книги из ГПНТБ / Основы технической эксплуатации ЭЦВМ

Этот блок предназначен для выработки строго опреде­ ленной последовательности управляющих импульсов, обеспечивающих необходимую последовательность сра­ батывания устройств и блоков ЭЦВМ во время выпол­ нения той или иной операции. Источником импульсов в блоке формирования такта является задающий гене­ ратор. Вырабатываемая задающим генератором непре­ рывная последовательность импульсов заданной часто­ ты преобразуется с помощью, синхронизатора в последо­ вательность управляющих сигналов. Синхронизатор может быть выполнен на базе линии задержки с отво­ дами, на базе пересчетных схем, в виде секционного сдвигающего регистра и специальных запоминающих матриц. Период следования импульсов в этом блоке должен выбираться по длительности такой операции, которая требует для своего выполнения наибольшего времени.

К достоинствам синхронного управления следует от­ нести возможность построения единого центрального УУ для всей машины без введения дополнительных блоков

ется, во-первых, увеличение количества сигнальных шин, идущих от устройства управления к другим устройствам и блокам машины, и, во-вторых, неэффективное исполь­ зование времени, отводимого на решение задачи, так как для выполнения большинства операций требуется значительно меньше времени, чем для выполнения той, по длительности которой устанавливается длительность цикла.

В асинхронных машинах цикл плавающий, т. е. оче­ редная команда, выполняется сразу же после выполне­ ния предыдущей. Основным достоинством асинхронного способа управления является отсутствие потерь времени при выполнении операций. В асинхронных машинах центральное УУ отсутствует. Вместо него в каждое уст­ ройство ЭЦВМ встраивается свое местное устройство управления. К 'недостаткам такого способа управления следует отнести увеличение количества аппаратуры по сравнению с машинами, в которых применяется син­ хронный способ управления.

В современных ЭЦВМ наибольшее распространение получило смешанное управление, при котором цент­ ральное управление сочетается с местным. В этом слу­

20

чае УУ вырабатывает основные управляющие сигналы, являющиеся задающими для блоков местного управле­ ния. Блоки местного управления в соответствии с полу­ ченными управляющими сигналами организуют управ­ ление своими устройствами.

Рассмотрим в общих чертах структуру универсаль­ ных УУ. Структурная схема такого устройства показана на рис. 1-4.

Рис. 1-4. Структурная схема устройства управления.

Кроме показанных на рис. 1-4 блоков устройство управления может иметь в своем составе блоки управ­ ления приемом входной информации, управления вы­ дачей результатов решения и др.

Блок хранения команд служит для приема, хранения и выдачи кода команды. Основной частью блока хране­ ния команд является регистр команды, который содер­ жит в своем составе регистр кода операции, регистр слу­ жебных признаков (например, признаков видоизменения адресной части команды, т. е. модификации команды) и регистры адресов (количество регистров адресов зави-

21

сит от адресности машины). Команда обычно поступает в блок хранения из ОЗУ, но может приходить и с дру­

формирования адреса очередной команды, выбираемой из ЗУ. Этот же блок меняет последовательность испол­ нения команд в ходе решения заданіи по командам ус­ ловного и безусловного переходов. В состав блока выра­ ботки адреса команды входит счетчик адресов команд, обеспечивающий фиксацию адреса очередной команды в каждом такте, и регистр признаков перехода, обеспе­ чивающий хранение признаков, которые определяют направление переходов.

Блок выбора адресов служит для обеспечения выбор­ ки чисел и команд по заданному адресу.

Блок управления выполнением операций служит для выработки управляющих сигналов, обеспечивающих вы­ полнение устройствами машины операций, код которых поступает от блока хранения.

Устройства ввода информации (УВИ) предназначе­ ны для ввода в машину исходных данных и программы решения задачи.

Ввод данных в машину можно осуществлять непо­ средственно или с помощью промежуточных носителей информации.

Непосредственный ввод информации возможен с по­ мощью клавиатуры, тумблеров, кнопок или переключа­ телей на пульте машины. Для ввода информации с пуль­ та ЭЦВМ ее надо предварительно закодировать и затем, набрав с помощью клавиатуры, ввести в ОЗУ. Скорость клавиатурного ввода информации с пульта невелика, поэтому такой режим ввода применяется обычно при наладке машины и отладке программ.

При проведении вычислительных работ исходные числовые данные и программа решения задачи наносят­ ся предварительно на промежуточный носитель (перфо­

затем с помощью устройства ввода считываются в ма­ шину.

Конструктивное и схемное решение УВИ зависит от способа считывания и вида промежуточного носителя.

22

Обычно в УВИ входят блоки считывания (ІэО), транс­ портировки носителя (БТН) и местного управления

(БМУ).

Принцип работы БС зависит от способа считывания информации. При считывании информации с перфокарт и перфолент используют электромеханический, фото­ электрический или диэлектрический способы, а при счи­ тывании с магнитной ленты и магнитной карты поль­ зуются электромагнитным •способом.

В основу электромеханического способа считывания информации положен принцип прощупывания перфокар­ ты или перфоленты с помощью щеток, контактных щу­ пов и т. д. При обнаруживании в носителе кодового от­ верстия под действием щетки или контактного щупа замыкается электрическая цепь и вырабатывается кодо­ вый импульс. Конструкция устройства ввода при приме­ нении такого способа считывания информации получает­ ся достаточно простой, однако скорость ввода невелика (с перфоленты около 60—80 строк/сек), а с перфокарт— ЮО—700 карт/мин).

Фотоэлектрический способ реализован в блоке счи­ тывания следующим образом. Световой поток от лампы подсвета, сфокусированный оптической системой, пода­ ется на перфоленту или перфокарту. При наличии кодо­ вых отверстий в носителе луч света попадает на фото­ элемент, в цепи которого появляется электрический сигнал. К достоинствам фотоэлектрического ввода сле­ дует отнести достаточно высокое быстродействие и на­

стия, то диэлектрическая проницаемость между обклад­ ками конденсатора не будет оставаться постоянной. При попадании между обкладками конденсатора кодового отверстия емкость конденсатора изменится. Изменение емкости с помощью специальной схемы будет преобра­ зовано в электрический сигнал. Такой способ пока широкого распространения не получил, так как устойчи­ вость работы диэлектрического ввода сильно зависит от

23

качества іі толщины Носителя, влажности окружающей среды и ряда других факторов.

При электромагнитном способе считывание информа­ ции осуществляется .в результате взаимодействия маг­ нитного носителя и магнитной головки при их относи­ тельном перемещении. При этом намагниченный уча­ сток, проходя мимо головки, наводит в ней э. д.'с., соот­ ветствующую записанной информации.

Кроме сооственно схемы считывания БС может иметь в своем составе усилители, преобразователи, схе­

му анализа служебных комбинаций и ряд других эле­ ментов.

Блок транспортировки представляет собой электро­ механическое устройство, предназначенное для переме­

нии сигнала Ввод БМУ выдает в блоки транспортиров­ ки и считывания сигнал Пуск. По сигналам, получа­ емым от блока считывания, в блоке '.местного управле­ ния формируются сигналы, разрешающие передачу информации от блока считывания в ОЗУ ЭЦВМ.

Устройства вывоОа результатов (УВР) предназначе­ ны для регистрации результатов решенной на машине задачи. Устройства вывода результатов можно разделить на две группы. К первой следует отнести УВР, обеспечи­

в виде буквенно-цифрового текста или в виде графиков, удобных для визуального восприятия.

Ко второй группе относятся устройства, в которых регистрация производится па промежуточный носитель (перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, магнитные диски и т. д.). Представление информации па промежу­ точном носителе удобно при дальнейшей передаче ее по линиям связи и при последующем вводе в ЭЦВ.М. Для визуального восприятия результатов, выведенных на

24

устройств второй группы — устройства вывода результа­ тов на перфоленты, перфокарты и магнитные ленты.

В современных ЭЦВМ скорость вывода результатов составляет:

при выводе на печать — 300—500 строк/мин при 128 знаках в строке;

при выводе на перфокарты — до 600 карт/мин; при выводе на перфоленту — до нескольких тысяч зна­

ков в минуту; при выводе на магнитную ленту — 20—22-ІО3 зна­

ков/сек.

В современных ЭЦВМ используется большое разнооб­ разие печатающих устройств, отличающихся друг от дру­ га по методу нанесения знаков на поверхность носителя, по конструктивному исполнению печатающих знаков, по способам формирования печатных строк и контуров зна­ ков. Технические и эксплуатационные характеристики, а также конструкция печатающих устройств находятся в прямой зависимости от методов знаковой регистрации, поэтому коротко остановимся па некоторых из них.

По методу нанесения знаков на поверхность носителя печатающие устройства делятся па устройства с механи­ ческим и немеханическим способами регистрации. При механическом способе регистрации знак на поверхность носителя переносится путем оттиска. Среди печатающих устройств с механическим способом регистрации наи­ большее распространение получили устройства рычаж­ ного и матричного типов, а также устройства с непре­ рывно вращающимися печатающими колесами.

Основу печатающих устройств рычажного типа со­ ставляют электроуправляемые пишущие машинки и не­ которые типы телетайпов.

Принцип действия печатающего устройства с непре­ рывно вращающимися печатающими колесами заклю­ чается в следующем. Печатающие колеса, на поверхность каждого из которых нанесены рельефные изображения знаков, установлены на единую ось. Количество колес определяется количеством разрядов в строке. Барабан, собранный из печатающих колес, непрерывно вращается. Печать осуществляется специальными молоточками, при­ жимающими на некоторое время бумагу к предваритель­ но окрашенной поверхности рельефного изображения знака. Количество молоточков равно количеству печа­ тающих колес. Прижатие молоточков происходит под

25

действием импульсов тока, поступающих в обмотки элек­ тромагнитов. Таким образом за один оборот барабана на бумаге регистрируется одна строка, после чего происхо­ дит перемещение бумаги для регистрации следующей строки. Печатающие устройства с непрерывно вращаю­ щимися печатающими колесами получили в настоящее время широкое распространение. Серийно-выпускаемое печатающее устройство типа АЦПУ-128м позволяет на одной строке зарегистрировать 128-разрядное слово. Ско­ рость регистрации 380—440 строк!мин.

Впечатающих устройствах матричного типа регист­ рация данных осуществляется с помощью печатающей матрицы, содержащей определенное количество печа­ тающих игл и стержней. Под действием импульсов тока, поступающих в обмотки электромагнитов, выдвигаются определенные иглы или стержни матрицы, которые, при­ жимаясь через красящую ленту к бумаге, образуют па ней контуры знаков, состоящие .из отдельных точек.

Внемеханических печатающих устройствах для ре­ гистрации знаков используются электрохимические, элек­ трографические, электротермические, фотографические, феррографические и другие методы. Во всех немеханиче­ ских печатающих устройствах нанесение знаков осу­ ществляется в результате химического или электрофизи­ ческого воздействия на специальные материалы, исполь­ зуемые в качестве носителей [Л. 38]. Дать в рамках этой книги описание принципов построения немеханических печатающих устройств не представляется возможным. Следует только отметить, что быстродействие немехани­ ческих печатающих устройств значительно превосходи г быстродействие механических. Однако в силу сложности немеханические печатающие устройства пока широкого распространения не получили. -

Независимо от методов знаковой регистрации любое печатающее устройство должно иметь в своем составе следующие блоки: дешифрации и адресации, регистра­ ции, транспортировки носителя, местного управления.

Кроме того, в зависимсти от типа печатающего устройства оно может иметь в своем составе блок подачи краски и красящей ленты и другие вспомогательные бло­ ки и элементы.

Блок дешифрации и адресации предназначен для де­ кодирования информации, поступающей из ЭЦВМ, и по­ иска нужного изображении знака в блоке регистрации.

26

Блок регистрации предназначен для переноса изобра­ жения знака на носитель.

Блок транспортировки обеспечивает перемещение но­ сителя относительно блока регистрации.

В устройствах вывода результатов на перфоленты и перфокарты главной составной частью является блок перфорации, с помощью которого информация регистри­ руется в виде отверстий на бумажных лентах, кинолен­ тах и стандартных перфокартах.

Блок перфорации состоит из пробивного и ударного механизмов, узла набора кодов и ряда вспомогатель­ ных элементов. Пробивной механизм состоит из матри­ цы и пуансонов, количество которых соответствует ко­ личеству перфорируемых отверстий в строке ленты или карты.

Ударный механизм предназначен для воздействия на пуансоны в момент пробивки отверстий и возврата пуан­ сонов в исходное состояние. Управление ударным меха­ низмом осуществляется с помощью узла набора кодов, состоящего йЗ электромагнитов, количество которых со­ ответствует количеству пуансонов.

Кроме блока перфорации любое УВР на перфолентах и перфокартах содержит в своем составе блок транспор­ тировки носителя и блок местного управления.

В некоторых устройствах вывода результатов на -пер­ фокарты имеется блок считывания, позволяющий контро­ лировать отперфорированную карту.

Из рассмотрения принципов построения устройств ввода информации и вывода результатов следует, что в них в отличие от остальных устройств ЭЦВМ значи­ тельную роль играют механические элементы высокой точности. В связи с этим профилактическое обслужива­ ние таких устройств имеет свои специфические особен­ ности по сравнению с вычислительной частью машины.

Устройство связи с абонентами (УСА) применяется в ЭЦВМ при включении ее в контур управления какимилибо объектами или технологическими процессами, а так­ же при построении комбинированной аналого-цифровой вычислительной аппаратуры. Устройство связи с абонен­ тами предназначено для преобразования информации, передаваемой по каналам связи в машину от внешних абонентов и от машины к внешним абонентам, а также для определения приоритетности, поступающей в машину информации.

27

Одним из основных блоков устройства связи с або­ нентами является блок преобразования, с помощью кото­ рого обеспечивается двусторонний обмен между ЭЦВМ и аппаратурой аналогового типа (различного рода дат­ чиками и исполнительными механизмами внешних або­ нентов). Блок строится на базе аналого-цифровых и циф­ роаналоговых преобразователей. Среди аналого-цифро­ вых преобразователей наиболее широкое распространение получили такие, в которых аналоговыми величинами, пре­ образуемыми в цифровой код, являются электрические напряжения и механические перемещения. В цифроана­ логовых преобразователях чаще всего цифровой код пре­ образуется в непрерывную электрическую величину. В основу построения аналого-цифровых и цифроаналого­

В состав УСА может входить блок прерывания про­ граммы, предназначенный для определения приоритета принятой информации и организации прерывания теку- . щей программы. Блок состоит из регистра хранения ин­ формации о возможных прерываниях текущей програм­ мы, регистра хранения кода, определяющего приоритет принятой информации перед информацией текущей про­ граммы, и узла формирования адреса команды преры­ вания программы.

Пульт управления (ПУ) предназначен для задания машине различных режимов работы и контроля за ее состоянием. Кроме того, с помощью пульта управления можно вести отладку программ, оперативно воздейство­ вать на ход вычислительного процесса, вести профилак­ тическую проверку машины и осуществлять поиск неис­ правностей.

Пульт любой машины должен иметь в своем составе панель управления и панель индикации. На панели уп­ равления располагается набор клавишей, тумблеров, кно­ пок и переключателей, с помощью которых производится

троль за работой машины и функционированием про­ грамм.

Устройства подготовки информации предназначенія для преобразования исходных данных в вид, удобный для ввода в ЭЦВМ, и нанесения их на промежуточный носи­ тель. Эти устройства электрически с машиной не связан

28

Мы и непосредственно в Процессе решения задачи не участвуют.

Для нанесения информации на перфокарты и перфо­ ленты в качестве устройств подготовки информации ис­ пользуют клавишные устройства, входные перфораторы и контрольно-считывающие устройства.

Клавишные устройства предназначены для автомати­ ческого преобразования исходных данных, набираемых оператором на клавиатуре, из одной системы счисления в другую и для выработки электрических сигналов на входной перфоратор. Основными элементами клавишного устройства являются клавиатура и шифратор.

Входной перфоратор предназначен для записи инфор­ мации иа носитель путем пробивки в нем системы от­ верстий, соответствующих кодам чисел и команд. Основ­ ной частью входного перфоратора является перфорирую­ щий механизм, который аналогичен блоку перфорации в устройствах вывода результатов на перфоленту и пер­ фокарту.

Контрольно-считывающие устройства предназначены для проверки правильности нанесения информации на носитель.

Направления развития ЭЦВМ. Дальнейшее развитие науки и техники, связанное с освоением космического пространства решением сложных проблем, стоящих пе­ ред ядерной физикой и -астрономией, обработкой боль­ шого статистического материала в сфере управления народным хозяйством, настоятельно требует создания высокопроизводительных ЭЦВМ, а также дальнейшего повышения эффективности использования вычислитель­ ных средств. Высокопроизводительные ЭЦВМ должны обладать примерно следующими основными характери­ стиками: быстродействием около ІО9 операций в секунду (опер!сек) \ объемом памяти около Ю10—ІО11 двоичных единиц (дв. ед)\ скоростью ввода и вывода ІО6—ІО7 de. ед/сек (при этом должен быть предусмотрен непосредст­ венный ввод и вывод зрительных, звуковых и электро­ магнитных сигналов); системой команд, меняющейся в зависимости от класса решаемой задачи; конструктив­ но ЭЦВМ должна быть выполнена на основе микроми­ ниатюризации и приспособлена для полностью автомати­ зированной технологии ее изготовления [Л. ’21].

При создании ЭЦВМ с указанными характеристиками возникают серьезные трудности, обусловленные огранн-

29