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

используется более надежное и дешевое магнитное Опе­ ративное запоминающее устройство.

На машине БЭСМ отрабатывались методы програм­ мирования, решались различные научно-технические и логические задачи, разрабатывалась методика профи­ лактического контроля электронных цифровых машин и проверки устройств машины по испытательным про­ граммам, позволяющим быстро устранять неисправно­ сти и ошибки при решении задач. Была также проведена значительная работа, связанная с повышением устой­ чивости и надежности функционирования устройств ма­

шины.

Одновременно с БЭСМ в промышленности была разработана под руководством Героя Социалистическо­ го Труда Ю. Я. Базилевского и в 1953 т. выпущена се­ рийная машина «Стрела» (рис. 6), работающая со ско­ ростью 2—3 тыс. операций в секунду. Несколько машин этого типа успешно используются до настоящего вре­ мени в вычислительных центрах страны. Некоторые из этих машин подверглись существенной модернизации, которая значительно улучшила их технические пара­ метры.

В 1952 г. коллективом Лаборатории управляющих машин и систем АН СССР под руководством члена-кор- респондента АН СССР И. С. Брука была создана мало­ габаритная цифровая вычислительная машина М-2 универсального назначения. По сравнению с большими машинами (БЭСМ, «Стрела») она значительно мень­ ше и более экономична, однако математические воз­ можности и быстродействие ее относительно невысоки.

В 1955 г. была выпущена малая вычислительная ма­ шина «Урал», предназначенная для решения инженер­ ных задач в научно-исследовательских институтах, кон­ структорских бюро и высших учебных заведениях. «Урал» выполняет всего 100 операций в. секунду, однако хорошие логические возможности обеспечили этой ма­ шине широкое применение для решения сравнительно небольших задач. В течение нескольких лет эта машина; выпускалась серийно и сейчас является самой распро­ страненной советской вычислительной, машиной.

Простая и относительно, дешёвая малогабаритная вычислительная машина М-3 была создана в АН СССР

в 1955—1957 гг. Машина выполняет всего 30 операций

22

в секунду и предназначена для математических: вычисле­ ний небольшого объема.

Усовершенствование первых моделей БЭСМ и «Ура­ ла» привело к созданию машин БЭСМ-2 и «Урал-2», а позднее— «Урал-4», обладающих по сравнению с пер-, выми более совершенными параметрами. Машина БЭСМ-2 выполняет около 10 тыс. операций в секунду, имеет более широкие возможности, надежна и устой­ чива в работе. В настоящее время она находится в се­ рийном производстве. В модернизированном варианте машины «Урал»— «Урал-2», выпускаемой нашей про­ мышленностью серийно с 1958—1959 гг., скорость рабо­ ты увеличена со 10Q операций в секунду до 5 тыс. Ра­ боты по расширению возможностей этих машин при­ вели к созданию новых, более совершенных моделей.

Машина «Урал-4» имеет запоминающие устройства большой емкости, что позволяет успешно применять ее для решения различных информационных задач эконо­ мики, планирования и учета.

Большая работа по созданию новых вычислительных машин ведется в научных учреждениях и промышлен­ ности Украины, Белоруссии, Армении, Грузии, Латвии, Эстонии, Литвы и других союзных республик.

В 1957 г. в Вычислительном центре АН УССР под руководством академика В. М. Глушкова была закон­ чена разработка машины «Киев». Она вошла в состав основного оборудования Вычислительного центра и ши­ роко используется для решения научно-технических за­ дач и задач, связанных с планированием народного хо­ зяйства республики. Машина непрерывно подвергается модернизации, улучшающей ее технические параметры.

Значительный интерес представляют работы по со­ зданию ЭЦВМ, построенных на новых принципах. В них используются новые элементы, позволяющие умень­ шить размеры машин,-повысить их быстродействие и на­ дежность. К таким машинам следует отнести ЛЭМ-1 и «Сетунь».

Машина ЛЭМ-1:16 была разработана и построена

в1956—1958 гг. Несколько позднее была выпуще­

на усовершенствованная ее модификация- — модель ЛЭМ-1-24. Эти машины предназначены не только для решения математических задач, но и для проведения экспериментальных работ, связанных с решением логи-

23

25

ческих и информационных задач. В качестве основных элементов в них использованы магнитные сердечники, которые конструктивно оформлены в виде небольших съемных блоков (модулей). Электронные лампы приме­ нены только в источниках питания этих машин, их ко­ личество не превышает 100 штук. Машины показали чрезвычайно высокую надежность работы при прочих вполне удовлетворительных параметрах.

Машина «Сетунь» Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова выполнена на аналогичных элементах. В отличие от всех остальных машин в ней использована троичная система счисления, которая, по-видимому, дает некоторые преимущества.

Основные технические параметры некоторых отече­ ственных электронных цифровых вычислительных ма­ шин приведены в таблице на стр. 24—25.

Основные устройства электронной цифровой машины

При выполнении работ с помощью арифмометра или настольной счетно-клавишной машины вычислитель производит в определенной последовательности арифме‘ тические операции. При этом подготовка задачи к ре­ шению заключается в выборе метода решения и состав­ лении расчетного бланка, в который записываются ис­ ходные данные и последовательность выполнения опе­ раций. Решение задачи заключается в переносе двух чисел из расчетного бланка в машину, производстве над ними заданной арифметической операции и записи результата в расчетный бланк, который, храня исход­ ные данные, программу вычислений, промежуточные и окончательные результаты, как бы расширяет память вычислителя.

Управление вычислительным процессом (считывание чисел с бланка, набор их на счетном приборе, запись результатов на бланк) осуществляется оператором вручную. Для умножения на счетно-клавишной маши­ не, например, двух десятизначных чисел требуется око­ ло 30 секунд. Из этого врёмени только 10 секунд рас­ ходуется непосредственно на перемножение чисел, а остальное время идет на управление вычислительным

26

процессом. Очевидно, что значительное увеличение ско­ рости работы счетного прибора, управляемого челове­ ком, нецелесообразно, так как это не дает существен­ ного ускорения вычислений.

В электронной цифровой машине не только арифме­ тические операции, но и операции управления вычи-

Признам результата

Исходные Результаты данные

Рис. 7. Блок-схема электронной цифровой машины.

применению высокоскоростных электронных схем мож­ но увеличить по сравнению с механическими и электро-: механическими счетными приборами в .сотни тысяч и даже миллионы раз.

Современная программногуправляемая цифровая ма­ шина представляет собой сложный агрегат, состоящий из устройств, выполняющих различные функции: ариф­ метического устройства, запоминающего устройства,- устройства управления,, устройств ввода вывода

(рис. 7).

Арифметическое устройство (АУ) машины помимо арифметических действий может выполнять также ряд логических операций: сдвиг числа, формирование но­

27

вых чисел и команд, сравнение чисел, выделение части числа и др. Арифметическое устройство заменяет счет­ ный прибор в схеме ручного счета.

Запоминающее устройство (ЗУ), иначе называемое памятью машины, служит для хранения программы вы­ числений, исходных данных для решения задачи, про­ межуточных и окончательных результатов. Запоминаю­ щее устройство используется в машине вместо расчет­ ного бланка при ручном счете.

Функции человека, управляющего вычислительным процессом при ручном счете, в машине осуществляет устройство управления (УУ), автоматически выполняю­ щее программу вычислений, помещенную в памяти. Программа представляет собой последовательность приказов (команд) машине, которую она должна авто­ матически выполнить для получения результатов зада­ чи. В каждой команде содержится указание на то, ка­ кую операцию должна выполнить машина, откуда (из какого места запоминающего устройства) взять необ­ ходимые для заданной операции данные (числа) и куда поместить результат.

Устройство управления извлекает из ЗУ код очеред­ ной команды программы, расшифровывает его и, в за­ висимости от его содержания, производит такие пере­ ключения цепей устройств машины, которые обеспечи­ вают выполнение команды. Если содержанием команды является, например, арифметическая операция над дву­ мя числами, то устройство управления по коду коман­ ды находит в запоминающем устройстве нужные числа, передает их в арифметическое устройство, включая там в работу те блоки, которые необходимы для выполнения данной операции, и записывает обратно в ЗУ результат операции.

Аналогично выполняются последующие команды, npej дусмотренные программой, вплоть до команды останова машины.

Время выполнения одной команды называется так­ том работы вычислительной машины. У различных элек­ тронных цифровых машин рабочий такт длится от не­ скольких единиц до нескольких десятков и даже сотен микросекунд (миллионных долей секунды).

Обычно команды выполняются последовательно од­

28

на за другой в том порядке, в каком они записаны в ЗУ. Однако, в зависимости от анализа получаемых ре­ зультатов, иногда бывает необходимо изменять ход вы­ числений. При ручном счете наблюдение за полученны­ ми результатами ведет сам вычислитель. Анализируя результаты, он может изменить количество разрядов чисел, над которыми выполняются действия, перейти к другому, более экономному и точному методу вычисле­ ний, определить момент окончания выполнения опреде­ ленного участка задачи и т. п. В машине это делает устройство управления. По сигналу «признак результа­ та», выдаваемому арифметическим устройством, напри­ мер при отрицательном результате предыдущей опера­ ции, по специальной команде УУ изменяет ход вычисле­ ний и переходит к выполнению другого участка про­ граммы. Решение задачи заканчивается тогда, когда машина выполнит все команды, имеющиеся в про­ грамме.

В составе машины имеется пульт ручного управления (ПРУ), предназначенный для пуска и остановки ма­ шины, для контроля за ходом вычислительного процес­ са и проверки правильности работы машины. Пульт ручного управления является частью устройства управ­ ления.

. Вводные (Вв) и выводные (УВ) устройства маши­ ны осуществляют ввод в нее исходных данных для вы­ числений и вывод результатов.

Исходные данные и программа решения задачи за­ писываются на специальном бланке последовательно­ стью чисел и кодов команд. В таком виде они не могут быть непосредственно введены в запоминающие устрой­ ства и поэтому должны быть преобразованы в электри­ ческие сигналы, с помощью которых в машине изобра­ жаются числа. Результаты вычислений также получа­ ются в виде электрических сигналов, комбинация ко­ торых также должна быть преобразована в десятичные числа, напечатанные в виде таблиц на бумажном ру­ лоне.

При работе электронных цифровых машин в систе­ ме управления различными объектами и процессами или при совместной работе ЭЦМ с аналоговыми маши­ нами в качестве устройств ввода — вывода используют­ ся специальные преобразователи, предназначенные для

29

на — человек». Характерным для ЭЦВМ являются: руч­ ная подготовка данных, сравнительно слаборазвитая система устройств ввода — вывода, использование запо­ минающих устройств средней емкости при высоком бы­ стродействии арифметического устройства, большое раз­ нообразие операций, .выполняемых машиной.

ЭЦВМ универсального назначения по возможно­ стям и сложности конструкции условно делятся на три вида: большие, средние и малые. Образцами первого вида являются, например, отечественные машины «Стре­ ла», БЭСМ-2 и другие; американские машины 700-й се­ рии фирмы ИБМ, машины «Унивак» и др. Они содер­ жат по 5—7 тыс. электронных ламп и .потребляют около 100 ква электроэнергии. Скорость вычислений на сов­ ременных больших ЭЦВМ составляет от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч операций в секунду. Средние (отечественные машины «Киев», «Раздан-2», «Урал-2») и' малые машины (М-3, «Минск-1», «Урал-1») имеют меньшие возможности по скорости и точности работы, но они конструктивно проще, дешевле и надеж­ нее больших машин.

При многократном решении задачи по одной и той же программе, но при разных исходных числовых дан­ ных, или при решении задач достаточно узкого клас­ са для повышения производительности ЭЦВМ обычно отказываются от принципа универсальности ее приме­ нения и переходят ж применению специализированной машины.

Специализированные машины, будучи простыми и достаточно дешевыми, по своим возможностям не усту­ пают, а часто и превосходят универсальные машины при решении того класса задач, для которого предназначе­ ны. Кроме того, они обладают еще одним существен­ ным преимуществом — простотой подготовки задач для решения. К таким машинам относятся, например, циф­ ровые дифференциальные анализаторы, машины для подсчета парных произведений, машины для решения волновых уравнений и т. п.

‘ Применение электронных цифровых машин для обра­ ботки больших объемов информации при решении ин­ формационных задач привело к созданию нового клас­

31