книги из ГПНТБ / Нечаев А.Н. Устройство и работа электронных цифровых машин

(устройство для запоминания кода одного числа или команды), как сдвигатель, а также в качестве элемента управляющих схем.

Вариант триггера, выполненного на двух полупровод­ никовых триодах, (показан, на рис. 24. Когда триод ПТ1 находится в закрытом-состоянии, так как подано напря-

Рис. 24. Триггерная схема на полупроводниковых триодах.

жение от делителя на сопротивлениях R i и /?„, на вход инвертора с триодом ЛТ2 через сопротивление R k 1 по­ дается напряжение—6s, и триод П'Г2 открыт. При от­ крытом ПТ2 напряжение на его коллекторе близко к нулю, так как на сопротивление R k 2 падает почти все напряжение — 6s. Поэтому, несмотря на перекрестную связь, триод ПТ] удерживается в закрытом состоянии.

емкость С. Высокоомное сопротивление R служит для запирания одного из диодов Д отрицательным напряже­ нием, поданным с коллектора запертого триода. Если,

92

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Арифметическое устройство (АУ)—масть электронной цифровой машины, предназначенная для выполнения арифметических операций надчислами и логических операций над числами .и командами программы. Все операции оно производит над информацией, получаемой из запоминающих устройств, а вид и порядок выполне­ ния этих операций определяются устройством управле­ ния. Таким образом, АУ тесно связано с другими устрой­ ствами ЭЦМ и органически входит в ее состав.

Классификация арифметических устройств

В зависимости от требований, предъявляемых к ма­ шинам (в отношении круга решаемых задач, быстродей­ ствия, экономичности использования, надежности рабо­ ты применяемых в схемах типов элементов и т. п.), в настоящее время построено большое количество разно­ образных арифметических устройств. Их можно класси­ фицировать по следующим основным характеристикам:

представлены в двоичной системе счисления; подавляю­ щее большинство эксплуатируемых в настоящее время машин имеет двоичные АУ (например, машины БЭСМ, «Стрела», «Урал» и др.);

94

б) десятичными (американская машина ЭНИАК); в)-двоично-десятичными (американские машины

УНИВАК, ИБМ 705 и 7070 и др.); г) троичными (машина «Сетунь»),

2. В з а в и с и м о с т и от ф о р м ы п р е д с т а в л е ­ ния чисел, с которыми оперирует машина, арифмети­ ческое устройство может быть предназначено:

а) для чисел, представленных с фиксированной за­ пятой (средние и малые машины «Урал-1», «Киев», «Се­ тунь» и др.);

б) для чисел, представленных с плавающей запятой (машины «Стрела», БЭСМ, «Раздан-2» и др.);

в) как для нисел, представленных с фиксированной запятой, так и для чисел, представленных с плавающей

устройства могут быть комбинационными или .накапли­ вающими:

а) Принцип действия к о м б и н а ц и о н н о й (кодо­ во-позиционной) суммирующей схемы (рис. 25) заклю­ чается в получении суммы двух чисел путем изменения

торы, построенные на триггерных элементах. Принцип действия такой схемы заключается .в получении суммы двух или большего количества чисел 'путем п о с л е д о ­ в а т е л ь н о г о с ч е т а импульсов, соответствующих

95

единице данного разряда. Накапливающий (но не «на­ копительный») сумматор для'каждого разряда слагае­ мых имеет только один вход. Конечный результат (сум­ ма) устанавливается на выходе суммирующей схемы только после прохождения счетчиком всех промежуточ­ ных положений, соответствующих значениям промежу­ точных сумм. Результат сохраняется на выходе суммато­

Результ ат

(сумма)

Счетно-импульсная суммирующая схема

1- е слагаемое Стирающий 2- е слагаемое импульс(, Сброс")

Рис. 26. Накапливающая суммирующая схема.

ды одного числа подаются в суммирующую схему одно­ временно, поэтому ввод многоразрядного числа занимает столько же времени, сколько ввод одного разряда. Коли­ чество отдельных каналов передачи и входов суммирую­ щей схемы должно соответствовать количеству разрядов чисел, следовательно, она должна содержать, в общем случае, столько одноразрядных сумматоров, соединенных

последовательно, поэтому время ввода зависит от коли­ чества разрядов вводимых чисел. Суммирующая схема при последовательном суммировании имеет только один одноразрядный сумматор, .вследствие чего затрачивает

96

на суммирование значительное время (например, малая

мирование обычно применяется при работе машины с двоично-десятичными кодами чисел. Такая схема соче­ тает в себе (принципы работы схем (Последовательного и параллельного суммирования. При использовании, на­ пример, двоично-деоятичного кода 8—4—2—1 десятичные разряды числа могут подаваться в схему последова­ тельно во времени, а четыре двоичные цифры одного де­ сятичного разряда поступают одновременно. Как по числу элементов, так и по времени выполнения операции такая суммирующая схема занимает промежуточное по­ ложение между двумя первыми.

5.Суммирующие схемы арифметических устройс

могут отличаться друг от друга и по с п о с о б у вы­ п о л н е н и я п е р е д а ч и е д и н и ц ы п е р е н о с и в старшие разряды при суммировании — последовательно из разряда в разряд, либо одновременно ,по цепи сквоз­

нос, возникший в сумматоре какого-либо разряда, мо­ жет вызвать перенос в сумматоре следующего разряда, этот в следующем и т. д. В наиболее неблагоприятном случае, с точки зрения времени выполнения операции, может возникнуть столько переносов, сколько разрядов слагаемых.

б) В случае применения суммирующей схемы с од­ н о в р е м е н н о й пе р е д а ч е й единицы переноса меж­ ду одноразрядными сумматорами (перенос, возникший в каком-либо разряде по цепи сквозного переноса, одно­ временно воздействует на-все сумматоры старших раз­ рядов, результат сложения в которых равен единице, до того разряда включительно, где результат сложения ра­ вен нулю. Здесь передача единицы переноса заканчи­ вается. При одновременной передаче единицы переноса количество элементов в суммирующей схеме несколько увеличивается, но значительно сокращается время сум­ мирования.

В существующих сейчас электронных цифровых вы­ числительных машинах применяются АУ, в которых рас­ смотренные принципы используются в самых различных сочетаниях. Это определяется требованиями 'быстродей-

ствия, надежности работы, экономичности и удобства эк­ сплуатации, а также степенью технической отработки от­ дельных элементов схем. При этом следует отметить, что перечисленные требования противоречивы.

Например, большее быстродействие арифметического устройства достигается за счет увеличения количества элементов схем, что уменьшает 'надежность его работы. Однако эксплуатация устройства может быть упрощена

важнейшие параметры — быстродействие, разрядность и форму представления чисел.

Если АУ имеет кодово-позиционную суммирующую схему, то оно должно содержать регистр, в котором хра­ нился бы результат выполненной операции. Устройство с параллельной счетно-импульсной суммирующей схе­ мой такого регистра не требует, так как полученный в нем результат операции может храниться на триггерах суммирующей схемы.

Для выполнения арифметическим устройством опера­ ции умножения в нем необходимо иметь минимум еще два регистра для хранения множителя и множимого во время перемножения кодов.

Для выполнения операций деления и умножения не­ обходимо, чтобы по крайней мере два из трех регистров могли сдвигать свое содержимое вправо и влево. В зави­ симости от предъявляемых требований схема АУ может усложняться.

Последовательностью работы АУ управляют сигна­ лы, поступающие из устройства управления. Так как в некоторых случаях порядок выполнения операций зави­ сит от результата, полученного в АУ, последнее посыла­ ет сигналы в устройство управления.

Элементарные операции, выполняемые схемами АУ

Любая арифметическая или логическая операция мо­ жет быть разбита на ряд элементарных операций, каж­ дая из которых будет выполняться отдельной схемой арифметического устройства.

98

В состав элементарных операций входят следующие: а) прием кодов чисел или команд, или отдельных разрядов чисел или команд «а блоки АУ из запоминаю­

щего устройства или из других блоков машины; б) выдача кодов чисел или команд из АУ в другие

блоки или устройства машины; в) преобразование прямого кода числа в дополни­

тельный или обратный (обращение кода) при выполне­ нии операции вычитания и обратное преобразование;

г) сдвиг кода числа в сторону старших или младших разрядов (например, при выполнении операций умноже­

«О».

Определенная последовательность перечисленных вы­ ше элементарных операций составляет любое арифмети­ ческое или логическое действие, выполняемое арифме­ тическим устройством.

Например, при-сложении двух чисел в машине с пла­ вающей запятой выполняется следующий порядок эле­ ментарных операций:

ройства;

3)если слагаемые имеют разные порядки, то необхо­ димо одно из них сдвинуть вправо для выравнивания порядков;

4)так как слагаемые могут быть разных знаков, на­ до получить обратный код одного из чисел, т. е. произ­

6 ) в результате сложения может произойти наруше­ ние нормализации вправо или влево, поэтому произво­ дится операция сдвига кода суммы в нужную сторону;

7)если необходимо произвести операцию округления результата, то в большинстве случаев в младший разряд сумматора засылается единица, т. е. производится опе­ рация приема кода одного разряда;

8)если сумма получилась в обратном коде, часто бывает необходимо перед выдачей в ЗУ произвести опе­ рацию рбращения кода суммы;

ращения кода может производиться выдачей сигналов не с правого (единичного) анода триггера, а с левого, что аналогично получению обратного кода. Если на триггере Тр хранится код, соответствующий «1», то на правом его аноде имеется напряжение высокого уровня, открываю­ щее схему совпадения Cni по одному из входов. При не­ обходимости выдать -прямой код на второй вход Cnj подается сигнал «выдача прямым кодом», и напряжение

Кодовая

шина

Рис. 28. Схема обращения кодов.

высокого уровня проходит в кодовую шину. При выдаче обратного кода сигнал «выдача обратным кодом» подает­ ся на один из входов схемы совпадения Сп2. Однако эта схема закрыта по второму входу напряжением низкого уровня с левого анода триггера. В кодовой шине — низ­ кий уровень напряжения, т. е. отсутствие сигнала. При записи на триггер кода, соответствующего «О», будет наблюдаться обратная картина.

В кодово-позиционных арифметических устройствах обращение кодов может производиться с помощью пре­ образователей, рассмотренных выше.

Схема сдвига кодов (рис. 29). Триггеры служат здесь для хранения кода числа, которое необходимо сдвинуть. Сдвиг осуществляется при поступлении импульса из устройства управления. Формирователи Ф1 и Ф2 служат для усиления управляющих импульсов по" мощности. Операция сдвига вправо на один разряд осуществляет­ ся следующим образом: управляющий импульс сдвига поступает на один из входов всех систем совпадения Сп) и проходит через Сщ тех разрядов, триггеры кото­

101