книги из ГПНТБ / Семененко В.А. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах учеб. пособие для студентов всех специальностей

«1» положительные сигналы, а на «О» вход — отрицательные сигналы. Выделение записанных сигналов происходит также с помощью импульсов синхросерий.

На рис. 3—50 представлена блок-схема записи и чтения кодов с магнитного барабана при параллельном принципе

.записи (чтения) кодов. По окружности магнитного барабана записывается N чисел. .

Рис. 3—50. Блок-схема записи и чтения кодов с магнитного барабана

Все п разрядов числа, расположенные но его образующей, записываются (считываются) одновременно. При записи [(считывании К-то числа его адрес подается из машины в блок сравнения адресов (БСА), на другой вход которого подаются адреса, считанные с магнитного барабана.

По окружности МБ располагается N чисел, следовательно, [имеется N таких маркеров. При считывании К-го маркера на выходе БСА возникает импульс, который подается на один из входов ячеек И-1 и И-2. Если происходит запись кодов, то при наличии единицы в данном разряде числа на выходе ячейки И-1 возникает импульс, записываемый на магнитный барабан с помощью магнитной головки. При считывании чи­ сла на элементы И-2 подается сигнал «чтение» и при наличии единиц в данных разрядах они будут считаны.

Г Л А В А IV

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

Устройство управления (УУ) электронной цифровой вычислительной машины предназначается для автоматичееко-

160

fö выполнения вычислений по заданной программе. Хотя наз­ начение устройств управления различных ЭВМ одно и то же, однако принцип построения и состав электронного оборудо­ вания их значительно отличаются друг от друга, поскольку каждое из них отражает особенности конкретной вычисли­ тельной машины.

§ 4—1. Блок-схема устройства управления

Устройство управления (рис. 3—51) -состоит из генера­ тора импульсов (ГИ), блока серий (БіС), регистра команд (РК), коммутатора операций (КОП),'счетчика команд (СК), центрального блока управления сигналами (ЦУС), блока управления операции (ЦУОП) и ряда других вспомогатель­ ных блоков.

Рис. 3—51. Блок-схема устройства управления ЦВМ

Генератор импульсов вырабатывает последовательность строго синхронизированных по времени импульсов (рис. 3—52). Проходя через блок серий, они преобразуются в по-

JTJTJTJlX Ln-TL

— J т !—

Рис. 3—52. Последовательность синхроимпульсов ГИ ЦВМ

следовательность серий импульсов (рис. 3—53), сдвинутых относительно друг друга на определенный интервал време­ ни. Эти серии служат для синхронизации работы всех устройств машины. В частности, -они синхронизируют работу

центрального 'блока управления сигналами, который выраба­ тывает последовательность импульсов, определяющую рабо­ чий такт машины.

Рис. 3—53. Образование последовательно­ сти серий импульсов в блоке серий БС

На рис. 3—54 показана простейшая схема ЦУС„ выраба­ тывающая последовательность десяти управляющих импуль­ сов Пі V Пю и четырех импульсов серии а, б, в, г, связанных с каждым управляющим импульсом. По сигналу У «О» триг-

Рис. 3—54. Схема ЦУС

гер Т1 ставится в единичное состояние, а триггеры Т2 т Т10— в нулевое состояние! Поэтому импульсы серий а, б, в, г прой­ дут только через ячейки И, связанные с управляющим сиг­ налом П\. Импульс серии г сбросит Т\ в нулевое состояние и

162

образом, схема становится готовой к выработке новой серии управляющих импульсов Пі т Пю и связанных к ними серий

а, б, в, г.

Каждому импульсу серии «привязываются» определенные действия: приём числа, выдача результатов іі т п. (рис. 3—55).

Рис. 3—55. Выработка управляющих сигналов в ЦУОП

Коммутатор (дешифратор) операций в зависимости от кода на входе выдает сигнал операции в виде напряжения на соответствующей шине. /

Блок управления операциями состоит из набора ячеек И, ИЛИ и НЕ и в зависимости от комбинаций входных сигна­ лов из блоков ЦУС, КОП и БС определяет соответствующие управляющие сигналы. Назначение регистра команд и счет­ чика команд будет рассмотрено ниже.

§ 4—2. Счетчики

Рассмотренная нами схема ЦУС на рис.' 3—54 является по существу кольцевым счетчиком. Остановимся более подробно на методике построения двоичных счетчиков, широко исполь-, .

Рис. 3—56. Схема простейшего двоичного сче.т- чика

зуемых в ЭВМ. На рис. 3—56 показана схема простейшего двоичного счетчика. По сигналу установки в «О» (У «О») все

статические триггеры счетчика устанавливаются предвари­ тельно в нулевое состояние. После прихода первого импульса на счетный вход триггер Ті устанавливается в «1». При этом на его нравом выходе будет высокий уровень, а на выходе дифференцирующей цепочки возникает .положительный им­ пульс (рис. 3—57). Так как триггеры, приведенные на рис. 3—56, запускаются от отрицательных импульсов, то он не повлияет на Т2.

__I

Рис. 3—57. Временная диаграмма работы про­ стейшего счетчика

В следующий момент времени на счетный вход первого триггера придет новый импульс, который сбросит триггер Ті в нуль; при этом на его правом выходе при переходе из еди­ ничного в нулевое состояние потенциал упадет и на выходе дифференцирующей цепочки возникнет отрицательный импульс, который установит триггер Т2 в единичное состоя­ ние. Таким образом, счетчик подсчитает два импульса и со­ стояние его триггеров будет 010. От третьего импульса уста­ новится в «1» снова первый триггер и состояние триггеров

счетчика, подсчитывающего десять импульсов.

164

Та'К как М =>10, то минимальное количество триггеров в счетчике равно четырем (при п = 3 можно подсчитать только 23 =■ 8 импульсов). Следовательно,

Ne = 24 -[10 = 6 .

Таким образом, при начальной установке на счетчик сле­ дует занести код ОНО. На рис. 3—58 показан пример построе-

Рис. 3—58. Счетчик для подсчета 10 импульсов

ния такого счетчика и на рис. 3—59 его временная диаграм­ ма. Выходной отрицательный импульс появляется на выходе счетчика .после подсчета десяти импульсов.

*" ТПГТПІПГЦТГПГТПГППГ

Г

165

§ 4—3. Управление командами в ЦВМ

На рис. 3—60 показана блок-схема типичной трехадрес­ ной электронной вычислительной машины. Здесь:

У.МОЗУ —"блок управления МОЗУ; ЦУОПАУ—'блок управления арифметическим устройством;

УУ— устройство управления.

Рассмотрим, каким образом происходит автоматическое выполнение команд в такой машине. После ввода ,программы и числового материала в ЗУ машины и совпадения контроль­ ных сумм блок управления МОЗУ по импульсу И1 ЦУС вы-

166

рабатывает сигнал считывания первой ячейки ЛЮЗУ, где находится первая команда программы *. Считанная первая команда поступает на один из входов ячеек И-7 и 11—14, на другой вход которых подается сигнал И2 ЦУС УУ. С (выхо­ дов ячеек И-7 и М—14 по К.ША команда передается на (регистр коміаінд.

Диаграмма типового образования адресов и обращения к МОЗУ для ЦУС, вырабатывающего 16 импульсов, показана на рис. 3—61.

Рис. 3—61. Временная диаграмма образо­ вания адресов и обращения к МОЗУ

И-6 поступает в блок управления МОЗУ. По этому адресу блок управления МОЗУ находит ячейку МОЗУ и считывает ее содержимое в АУ через открытые ячейки И-7 и И-9 импуль­ сом И4 УУ. В момент времени через открытые импульсом И5 УУ ячейки И-4 и 6 в блок управления МОЗУ поступает адрес второго числа А2. По этому адресу блок управления МОЗУ находит соответствующую ячейку МОЗУ и передает ее содержимое в АУ через открытые в момент времени t6 импульсом И 6 ячейки И-7 и 9. Одновременно код операции через открытые ячейки И-1 и 2 поступает на коммутатор операций, который по пришедшему коду выдает управляющее

167

jB арифметическом устройстве над числами производятся дейст/вия, определяемые кодом операции (сложение, умноже­ ние, сравнение и т. д.). Предположим, что для выполнения любой операции требуется 9 импульсов блока управления сигналами УУ, т. е. к моменту і\$ получен результат операции. Тогда в момент времени /15 через открытые импульсом И15 УУ ячейки И-5 и 6 в блок управления МОЗУ поступает код результат операции. УМОЗУ находит эту ячейку МОЗУ, в

этом цикл выполнения одной команды заканчивается.

Для выбора следующей команды программы при есте­ ственном порядке выполнения команд используется счетчик команд. Так как программа располагается в порядке номе­ ров, то, зная номер ячейки, где находилась выполненная команда, достаточно к этому номеру прибавить «1», чтобы получить номер ячейки, где находится следующая команда, которую необходимо выполнить. Эту задачу решает счетчик команд. Для получения номера следующей команды в СК подается единичка от генератора импульсов.

Полученный на СК номер следующей команды, в момент времени U через открытые импульсом И1 ячейки И-15 и 6 подается в блок управления МОЗУ, который находит ячейку МОЗУ, хранящую, команду, и в момент t2 через открытые импульсом И2 ячейки И-7 выдает команду на КША, по которым она поступает в регистр команд. В дальнейшем весь рассмотренный цикл повторяется.

В том случае, когда вычислительный процесс разветвля­ ется и управление передается не следующей, а другой ячей­ ке, определяемой вторым адресом команд УПШ„ , УПШ, и БП, в счетчик команд через открытые в соответствующий мо­ мент импульсом УУ ячейки И-Гб заносится номер ячейки, в которую необходимо передать управление (предварительно счетчик команд очищается).

Оценим приближенно быстродействие трехадресной цифровой элек­ тронной вычислительной машины, имеющей следующие данные:

среднее время выборки кода из МОЗУ 2 мксек, (время выполнения четырех тактов — 2 X 4 = 8 мксек);

среднее время выполнения операций сложения, умножения и деления соответственно 15, 40 и 7 5 мксек*.

Предположим для простоты, что программы решаемых на машине

ется, и управление осуществляется от блоков местного управления. После выполнения операции управление вновь передается на ЦУС.

168

команд сложении в программах >в среднем в 100 раз больше, чем команд

делении, и в 10 раз больше, чем умножений. Тогда среднее приведен­ ное время выполнения одной команды в машине составит примерно

2 X 4 + 15 +'40/10 + 75/100 = 28 мксек.;

а среднее быстродействие машины

S = —тт— ■10° « 36000 опер/сек.

2о

§ 4—4. Микропрограммное управление

Наіряду с рассмотренным выше принципом организации устройства управления, как в мини-ЭВМ, так и в больших ЭВМ получил широкое распространение метод микропрограм­ много управления.

Микропрограммирование делает возможным использова­ ние техники программирования на уровне блоков, управле­ ния. Выполнение каждой машинной операции осуществляется с помощью последовательности микроинструкций/ каждая из которых вырабатывает одну или несколько элементарных ми­ кроопераций, таких как передачи, сдвиги, управление пере­ ходами, переключение триггеров и т. іп. Типовая блок-схема устройства микропрограммного управления приведена на рис. 3—62. Работает устройство следующим образом. Код текущей операции вводится в регистр микроинструкций РМь

Рис. 3—62. Типовая блок-схема устройства микропрограммного управления

По нечетным импульсам" от генератора импульсов ГИ про­ исходит передача содержимого из РМі в РМ2. По четным импульоам серии ГИ код с регистра РМ2 передается в деши­ фратор, возбуждающий шину ,)эанга п, если п является со-

169