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

Аналогично производится подготовка перфолент. Ши­ рина ленты определяет максимальное количество доро­ жек, по которым может производиться запись и считыва­ ние информации. Чаще всего применяются стандартные пятидорожечные бумажные телеграфные ленты, а также

команда пробивается на нескольких строках ленты. Пер­ форация производится на телетайпах или на специально разработанных устройствах.

Ввод в машину данных с перфолент или перфокарт производится читающим устройством. В современных машинах используются читающие устройства, работаю­ щие на электромеханическом и фотоэлектрическом принципах.

Электромеханический принцип считывания информа­ ции заключается в том, что перфоноситель пропускается через транспортирующий блок, в котором установлены Металлические щеточки, ощупывающие перфокарты по колонкам, а перфоленты — по дорожкам. С другой сто­ роны перфоносителя установлен металлический контакт­ ный валик. Если в перфоносителе имеется отверстие, то щеточка, попадая в него, замыкает электрическую цепь через контактный валик и подаст электрический сигнал в машину. При отсутствии отверстия электрическая цепь размыкается, и сигнал в машину не подается.

Трение между щеточкой и перфоносителем ограничи­ вает скорость считывания 40—50 строками в секунду, так как при больших скоростях транспортировки перфо­ носитель быстро изнашивается.

Фотоэлектрическое считывание позволяет значитель­ но увеличить скорость ввода — свыше 200 строк (чи­ сел) в секунду с перфокарт и свыше 150 чисел в секунду с перфоленты. В таких устройствах используются фото­ элементы или фотодиоды, которые освещаются источни­ ком света, расположенным с другой стороны перфоно­ сителя. Если на карте или ленте имеется отверстие, то через него луч от источника света попадает на фотоэле­ мент, в котором вырабатывается электрический сигнал, поступающий после усиления в машину.

Наибольшую скорость ввода данных в машину можно

162

"получить при помощи магнитной ленты. В некоторых ма­ шинах подготовку магнитной ленты, т. е. нанесение на нее исходных данных, можно проводить независимо от машины. Для этого используется специальное устрой­ ство перезаписи, которое позволяет информацию, запи­ санную на перфокартах, переписывать непосредственно на магнитные ленты. Бобина с подготовленной лентой переносится на машину и устанавливается на одном из лентопротяжных блоков внешнего запоминающего устройства. Скорость ввода таким способом может пре­ вышать 1000 чисел в секунду.

Результаты решения задачи могут выводиться на пеофокарты, перфоленту или непосредственно на пишу­ щую машинку. При использовании перфокарт и перфо­ лент в качестве устройства вывода применяется перфо­ ратор результатов, аналогичный входному. Скорость пер­ форации результатов на карты составляет около 20 чи­ сел в секунду, а на ленты — до 10 чисел. Быстродейст­ вующее печатающее устройство, используемое в боль­ шинстве машин, позволяет печатать в десятичной систе­ ме счисления результаты, выдаваемые непосредственно из машины, со скоростью 20 чисел в секунду.

При работе устройств ввода-вывода с машиной

скорость передачи информации определяется быстродей­ ствием этих устройств. Скорость существующих электро­ механических устройств весьма низка, поэтому при вво­ де в машину больших массивов информации или при выводе большого числа результатов затрачивается зна­ чительная часть рабочего времени машины. Это обстоя­ тельство играет особенно значительную роль при экс­ плуатации информационно-логических машин, опери­ рующих с огромными объемами информации.

Проблема повышения производительности таких ма­ шин решается в двух направлениях. Во-первых, создает­ ся такая структура машины и устройств ввода и вывода информации, которая позволяла бы передавать инфор­ мацию без прекращения и даже без замедления выпол­ нения основной программы решения задачи. Ввод и вы­ вод информации при такой структуре может произво­ диться одновременно по нескольким каналам. Во-вто­ рых, разрабатываются новые сверхбыстродействующие устройства ввода-вывода с использованием различных физических и химических принципов.

' Скорость вывода таким способом достигает 200—300 тыс. знаков в секунду.

При э л е к т р о х и м и ч е с к о м способе вывода дан­ ных' их регистрация производится металлическим элект­ родом, имеющим механический контакт с поверхностью специальной бумаги, пропитанной электролитом. Другой стороной бумага соприкасается с пластиной, являющейся вторым электродом. На электроды подаются импульсы напряжения. Проходящий через бумагу ток вызывает разложение электролита, и в местах реакции цвет бума-' ги изменяется, чем воспроизводятся соответствующие цифры.

Устройства ввода-вывода ЭЦУМ

Другой вид устройств ввода-вывода информации представляют преобразователи данных из непрерывной формы в цифровую и обратно.

Вэлектронных цифровых вычислительных и инфор­ мационно-логических машинах преобразователи могут использоваться в качестве построителей графиков. В этом случае данные, поступающие в виде таблиц резуль­ татов в цифровой форме, передаются на преобразова­ тель, который записывает их в виде кривой на листе бумаги.

Таким образом автоматизируется процесс обработки данных, получаемых из машины.

Вэлектронные цифровые управляющие машины (ЭЦУМ), работающие в системах автоматического уп­

равления производством, необходимо автоматически вво­ дить исходные данные с датчиков, измеряющих парамет­ ры состояния системы,’И выводить командные сигналы на исполнительные органы. При этом • приходится пре­ образовывать непрерывные' величины (заданные, напри­ мер, в форме механического перемещения или величины электрического напряжения) в соответствующие им чис­ ловые эквиваленты. Устройства для преобразования не­ прерывной формы представления величин в цифровую применяются также при совместной работе аналоговых

ицифровых машин, а также для сопряжения аналоговой

ицифровой частей в комбинированных аналого-цифро­

вых машинах. - ......................

В настоящее .вре^'судаедвуёт’-.большое .. ..количество

1 6 3 -

различных схем преобразователей. В зависимости от принципа действия и характера входного сигнала они бывают механическими (входной сигнал измеряется ве­ личиной угла поворота оси, линейными перемещениями и т. п.) или электрическими (входной сигнал измеряется величиной напряжения или тока). Следует заметить, что механический входной сигнал, представленный, напри­ мер, поворотом оси, может быть легко преобразован в электрический непрерывный сигнал присоединением этой оси к ручке потенциометра. С другой стороны, электри­ ческое напряжение легко преобразовать с помощью сер­ вомеханизма, заставив его изменять механическое по­ ложение оси.

В электронных цифровых управляющих машинах применяются и механические и электрические преобразо­ ватели, причем первые используются широко, так как они имеют по сравнению с электрическими некоторые преимущества — у них выше точность и в некоторых слу­ чаях большая скорость работы.

Примером механического преобразователя может служить устройство с диском, схематически изображен­ ное на рис. 58. Оно состоит из диска 1, источника света 2

Рис. 58. Преобразователь с кодирующим диском:

/ — кодирующий диск; 2 —-источник света; 3 — фотоэлементы.

166

И системы фотоэлементов 3. Диск имеет ряд радиальных дорожек, на которых по определенному закону (приме­ нительно к двоичной, двоично-десятичной системе счис­ ления или по специальному коду) расположены проз­ рачные и непрозрачные участки. Каждой дорожке соот­ ветствует свой фотоэлемент. Если диск повернут так, что между источником света и одним из фотоэлементов на­ ходится прозрачная часть дорожки, то на выходе фото­ элемента возникает сигнал, который может быть считан и введен в машину. Комбинация сигналов на всех фо­ тоэлементах позволяет однозначно определить угол по­ ворота вала в виде закодированного числа.

Точность действия такого преобразователя определя­ ется количеством радиальных дорожек, которое соответ­ ствует количеству разрядов в числе. Например, при 16разрядиом двоичном коде диск делится по окружности на 65536 (216) дискретных частей, при этом максималь­ ная ошибка в определении угла поворота вала не пре­ вышает 10 угловых секунд. Ширина считывающей све­ товой щели должна составлять несколько микрон.

Для преобразования электрического напряжения в двоичный код чаще всего применяется преобразователь на электронно-лучевой трубке, показанный на рис. 59. Принцип действия этого устройства основан на пропор­ циональности между напряжением, приложенным к от-

Рис. 59. Преобразователь на электронно-лучевой трубке.

167

клонягощим пластинам трубки, и величиной отклонения электронного луча. Преобразуемое напряжение'Подается на пластины 1, а пилообразное напряжение развертки — на пластины 2. Подобно тому как это имело место в ра­ нее рассмотренном преобразователе, экран трубки 3 разделен на ряд дорожек, состоящих из прозрачных и непрозрачных частей. За экраном расположены фото­ элементы 4, на выходах которых возникают сигналы, ко­ гда электронный луч пересекает прозрачные части экра­ на. Наличие или отсутствие сигнала на выходе какоголибо фотоэлемента в определенные моменты времени характеризует значение соответствующего двоичного разряда числового эквивалента величины входного на­ пряжения.

Недостаток таких преобразователей заключается в значительном количестве чувствительных фотоэлементов, взаимное расположение которых должно быть точно фиксировано, так как в противном случае надежность работы схемы снижается, а регулировка усложняется.

Для так называемых накопительных преобразовате-

Д е ш и ф р а т о р

Устройства

сравнения t Ufa

Преобразуемое

напряжение

Рис. 60. Накопительный преобразователь напряжения с применением счетчика. •

168

лей характерно высокое быстродействие схемы при не­ прерывном изменении преобразуемой величины—оно мо­ жет на несколько порядков превосходить быстродейст­ вие преобразующих устройств, в которых за каждый цикл осуществляется преобразование полного значения непрерывной величины.

Накопительный преобразователь напряжения {рис. 60) состоит из генератора импульсов, реверсивного двоичного счетчика, дешифратора, блока сравнения и двух схем совпадения — Сш и Спг. Число, записанное в счетчике, с помощью дешифратора преобразуется в про­ порциональное напряжение обратной связи, которое сравнивается с преобразуемым напряжением. Если пос­ леднее меньше напряжения обратной связи, то откры­ вается схема совпадения Сщ, пропускающая импульсы на положительный вход счетчика. В первом случае чис­ ло в счетчике начинает уменьшаться, во втором — уве­ личиваться. Изменение числа продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи не станет равным пре­ образуемому (с точностью до единицы младшего разря­ да) . В момент установления равенства соответствующая, схема совпадения закрывается, счетчик останавливается и величина, зафиксированная в нем, становится равной числовому эквиваленту преобразуемого напряжения.

Рис. 61. Накопительный преобразователь поворота с диском:

I — диск с прорезями; 2— фотоэлемент; S — источник света.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ МАШИН

При эксплуатации ЗЦМ важно обеспечить макси­ мальное использование возможностей машины при наи­ меньших затратах, т. е. добиться наибольшей эффектив­ ности ее применения. Современная электронная вычис­ лительная техника дает возможность успешно решать подавляющее большинство научно-технических задач, а также задач экономического анализа и планирования производства. Однако при выборе типа машины всегда следует решить вопрос о рентабельности использования тех или иных вычислительных средств.

Данные о фактическом' использовании электронных цифровых машин показывают, что эксплуатационные расходы (на протяжении всего срока службы) во много раз превосходят стоимость изготовления машины, они значительно выше стоимости эксплуатации любого дру­ гого радиоэлектронного оборудования. Объясняется это тем, что кроме обычных для этого вида аппаратуры за­ трат в расходы по эксплуатации ЭЦМ входит высокая стоимость программирования задач и содержания обслу­ живающего персонала высокой квалификации.

Высокая производительность ЗЦМ, большие потери при ее простоях и значительные затраты на эксплуата­ цию — все это факторы, требующие решения проблемы достижения максимальной эффективности использова­ ния машины. В связи с увеличением парка ЭЦМ эта проблема приобретает еще большее экономическое зна­ чение.

Эффективность использования ЭЦМ может быть зна­ чительно повышена путем увеличения ее надежности и применения таких методов контроля за ее работой, кото­

171