник устанавливается в состояние «О». Существуют различные способы восста­ новления записи, позволяющие какое угодно количество раз считывать одну и ту же информацию. Самый про-, стой из них заключается в том, что запоминаемое в про­ цессе считывания состояние сердечника, хранимое в ре­ гистре числа, передается вначале по кодовым шинам, а затем автоматически вновь записывается в тот же са­ мый сердечник. Таким образом, процесс считывания распадается на два этапа — собственно считывание и регенерацию состояния ячейки.

Как уже говорилось выше, и команды, и исходные данные — операнды — хранятся в ячейках ЗУ. В на­ стоящее время общепринято, что' обмен информацией между различными устройствами ЭВМ должен произ­ водиться восьмиразрядными числами — байтами или числами, число разрядов в которых кратно восьми. По­ этому минимальное число разрядов в ячейке, а следо­ вательно, и количество матриц в ЗУ равно восьми. Та­ кая конструкция из матриц, несущих на себе только маг­ нитные сердечники, называется кубом. На рис. 2.7 по­ казано размещение сердечников в кубе, на которых за­ писана информация одного восьмиразрядного числа.- Все сердечники имеют один и тот же адрес.

» Поскольку в одном байте размещается небольшое число разрядов, обработка информации в ЭВМ может осуществляться группами байт — «машинными слова­ ми», состоящими из 2, 3, 4, а иногда и большего коли­ чества байт. Число матриц в кубе в этом случае долж­ но быть равно 16, 24, 32.

47

Запись информации в постоянные ЗУ производится при их сборке. В дальнейшем, при работе ЭВМ, такое ЗУ допускает только считывание хранимой информаций. Поскольку в процессе считывания информация не раз­ рушается, необходимость ее регенерации отпадает. Это упрощает и удешевляет конструкцию, увеличивает ее быстродействие и надежность.

Наибольшее распространение в современных ЭВМ получили постоянные ЗУ трансформаторного типа. Принцип работы такого ЗУ показан на рис. 2.8а. При

обмотку слова сердечника 2 поступает импульс тока. Часть разрядных обмоток проходит сквозь сердечник, другая часть обмоток минует сердечники. В тех разряд­ ных обмотках, которые пронизывают сердечник, в ре­ зультате возникновения в нем магнитного потока индук­ тируется ток, записываемый в регистр числа как состоя­ ние «1». Поскольку показанный на рис. 2.8а сердечник 2 пронизывают разрядные обмотки 1, 3 к 4, в одноимен­ ные разряды регистра числа будут записаны состояния «1». Обмотка 2 не проходит через сердечник, вследст­ вие чего 2-й разряд регистра числа остается в состоя­ нии «О». После пропадания тока в обмотке слова маг­ нитной поток в сердечнике исчезает.

4?