книги из ГПНТБ / Основы вычислительной техники учебник

Узел управления сумматором обеспечивает сброс суммато­ ра, инвертирование содержимого сум1М1атора, выпрлвеН'ие опе­ рации округления при делении и умножении с фиксированной запятой, передачу с сумматор содержимого индексной ячейки и адресов команды, пересыл чисел из Рг2 в сумматор, сдвиг числа в сумматоре вправо н влево, выдачу числа с сумматора на кодовые шины числа, занесение в сумматор-чисел с пульта управления.

Местный раснпеделтгтель тактирующих импульсов координи­ рует работу БМУОп при выполнении операций 'переменной дли­ тельности и обеспечивает перемножение мантисс, деление моду­ лей делимого и делителя, выравнивание порядков и нормализа­ цию результата при выполнении операций с плавающей запя­ той.

Узел выравнивания порядков и нормализации результатов операций совместно с РИМ управляет операциями выравнива­ ния порядков л нормализации результата в режиме работы АУ с .плавающей запятой.

Узел округления и анализа результатов операции анализи­ рует результат, вырабатывает признаки переполнения и нуля, сигналы конца операций с плавающей занятой и участвует в подготовке цепей реализации операции округления в зависимо­ сти от наличия сигналов разрешения или запрещения округ­ ления.

Узел анализа множителя и формирования потенциальны* сигналов управления формирует управляющие потенциалы для выполнения операций сложения, вычитания, умножения, деле­ ния и других, анализирует пары разрядов множителя и в со­ ответствии с их котом вырабатывает необходимые сигналы для выполнения операции умножения.

Счетчик сдвигов СчСдв контролирует конец многоцикловых операций, управляемых от БМУОп (умножение, деление, вырав­ нивание порядков, нормализация).

Выполнение вычислительных операций в процессоре

Главные синхронизирующие имнульсы с генератора импуль­ сов ГГИ поступают на блок пуска—останова. Бели сигнала оста­ нова нет, то эти импульсы поступают на центральный распре-

-делитель импульсов, который формирует из них рабочий цикл машины. Основной цикл (рис. 18.11) «Минск-22» состоит из пяти тактов, в свою очередь каждый такт содержит шесть син­ хронизирующих импульсов, следующих с периодом 7\,=4 мне. Следовательно, длительность каждого такта — 24 м’ке, длитель­

ность полного цикла — 120 мкс.

. Первый такт называется тактом чтения команд ТЧтК из МОЗУ, в нем адрес очередной команды из СчАК передается в

500

адресный регистр МОЗУ и производится считывание команды

•в сумматор АУ. Кроме того, код операции записывается в ре­

содержимое РгИ анализируется на нуль. Если оно равно нулю, машина переходит к выполнению второго такта, если не равно

Рис. 1в.11.

арифметического устройства записывается содержимое индекс­ ной ячейки, адрес которой указан в РгИ, и производится сум­ мирование этого .содержимого с кодом выбранной ранее коман­ ды. После этого в СчАК добавляется единица и вновь сформи­ рованный адрес первого операнда А1 команды .передается в РгА МОЗУ.

Второй такт называется тактом чтения содержимого первого адреса А1 команды ТЧтА1 в Рг1. В этом такте первый операнд записывается в Рг1 процессора. В конце второго такта адрес второго операнда А2 записывается в РгА МОЗУ и сумматоросвобождается от записанной в него ранее команды.

Третий такт называется тактам чтения содержимого второго адреса А2 команды ТЧтА2 в сумматор, в нем второй операнд записывается в См процессора.

В четвертом такте ТОп производится выполнение операции. Выполнением операций, длительность которых не превышает длительности четвертого такта, управляет в основном ЦУУ. Бели длительность операций 'превышает длительность такта, ЦУУ отдает управление местному блоку управления операция­ ми АУ.

В пятам такте ТЗР производится запись результата, если это предусмотрено командой, из сумматора в МОЗУ. Результат записывается по второму адресу и, кроме того, передается из

601

результат предыдущего действия и запись результата в МОЗУ не производится, не попользуют 3 и 5-й такты. Таким образом, ■в общем .случае цикл .может/содержать от одного до пяти тактов.

Операция суммирования производится в машине в обратном модифицированном коде в два этапа. На первом этапе выпол­ няется поразрядное сложение /слагаемых, размещенных в См п Рг1. На втором этапе производится формирование единиц переноса и окончательного результата, который записывается в сумматоре. Признаком переполнения разрядной сетки машины является появление кодов 01 и 10 в знаковых разрядах сум­

чисел в процессоре равно 24 мкс, следовательно, эти операции укладываются ,по длительности в четвертый такт. В зависимос­ ти от модификации кода полное время выполнения этих опе­ раций в машине лежит в предела» 72-г-120 мкс.

Операция умножения в «Мннек-22» выполняется методом одновременного умножения множимого на два разряда мно­ жителя. Умножение начинается с младших разрядов множи­ теля, а очередная сумма частичных произведений в процессе умножения сдвигается вправо. Выполнением операции умноже­ ния управляет БМУОп.

Для одновременного умножения на два разряда в машине используется следующий алгоритм. Бели очередные разряды ■множителя равны 00, то производится сдвиг суммы частичных

жителя 10 сумма ' частичных произведений сдвигается вправо на один разряд, затем к ней добавляется множимое и полу­ ченная частичная сумма сдвигается вправо еще на один раз­ ряд. Код множителя 11 представляется в виде 100—1= 11, что позволяет использовать простое правило умножения на 11 (на три): множимое вычитается из суммы частичных произведений, полученная .при этом частичная сумма сдвигается .вправо на два разряда и, «роме того, запоминается единица, которая при умножении на очередную .пару разрядов множителя прибавля­ ется к образуемому ими числу. В результате вместо кодов 00, 01, 10, 11 соответственно' будут получены коды 01, 10, 11, 100. Для умножения на 100 сумма частичных произведений сдвига­ ется на два разряда вправо и запоминается единица для сле­ дующего цикла умножения.

Перед началам умножения множимое записывается в Рп1, множитель — в сумматор. На первом этапе множитель переда­ ется в Рг2, и определяется знак произведения. Затем централь­ ное устройство управления передает управление БМУОп. После

602

выполнения опера’ЦИ'И умножения производится округление старших 36 разрядов произведения. На этом четвертый такт закан чиваетс-я, и БМУОп передает управление ЦУУ. В зависи­ мости от модификации кода и вида м-ножителя время выполне­ ния операции умножения с фиксированной занятой в процес­ соре лежит,в пределах 112-е-340 мкс.

1 Деление чисел с фиксированной занятой производится по ме­ тоду «без восстановления остатка». Деление производится в три этапа. На первом этапе определяется знак частного и произво­ дится проверка делителя на нуль. Если делитель не равен нулю, производится переход ко второму этапу. На втором этапе ЦУУ передает управление БМУОп, который обеспечивает деление прямых кодов чисел. На третьем этапе вычисленное частное из iP.r2 передается в сумматор и округляется. На этом четвертый такт заканчивается, ш БМУО:п передает управление ЦУУ. Вре­ мя выполнения операции' деления с фиксированной запитой в процессоре равно 644 мкс.

При сложении и вычитании! чисел с плавающей запятой БМУОп обеспечивает: определение разности порядка, выравни­ вание порядков чисел, сложение мантисс чисел и образование порядка результата, нормализацию результата (если необхо­ димо), округление результата и анализ результата на перепол­ нение и на нуль. Время выполнения сложения и вычитания с плавающей запятой в процессоре лежит в пределах' 98-г238 мкс.

(При умножении чисел с плавающей запятой БМУОп обес­ печивает: образование знака произведения, передачу множите­ ля в Р.г2, перемножение мантисс, сложение порядков, нормали­ зацию и 'Округление, формирование признаков переполнения и нуля результата. Операция умножения выполняется в процес­ соре за 132ч-304 мкс.

При делении чисел с плавающей запятой БМУОп обеспечи­ вает: образование знака частного, деление мантисс, вычитание

•порядков, вычисление порядка, частного, нормализацию и округ­ ление, формирование признаков переполнения и нуля резуль­ тата. Время деления чисел с плавающей запятой в процессоре лежит в пределам 520-^528 мкс.

Помимо арифметических операций процессор выполняет ло­ гические операции и операции управления и обмена.

К командам управления относятся команды: безусловный пе­ реход, переход к подпрограмме, группа условных переходов, разрешение—запрещение прерывания и останов.

Команда безусловного перехода «—30А1А2» .производит запись содержимого сумматора по А2 ;и отдает управление команде, записанной по А1. Команда безусловного перехода вы­

503

Р г2 — аз См, в ля там такте содержимое Ом записывается no А2. Командыусловного перехода с кодами «—32», «—33».

«—34», ■«—35» выполняются ainалoimтчно, только в них отсутст­ вует (Пятый такт, а в четвертом такте в СчАК ив См переда­ ется А1 или А2 в зависимости от выполнения соответствующего

.условия перехода.

§ 18.3. Единая (система электронных вычислительных машин

Краткая характеристика вычислительных машин Единой системы

Единая система электронных 'вычислительных! машин (ЕС ЭВМ) представляет собой семейство программно совместимых вычислительных машин третьего поколения, предназначенных для решения научных, технических, экономических, управлен­ ческих и других задач.

В состав Единой системы входят семь вычислительных ма­ шин (моделей): ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1021, ЕС-1030, ЕС-1040,

ЕС-1050 и ЕС-1060. Основные технические характеристики этих машин представлены в табл. 18.2. В дальнейшем состав Единой системы будет пополняться и другими машинами с более высо­ кими показателями.

Машины ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060 имеют полную программную совместимость. Это значит, что програм­ ма, составленная для .решения .некоторой задачи, может решать­ ся на любой из этих машин. Программная совместимость обес­ печивается применением единой системы команд, единого коди­ рования информации и идентичностью внешней логической структуры машин. Совместимость машины ЕС-1021 с осталь­ ными моделями Единой, системы обеспечивается на уровне Ассемблера и языков более высокого уровня.

Все технические средства Единой системы ЭВМ разделяются на четыре уровня (рис. 18.12).

К первому уровню относятся процессоры и оперативная па­ мять. Процессоры ЕС ЭВМ имеют одинаковую внешнюю логи­ ческую структуру и отличаются, в основном, скоростью выпол­ нения операций. Процессоры машин Единой системы обеспе­ чивают выполнение: арифметических операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей запятой, арифметичес­ ких операций над десятичным,и числами переменной длины, логических операций и операций управления.

Структурная 'схема процессора с оперативной .памятью .при­ ведена на рис. 18.13. В ее состав входят арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления, оперативная память.

Оперативную память машин Единой системы по назначению

ипараметрам можно разделить на:

—основную оперативную память (ООП);

504

—местную iiiли. локальную .память процессора (МОП);

—'память/мультиплексного канала (ПМК);

—память ключей защиты (ПКЗ);

—постоянную (долговременную) память (ПП).

Основная оперативная память используется для хранения программы и данных, используемых процессором в ходе реше­ ния задачи. Емкость основной оперативной памяти в зависи­ мости от типа и конфигурации машины лежит в пределах' от

Рис. 18.12.

64 до 1024 «байтов. В состав основной оперативной .памяти вхо­ дят блок хранения, построенный на ферритовых 'Сердечниках, и блок управления ЗУ. При построении блока хранения приме­ нена единая трехпроводная система логической ортанива:ции

2,5 Д.

В машинах предусмотрена защита основной памяти от обра­ щений к ней нескольких программ, которая обеспечивается с помощью ключей защиты. Для этого основная память разбита на фиксированные страницы по 2048 байтов, каждой из кото­ рых может быть присвоен 4-разрядный ключ защиты.

Ключи защиты памяти хранятся в ПКЗ, которая является

506

более быстродействующей по сравнению с основной оператив­ ной памятью. В младших моделях ЕС ЭВМ память ключей защиты конструктивно объединяется с местной памятью про­

цессоров.

Местная память процессоров относится к разряду сверхопе­ ративных (быстродействующих) ЗУ малого объема и применя­ ется для хранения операндов и промежуточных результатов вычислений, используемых при выполнении ближайших команд.

Сигналь/ преры вания

Рис. 18.13.

В состав (местной памяти входят 16 регистров общего назна­ чения (РОН) емкостью по 4 байта в 4 регистра с плавающей запятой (РЛЗ) емкостью по 8 (байтов. Регистры общего назна­ чения используются при выполнении арифметических' операций над нормальными (32-битовыми) словами с фиксированной за­ пятой. Кроме того, они могут применяться в качестве индекс­ ных регистров. Регистры с плавающей запятой используются при выполнении операций над числами с плавающей запятой

ивсех операций над словами длительностью в два слова. Память мультиплексного канала используется для размеще­

ния информации, используемой для управления обменом данных

507

в мультнплекс-ном канале. Емкость памяти мультиплексного канала зависит от типа и конфигурации машины и колеблется от 768 байтов до 8 «байтов.

Долговременная .память является основной частью централь­ ного устройства управления машин с микропрограммным управ­ лением и служит для хранения управляющих микропрограмм.

Арифметико-логическое устройство выполняет 'все арфметпческие и логические операции над двоичными и десятичными числами с фиксированной и плавающей занятой, а также нач полями переменной длины. Состав и схема арифметико-логи­ ческого устройства зависят от типа машины.

Устройство управления обеспечивает выполнение запросов к оперативной памяти согласно присвоенному каждой програм­ ме приоритету, производит анализ ситуаций, вызывающих пре­ рывание программы, выполнение команд ввода—вывода и обме­ на между оперативной и внешней памятью, защиту и моди­ фикацию адресов.

В машинах Единой системы существуют пять типов преры­ ваний: .прерывание при обращении к супервизору, прерывание ввода—вывода, программные прерывания, внешние .прерывания, прерывания от схем контроля машины.

Устройство управления определяет приоритет команды пре­ рывания и сравнивает его с приоритетом защиты выполняемой программы и в зависимости от результатов сравнения передает управление супервизору или продолжает выполнять прежнюю программу.

Ко второму уровню относятся - селекторные (СК) н мульти­ плексные (МК) каналы. Селекторные каналы обеспечивают высокую (до 1300 кбайт/с) скорость ввода информации. В каж­ дый интервал времени селекторный канал обеспечивает связь процессора только с одним внешним устройством, длительность связи с которым обычно составляет несколько секунд. В ма­ шинах Единой системы селекторные каналы используются для обслуживания быстродействующих внешних устройств, к кото­ рым относятся запоминающие устройства (накопители) на маг­ нитных лентах (НМЛ) и магнитных дисках (НМД). Младшие модели Единой системы имеют 2—3, старшие модели (ЕС-1050, ЕС-1060) .могут .иметь до 6 .селекторных каналов.

Мультиплексный канал обеспечивает совмещенную работу большого числа внешних устройств. Время связи, .канала с каждым устройством определяется временем передачи инфор­ мации из процессора во внешнее устройство. Суммарная про­ пускная способность мультиплексного канала заметно ниже селекторного (25-^450 кбайт/с), поэтому он используется для обслуживания медленнодействующих устройств в®ода—вывода.

К устройствам третьего уровня относятся устройства управ­ ления (УУ) внешними устройствами. Они связаны с селектор-

508

ными и мультиплексными. каналами через стандартный интер­ фейс (СИФ) ввода—вывода. Интерфейс представляет собой разъемное ЗО-проводное соединение с четко «пределенньими функциями н сигналами по каждому (Проводу. Устройства треть­ его уровни обеспечивают сопряжение (интерфейса ввода—выводя с конкретным,и внешними устройствами. Среди устройств треть­ его уровни могут использоваться групповые устройства управ­ ления (ГУУ), обслуживающие несколько однотипных или раз­ нотипных внешних устройств. Однотипные внешние устройства подключаются к устройству управления через малый интерфейс ввода—вывода. В составе устройств третьего уровня могут на­ ходиться мультиплексоры передачи данных по нескольким ли­ ниям связи (МПД), которые связываются с группой модулято­ ров-демодуляторов (МД), обеспечивающих с-визь .машины с або­ нентскими пунктами через обычные телефонно-телеграфные ли­ нии СВЯЗИ'.

Устройства третьего уровня допускают связь с двумя кана­ лами, в том числе с каналами:-различных процессоров. Это обес­ печивает использование одного внешнего устройства двумя про­ цессорами и организацию общего для двух процессоров поля внешней памяти.

Четвертый уровень технических' средств ЕС ЭВМ составля­ ют внешние устройства. Вычислительные машины Единой сис­ темы обеспечены широким комплектом внешних устройств, что позволяет построить внешнюю память большой емкости, обес­ печить все виды представления данных при вводе и выводе, организовать работу в разговорном режиме, в режиме с раз­ делением времени и в режиме телеобработки.

Вноменклатуру внешних устройств ЕС ЭВМ входят:

—(внешние запоминающие устройства (накопители) на маг­ нитных дисках со оменным пакетом емкостью 7,25 Мбайт;

— внешние запоминающие устройства (накопители) на несменных магнитных дисках емкостью 100 Мбайт;

— внешние запоминающие устройства (накопители) на ба­ рабанах емкостью 6 Мбайт;

— внешние запоминающие устройства (накопители) на маг­ нитных лентах емкостью 25 Мбайт;

—устройство ввода с перфокарт (УВДК) со скоростью вво­ да 500 и 1000 карт/мнн;

—устройство ввода с перфоленты (УВДЛ) -со скоростью

ввода 300, 1000 и 1500 .строк/мин;

—устройство вывода на перфоленту (УВРЛ) со скоростью 100 и 150 строк/мин;

—устройства вывода на перфокарты (УВРК) со скоростью вывода 100 и 250 карт/мин;

—алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ) со скоростью печати 600, 800 и 1200 строк/мин;

509