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

ходной информации, вводимой в машину, и большое, количество выводимой информации. Для обеспечения оперативной работы ИЛМ имеют хорошо развитую си­ стему устройств -ввода, которая обычно имеет гибкую структуру. Она позволяет использовать перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, производить ввод данныхнепосредственно с телеграфных и телефонных каналов связи и др. В некоторых ИЛМ ввод данных производится одновременно по нескольким каналам без прерывания ра­ боты машины по выполнению вычислений;

сравнительно небольшая последовательность логиче­ ских и арифметических операций (поиск необходимых данных в запоминающих устройствах, сравнение, сло­ жение, вычитание и т. п.). В связи с тем что поиск ин­ формации в запоминающих устройствах большой ем­ кости занимает значительное время, очень высокие тре­ бования к быстродействию арифметического устройст­ ва могут не предъявляться.

Выводные устройства ИЛМ рассчитаны на вывод из машины огромных массивов информации — результатов обработки данных. Они позволяют выводить результа­ ты на различные устройства (печатающее устройство, устройство отображения графической информации на' специальных электронно-лучевых трубках, построители

выводных устройств без прекращения и даже без за­ медления основной работы машины.

Информационно-логические машины, используемые для решения задач статистики, экономики, бухгалтер­ ского учета, а также для решения сложных логиче­ ских задач (например, автоматического перевода тек­ стов с иностранных языков), работают по схеме «чело­ век — машина — человек».

При использовании ИЛМ для обработки данных, получаемых при испытании каких-либо объектов, эти данные, характеризующие состояние и параметры ис­ следуемого объекта, поступают через преобразующие устройства непосредственно на вход машины, обраба­ тываются в ней, и результаты обработки выдаются ис­

32

следователю в виде отпечатанных таблиц или в виде графиков. В этом случае ИЛМ работает по схеме «объ­ ект— машина — человек».

Электронные цифровые машины, ■действующие в си­ стемах автоматического управления и регулировки, об­ разуют класс так называемых управляющих машин.

Электронная ' ■ цифровая .управляющая машина (ЭЦУМ) — одно из центральных звеньев сложного ком­ плекса автоматического управления. Она предназнача­ ется для того, чтобы задавать, программу работы, об­ рабатывать информацию о состоянии отдельных эле­ ментов и всей системы в целом и вырабатывать необ­ ходимые управляющие сигналы. В более сложных слу­ чаях машина выполняет расчеты по выбору оптималь­ ного режима работыГсйстемы управления.

ЭЦУМ содержит те же основные' устройства, что и любая цифровая электронная вычислительная машина, однако между ними: имеется и некоторое различие, от­ носящееся главным образом к устройствам ввода — вывода.

Исходные данные поступают в управляющую маши­ ну автоматически, непосредственно от измерительных и контрольных приборов, определяющих параметры со­ стояния системы. Режим работы системы автоматиче­ ского управления производственным и технологическим

(цифровой) форме. При выводе управляющих сигналов, воздействующих непосредственно на органы управле­ ния системой, производится обратное преобразование. Электронные цифровые управляющие машины работа­ ют по схеме «объект машина — объект».

Управляющие машины должны обладать высоким быстродействием, обеспечивающим достаточно точное управление быстропротекающими процессами. Кроме ■того, они должны быть очень надежными и иметь кон­ струкцию, обеспечивающую нормальную работу, напри­ мер, при необычных температурных условиях, в загряз­

ненной атмосфере и т. д.

В настоящее время ведутся исследовательские ра-

ПОДГОТОВКА ЗАДАЧ ДЛЯ РЕШЕНИЯ НА ЭЦМ

Условия большинства научно-технических задач и задач экономики можно записать в виде уравнений, для решения которых необходимо выполнять такие матема­ тические операции, как вычисление интегралов и различ- . ных тригонометрических функций, производить, дейст- . вия над комплексными' числами, решать .дифферен­ циальные уравнения и т.. п.

На электронных цифровых маши.нах решаются зада­ чи разнообразных типов и самой-различной трудности, поэтому прежде, чем задача сможет быть введена в ма­ шину, необходимо выполнить большую подготовительную работу.

Электронная цифровая машина может выполнять только простейшие арифметические и логические опера-., ции, а также операции управления. Большинство ЭЦМ может лишь складывать, вычитать, умножать и делить. Машины, выполняющие непосредственно (не по спе­ циальной программе) извлечение квадратного корня, строятся редко.

Логические операции включают в себя' операций сравнения (определение равенства или'неравенства чй: ' сел, определение большего числа из двух сравнивае­ мых чисел и т. п.), логического сложения, логического умножения и др. Логические операции составляют oc-i' новную массу операций при решении’ различных логи-

К ним относятся операции передачи управления и неко­ торые другие. .

Порядок решения задачи

При решении задачи, на электронной цифровой вы­ числительной машине необходимо выполнить следующую

можность описать их в такой форме почти для любой задачи.

шения задач являются достаточно универсальными и позволяют получать результаты с любой, наперед задан­ ной точностью. Однако для этого требуется проделать огромное количество простейших операций, которые мо­ гут быть выполнены машиной.

3) Разработать а л г о р и т м , т. е. четко и однознач­ но определить все этапы и разветвления процесса реше­ ния задачи на машине. При решении сложных задач целесообразно расчленить программу на более простые части, соответствующие основным этапам вычислений. При разработке алгоритма весь вычислительный про­ цесс можно записать в виде блок-схемы или последо­ вательности операторов, обозначающих этапы решения задачи.

4)Разработать общую организацию программы и распределение памяти машины. При распределении па­ мяти назначаются участки запоминающих устройств: для размещения программы вычислений, исходных чис­ ловых данных, промежуточных и окончательных ре­ зультатов.

5)Составить для каждого этапа программу (т. е. последовательность команд, выполняемых машиной) в виде буквенных символов.

6)Произвести' п е р ек о д и р о в к у программы и на­ чальных данных задачи из буквенных символов в код,' принятый в машине. Кодирование обычно представляет

36

собой очень кропотливую работу и чаще всего является источником ошибок.

7)Путем соединения частных программ получить общую программу решения задачи.

8)■Провести предварительную проверку правильно­ сти составленной программы и устранить обнаружен­

ные ошибки.

9) С помощью внешних устройств перенести исход­ ные данные задачи с бланков на перфокарты или пер­ фоленту, т. е. преобразовать их в форму, пригодную для автоматического ввода в машину.

10) Проверить правильность подготовки перфокарт и перфолент с помощью специальных контрольных устройств.

11) Отладить программу на машине, т. е. при проб­ ном решении выявить ошибки, которые могли возник­ нуть при программировании, кодировании и подготовке данных для ввода в машину. Большинство программсложных задач, даже при очень внимательном их со­ ставлении и подготовке, содержит ошибки.

12)Исправить обнаруженные ошибки.

13)После того как выяснено, что программа рабо­ тает правильно, остается ввести отлаженную програм­ му и исходные числовые данные в машину и начать ре­

шение задачи.

14) В ходе решения задачи правильность работы машины может контролироваться повторным выполне­ нием участков программы и выводом из машины ха­ рактерных промежуточных результатов.

15) Получить результаты решения задачи, автомати­ чески выданные машиной на устройства вывода (бы­ стродействующее печатающее устройство или перфора­ тор результатов) ' - *

16) При выдаче результатов на перфокарты или перфоленту отпечатать их на печатающем устройстве системы внешних устройств машины.

17)Обработать результаты, отпечатанные на бу­ мажном рулоне, т. е. расшифровать значения данных, и, если необходимо, построить по ним графики.

18)Оформить полученные результаты (сброшюро­ вать или переплести) и вместе с отчетом по решению задачи выдать заказчику.

37

вательно расположенных целых степенях числа, служа­ щего основанием системы счисления.

В машинах применяется несколько систем счисле­ ния и изображения чисел. Например, при вводе дан­ ных в машину и выводе из нее результатов числа обычно записываются в привычной для нас десятичной системе счисления. Числа, над которыми выполняются операции, в большинстве машин представлены не в де­ сятичной, а двоичной системе. Некоторые машины опе­ рируют с десятичными цифрами, каждая из которых закодирована в двоичной системе. В машине «Сетунь» используется троичная система счисления. Команды в программах обычно записываются на бланках в восьме­ ричной системе. Большое количество различных форм записи чисел и кодов объясняется удобствами, которые они дают при выполнении тех или иных видов обработ­ ки информации.

Название системы .происходит от того числа, кото­ рое принято за основание счисления. Основание опре­ деляет соотношение между единицами соседних разря­ дов, а также количество различных цифр, применяемых для изображения чисел в той или иной системе счис­ ления.

Десятичная система имеет основанием число 10. В ней используется десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Десятичная система — позиционная, поэтому десятйч

нии целых чисел степени основания системы счисления увеличиваются справа налево, начиная с нулевой для младшего разряда. При представлении смешанного чис­

запятой возрастают отрицательные степени основания системы счисления. Таким образом, все числа в десятич­ ной системе счисления получаются с помощью числа 10 (основания системы счисления), взятого в различных степенях и помноженного на цифры этой системы.

Двоичная система счисления имеет основанием чис­ ло 2. Все числа в двоичной системе изображаются на­ борами только двух цифр — 0 и 1. Это обстоятельство значительно облегчает изображение чисел в машине с

39

помощью электрических, магнитных и других элементов. Достаточно, чтобы элементы электронной цифровой ма­ шины, с помощью которых изображаются разряды чи­ сел, могли принимать всего два резко отличных друг от друга состояния.

Двоичная система, так же как и десятичная, являет­ ся позиционной. Поэтому двоичное число, например 1101*, можно представить в виде суммы:

Из этой таблицы видно, что даже при записи не­ больших чисел в двоичной системе счисления требует­ ся значительное количество разрядов, т. е. запись двоич-

* 1101 читается не «тысяча сто один», а «единица, единица, ноль, единица».

40

три с лишним раза больше, чем при записи его в десятич­ ной системе. Однако при оценке способов представле­ ния чисел в машине надо исходить не из количества разрядов, а из количества цифро-разрядов, т. е. произ­ ведения количества разрядов, необходимого для записи числа, на количество цифр в системе. Действительно, в цифровой машине каждый разряд числа может прини­ мать столько дискретных значений, сколько имеет цифр применяемая система счисления. Реализация каждого из этих значений либо требует особого оборудования, либо вызывает усложнение режимов работы элементов.

В этом отношении двоичная система счисления бо­ лее экономична, чем десятичная. Это можно показать на таком примере. Для изображения десятичных чисел до 999 требуется 10x3 = 30 цифро-разрядов, это же чис­ ло в двоичной системе счисления записывается как. 1111100111, т. е. требует приблизительно 2X10 = 20 циф­ ро-разрядов. Десятичные числа до 99 изображаются 10x2 = 20 цифро-разрядами, а эквивалентное ему двоич­ ное число 1100011 изображается 2X7=14 цифро-разря­ дами. Если считать, что для изображения каждого циф- ро-разряда требуется один элемент схемы, то можно сделать вывод о выгодности двоичной системы счисле­ ния по сравнению с десятичной приблизительно в 1,5 раза.

Другое преимущество двоичной системы счисления— простота выполнения арифметических действий. Это то­ же одна из причин широкого применения ее в вычисли­ тельных устройствах и логических цепях-.

'При выполнений операции сложения двух д е с я т и ч - и ы х чисел необходимо' помнить все суммы десятичных

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1 Т+ 1=10

41