книги из ГПНТБ / Бирюков Н.Е. Основы электронной вычислительной техники

В режиме считывания с магнитного барабана нужный код (но номеру зоны и номеру тракта) выбирается так же, как и при ре­ жиме записи. Разрешение на чтение дает импульс чтения Чт (вы­ дача кода числа с магнитного барабана), который поступает на вентили В9— В ]2 с частотой синхронизирующих импульсов. К УС (усилителю считывания) подключается обмотка 0 рабочих голо­ вок. Считанные импульсы проходят через УС ячейки В9 ~i2 и фор­ мирующий каскад Ф и поступают в кодовые шины числа (КШЧ), а затем в арифметическое устройство.

3. Запоминающее устройство на магнитной ленте

Запоминающее устройство на магнитной ленте обычно является внешней памятью ЭЦВМ и предназначается для записи, хранения и считывания с ленты большого объема информации.

Запоминающее устройство па магнитной ленте называют нако­ пителем на магнитной ленте, или НМЛ. В качестве магнитной лен­ ты обычно применяется специальная ферромагнитная лента, пред­ ставляющая собой ацетилцеллюлозную основу, на которую нане­ сен слой лака, содержащий по объему 30—45% мельчайшего фер­ ромагнитного порошка. Запись на магнитную ленту производится путем перемещения ленты относительно неподвижных магнитных головок.

ляется качеством магнитной пленки и достигает 4 м/сек. Достигнуть высоких скоростей движения ленты трудно, так как она может об­ рываться, особенно при пусках и остановках лентопротяжного меха­ низма. Существенную роль при этом играет инерция бобин. По­ этому' для вращения ленты приходится использовать безбобшшую протяжку, для этого делают так, чтобы лента с лентопротяжных роликов спадала свободными витками в специальные карманы.

Основные технические параметры НМЛ ЭЦВМ «Минск-1»:

2.Скорость записи и считывания в пределах 620 двоичных ,31-разрядных чисел в секунду.

3.Максимальная емкость кармана — 50 метров ленты (ширина ленты 35 мм, толщина — 120 микрон).

90

1. Метод записи — запись по двум уровням без проме­ жутков.

5.Плотность записи 7 -: -10 импульсов на 1 мм, ширина дорожки — 1 мм.

6.Скорость движения лен­ ты — 2±0,1 м/сек.

7.Количество дорожек—10.

8.Время разгона .ленты-- 20 мсек.

9.Время останова ленты —

25 мсек.

Размещение числовой или командной информации внутри одной зоны, как и на магнит­ ном барабане, может быть вы­ полнено последовательным, па­ раллельным или параллельнопоследовательным способом.

Расположение последова­ тельной записи информации на ленте ЭЦВМ «Минск-1» пока­ зано на рис. 56. По длине лен­ та разбита на 8 групп. Длина каждой группы — 5 метров. Каждая группа имеет свой ад­ рес — номер группы, который определяется числом пробивок (дырок) на ленте, называемых пробниками «номера группы».

В качестве датчиков пер­ вичных сигналов для этой си­ стемы используется блок фото­ диодов.

Начало группы характери­ зуется пробивкой «начало груп­ пы», а конец группы — пробив­ кой «конец группы». Группы располагаются последователь­ но — 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7 — в по­ рядке возрастания номера группы.

В конце ленты делают­ ся две пробивки, носящие

91

название «конец ленты». Этим предусмотрено реверсирование лен­ ты от конца в случае, если перед началом поиска нужной группы под головкой располагалась последняя зона.

Перед нулевой группой тоже есть две пробивки «начало лен­ ты» на случай, если пз-за какой-либо неисправности лента не оты­ скивает нужную зону, а продолжает обратное движение.

В более современных машинах разбивка информации ленты па группы также осуществляется магнитной записью.

По ширине ленты расположено десять дорожек. Восемь из,них предназначены для записи кодов чисел и команд. Одна дорожка (пятая) — для записи синхронизирующих импульсов. Синхронизи­ рующие импульсы представляют собой импульсы с частотой сле­ дования 20 кгц, при помощи которых различаются двоичные раз­ ряды чисел. Каждый 33-й импульс записывается на шестую до­ рожку. Он называется маркерным импульсом и служит для разде­ ления 31-разрядных чисел. Расположение синхронизирующих им­ пульсов и маркеров на 5 и 6 дорожках ленты обеспечивает умень­ шение перекоса кодовых импульсов, расположенных на крайних дорожках, относительно синхронизирующих импульсов.

Каждая группа информации состоит из восьми зон. Адрес зоны определяется номером группы и номером зоны. Всего в Н М Л ...

64зоны.

Сигналы из машины

Рис. 57

Максимальное количество 31-разрядных чисел в зоне-- 1024 числа. Каждое 31-разрядное число записывается в зоне одно за другим по всем восьми дорожкам.

Блок-схема запоминающего устройства на магнитной ленте ЭЦВМ «Минск-1» показана на рис. 57. В накопитель на магнит­ ной ленте входят следующие блоки;

92

1.Блок управления движением магнитной ленты. Предназна­ чается для отыскания нужной группы. Поиск начинается с движе­ ния ленты в прямом направлении. Движение ленты в прямом или обратном направлении осуществляется с помощью направляющих роликов, которые управляются с помощью соленоидов.

2.Блок выбора магнитных головок. Предназначен для выбора нужной! головки зоны п подключения этой головки к усилителю записи или чтения в зависимости от заданного режима. Блок со­ стоит из дешифратора, усилителей, релейных переключателей.

3.Блок магнитных головок. Предназначен для записи п считы­ вания кодового материала. Представляет собой конструктивно объединенных десять головок. Каждая головка используется в ка­ честве записывающей и считывающей.

4.Блок управления обменом информации. Предназначается для управления обменом информации между МОЗУ и магнитной лептой в режиме «обращение».

5.Блок записи. Предназначен для записи кодового материала на магнитную лепту. В режиме разметки производится запись син­ хронизирующих импульсов и маркеров.

6. Блок чтения. Предназначен для считывания информации с магнитной ленты и передачи ее в МОЗУ через регистр АУ. Про­ изводит также считывание синхронизирующих импульсов п марке­ ров, управляющих работой схемы.

При выполнении этой инструкции с машины на вход блока вы­ бора головок подается комбинация уровней, определяющих нуж­ ную головку, а на вход блока управления движением ленты по­ дается комбинация уровней, определяющих номер группы. Проис­ ходит выбор головки и подключение ее к усилителю записи или чтения (в зависимости от режима работы). Затем производится поиск нужной зоны. Блок управления движением через блок фо­ тодиодов получает информацию от пробивок на магнитной ленте и управляет соленоидами, при помощи которых протягивается лента. После вхождения магнитных головок в нужную зону в ма­ шину подается об этом сигнал и начинается поиск нужного слова (числа). Поиск нужного слова осуществляется в блоке управления обменом информацией. После того, как отыскивается нужное

93

слово, выдается следующая исполнительная инструкция, которая

записывается так:

А \—адрес первой ячейки МОЗУ; А 2—адрес последней ячейки

МОЗУ.

Начинается запись или считыва­ ние информации. Блок управления обменом информацией выдает в машину сигналы о том, что в АУ из МОЗУ необходимо занести информацию, предназначенную для записи на магнитную ленту, или о необходимости занести из АУ в МОЗУ информацию, считан­ ную с магнитной ленты. Этот блок управляет также работой бло­ ков записи и считывания. Работа блока управления обменом ин­ формацией определяется маркерными импульсами. При помощи блоков записи и считывания производится запись информации или ее считывание.

Работа блоков считывания и записи определяется синхроим­ пульсами.

Движение ленты прекращается по сигналу из блока управле­ ния информацией.

Для того чтобы не тратить машинное время на поиск нужной группы, в схеме НМЛ предусмотрен режим «подвод», при работе

внем выдается инструкция, которая записывается так:

Вэтом режиме работает только блок

-04 16 17

управления движением магнитной ленты.

Выбирается нужная группа, лента устанавливается таким образом, что пе­ ред головкой располагаются пробивки, определяющие найденную

группу.

V

94

ГЛАВА 5

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН

§ 27. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА АРИФМ ЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Устройство ЭЦВМ, осуществляющее арифметические и логиче­ ские операции над кодами чисел и команд, называется арифмети­ ческим устройством.

Арифметическое устройство является одним из основных узлов любой ЭЦВМ. От конструкции арифметического устройства и его возможностей зависят основные параметры цифровой машины: быстродействие, круг решаемых задач, количество аппаратуры и другие показатели.

В зависимости от построения и характера работы все арифме­ тические устройства делятся на три основных типа: АУ последова­ тельного, параллельного и смешанного действия.

К арифметическим устройствам последовательного действия от­ носятся такие, в которых операции с кодами чисел производятся последовательно разряд за разрядом. Коды чисел здесь представ­ ляются в виде серии сигналов, действующих в одной и той же цепи

вразные моменты времени.

Карифметическим устройствам параллельного действия отно­

сятся такие, в которых операции с кодами чисел производятся одновременно во всех разрядах. Коды чисел изображаются в АУ параллельного действия в виде совокупности сигналов, действую­ щих одновременно в однотипных цепях. При этом каждому раз­ ряду соответствует отдельная (своя) цепь.

Арифметические устройства смешанного типа сочетают прин­ цип работы АУ последовательного и параллельного действия. Коды чисел в этих устройствах представляются последователь­ ностью групп, состоящих из определенного числа двоичных знаков. Причем каждая группа соответствует или определенному числу

версальная ЭЦВМ «Минск-1», в которой тридцатиразрядные числа поступают в АУ тремя или четырьмя разрядами.

95

Перечисленные типы арифметических устройств имеют свой преимущества и недостатки. В АУ последовательного действия го­ раздо меньше оборудования, чем в устройствах параллельного действия. Но они обладают меньшим быстродействием, требуют более сложных устройств управления и точной синхронизации.

Обычно АУ последовательного действия применяют в специа­ лизированных ЭЦВМ, для которых решающими условиями работы являются вес и габариты машины.

Преимуществом ЭЦВМ параллельного действия является высо­ кая скорость работы, недостатком этих машин — их большой вес и габариты. Арифметические устройства смешанного типа имеют средние данные быстродействия, веса и габаритов. Эти АУ нахо­ дят широкое применение в ЭЦВМ.

Основу арифметического устройства составляют сумматоры и устройства умножения. Кроме того, АУ обычно содержат регистры для приема, хранения и выдачи кодов чисел, сдвигатели для нор­ мализации кодов чисел, логические схемы для передачи разрядов чисел из одного узла АУ в другой и другие устройства.

Различают сумматоры двух типов: комбинационные и накапли­ вающие. .

В сумматорах комбинационного типа коды двух чисел из внеш­ ней системы на вход сумматора поступают одновременно. Если пренебречь временем переходных процессов, го можно считать, что сигнал на выходе сумматора появляется одновременно с подачей входных сигналов и исчезает с прекращением их действия. Резуль­ тат вычислений сумматор отсылает во внешнюю систему. Комби­ национные сумматоры состоят из логических элементов И, ИЛИ

и НЕ.

Рис. 58

В сумматорах накапливающего типа сначала запоминается первое число, присланное из внешней системы, потом из внешней системы поступает второе число, и результат действия получается

96

в самом сумматорном устройстве. Накапливающие сумматоры со­ стоят из триггерных схем.

Количество триггеров в накапливающем сумматоре опреде­ ляется количеством разрядов слагаемых.

Устройства умножения, подобно сумматорам, тоже могут быть комбинационного или накапливающего типа с последовательным или параллельным вводом разрядов частных произведений. Деле­ ние сумматоров по всем признакам показано на рис. 58.

§28. СТРУК ТУР Н А Я СХЕМ А АРИФМ ЕТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

Вцифровых вычислительных машинах в зависимости от их кон­ струкции применяются две формы записи:

а) запись с фиксированной запятой и б) запись с плавающей запятой.

Всоответствии с этим машины называются машинами с фикси­ рованной или машинами с плавающей запятой.

равнять. При этом меньший порядок уравнивается с большим, что требует переноса запятой в мантиссе влево. Затем слагаемые по­ ступают в преобразователь кода чисел, где отрицательные числа преобразуются из прямого кода в обратный или дополнительный код. Суммирование слагаемых в сумматоре производится обычно в обратном коде. После суммирования слагаемых сумма, выражен­ ная в обратном коде, преобразуется преобразователем в сумму, выраженную в прямом коде. Если сумма имеет положительный знак, то она не преобразуется.

Сумма после преобразования ее кода может быть не нор­ мализована. Следовательно, нужен еще один сдвигатель для нор­ мализации суммы. При этом сдвиг чисел влево может многократно

повторяться, пока первой после занятой цифрой не окажется еди­ ница.

Одновременно со сдвигом занятой вправо на а единиц нужно на п единиц уменьшить порядок, т. е. вычесть из порядка число п, что также может быть выполнено в сумматоре. Для этого необхо­ димо в сумматор ввести схему, которая при каждом сдвиге запя­ той вправо на один разряд в дробной части мантиссы а числа aqK будет вычитать единицу из порядка к.

Таким образом, чтобы сложить два числа, представленных

внормальной форме, нужно:

1)выравнять порядки слагаемых, для чего все разряды этих чисел необходимо подать на сдвигатели;

2)обратить отрицательные числа из прямого в обратный или дополнительный код;

3)произвести сложение кодов чисел в сумматоре;

4)преобразовать коды полученной суммы из обратного или до­ полнительного в прямой код;

5)если после преобразования сумма не нормализована, то при помощи сдвигателя ее необходимо нормализовать.

Вкачестве сдвигателей чисел и преобразователей кодов в ариф­ метических устройствах чаще всего применяются триггерные ре­ гистры.

Вмашинах с фиксированной запятой нет необходимости вырав­ нивать порядки и нормалпзовывать мантиссы, поэтому в этих ма­ шинах сдвигатели не нужны. Арифметическое устройство в маши­ нах с фиксированной запятой несколько проще.

§ 29. ОДНОРАЗРЯДНЫЕ СУМ МАТОРЫ

Арифметические устройства предназначены для выполнения арифметических и логических операций над числами и командами. Основным узлом АУ является сумматор, выполняющий арифмети­ ческое сложение чисел. Выполнение всех остальных действий — вычитания, умножения, деления, сравнения чисел и другие опера­ ции большей частью сводятся к выполнению арифметического сло­ жения.

Обычно сумматор строится из одноразрядных суммирующих схем, которые обеспечивают правильное суммирование цифр каж­

дого разряда слагаемых при любой их комбинации с учетом воз­ можного появления единицы переноса из соседнего младшего раз­ ряда в старший разряд. В сумматорах накапливающего, типа та­ кими одноразрядными суммирующими схемами являются триггер­ ные схемы, а в комбинационных сумматорах — одноразрядные сум­ маторы, построенные налогических элементах. Существуют одно­ разрядные сумматоры на два входа и на три входа.

98

1. Одноразрядные сумматоры на два входа — ОС-2

Одноразрядный сумматор на два входа — ОС-2 — предназна­

На входы ОС-2 могут быть поданы четыре комбинации двоич­ ных цифр, которым должны соответствовать определенные комби­ нации цифр на выходах. Все комбинации логики работы ОС-2 по­ казаны в табл. 8.

В соответствии с данными таблицы работа одноразрядного сумматора на два входа может быть описана следующими логиче­ скими выражениями:

S=G4 + fi) -АВ\ С' = А • В.

Эти выражения читаются так: сигнал на выходе S появляется тогда, когда имеется сигнал на одном из входов А пли В, сигна­ лов нет, когда одновременно поступают сигналы на оба входа А и В; сигнал на выходе С' появляется тогда, когда входные сигналы имеются одновременно на обоих входах А и В.

Функциональная схема ОС-2, включающая схему ИЛИ, две схе­

мы И и одну схему НЕ, приведена на рис. 61. При отсутствии сигналов

Сна обоих входах никаких изменений

всостоянии сумматора не происхо­

дит и на обоих его выходах сигна­ лов нет. Если на вход А или на

вход В подать сигнал, соответствующий цифре 1, то на выходе схе­ мы ИЛИ образуется сигнал, который поступит на один из входов схемы И-2.