книги из ГПНТБ / Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины

Г л а в а XI

УСТРОЙСТВА ВВОДА И ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ

§11.1. Общие сведения об устройствах ввода

ивывода информации

Устройства ввода и вывода информации предназначаются для ввода в ЗУ машины исходных данных и программ решения задач, а также для вывода из машины результатов решения задач с пред­ ставлением их в удобном для дальнейшего использования виде. При общности назначения имеет место значительное различие ме­ жду устройствами ввода и вывода счетных (универсальных) и управляющих машин. Это объясняется тем, что в счетных машинах входные и выходные данные, так же как и цифровые коды, с ко­ торыми оперируют машины,— величины дискретные, отличающие­ ся от машинных кодов только видом представления. В управляю­ щих машинах имеется более глубокое различие — по формам представления: машина оперирует цифровыми кодами, которые мо­ гут быть заданы только дискретно, а входные и выходные данные представляются в основном аналоговыми (непрерывными) вели­ чинами— напряжениями, углами поворота отсчетных валов и т. п.

В систему устройств ввода и вывода информации счетных ма­ шин включаются устройства, которые в большинстве случаев не имеют электрических связей с процессорной частью машины, т. е. с ее АУ и УУ, и запоминающими устройствами. Обеспечивая пе­ реход от одного вида представления информации к другому, эти устройства переводят при вводе информации все исходные числа (слова) в двоично-кодированную форму, а при выводе информа­ ции формируют коды для представления результирующих данных в виде, удобном для дальнейшего использования.

Вся исходная и результирующая информация в процессе ра­ боты устройств ввода и вывода фиксируется на специальных но­ сителях информации: вводном и выводном. С вводного носителя

330

зультирующая информация, т. е. результаты решения задач, а также другие выводимые из машины данные.

Основными видами вводных носителей информации для машин универсального типа являются перфокарты и перфоленты, поля которых имеют позиции, на которых пробиваются отверстия при фиксации кода 1; если фиксируется код 0, то на данной позиции пробивка (перфорирование) не осуществляется. Совокупности про­ бивок и непробивок па определенных позициях перфокарт и пер­ фолент представляют собой числа в двоично-кодированной систе­

Такие устройства относят иногда к числу собственно внешних устройств; с другими устройствами они имеют только докумен­ тальные связи, изображенные на рис. 11.1 пунктирными линиями и осуществляемые путем переноски документов — носителей ин­ формации— от одного устройства к другому.

Подготовка информации к вводу в машину осуществляется с помощью трех устройств: клавишного устройства КУ, входного перфоратора ВхПф и контрольно-считывающего устройства КСУ. Набирая на клавиатуре клавишного устройства знаки цифр и букв, считываемые с исходного бланка, оператор обеспечивает выработ­ ку сигналов, направляемых во входной перфоратор, где осуще­ ствляются пробивки на вводном носителе-карте или ленте. В ряде случаев клавишное устройство и перфоратор объединяются кон­ структивно в единое перфорирующее устройство. Для контроля за правильностью подготовки вводного носителя используется кон- трольно-считывающее устройство, иногда называемое контроль-

331

ником. Контроль производится путем автоматического сравнения двух идентичных перфолент или двух идентичных массивов перфо­ карт, на которых нанесены пробивки при работе различных опе­ раторов.

Считывание кодов с перфоносителя (перфокарты или перфо­ ленты) для дальнейшей их записи в ЗУ машины осуществляется с помощью считывающих (читающих) устройств СУ, занимающих промежуточное положение между аппаратурой подготовки перфо­ карт и перфолент и основными устройствами машины. С аппара­ турой подготовки считывающие устройства имеют документальную связь, а с основными устройствами машины — электрические связи.

Построение системы устройств вывода информации зависит от назначения, типа машины, вида выводных носителей и других фак­ торов. В машинах универсального типа для вывода информации обычно используются быстродействующие печатающие устройства БПУ и выходные (итоговые) перфораторы ВыхПф, имеющие элек­ трические связи с основными устройствами ЦВМ, как это пока­ зано на рис. 11.1. Если в машине используется специальный муль­ типлексный канал, то печатающие устройства и выходные перфо­ раторы, а также считывающие устройства подключаются непо­ средственно к этому каналу, обеспечивающему связь основных устройств ЦВМ с периферийными устройствами.

Управляющие машины также могут иметь устройства для вво­ да информации с перфолент или перфокарт и вывода данных на печать.

Основными устройствами ввода информации для большинства машин, включаемых в системы управления движением объектов, являются преобразователи аналоговых величин в цифровые коды, а устройствами вывода информации — преобразователи цифровых кодов в аналоговые величины.

§11.2. Устройства для ввода информации

сперфокарт и перфолент

Информация с перфокарт и перфолент считывается, как прави­ ло, фотоэлектрическим способом. Перфолента или перфокарты протягиваются с постоянной скоростью между источником (источ­ никами) света и фотодиодами, количество которых отвечает числу позиций на одной строке карты или ленты. При наличии про­ бивки на данной позиции фотодиод возбуждается, что приводит к формированию сигнала кода единицы в соответствующей раз­ рядной цепи. Скорость движения вводных носителей при считыва­ нии с них информации может достигать нескольких метров в се­

кунду.

В качестве примера рассмотрим принципы построения и работы вводного устройства ВУ-700, предназначенного для считывания информации, закодированной в виде системы пробивок на 80-колон- ковых стандартных перфокартах. Такие перфокарты имеют обыч­

332

но 12 строк с 80 позициями на каждой строке. Информация, вос­ принимаемая с перфокарт, выдается в выходные цепи в том же коде, в котором она нанесена на карты при их перфорации. Устрой­ ство состоит из электромеханической части и электронных блоков, связанных с отдельными узлами электромеханической части це­ пями управления.

Электромеханическая часть устройства состоит из подающего механизма ПМ, транспортного механизма ТМ, приемного карма­ на (приемного магазина) ПК, а также двигателя привода, редук­ торов и сцепных муфт. Кроме того, в составе ВУ-700 имеются блоки: подсвета БП, считывания БС, синхродатчика БСД и управ-

Рис. 11.2. Структура считывающего устройства

ленпя БУ. Общая схема рассматриваемого устройства приведена на рис. 11.2. Связь с машиной осуществляется путем обмена упра­ вляющими сигналами, которые воспринимаются и вырабатываются блоком управления; считанные коды выдаются в кодовые шины КШ. Пунктирными линиями на схеме рис. 11.2 условно показан путь, проходимый перфокартами в процессе работы устройства. Блок синхродатчика — электромеханического типа; системой меха­ нических передач (двойная сплошная линия на схеме) он связан с подающим механизмом, с общим приводом электромеханической части устройства.

Подающий механизм предназначен для размещения массива перфокарт, на которых нанесена информация, подлежащая считы­ ванию, и поочередной подачи их в транспортный механизм.

Транспортный механизм служит для перемещения перфокарт с постоянной скоростью на всем пути их движения от подающего механизма до приемного магазина.

Приемный магазин используется для размещения и укладки перфокарт после считывания с них информации. Кроме собствен­ но магазина, или кармана, имеется специальный укладочный ме­ ханизм в виде вала с фигурным диском, представляющим собой последовательность из четырех укладочных кулачков.

Работа всех механизмов и блоков устройства синхронизирует­ ся синхроимпульсами, вырабатываемыми в блоке синхродатчика.

Блоки считывания и подсвета образуют фотоэлектрическую си­ стему считывания информации с перфокарт. Блок подсвета вклю­

3 3 3

чает в свой состав лампу накаливания и систему светопроводов, выполненных из стекловолокна. Окончания светопроводов, обра­ щенные к перфокарте, образуют линию, отвечающую пробивкам на одной строке. Блок считывания разделяется на узел фотодио­ дов и узел усилителей-формирователей.

Блок управления состоит из схем для формирования необхо­ димых управляющих сигналов по синхроимпульсам, получаемым из блока синхродатчика, командным сигналам из машины, а также по сигналам о положении отдельных механических деталей и уз­ лов, получаемым от микропереключателей.

§ 11.3. Печатающие устройства

Основная результирующая информация в машинах универ­ сального типа выводится, как правило, на печать. Для ее фиксации на выводном носителе используются цифровые и алфавитно-циф­

ровые печатающие устройства барабанного (роторного) типа. Пер­ вые печатают только числа, как правило, в десятичной или вось­ меричной системе счисления, вторые — буквенно-цифровую инфор­ мацию, таблицы и графики.

Общая схема цифрового печатающего устройства, рассчитан­ ного на печать по каждой строке бумажной ленты одного числа,

регистры, СхСр — схемы сравнений, У — усилители, БЛ — бумаж­ ная лента.

Цифровой барабан представляет собой набор цифровых колес, на каждом из которых в виде выпуклых литер выполнены циф­ ры от 0 до 9 и знаки «+ » и «—». Количество цифровых колес опре­

334

деляется максимальной разрядностью чисел, выводимых на печать; обычно барабан составляется из 16 цифровых колес. Цифровые ко­ леса закрепляются на оси гак, что одинаковые литеры распола­ гаются по строкам (образующим барабана). Строки с литерами

занимают от у до у наружной поверхности барабана, остальная часть свободна.

На ось цифрового барабана посажен ротор индукционного дат­ чика, представляющий собой выполненный из ферромагнитного материала диск с выступом. На статоре ИД расположены индук­ ционные катушки с сердечниками; сердечники катушек находятся в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, и так, что выступ ротора проходит в непосредственной близости от них. Раз­ мещение индукционных катушек отвечает расположению строк ли­ тер на поверхности цифрового барабана. При переходе от одной строки цифрового барабана к другой выступ ротора ИД проходит путь, равный расстоянию между сердечниками двух соседних ин­ дукционных катушек. При проходе выступа под сердечником в обмотке катушки наводится э. д. с. импульсной формы; этот сиг­ нал усиливается и подается в схему шифратора. Шифратор пред­ ставляет собой диодную сетку, обеспечивающую формирование двоичных кодов от 0000 до 1011, представляющих десятичные циф­ ры и знаки «+ » и «—», по сигналам от индукционных катушек. Кроме того, вырабатываются сигналы начала печати НПЧ и кон­ ца печати КПП. При работе печатающего устройства цифровой барабан и ротор ИД непрерывно вращаются со скоростью до

25 об/сек.

Блок печати является исполнительным органом печатающего устройства. Он состоит из электромагнитов, количество которых равно количеству цифровых колес, связанных с пуансонами пе­ чати. В исходном состоянии все пуансоны отведены от бумажной ленты, которая вместе с красящей лентой помещается между ними и цифровым барабаном. Если в обмотку электромагнита поступает управляющий сигнал от усилителя У, то электромагнит притяги­ вает свой якорь, что вызывает удар пуансона по бумажной ленте, на которой отпечатывается цифра, находящаяся в этот момент времени на уровне пуансона.

Четырехразрядные двоичные регистры служат для фиксации двоично-десятичных (или аналогичных) кодов выводимых на пе­ чать чисел, а также кодов знаков чисел; в этих же регистрах осуществляется фиксация кодов выводимых на печать команд. Сброс кодов в регистрах осуществляется по сигналу КГ1Ч, а за­ несение очередного кода — по сигналу НПЧ. Схемы сравнений предназначаются для выработки управляющих сигналов печати при совпадении кодов на обеих группах их входов, т. е. кодов, поступающих с шифратора и соответствующих регистров. Для уси­ ления управляющих сигналов используются усилители У.

Работа печатающего устройства происходит следующим обра­ зом. При его включении цифровой барабан и ротор ИД начинают

335

вращаться с постоянной скоростью. Печать одного числа и подго­ товка к печати следующего числа производится за время одного оборота барабана; при этом подготовка к печати осуществляется при прохождении под пуансонами свободного сектора цифрового барабана. К началу печати числа все регистры очищены, пуансо­ ны отведены от бумажной ленты, которая при печати одного числа не перемещается.

Собственно печать числа начинается с выработки сигнала на­ чала печати НПЧ, который формируется в конце прохождения свободного сектора цифрового барабана под пуансонами. Поэтому сигналу в регистры вводится двоично-десятичный код выводимого на печать числа, т. е. на вторую группу входов СхСр подаются двоичные коды соответствующих цифр печатаемого числа. При дальнейшем вращении барабана на первую группу входов СхСр подаются последовательно двоичные коды десятичных цифр и зна­ ков «+ » и «—». Коды с шифратора подаются так, что на СхСр поступает код той цифры, строка которой в данный момент вре­ мени подходит под пуансоны печати. Если в каком-либо из раз­ рядов выводимого на печать числа имеется такая же цифра, то соответствующая схема сравнения формирует управляющий сиг­ нал, что приводит к печати этой цифры на определенной позиции строки бумажной ленты.

В т е ч е н и е о б о р о т а барабана, считая с момента подачи

сигнала НПЧ, под пуансонами пройдут все строки цифр и знаков, а выступ ротора ИД пройдет под сердечниками основных индук­ ционных катушек. Так как за это время на входы СхСр поступят двоичные коды всех десятичных цифр и знаков «+ » и «—», то в соответствующие моменты времени отпечатаются цифры и знаки во всех разрядах выводимого на печать числа. После этого фор­ мируется сигнал конца печати КПЧ, по которому сбрасываются в состояние нуля регистры; этим осуществляется подготовка к приему очередного числа, выводимого на печать. Одновременно подается сигнал, по которому бумажная лента перемещается на один шаг.

Алфавитно-цифровые печатающие устройства типа АЦПУ-128 обеспечивают печать на одной строке бумажной ленты 128 любых из 78 знаков (цифры 0—9, буквы русского и латинского алфави­ тов, математические знаки: + , —, = , > , < и пр.) со скоростью 380—440 строк в минуту (6—7 строк в секунду); ширина бумажной ленты, на которой осуществляется печать, равна 420 мм. Это пе­ чатающее устройство барабанного типа с относительно сложной схемой управления, которую называют устройством управления пе­ чатью. Основной барабан называется печатающим и составляется из 128 печатающих колес, каждое из которых несет 78 знаков. Индукционный датчик вырабатывает синхронизирующие импульсы, отвечающие строкам печатающего барабана, а также импульсы, соответствующие сигналам начала и конца печати символов на одной строке бумажной ленты.

336

Устройство управления печатью (УУПч) может не относиться к собственно АЦПУ-128 и включаться в состав основного обору­ дования соответствующей машины. Поэтому его схема в различ­ ных случаях использования АЦПУ может иметь некоторые особен­ ности, не влияющие на общий принцип печати слов, чисел и дру­ гого материала. Схема УУПч, приведенная на рис. 11.4, отвечает

Рис. 11.4. Схема связей алфавитно-цифрового печатающего устройства

АЦПУ и УУПч на схеме рис. 11.4 показаны накопитель на маг­ нитном барабане (НМБ) и ОЗУ для пояснения общих принципов передачи информации на печать.

Накопитель на магнитном барабане имеет отдельную зону, вы­ полняющую функции буферного ЗУ. В эту зону (емкостью 1024 ма­ шинных слова для барабана НБ-9 машины М-220) вводится массив информации, выводимой на печать. После этого основные устрой­ ства продолжают решение задачи (или начинают решение новой задачи), а печать осуществляется без использования основных ка­ налов машины, т. е. одновременно со счетом. Последовательная выборка кодов из зоны НМБ для их вывода на печать осуще­ ствляется блоком выбора информации (БВИ), относящимся к устройству управления печатью.

Кроме печатающего барабана, вращающегося со скоростью шесть — семь оборотов в секунду, и индукционного датчика (ИД) в состав АЦПУ входят блок печати и входной регистр с комму­ тирующей схемой. Блок печати имеет в своем составе 128 элек­ тромагнитов печати с приводами и пуансонами и 128 усилителей. Входной регистр является 16-разрядным; занесенный в него двоич­ ный код отвечает печати знака, находящегося на данной строке барабана перед пуансонами, на позициях ‘/s части строки бумаж­ ной ленты. Поэтому в процессе печати данного знака на позициях всей строки бумажной ленты двоичный код во входном регистре обновляется восемь раз с перекоммутацией его группами венти­ лей В\ на восемь различных групп усилителей блока

печати. Если в данный разряд входного регистра занесена еди­ ница, то на соответствующей позиции бумажной ленты печатается знак, строка которого на барабане находится под пуансонами; если занесен нуль, то этот знак не печатается.

Устройство управления печатью служит для запоминания ин­ формации, выводимой на печать по одной строке бумажной лен­ ты, анализа этой информации и выработки сигналов, направляе­ мых во входной регистр АЦПУ и обеспечивающих непосредствен­ ную печать соответствующих знаков. В состав УУПч по схеме 11.4 входят: буферное запоминающее устройство БЗУ, построенное по типу МОЗУ матричного типа, емкостью 128 семиразрядных двоич­ ных кодов знаков, выводимых на печать, блок управления БУ, блок выбора информации БВИ, 7-разрядный регистр 7Рг, схема сравнения СхСр, 7-разрядный двоичный счетчик 7Сч, 128 схем совпадений Оп, 128-разрядный ферритовый регистр 128РгФ (в ка­ честве этого регистра может использоваться одна матрица БЗУ), восемь групп выходных вентилей 5 } ,..., В\ по 16 вентилей в

каждой и собирательная схема Сб.

Буферное ЗУ служит для хранения и выдачи двоичных кодов символов, печатаемых на одной строке бумажной ленты. Ввод массива, состоящего из 128 таких кодов, в БЗУ с НМБ осуще­ ствляется устройством выбора информации во время прохождения перед пуансонами свободного сектора печатающего барабана.

Работа АЦПУ при печати происходит по циклам, каждый из которых отвечает печати одного из 78 символов на позициях дан­ ной строки бумажной ленты. Длительность каждого цикла 1,7— 3 мсек\ она определяется периодом следования синхронизирующих импульсов, формируемых индукционным датчиком.

Синхронизирующие импульсы (СИ) подсчитываются счетчиком УУПч, содержимое которого определяет код знака, строка кото­ рого подходит в данном цикле под пуансоны блока печати. Оче­ редной СИ посылается в схему 7Сч одновременно с печатью зна­ ка, литеры которого расположены на предшествующей строке пе­ чатающего барабана.

Каждый цикл начинается с анализа содержимого БЗУ. Для этого все коды, находящиеся в его ячейках, последовательно пода­

338