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

обычно используются р е г и с т р ы , представляющие со­ бой замкнутые в кольцо линии задержки, по которым циркулируют коды чисел. Сдвиг числа на один разряд при суммировании частных произведений осуществляет­ ся задержкой кода числа на один временной интервал. •

Рис. 36. Кодово-позиционная схема умножения с последова­ тельным суммированием частных произведений.

В начальный момент времени все регистры очищены. По сигналу «разрешение ввода», приходящему на схемы совпадения Сш и Спг, в линию задержки ЛЗ-2 поступает младшими разрядами множимое, а в регистр ЛЗ-З— множитель.

Определение цифры младшего разряда множителя и формирование первого частного произведения осущест­ вляется с помощью схем совпадения Сп4 и Cns и инвер­ тора И]. Если первый разряд множителя равен «1», то высоким уровнем напряжения кода и управляющим (тактирующим) импульсом Т схема Сп4 открывается по обоим входам и переводит триггер Тр в положение «1 ». Триггер открывает схему Сп3, которая пропускает множи­ мое (задержанное на один временной интервал в ЛЗ-Г) на вход ОС-3. Производится суммирование множимого с нулем. Полученное таким образом первое 'частное про­ изведение поступает в регистр старших разрядов произ­ ведения Л З-1 .' Если разряд множителя равен «О», то

112

низкий уровень напряжения инвертируется инвертором Hi и открывает по одному входу Cns. По второму входу СП5 открывается тактирующим импульсом, который пе­ реводит Тр в положение «О». В этом случае Сп3 закрыто, и на суммирование с частным произведением поступают нули.

Следующий тактирующий импульс подается на схе­ му умножения в тот момент, когда первое частное про­ изведение появляется на выходе ЛЗ-4. Этот импульс че­ рез Cos и Сп6 определяет второй разряд множителя и, в зависимости от его-значения, переводит Тр в «О» или «1». Поступая на СП7 , тактирующий импульс передает в ЛЗ-5 младший разряд первого частного произведения. Начинается получение второго частного произведения. Тактирующий импульс снимается и на входы ОС-3 по­

Операция умножения выполняется таким образом до тех пор, пока множимое не 'будет умножено на все раз­ ряды множителя. В случае, если множимое и множитель представлены «-разрядными числами, то для выполне­ ния операции умножения потребуется п таких тактов.

После выполнения операций старшие разряды полу­ ченного произведения будут записаны в-регистре ЛЗ-4, а младшие— в регистре ЛЗ-5. Таким образом, эта схе­ ма производит округление результата и позволяет ис­ пользовать его с двойной точностью (с двойным числом

(рис. 37). Разряды множителя поступают одновременно на управляющие входы из цепочки четырех клапанов 4К0 б, разряды множимого — на числовые входы цепочек

4К„б.

Количество цепочек клапанов определяется числом разрядов множителя, а количество клапанов в цепочке— числом разрядов множимого. В данной схеме 'число раз­ рядов Множителя и множимого равно четырем.

В зависимости от того, равна ли цифра множителя «О» или «1 », цепочка клапанов, управляемая этим раз­ рядом множителя, не пропустит или пропустит множи­ мое на суммирующую схему. Сдвиг множимого осущест-

■Произведение

Рис. 37. Кодово-позиционная схема умножения с параллель­ ным суммированием частных произведений.

вляется схемно. Все частные произведения суммируются одновременно во всех суммирующих схемах. Результат операции устанавливается «а выходе схемы умножения после окончания переходных процессов в сумматорах.

сумматор с параллельным вводом разрядов слагаемых и последовательной передачей единицы переноса. Опера­ ция умножения производится с помощью двух регистров 4Ргд— множимого и 4Рг2— множителя, сдвигателя вле-

ч —

во 4Сд, цепочек клапанов 4K0 6j и 4КгУправление последовательностью работы элементов схемы осущест­ вляется блоком местного управления (БМУ).

Приведенная схема рассчитана на перемножение двух четырехразрядных чисел.

Предварительно множимое и множитель записывают­ ся соответственно на регистры 4Рг!И 4Рг2. Блок местно-

114

ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Запоминающее устройство ( ЗУ) — та часть элект­ ронной цифровой машины, в которой' введенная инфор­ мация может быть сохранена, а позднее выведена для дальнейшего использования. Такие устройства часто на­ зывают п а м я т ь ю ма шины.

Информация (в виде кодов чисел и команд) в запо­ минающем устройстве обычно разделена на группы, как правило, совпадающие по количеству разрядов с кодом числа и команды. Каждая такая группа называется м а ш и н н ы м с ловом. Расположение машинных слов в ЗУ фиксировано: каждое слово занимает часть запо­

любую команду вне зависимости от порядка их располо­ жения в ЗУ, место, занимаемое машинным словом, обо­ значают а д р е с о м ячейки, которой присваивается определенный номер. Количество машинных слов, кото­

следующим требованиям: допускать возможность записи новых данных в ячейки, где расположены уже исполь­ зованные числа и команды; обеспечивать хранение дан­ ных практически сколь угодно долго, позволяя читать (извлекать) любое число раз информацию, хранящую­ ся в определенном месте ЗУ, не изменяя ни его содер­ жимого, ни содержимого соседних ячеек. Процессы за­ писи информации в запоминающее устройство и считы­ вания из него называются о б р а щ е н и е м к ЗУ. Время,

116

необходимое для осуществления этих процессов, назы­ вается в р е м е н е м о б р а щ е н и я .

Запоминающие устройства имеют три независимых режима работы: прием, хранение и выдача информа­ ции. Прием информации называется з а п и с ь ю, а вы­ дача — с ч и т ы в а н и е м .

При записи информации в какую-либо ячейку ЗУ производится поиск адреса нужной ячейки, стирание ра­ нее хранившейся в ней информации и запись новой ин­ формации. В большинстве ЗУ стирание выполняется не­ посредственно записью новой информации, или же оно производится одновременно с записью. В том и другом случае процесс стирания старой информации почти не увеличивает времени записи. Таким образом, полное время обращения к запоминающему устройству при за­ писи информации складывается из времени поиска нуж­ ной ячейки и времени записи.

Процесс считывания информации, записанной по ка­ кому-либо адресу, состоит из поиска нужного адреса, собственно считывания и записи выданной информации по тому же адресу, из которого она была считана. За­ пись считанной информации (т. е. ее восстановление.) необходима в тех типах запоминающих устройств, у ко­ торых считывание сопровождается стиранием, в резуль­ тате чего информация теряется. Такие ЗУ называются устройствами с потерей информации при считывднии. Они имеют увеличенное время считывания, так как при записи считанной информации обычно используется то же оборудование, которое служит для записи новой. Та­ ким образом, полное время обращения к запоминающему устройству при считывании складывается из времени поиска нужного адреса, времени собственно считывания и времени восстановления информации. У большинства типов ЗУ время обращения при записи и считывании ин­ формации приблизительно одинаково.

Классификация - запоминающих устройств

Запоминающие устройства всех типов характери­ зуются их основными параметрами — емкостью и време­ нем обращения. К ним предъявляются требования наи-

117

большей емкости и минимального времени обращения. Однако эти требования противоречивы: до настоящего времени практически еще не создано экономичное и имеющее малые габариты запоминающее устройство, ко­ торое обладало бы емкостью, достаточной для решения больших задач, и в то же время — малым временем обра­ щения, отвечающим быстродействию современных ЭЦВМ. Поэтому в быстродействующих вычислительных машинах, как правило, применяется несколько различ­

вают внутренней памятью). Оно имеет высокое быстро­ действие и поэтому используется непосредственно с арифметическим устройством и устройством управления машины. Как правило, ОЗУ имеет емкость, ограничен­ ную несколькими тысячами машинных слов, а время об­ ращения — порядка долей или единиц микросекунд. В качестве оперативных запоминающих устройств в маши­ нах применяются: акустические линии задержки (в по­ следние годы — реже), электронно-лучевые трубки, •маг­ нитные сердечники и магнитные барабаны.

Другой вид запоминающего устройства — в н е ш н е е

тысяч и даже миллионов ячеек, но у него большое время

информации, получаемой из внешнего ЗУ или из устрой­ ства ввода для передачи в оперативную память маши­ ны. Переписывание информации из промежуточного ЗУ производится значительно быстрее, чем непосредственно из медленнодействующих устройств; это повышает эф­ фективность использования машины. Таким образом, ПЗУ используются для в р е м е н н о г о хранения инфор­ мации при обмене ею между устройствами, которые об­ ладают разными скоростями действия. Промежуточные запоминающие устройству имеют емкость, среднюю меж­ ду емкостью ОЗУ и ВЗУ, — обычно порядка нескольких десятков тысяч ячеек; по своему быстродействию они

118

также занимают промежуточное положение — время об­ ращения к ним составляет несколько десятков милли­ секунд. В качестве промежуточных ЗУ обычно исполь­ зуются магнитные барабаны.

Д о л г о в р е м е н н ы е з а п о ми н а ю щ и е у с т р о й - с т в а (ДЗУ) применяются для длительного хранения постоянных чисел, коэффициентов и стандартных, наи­ более часто применяемых, программ (перевода вводимых в машину чисел из двоично-десятичной системы счисле­ ния в двоичную и обратного перевода при выводе ре­ зультатов, вычисления логарифмов и тригонометриче­ ских функций, различные вспомогательные программы и т. п.). Для этой цели применяются такие запоминаю­ щие устройства, в которые запись информации произво­ дится при изготовлении машины или при подготовке ее к решению задачи. В качестве ДЗУ используются диод­ ные матрицы, емкостная бумага, магнитные сердечники и переключатели. Обычно ДЗУ имеет сравнительно не­ большую емкость (несколько сотен или тысяч машин­ ных слов), но позволяет производить считывание, инфор­ мации с высокой скоростью.

Блок-схема электронной цифровой вычислительной машины, использующей все эти виды запоминающих устройств, приведена на рис. 39. Все указанные виды ЗУ применяются только в больших машинах, обладающих высокой производительностью, в средних и малых ЭЦВМ обычно имеются один-два вида запоминающих устройств.

Для создания запоминающих устройств могут быть использованы различные физические явления, связанные с изменением состояния той или иной среды под влияни­ ем внешних воздействий и дающие возможность более или менее длительно и устойчиво сохранять и легко рас­ познавать изменившееся состояние. Применение двоич­ ной системы счисления значительно облегчает эту зада­ чу. В настоящее время широко известны устройства, в которых запись информации осуществляется намагни­ чиванием отдельных участков магнитного слоя или от­ дельных магнитных элементов, электрическим зарядом отдельных участков диэлектриков или конденсаторов, возбуждением звуковых или электромагнитных колеба­ ний, пробивкой отверстий и т. д.

Некоторые виды запоминающих устройств позволяют

119

Рис. 39. Блок-схема электронной цифровой машины с различ­ ными видами запоминающих устройств.

хранить информацию долгое время без затраты энергии. К ним относятся, например, устройства, использующие принципы магнитной записи, пробивку отверстий. И на­ оборот, есть ЗУ, в которых естественное время хранения информации невелико. Например, при использовании принципа накопления электрического заряда на диэлект­ рике длительность хранения определяется временем ес­ тественного разряда, а при использовании линий задерж­ ки— временем задержки. Такие запоминающие устрой­ ства требуют непрерывного восстановления хранимой в них информации. Обычно их называют запоминающими устройствами с восстановлением при хранении. Для того чтобы информация не терялась в период хранения, время обращения к каждой ячейке для восстановления ее со­

120

устройства на магнитных сердечниках и электронно-лу­ чевых трубках. В запоминающих устройствах с последо­ вательным обращением время обращения зависит от ад­ реса ячейки, причем обращение осуществляется последо­

следует первый (магнитный барабан, замкнутая линия

кость, так как в них предусматривается возможность по­ следовательного изменения адресов в двух направлениях (например, магнитная лентд и перфолента).

Кратко рассмотрим некоторые запоминающие устрой­ ства, которые нашли широкое применение в ЭЦМ.

Запоминающие устройства на триггерных схемах

Триггерные схемы применялись в качестве^ запоми­ нающих устройств для хранения чисел и команд уже в первых образцах электронных цифровых машин. Такое

триггерной схеме необходимо использовать две электрон­ ные лампы или два полупроводниковых триода. Поэто­ му на триггерных схемах обычно монтируются запоми­ нающие устройства небольшой емкости. Например, в машине ЭНИАК, имевшей 18 тыс. электронных ламп, емкость оперативного ЗУ на триггерных схемах состав­ ляла всего 20 чисел, а в машине МЭСМ — 31 число и 63 команды.

121