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

преобразуется в пропорциональный временный интервал при по­ мощи фазовращателей. В качестве фазовращателей обычно ис­ пользуются сельсины, они сдвигают фазу выходного напряжения относительно опорного пропорционально углам поворота своих ва­ лов. Блок-схема устройства преобразования углов поворота вала в число показана на рис. 86. Устройство состоит из сельсина СС,

ос

От фазорасщепителя

Рис. 86

двух формирователей импульсов Ф\ и Ф2, триггера Т, генератора калиброванной частоты ГД4/, вентиля В и счетчика. В формирова­

телях при повороте ротора сельсина образуются импульсы. Им­ пульс с выхода формирователя Ф\ отпирает вентиль В через триг­ гер Г, а импульс с выхода формирователя Ф2 запирает этот вен­ тиль. Оба импульса посредством триггера Т и клапана В регули­

130

руют количество импульсов, поступающих с генератора импульсов ГКЧ через вентиль В на счетчик.

Процесс преобразования угла поворота вала в число поясняет­ ся на рис. 87. Поворот ротора сельсина на угол а вызывает сдвиг его выходного напряжения относительно опорного на величину t0, которая фиксируется формирователями импульсов Ф\ и Фг. Чем больше будет угол поворота сельсина, тем будет больше интервал времени t0, и тем большее количество импульсов поступит на счет­ чик через вентиль В.

2. Преобразование дискретных величин в непрерывные физические

Наиболее часто осуществляется преобразование кода в напря­ жение или в угол поворота вала. Преобразование кода в напря­ жение обычно осуществляется методом суммирования напряжений или токов.

Суммирование напряжений осуществляется суммирующим бло­ ком и усиливается усилителем постоянного тока с отрицательной обратной связью. На вход этого блока обычно подаются напря­ жения от посторонних источников э.д.с., включаемых с помощью релейных или триггерных схем соответствующими разрядами двоичного числа. Результирующее напряжение на выходе усили­ теля и будет преобразуемое непрерывно меняющееся напряжение.

пульсы. Реверсивный счетчик, на котором записан преобразуемый код, управляет клапаном В. Через клапан В на реверсивный вход этого же счетчика поступают импульсы с ГКЧ, а также на шаго­ вый искатель. Клапан В пропустит на шаговый искатель количе­ ство импукльсов, записанное на счетчике, поэтому угол поворота вала ШИ будет пропорционален импульсам.

Г Л А В А 7

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН

§ 40. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

Устройство управления предназначено для обеспечения полной автоматизации вычислительных процессов, протекающих в элек­ тронных вычислительных машинах, в соответствии с установлен­ ной программой.

Устройство управления осуществляет взаимосвязь всех блоков машины для автоматизации ее работы. При этом выполнение

ствие. В течение каждого рабочего такта машина должна произ­ водить:

а) выборку кода команды из запоминающего устройства и по­ сылку его в устройство управления;

б) запоминание команды на время ее расшифровки и выпол­ нения;

в) расшифровку и выполнение заданной команды.

В соответствии с такими функциями устройство управления должно иметь в своем составе:

1) блок главных импульсов, который задает такт работы всей машины;

2)счетчик команд, обеспечивающий выборку нужных кодов команд из запоминающего устройства;

3)регистр команд для запоминания команды;

4)дешифратор операций для расшифровки кода команды;

132

5)блок управления операциями, вырабатывающий управляю­ щие сигналы, которые обеспечивают выполнение заданной команды;

6)пульт управления, который служит для включения, выклю­ чения и контроля за работой машины.

Перечисленные блоки и устройства машины работают под дей­

ствием определенных импульсов или уровней потенциалов, назы­ ваемых командами. Таким образом, основная функция устройства управления ЭЦВМ — выработка командных импульсов и потен­ циалов в определенные моменты времени согласно программе ре­ шения задачи.

Упрощенная функциональная схема устройства управления представлена на рис. 89.

С помощью этой схемы можно пояснить назначение н взаимо­ связь основных блоков ЭЦВМ в процессе работы.

Блок главных импульсов задает такт работы всей машины. Он представляет собой триггерный регистр, состоящий из электрон­ ных схем, соединенных между собой таким образом, что на их вы­ ходах поочередно выдаются импульсы И-1, И-2, И-3, . . . И-п.

В течение одного рабочего такта машины на выходе каждой схемы имеется только один импульс. Эти импульсы, так называе­ мые главные, синхронизирующие или тактовые импульсы, опреде­ ляют очередность выполнения элементарных операций.

Длительность рабочего такта у большинства машин состоит из следующих основных этапов:

а) выборки из ОЗУ кода команды, б) выборки из ОЗУ исходных чисел,

в) выполнение в соответствии с заданным сигналом команды арифметического или логического действия.

Указанные три этапа необходимы при выполнении всех ариф­ метических операций. Блок главных импульсов в течение каждого рабочего такта выдает по п выходам т импульсов на блок управ­ ления операциями, после чего устанавливается в положение «О» и в следующих тактах снова выдает импульсы в той же последова­ тельности.

Таким образом, блок главных импульсов предназначен для вы­ дачи сигналов, определяющих время выполнения элементарных операций в соответствующих блоках, в течение одного такта ра­ боты машины.

Известно, что перед началом вычислительного процесса в ЭЦВМ вся числовая и командная информация должна быть за­ писана в оперативное запоминающее устройство. Прежде чем вы­ полнить любую команду вычислений, необходимо передать код этой команды из запоминающего устройства в устройство управ­ ления. В начале выполнения программы вычислений определение номера ячейки ЗУ, из которой нужно произвести выборку коман­ ды, обеспечивает счетчик команд.

133

Для этого в первом такте работы машины адрес первой коман­ ды подается из пульта ручного управления или из ЗУ в счетчик команд.

Дальнейший процесс выполнения команд осуществляется при­ бавлением единицы к адресам ячеек чисел, находящихся в ОЗУ.

„ Счит ы вание ’

Поэтому в следующем цикле выбирается очередная команда непосредственно через дешифратор ОЗУ и т. д. При поступлении команды условной передачи управления счетчик команд сначала

134

переводится в нулевое положение. После этого на него заносится адрес команды, которую нужно выполнить в следующем цикле.

При посылке одного из главных импульсов из блока управле­ ния операциями посылается импульс на клапан В — дешифратора ОЗУ, в результате чего код адреса команды, зафиксированной па счетчике команд, подается на дешифратор ОЗУ.

Затем код адреса команды преобразуется так, чтобы обеспе­ чить выборку ячейки памяти ОЗУ, в которой .хранится нужное число.

Одновременно код выбранной команды подается в устройство управления одним из главных импульсов рабочего такта. Этот код по командной магистрали поступает в блок управления коман­ дами;

Блок управления командами — эта та часть общего устройства управления, которая определяет номер следующей команды и хра­ нит код принятой команды во время ее выполнения. На рис. 89 видно, что коды команд из ОЗУ поступают па блок запоминания команд и находятся там в течение времени исполнения команды. Блок запоминания команд представляет собой обычный триггер­ ный регистр, ячейки которого служат для запоминания кодов вы­ полняемых операций и адресов — первого слагаемого А и второго слагаемого Д2 и адреса результата вычислений Д3. Количество разрядов в одном адресе команды определяется, как правило, емкостью оперативного запоминающего устройства. При емкости ОЗУ, равной 1024 двоичным числам, каждый адрес команды мо­ жет быть определен комбинацией из 10 двоичных разрядов, так-

как 1024 = 210.

Выходы части триггерных ячеек регистра команд, отведенных для запоминания адресов А\ и А2 исходных чисел вычислений и адреса результата произведенных действий Л:;, связаны непосред­ ственно с дешифратором ОЗУ для управления этими адресами из регистра команд в оперативном запоминающем устройстве. Кроме того, выходы триггерных ячеек, соответствующих адресам А\ и Л2. связаны со входом счетчика команд. Эта связь управления необхо­ дима для передачи кода одного из адресов Л, или Л2 на счетчиккоманд при выполнении операции условной передачи управления.

Выходы триггерных ячеек, служащих для запоминания кода операции, связаны со входами дешифратора операций. Дешифра­ тор операций обеспечивает выдачу сигнала на шину соответствую­ щей операции, выполнение которой определяется номером коман­ ды, поданной на вход дешифратора. Обычно операции кодируются посредством двух восьмеричных чисел, представленных шестью двоичными разрядами, что обеспечивает 26 = 64 различным опера­ циям. На рис. 89 видно, что дешифратор операций связан непо­ средственно с блоком управления операциями.

Блоком управления операциями называется та часть устрой­ ства управления, которая определяет выполнение каждой команды 3 последовательности, индивидуальной для каждого типа опера-

135

ций. В зависимости от характера выполняемой операции в отдель­ ные устройства и блоки машины в определенной последователь­ ности посылаются управляющие потенциальные и импульсные сигналы. Блок управления операциями представляет собой диод­ ный дешифратор, преобразующий двоичный номер операции в управляющий сигнал на одной из выходных шин дешифратора.

Управляющие сигналы, вырабатываемые блоком управления операциями, подводятся к соответствующим схемам и узлам ма­ шины.

В универсальных ЭЦВМ обычно предусматривается три ре­ жима работы: автоматический, полуавтоматический и одиночный.

Включение машины на тот или иной режим осуществляется с пульта управления.

При автоматическом режиме работы блок главных импульсов циклически выдает п главных импульсов. При полуавтоматиче­ ском режиме работы после выдачи п главных импульсов машина останавливается. При работе в одиночном режиме машина рабо­ тает по тактам, т. е. выполняет операцию только одного тактового импульса.

В полуавтоматическом и одиночном режимах машина работает для устранения в ней неисправностей.

§ 41. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ОПЕРАЦИЯМИ

Современные ЭЦВМ имеют три способа управления операция­ ми: центральный, местный и смешанный.

Каждый из этих способов управления характеризуется дли­ тельностью рабочего такта машины в зависимости от выполняемой операции.

Вмашинах с центральным управлением для любой операции отводится одинаковое заранее рассчитанное время. Длительность рабочего такта машины в данном случае постоянна для всех опе­ раций. Машины с центральным управлением называются также машинами с постоянным тактом, или синхронными машинами.

Вмашинах с местным управлением длительность рабочего 'такта машины определяется временем, необходимым для произ­ водства данной операции. Новая операция начинается сразу же

после получения сигнала об окончании предыдущей. В зависи-

*мости от кода выполняемой операции устройством управления вы­ рабатывается различное количество тактовых импульсов, что и вызывает изменение длительности рабочего такта.

Машины с местным управлением называют также машинами

спеременным тактом, или асинхронными машинами.

Вэтих машинах предусматривается наличие центрального и местного блоков управления. Блоком центрального управления вы­ рабатывается постоянное количество тактовых импульсов, обеспе­ чивающих выполнение тех операций, продолжительность которых

136

не превышает длительности основного рабочего такта. Для опера­ ций, время выполнения которых превышает длительность основ­ ного рабочего такта, предусматривается переход на местное управ­ ление. При этом блок центрального управления автоматически останавливается, и вместо него включается блок местного управ­ ления, который вырабатывает дополнительное количество импуль­ сов, необходимое для выполнения более длинной операции.

По окончании такой операции блок местного управления авто­ матически останавливается, и включается блок центрального управления.

Блок-схема устройств управления, представленная на рис. 90, является функциональной схемой! устройства управления цен­ трального типа.

В арифметическое

Рис. 90

Блок тактовых импульсов вырабатывает в этой схеме в каждом такте постоянное количество импульсов, обеспечивающих выпол­ нение самой длительной операции. В такой машине часть времени тратится «вхолостую», так как для большинства операций обычно требуется значительно меньше времени, чем для наиболее дли­

тельной из них, по которой устанавливается такт. По этой при­ чине скорость выполнения операции при центральном управлении по сравнению с другими способами управления операциями сни­ жается. Преимущество устройства центрального управления- - в более простой схеме и меньшем составе оборудования, поскольку нет необходимости изменять коммутацию цепей блока тактовых импульсов в зависимости от кода операции.

137

Блок-схема устройства управления смешанного типа представ­ лена на рис. 91. На этой схеме показаны только цепи, отличающие данное устройство управления от устройства управления централь­ ного типа, когда выполняется операция, продолжительность кото­ рой не укладывается в основной рабочий такт, происходит переход на местное управление. При этом выдача главных импульсов бло­ ком центрального управления прекращается. Вначале рассмотрим режим центрального управления. При центральном управлении с

вертора НЕ на вход а клапана Вл подается низкий потенциал. На

тельную схему ИЛИ, установит триггер местного управления ТМУ в единичное положение. Вследствие этого п-й тактовый импульс / х пройдет через клапан Вj в последующие цепи блока центрального управления. В данном случае не произойдет переключение па мест­ ное управление.

При выполнении опе­ рации, требующей пере­ хода па местное управле­ ние с дешифратора команд на вход а клапа­

на В4 и на вход инвер­ тора НЕ будет подавать­ ся низкий уровень напря­ жения, а на вход а кла­ пана В3— высокий уро­ вень напряжения.

В этом режиме триг­ гер местного управления ТМУ тактовым импуль­ сом / х установится в ну­ левое состояние. Такто­ вый п-й импульс / т через

клапан В2 поступит на блок местного управле­ ния. Последний вырабо­ тает дополнительное ко­ личество тактовых им­

пульсов, которое необходимо для выполнения данной операции.

После выдачи тактовых импульсов в блоке местного управле­ ния формируется сигнал, который поступает через собирательную

138

схему ИЛИ iia единичный вход триггера местного управления ТМУ и устанавливает его в положение «1».

Это обеспечивает прохождение n-го тактового импульса / т в по­ следующие цени блока центрального управления.

Таким образом, при смешанном управлении увеличение про­ должительности рабочего такта машины, выполняемое лишь в длинных операциях, достигается ценой усложнения схемы устрой­ ства управления и увеличением количества оборудования. Обычно продолжительность основного рабочего такта машины при сме­ шанном управлении определяется продолжительностью операции сложения. В ЭЦВМ имеется много операций, которые требуют меньшей затраты времени, чем операция сложения.

Устройство управления, создающее рабочий такт, длительность которого определяется кодом выполняемой операции, относится к устройствам управления местного типа.

Местный способ управления операциями обладает наибольшим быстродействием. Это достигается усложнением схемы устройства управления и увеличением состава оборудования. Центральный и смешанный способы управления характеризуются менее сложными схемами и, соответственно, меньшим составом оборудования и по­ ниженным быстродействием.

В современных ЭЦВМ наибольшее распространение получил смешанный способ управления операциями.

Если цифровая вычислительная машина создается как специа­ лизированная, то ее устройство управления можно значительно упростить по сравнению с устройством управления близкой по конструкции универсальной машины, особенно в том случае, если специализированная машина однопрограммная, т. е. она предна­ значается для многократного решения одной и той же задачи при различных начальных условиях. В специализированной однопро­ граммной цифровой вычислительной машине задача решается в одной и той же последовательности с использованием в одном и том же порядке всех блоков и устройств машины. Программа ра­ боты такой машины — «жесткая», т. е. постоянная для всех циклов и операций решения задачи. Поэтому устройство такой специали­ зированной ЭЦВМ, устройство ее основных блоков, системы про­ граммирования и управления значительно проще, чем в универ­ сальных электронных цифровых вычислительных машинах.

л

139