книги из ГПНТБ / Бирюков Н.Е. Основы электронной вычислительной техники
.pdfпо которым поступает потенц код числа с триггеров АУ
ИЗИ
о
Входные кодовые шины адреса - КША
.1 |
t |
I |
< |
« |
|
Т% |
тп |
тп |
тп |
тп |
т п тп тп тп тп |
|
|
|
|
|
Рис. 50
Входные КШЧ
4. Устройство занесения и выдачи информации, обеспечиваю щее запись кодов чисел в куб МОЗУ (которая поступила из ариф метического устройства), а также выдачу кодов чисел, считанных с куба МОЗУ, в АУ. Схема занесения принимает потенциальный код числа с КШЧ и по команде «запись» («ЗП») при помощи ячеек Кф преобразует его в импульсный код. Импульсный код числа по ступает на переключающие трансформаторы ПТх-1, которые обес печивают выдачу в обмотку записи куба МОЗУ токов I х и 1Х
необходимой формы и полярности, т. е. выполняют роль форми рователей токов записи.
5. Усилители считывания (УСч), предназначенные для усиления информации, считанной с куба МОЗУ. После УСч информация по ступает на ячейки Кф, которые преобразуют потенциальный код в импульсный. С ячеек Кф отформнрованные сигналы снимаются для выдачи их на выходные шины чисел, а затем — в арифметиче ское устройство. Одновременно эта информация поступает через переключающие трансформаторы ПТХЛ в обмотку записи куба МОЗУ для регенерации (восстановления) информации, считанной
скуба.
6.Схема управления МОЗУ, позволяющая управлять его от дельными устройствами в соответствии с выбранным режимом ра боты машины. Основные сигналы, подаваемые с устройства управ ления, такие, как «запись», «чтение», «установление адресного ре
гистра в положение „0“ или „1“ (1 — в АР, и 0 — в АР), «обра щение к НМЛ». Эти уровни напряжений (определенной величины)
подаются на отдельные устройства в определенные моменты вре мени н включают эти устройства в действия.
МОЗУ любой системы работает в двух основных режимах: в ре жиме записи информации и в режиме чтения информации.
Врежиме записи информации в МОЗУ производится запись информации по данному адресу независимо от того, какая инфор мация хранилась там раньше.
Врежиме чтения информация, считанная с куба МОЗУ, по сылается в арифметическое устройство. Чтение информации осу ществляется в двух режимах:
а) чтение с регенерацией, т. е. с восстановлением записи; б) чтение без регенерации.
Основным |
является первый режим — чтение с регенерацией. |
На рис. 50 |
видно, что в режиме чтения с регенерацией инфор |
мация, считанная с куба МОЗУ, усиливается и выдается в арифме тическое устройство. Кроме того, эта же прочитанная информация поступает на формирователи токов записи и воздействует на них таким образом, что в такте записи информация восстанавливается в определенном разряде числовой ячейки соответствующего числа.
6—Зак. 1246 |
81 |
§ 26. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА МАГНИТНЫХ ЛЕНТАХ И МАГНИТНЫХ БАРАБАНАХ
1.Общие принципы магнитной записи
Воснове записи на ферромагнитную ленту или магнитный ба рабан лежит использование свойства ферромагнитных материалов сохранять остаточную намагниченность после воздействия на них внешнего магнитного поля.
Наиболее широкое применение в качестве магнитного покрытия нашла окись железа Fe20 :!, используемая в виде порошка с разме рами частиц не более 1 мк. Порошок размешивается в лаке, полу ченную эмульсию наносят тонким слоем (40—60 мк) на поверх ность лент или барабанов в качестве магнитного покрытия. Маг нитное покрытие является носителем информации.
В последнее время в качестве носителя информации часто при меняют гальванические покрытия, состоящие из 80% кобальта и 20% никеля. Эти покрытия наносятся на поверхности лент и бара банов слоем толщиной 7—15 мк.
Принцип магнитной записи двоичных кодов основан на том, что ферромагнитные материалы имеют два направления намагничива ния и, следовательно, обладают двумя состояниями остаточной магнитной индукции. Одно из них характеризуется величиной + Вг, а другое — величиной —Вг петли гистерезиса. Эти два устой чивые состояния магнитного материала используют для записи двоичных цифр.
Запись производится намагничиванием ферромагнитного по крытия записывающими магнитными головками. Процесс намаг ничивания такой головкой показан на рис. 51. Магнитная головка представляет собой электромагнит, кольцевой сердечник которого собран из тонких изолированных ферромагнитных пластин. Сер дечник имеет узкий зазор (шириной в несколько десятков микрон) с высоким магнитным сопротивлением.
Магнитная головка обращена своим зазором к ферромагнит ному'слою— носителю информации. Расстояние между сердечни ком головки и ферромагнитным слоем выбирается в пределах от 20 до 100 мк. При прохождении тока через обмотку головки в ее
82
сердечнике создается магнитный поток, который идет через воз душный зазор и замыкает магнитную цепь. Этот магнитный поток намагничивает окись железа. Направление намагничивания зави сит от направления тока в обмотке электромагнитной головки.
Если магнитный барабан или магнитную ленту перемещать с постоянной скоростью относительно головки, а через обмотку го ловки пропустить импульсы тока определенной частоты, то на по верхности носителей информации будут образовываться элемен тарные намагниченные участки — магнитные диполи. Магнитные диполи, располагаясь друг за другом, образуют магнитную до рожку.
Число магнитных дорожек равно количеству записывающих го ловок. Плотность размещения магнитных диполей на такой до рожке зависит от скорости перемещения носителя информации от носительно головки и от частоты импульсов. Обычно на 1 см до рожки записывается до 30-тп диполей. Ширина каждой дорожки, т. е. ширина диполей, находится в пределах от 1 до 4 мм.
Сигналы, записанные на носителе информации, воспроизво дятся с помощью считывающей головки 2.
Конструкция таких головок аналогична конструкции записы вающих головок. Часто для записи п считывания используются одни и те же головки. При чтении информации ферромагнитный слой с записанной на ней информацией в виде магнитных диполей той или иной полярности перемещается относительно считываю-v щей головки.
Часть магнитного потока элементарного магнита, находящегося в непосредственной близости от зазора сердечника головки, замы кается через этот сердечник. Изменение во времени магнитного потока, вызываемое движением носителя информации, наводит в обмотке считывающей головки э.д.с. Эта э.д.с. представляет со бой сигнал, характеризующий двоичную цифру.
Имеются различные способы записи кодов двоичных цифр на магнитном материале: запись по двум уровням, запись по трем уровням и запись по двум уровням без промежутков между циф рами.
На рис. 52, а показан процесс записи числа по двум уровням. При такой записи магнитный материал либо намагничивается, либо остается в ненамагниченном состоянии. Оба эти состояния соответствуют коду 0. На рисунке остаточная индукция магнит ного материала +Вг соответствует коду 0. Изменение индукции в головке до —Вг соответствует коду 1. Э.д.с. индукции, возникаю щая в обмотке считывающей магнитной головки при прохождении
под ней магнитного материала с записанным кодом числа |
1101, по |
казана на графике e = f(t). Недостатком такого метода |
является |
то, что отсутствие записанной цифры выражается так же, как и код 0.
Этот недостаток устранен при записи двоичных чисел по трем уровням (рис. 52, б). Записи кода 1 по этому методу соответствует
6* |
83 |
насыщение магнитного материала до В\=Вг, записи кода 0 соот ветствует насыщение материала до В2 = —Вг. 'При отсутствии записи материал находится в размагниченном состоянии. Запись кодов 1 и 0 осуществляется разнополярными импульсами тока, по даваемыми в обмотку записывающей магнитной головки. В об мотке считывающей магнитной головки будут появляться различ ные комбинации импульсов, соответствующие коду 1 или коду 0.
|
В |
обоих |
рассмотренных |
||||||
|
случаях |
участки |
|
материалов |
|||||
|
между |
кодами |
записанных |
||||||
|
цифр |
находятся |
в |
исходном |
|||||
|
состоянии, |
которое |
означает, |
||||||
|
что записи |
нет. |
|
|
|
|
|||
|
На рис. 52, в |
показан |
про |
||||||
|
цесс записи чисел по двум |
||||||||
t |
уровням |
|
без |
промежутков |
|||||
между |
цифрами. |
При |
та |
||||||
|
кой записи, как и в преды |
||||||||
|
дущем |
случае, |
коды |
двоич |
|||||
|
ных |
цифр |
|
выражаются |
раз |
||||
|
личными уровнями. Напри |
||||||||
|
мер, |
коду 0 |
соответствует |
на |
|||||
t |
сыщение |
до |
В х = +Вг, |
а |
ко- |
||||
ду 1—насыщение до В2 = —Вг. |
|||||||||
Изменение уровня остаточ ной индукции происходит при записи числа только в том случае, когда последующая цифра отличается от предыду щей: появление положитель ных импульсов в обмотке счи тывающей головки будет ха рактеризовать последователь ность единиц, а появление от-
£рицательного импульса—нача ло последовательности нулей.
Э.д.с., наводимая в обмот ке считывающей головки по-
^ложительным импульсом, изо
бражает начало кода 1, а от
Рис. 52
рицательным импульсом,— на чало кода 0.
Метод записи по двумя уровням без промежутков между цифрами обладает некоторыми преимуществами по сравнению с описанными выше. В общем случае при одинаковой скороети движения носителя частота изменения остаточной индукции ячеек при
84
такой записи ниже, а наименьшая длина участка намагниченности в одном направлении больше. Это значит, что при записи методом двух уровней без промежутков машины могут запомнить большее количество цифр при одинаковых габаритах носителей записи и считывать информацию с большей скоростью.
В ЭЦВМ «Минск-1» на магнитной ленте производится запись по двум уровням без промежутков.
Всю информацию, размещенную на носителе записи, можно разделить на три группы: числовую, командную и вспомогатель ную. Первые две группы, представляют собой основную информа цию, которая необходима для решения задачи. К вспомогательной информации относятся адреса отдельных чисел пли группы чисел, синхронизирующие импульсы и их серии, а также различные спе циальные сигналы.
В ЭЦВМ числовая и командная информация магнитной ленты или барабана обычно разбивается на части, которые называются зонами. Разбивка на зоны обуславливается следующими причи нами:
а) необходимостью ввода программы решения задачи в ОЗУ и вывода из НМЛ (накопитель на магнитной ленте) промежуточных вычислений, которые производятся по частям из-за весьма ограни ченной емкости оперативного запоминающего устройства;
б) необходимостью отделения групп числовой информации от групп командной информации (для последовательного выполнения команд).
Размещение числовой или командной информации внутри од ной зоны может быть выполнено:
а) последовательным способом, при котором каждое число за писывается по одной дорожке, разряд за разрядом;
б) параллельным способом, при котором все разряды числа записываются одновременно;
в) параллельно-последовательным способом, при котором не сколько разрядов числа записываются одновременно по парал лельным дорожкам последовательными группами.
Для последовательного способа размещения информации на носителе требуется минимальное количество аппаратуры, но не обходимо и максимальное время для осуществления записи нлй воспроизведения информации.
Для параллельного способа расположения информации нужно максимальное количество аппаратуры, потому что для каждого разряда записываемого или воспроизводимого числа должен быть свой канал записи — воспроизведения. Этот способ обеспечивает максимальное быстродействие ЗУ. Параллельно-последовательный способ расположения информации является относительно простым и обеспечивает сравнительно высокое быстродействие. В настоя
щее время он широко используется в запоминающих устройствах ЭЦВМ.
Для нормального воспроизведения записанной информации не обходимо, чтобы она содержала серии импульсов, синхронизирую щих каждый разряд воспроизводимого числа, команды или номера зоны.
При последовательном способе расположения информации на носителе каждому разряду воспроизводимого числа должен соот ветствовать свой синхронизирующий импульс.
При параллельном способе расположения информации на носи теле каждый синхронизирующий импульс соответствует полному воспроизводимому числу.
При параллельно-последовательном способе расположения ин формации каждый синхронизирующий импульс соответствует вос произведению одной строки записанного числа, а для синхрониза ции одного числа необходимо иметь столько синхронизирующих импульсов, сколько последовательных строк имеет записанное число.
Магнитный носитель информации чаще всего размещается на барабане или на ленте.
2. Запоминающее устройство на магнитном барабане
Магнитный барабан представляет собой цилиндр, изготовляе мый обычно из алюминиевых сплавов, с ферромагнитным покры тием, который приводится во вращение двигателем. Магнитный барабан удобно использовать как параллельное запоминающее устройство.
Все разряды чисел располагаются по одной образующей ци линдра, для каждого разряда предназначается отдельная головка. Время, необходимое для того, чтобы нужная ячейка достигла счи тывающей головки, не превышает времени, которое затрачивается на один оборот барабана. Частота повторения считывающих им пульсов зависит от скорости вращения барабана и плотности записи.
Емкость барабана может быть рассчитана по формуле
С„б — \ r . D m q чисел,
где п — количество двоичных разрядов в числе;
D— диаметр барабана, лш;
т— количество импульсов, приходящееся на 1 мм длины до
рожки; ^ — количество дорожек на поверхности барабана.
Емкость барабана доходит до нескольких миллионов ячеек. Среднее время обращения к числовой ячейке в запоминающем устройстве на барабане равно
^обр ~ ~2f ^в'6’
86
где /'— число оборотов барабана в секунду; ^н.й— время выборки числа считывающей головкой барабана,
которое определяется скоростью прохождения числа под головкой, мксек.
Запоминающее устройство на магнитном барабане часто ис пользуется как последовательно-параллельное запоминающее устройство. Примерное размещение данных последовательно-па раллельной записи показано на рис. 53, где 48 двоичных разрядов каждого числа размещаются на четырех дорожках, каждая из них
имеет по 12 разрядов. |
Эти четыре |
дорожки |
называются трактом |
записи числа. |
|
|
|
|
, Д орожка |
импульсов |
начала кода |
Д оро ж ка синхронизирующих |
|
импульса |
|
импульсов |
у ,Д орож ка концевого |
||
Синхрони зирующий
импильс
1-й с и н х р о -у визирующий
импульс
Рис. 53
Если но окружности барабана можно записать /н групп чисел по п разрядов в каждой, то общее число синхронизирующих им пульсов, записанных на синхронизирующей дорожке, равна т • п. Между последним и первым синхронизирующими импульсами имеется промежуток, необходимый для автоматического перехода чисел с одного тракта па другой. Все операции, осуществляемые в схеме управления запоминающего устройства на магнитном ба рабане, синхронизируются синхронизирующими импульсами. Син хроимпульсы используются также для отыскания адреса ячейки числа при записи и считывании кодов чисел с барабана.
На рис. 53 видно, что на барабане имеются также:
а) дорожка импульсов начала кода. В нашем примере импуль сы на этой дорожке записываются одновременно с каждым после дующим 12-м синхронизирующим импульсом. Этот 12-й импульс
87
Используется для того, чтобы отделять друг от друга коды, запи санные на одной дорожке.
Импульсы начала кода делят барабан по числовой дорожке' на зоны;
б) дорожка концевого импульса. На этой дорожке записан одновременно с последним синхронизирующим импульсом один концевой импульс. Концевой импульс служит для перевода записи или считывания с одной числовой дорожки на другую;
в) дорожка номера зоны кода чисел.
Как отмечалось, барабан по дорожке разбивается импульсами начала кода на зоны. В дорожке номера зоны при помощи двоич ных разрядов записывается номер зоны. Номером первой, т. е. ну левой зоны, является участок отсутствия импульсов — число выра жается нулями. Таким образом, если общее количество зон рав но п, то номер последней зоны будет число п—1, выраженное в двоичной системе.
Запись или считывание кодов с магнитного барабана может начинаться только после считывания и сравнения адреса числа, записанного на барабане, с адресом числа, поступающего из адресного регистра.
Рассмотрим работу запоминающего устройства на магнитном барабане, примерная блок-схема которого изображена на рис. 54. В этом запоминающем устройстве предусмотрены два режима ра боты: режим записи кодов на барабан и режим считывания кодов с барабана. Оба режима можно разбить на два этапа.
Первый этап — выбор ячейки, в которой начинается запись или считывание знаков. При этом происходит коммутация цепей записи и считывания, необходимая для выборки номера зоны, с которого должна начаться работа. С дорожки номера зоны кода произво дится считывание кодов номеров зон и сравнение этих кодов с за данным адресом. В случае совпадения кодов этап выбора началь ной ячейки кончается и начинается второй этап.
Второй этап — производство записи или считывания. Для уяснения принципа работы блок-схемы рассмотрим режим записи кодов, а затем режим считывания.
В режиме записи головки вспомогательных импульсов подклю чены к соответствующим усилителям считывания кодов зоны УВ ь УВ2, УВ$, УВ$. Считываемые коды с дорожки номера зоны кодов через усилитель У поступают в схему сравнения. В момент совпа дения кодов считанного номера зоны с кодом номера зоны, поме щенным в адрес (восемь разрядов адреса поступают с кодовых шин адреса — КША), со схемы сравнения с частотой синхронизи рующих импульсов поступает импульс записи Зп, разрешающий прием кода на магнитный барабан МБ. Импульс записи Зп, имея положительную полярность, открывает все восемь вентилей совпа дения (В[ — Bg), через которые на схему с регистра арифметиче ского устройства поступают импульсы четырех старших разрядов кода числа. Следующий импульс записи Зп (для записи одного
числа таких импульсов должно быть 12) пропускает в схему сле дующие 4 разряда кода числа с регистра АУ. С приходом 12-го импульса на схему поступят последние младшие разряды кода числа.
Импульсы кодов, поступающие на усилители (У) с каждым из
четырех разрядов кода |
числа регистра А У, |
на выходе усилителей |
|||
удваиваются |
и уже по |
восьми |
каналам |
поступают на вентили |
|
В 1— В&. Если |
во всех |
четырех |
разрядах |
были единицы, |
то от |
кроются вентили В и В3, В5 и В7, |
а если нули — вентили В2, |
В4, В,-, |
|||
и йя и пропустят импульсы на усилитель записи (УЗ). Нагрузкой для УЗ является одна из двух обмоток рабочей головки.
В зависимости от того, в какой из катушек проходит ток, в сер дечнике катушки возникает магнитный поток разных направле ний, что соответствует записи кодов 1 или 0. К выходу УЗ подклю чается реле номера тракта.
При подаче в устройство с кодовых шин адреса (КША) кода адреса (четыре разряда) в дешифраторе номера тракта срабаты вают соответствующие реле, подключая к усилителям записи че тыре рабочие головки выбранного тракта,
89