книги из ГПНТБ / Основы технической эксплуатации ЭЦВМ

Система обмена (СО) предназначена для организации обмена информацией между вычислительной частью ЭЦВМ и внешними объектами. Функционально-закон­ ченная СО состоит из аппаратных средств и программного обеспечения. Аппаратные средства представляют со­ бой функционально-связанные схемы устройств управле­ ния (УУ), схемы связи с абонентами (УСО), схемы вво­ да данных (УВД) и вывода результатов (УВР). Иногда в высокопроизводительных ЭЦВМ в качестве СО приме­ няется вспомогательная вычислительная машина.

В состав такой машины входят схемы:

обработки, модификации и запоминания команд об­ мена;

отработки запросов на обмен; разделения работы внешних объектов во времени; синхронизации обращения к ОЗУ;

проведения дополнительных вычислений и др.

К программному обеспечению относятся набор об­ служивающих подпрограмм и общая управляющая про­ грамма обмена, называемая «супервизором». Каждая обслуживающая подпрограмма предназначена для обес­ печения одного из видов обмена информацией. Такие подпрограммы обеспечивают пересылки информации между различными уровнями оперативной памяти; ОЗУ и устройствами внешнего поля; устройствами памяти, входящими во внешнее поле.

В качестве примера могут служить подпрограммы, обеспечивающие обмен информацией между ОЗУ и ДЗУ, между ОЗУ или ДЗУ и магнитными барабанами, диска­ ми и лентами. Подпрограммы обмена обеспечивают вы­ дачу информации на перфораторы, печатающие устрой­ ства, пишущие машинки и т. п., а также ввод информа­ ции с перфокарт и перфолент. Обработку всех запросов на обмен, установку запросов на обмен в очередь, орга­ низацию обменов и контроль правильности их выполне­ ния осуществляет супервизор.

Приведенная структурная схема на рис. 1-8 позволя­ ет уяснить принципы обмена информацией вычислитель­ ной части ЭЦВМ с устройствами внешнего поля. Для примера выбрано три мультиплексных и два селекторных канала. В качестве медленнодействующих устройств представлены: быстрая печать (БП), графопостроитель (ГП), алфавитно-цифровая печать (АЦПУ), вводные устройства с перфокарт (ВУ), с перфоленты (ФВУ),

40

перфораторы (ПЛ — ленточный, IIP — на перфокарты). В качестве быстродействующих устройств представлены: магнитные барабаны (МБ), магнитные ленты (МЛ), маг­ нитные диски (МД) и магнитные карты (МК).

При необходимости выполнения обмена информацией вычислительной части с объектом внешнего поля рабочая

Рис. 1-8. Структурная схема системы обмена информацией и внешне­ го поля ЭЦВМ.

программа обращается к управляющей программе об­ мена, которая ставит запрос в очередь и при наступлении очередности вызывает соответствующую подпрограмму обмена, контролируя правильность ее ввода в ОЗУ. Команды, управляющие обменом, по своей структуре одинаковы для любых типов внешних объектов и содер­ жат следующую информацию: код команды; режим об­ мена; тип калала; номер внешнего объекта; адрес на­

41

чальной ячейки ОЗУ, с которой начинается обмен инфор­ мацией; количество пересылаемых кодов; начальный адрес обмена для внешнего объекта типа МБ, МЛ, МД и т. п.

Устройство управления вычислительной части ЭЦВМ пересылает команду, управляющую обменом, через устройство связи и преобразования (УСП) в устройство управления внешними объектами (УУВО), которое рас­ шифровывает содержимое команды, проверяет готовность объекта внешнего поля к работе и ставит в известность об этом УСП’ По первому импульсу запроса на обмен, приходящего с ВП, система прерываний (СП) прекра­ щает работу вычислительной части и ставит запрос на обмен в очередь в схеме временного разделения (СВР). При наступлении очередности по синхронизирующим им­ пульсам внешнего объекта, сформированным УУВО, осу­ ществляется обмен кодовой информацией. После выдачи полного массива кодовой информации система обмена восстанавливает свое исходное состояние и останавли­ вает возбужденный для обмена внешний объект.

Аварийные ситуации, возникающие в процессе обме­ на, фиксируются системой обмена и через систему пре­ рываний соответствующая информация выдается в уп­ равляющую программу обмена. Эта программа после анализа сложившейся ситуации формирует решение о дальнейшем обмене. Например, вместо вышедшего из строя магнитного барабана может быть подключен резервный МБ или магнитофон. При обнаружении оши­ бок в процессе передачи кодов управляющая программа может повторить режим обмена. При многократном по­ вторении ошибок в передаче кодов управляющая про­ грамма выводит канал обмена в режим функционального контроля.

Система контроля предназначена для проверки тех­ нического состояния ЭЦВМ и хода вычислительного про­ цесса. В системе контроля используются программные и аппаратные средства. В случае появления отказов в ЭЦВМ либо неверного выполнения вычислений система контроля вырабатывает сигналы прерываний.

Рассмотренные структурные изменения классической

.схемы вычислительной машины (рис. 1-1), выразившиеся в появлении функционально-законченных систем, повлек­ ли за собой определенные изменения в эксплуатации ЭЦВМ. Сочетание специфических аппараіурных и про­

42

граммных средств управления наложило свой отпечаток на ремонт ЭЦВМ, построение системы математического обеспечения, проведение профилактического обслужива­ ния и т. д.

В последующих главах книги будут рассмотрены особенности эксплуатации высокопроизводительной ЭЦВМ.

1-2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЦВМ

Для оценки ЭЦВМ используют различные техниче­ ские характеристики и показатели, основными из кото­ рых являются:

1. Адресность команд — количество адресов в коман­ де, по которым можно обращаться к различным устрой­ ствам для получения или отсылки информации. Разли­ чают одноадресные, многоадресные и машины с перемен­ ной адресностью. Наибольшее распространение получили одно- и двухадресные машины.

2. Система счисления — совокупность приемов и пра­ вил записи чисел. В зависимости от способа изображения чисел с помощью цифр системы счисления делятся на позиционные и непозиционные. В соответствии с этим и машины по типу системы счисления, принятой в них, де­ лят на позиционные и непозиционные.

Впозиционных системах счисления значения цифр зависят от их места (позиции) в числе, что требует жест­ кого закрепления в позиционных машинах всех инфор­ мационных каналов за определенными разрядами. Пози­ ционные ЭЦВМ делятся на двоичные, двоично-кодиро­ ванные и недвоичные.

3.Форма представления чисел. В зависимости от кон­ струкции ЭЦВМ различают две формы представления чисел: с фиксированной запятой и с плавающей запятой.

Вмашинах с фиксированной запятой положение за­ пятой фиксируется относительно разрядной сетки маши­ ны раз. и навсегда для всех чисел. Машина с фиксиро­ ванной запятой обычно оперирует с дробными числами (запятую, как правило, помещают перед старшим раз­

рядом мантиссы числа). Арифметические устройства в таких машинах просты по конструкции. Существенным недостатком машин с фиксированной запятой является сложность подготовки для них задач, так как для того чтобы исключить в процессе вычислений переполнение

43

разрядной сетки и вести вычисления с достаточной точ­ ностью, программист должен очень тщательно выбирать масштабные коэффициенты для исходных чисел, учиты­ вая при этом возможные промежуточные и конечные ре-> зультаты.

Вмашинах с плавающей запятой положение запятой относительно разрядной сетки не фиксируется, а число записывается в разрядную сетку в виде двух групп цифр. Одна группа соответствует порядку числа, а другая — мантиссе. Порядок указывает положение запятой в раз­ рядной сетке.

Вмашине с плавающей запятой легко получить очень

широкий диапазон чисел без применения масштабных коэффициентов. Это значительно облегчает работу про­ граммистов при подготовке задачи для решения ее на машине.

Однако структура машины с плавающей запятой по­ лучается значительно сложнее и .объем оборудования больше, чем в машинах с фиксированной запятой, так как при выполнении операции над числами с плавающей за­ пятой необходимо иметь отдельные схемы для выполне­ ния операций как над мантиссами, так и'йад порядками чисел. При этом скорость выполнения операций сложения и вычитания в режиме с плавающей запятой ниже, чем в режиме с фиксированной запятой, что объясняется не­ обходимостью проведения нормализации чисел.

4.Разрядность машины — максимальное количество цифр, которое может храниться в одной ячейке ЗУ и вос­ приниматься во всех цепях машины в виде единой кодо­ вой групры.' Разрядность машины выбирается из расчета обеспечения необходимой точности результатов вычисле­ ний.

Вбольшинстве ЭЦВМ, выполняющих научные я ин­ женерные работы, для записи чисел и команд исполь­ зуется 36—45 двоичных разрядов, а в ЭЦВМ, управля­ ющих процессами и объектами, — 20—36 двоичных раз­ рядов. Существуют ЭЦВМ с переменным число.« раз­ рядов.

5.Быстродействие ЭЦВМ (номинальное)— опреде­ ляется средним числом операций в единицу времени. Но­ минальное быстродействие зависит от скорости выполне­ ния и частоты появления каждой операции.

При подсчете номинального быстродействия учиты­

вается только работа машины с ОЗУ и не принимается

во внимание время, затрачиваемое на обмен инфоомацией между ОЗУ и ВЗУ; ввод и вывод информации; кон­ троль достоверности вычислений; обнаружение и устра­ нение возникающих в процессе решения задач неисправ­ ностей; программирование задач.

Поэтому при сравнении двух ЭЦВМ возможен такой случай, когда машине, имеющей большее номинальное быстродействие, но меньшую емкость ОЗУ, меньшую ско­ рость ввода и вывода, потребуется большее время для решения одной и той же задачи.

Более полно охарактеризовать возможности машины с точки зрения скорости решения ею той или иной зада­ чи молено с помощью другого параметра, именуемого производительностью машины. Под производительностью машины понимают отношение числа операций, преду­ смотренных алгоритмом решения задачи, к времени, за­ трачиваемому на программирование и на решение зада­ чи непосредственно на машине. Следует заметить, что сравнение количественных характеристик производитель­ ности разных ЭЦВМ затруднено из-за субъективности ряда определяющих факторов.

6.Система команд машины — совокупность операций, выполнение которых в машине предусмотрено конструк­ цией. Лучшей считается такая система команд, которая позволяет получить более короткие программы, меньший расход машинного времени для их выполнения и мень­ ший объем ЗУ для хранения промежуточных результатов.

7.Характеристики ЗУ машины. К характеристикам ЗУ относятся состав запоминающих устройств, емкость

ЗУ и время обращения к ним.

8. Количество одновременно выполняемых программ.

•9. Назначение машины. По назначению ЭЦВМ делят­

ся на расчетные, управляющие и информационные. Расчетные ЭЦВМ предназначены для выполнения на­

учных и инженерных, вычислений. Они характеризуются широким набором выполняемых операций.

Управляющие ЭЦВМ предназначены для обработки цифровой информации в системах управления. Такие машины используются не как автономные вычислители, а как управляющие элементы, являющиеся составной частью замкнутой системы управления. В связи с этим на конструкцию управляющей машины накладывает отпе­ чаток тот объект или процесс, для управления которым данная ЭЦВМ предназначена,

45

Управляющие машины характеризуются специальны­ ми преобразующими устройствами, позволяющими согла­ совать машину с датчиками информации, и постоянным набором программ, вводимым заранее в ОЗУ.

Информационные ЭЦВМ предназначены для автома­ тизации процессов хранения, поиска и обработки боль­ ших объемов информации. Так же как и расчетные, ин­ формационные машины имеют широкий набор выполняе­ мых операций. Информационные ЭЦВМ характеризуются большим объемом ЗУ и развитым комплексом устройств ввода 5і вывода (в том числе и дистанционным). Ин­ формационные машины довольно часто бывают связаны с различными источниками и потребителями информа­ ции, что требует включения в состав машины специаль­ ных преобразующих и согласующих устройств.

В зависимости от круга решаемых задач расчетные, управляющие и информационные машины делят на ма­ шины широкого применения (универсальные) и специа­ лизированные. Специализированные машины использу­ ются для решения узкого класса задач.

10. Устройства ввода и вывода — характеризуются их составом и быстродействием.

11.Типы элементов, используемых в машине. По типу основных схемных элементов ЭЦВМ делятся на лампо­ вые, полупроводниковые и молектронные.

12.Энергетические характеристики ЭЦВМ определя­ ются потребляемой мощностью и параметрами питающей сети (частота, напряжение и допустимые отклонения от них).

13.Габариты и весовые характеристики служат для проектирования зданий или выбора помещений при уста­ новке ЭЦВМ.

14.Климатические характеристики определяются диа­ пазоном рабочих температур, при которых может рабо­ тать машина по техническим условиям, и относительной влажностью окружающего воздуха.

Перечисленные характеристики не являются исчерпы­ вающими. Значительный интерес представляют эксплуа­ тационные характеристики, которые являются предметом

рассмотрения в данной книге и подробно описываются в последующих главах. В табл. 1-1 приведены основные технические характеристики некоторых отечественных полупроводниковых ЭЦВМ, а на рис, 1-9 — классифика­ ционная схема ЭЦВМ,

46

47

48