Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 337
Скачиваний: 0
— опознавание образов (опознавание знаков, анализ фотогра фических изображений, опознавание структур в молекулярном и биологическом структурном анализе);
— решение математических задач и уравнений (задачи тео рии игр, обращение матриц и вычисление определителей, корреля ция и автокорреляция, оптимизация функциональных выражений
идр.);
—перевод с иностранных языков, преобразование кодов;
—решение военных задач (анализ данных военной разведки, обработка данных аэрофотосъемки, управление и командование
войсками, непрерывное наблюдение за движущимися объектами
и т. д.).
Во всех типах АЗУ запись и считывание информации осуще ствляются после предварительного поиска по заданным ассоциа тивным признакам. Наиболее распространенными критериями по иска информации (ассоциативными признаками) являются сле дующие: «равно», «меньше, чем», «больше, чем», «в заданных пре делах».
В АЗУ поиск необходимой информации осуществляется пораз рядно для всех чисел в накопителе одновременно, т. е. запоминаю щие элементы, относящиеся к одному разряду всех хранимых чисел, опрашиваются одновременно, а сами разряды — последова тельно. Поиск производится за один цикл обращения к АЗУ, при чем по окончании цикла информация в накопителе сохраняется, так что во время последующих циклов поиск можно продолжать в том же массиве информации по тем же или по другим ассоциа тивным признакам. Благодаря возможностям параллельного по иска время цикла поиска оказывается сравнимым с циклом об ращения в ОЗУ с адресной выборкой.
К основным функциональным операциям, которые выполняют ся запоминающими элементами АЗУ, относятся запись информа ции, считывание записанной информации и сравнение этой инфор мации с информацией, поступающей извне, и с эталоном. Эталон, сформированный в соответствии с тем или иным критерием по иска, обычно состоит из двух частей: собственно информационных разрядов и разрядов маски. Поиск осуществляется только по ин формационным разрядам. Сравнение с разрядами маски либо во обще не производится, либо результаты этого сравнения при по иске не принимаются во внимание. Возможность запрета опроса по разрядам маски позволяет резко сократить время решения ряда задач. Таким образом, логика работы запоминающего элемента АЗУ — двоично-троичная. Элемент хранит двоичную информацию, а его опрос производится одним из трех сигналов: «1», «О» и «0» («любой код» используется при выделении разрядов маски). Для реализации такой логики обычно используют пару двухпозицион ных запоминающих элементов.
Запоминающие элементы в накопителе АЗУ объединяются в ячейки; каждая ячейка служит для хранения одного слова (реже нескольких слов). Некоторое количество разрядов слова выделяет
ся для хранения основной информации, а остальные служат для хранения ассоциативных признаков. Элементы в накопителе соеди няются таким образом, чтобы обеспечить возможность одновре менного опроса всех элементов, принадлежащих одному и тому же разряду. В АЗУ используются элементы с неразрушающим считы ванием информации. Для построения накопителей АЗУ применя ются тонкопленочные криотроны, тонкие магнитные пленки, тун нельные диоды, ферритовые сердечники и другие элементы.
Выбор запоминающего элемента АЗУ осуществляется на осно вании таких характеристик устройства, как время поиска инфор мации, разрядность ячейки, емкость накопителя, функциональная гибкость, допустимая стоимость, климатические требования. Од нако в любом случае он должен обеспечить неразрушающее счи тывание информации и выполнение логической операции срав нения.
Основные преимущества АЗУ по сравнению с обычными ЗУ с адресной выборкой следующие:
— специфичность ячеечной структуры накопителя, позволяю щей сравнительно просто перейти к интегральному исполнению АЗУ с сохранением его работоспособности при наличии неисправ ных запоминающих элементов; если в накопителе обнаруживаются неисправные запоминающие элементы или ячейки, они могут быть исключены из дальнейшей работы путем присвоения им специаль ного признака неисправности (без физического изъятия); это су щественно упрощает эксплуатацию АЗУ;
—■возможность проведения параллельного поиска информа ции, хранимой в накопителе АЗУ; сравнение всей информации с эталоном производится за один цикл обращения; в обычных устройствах для этого понадобилось бы несколько тысяч операций выборки и сравнения; это приводит к повышению быстродействия в десятки и сотни раз при решении таких задач, как сортировка, каталоговый и архивный поиск, корреляция данных и др.;
— существенное упрощение техники программирования, по скольку при составлении программ не принимается во внимание фактическое расположение информации в накопителе; сокращается также объем работ по учету и распределению ячеек накопителя.
Сейчас еще рано говорить, насколько сложным окажется мате матическое обеспечение, необходимое для АЗУ, однако несомненно, что методы программирования и средства математического обес печения будут сильно отличаться от всего, что разработано для ЦВМ с адресными ЗУ.
Основным препятствием на пути развития АЗУ является отсут ствие ассоциативных запоминающих элементов приемлемой стои мости с удовлетворительными техническими и технологическими характеристиками.
Г л а и а VII
ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
§ 7.1. Принципы магнитной записи информации в ЗУ на магнитных лентах, барабанах, дисках
Интенсивная разработка систем магнитной записи цифровой ин формации началась с появлением первых ЦВМ. В современных ЦВМ магнитная запись широко используется для построения ВЗУ на магнитных лентах, барабанах, дисках. Широкое применение магнитной записи в ЗУ обусловлено следующими ее положитель ными свойствами: высокой плотностью записи (до сотен и более бит на квадратный миллиметр поверхности носителя информации), неограниченным сроком хранения записанной информации (она сохраняется и при выключении питания), возможностью много кратного использования носителя информации путем стирания ра нее сделанной записи, сравнительно высокой скоростью записи и воспроизведения информации.
В качестве носителя информации обычно применяется магнит ное покрытие толщиной 8—20 мкм из ферролака, представляю щего собой порошкообразный ферромагнитный материал, находя щийся в дисперсном состоянии в связующем веществе типа аце тата целлюлозы, нитрата целлюлозы и др. В ферролаке доля магнитного порошка составляет 25—45%. Порошок состоит из мелких (0,3—0,8 мкм) кристаллов окиси железа Ее20з. Его основ ные магнитные характеристики: коэрцитивная сила /7С= 180ч- -г-640 а/см\ остаточная магнитная индукция Вг = 40-:-100 мтл. Фер ролак наносится на ленту из неметаллического материала, напри мер из ацетилцеллюлозы, или на поверхность металлического ци линдра или диска. Применяются также кобальто-никелевые по крытия (сплав из 80% кобальта и 20% никеля), наносимые галь ваническим путем на поверхность цилиндра слоем толщиной 7—
15мкм.
Воснову магнитной записи электрических сигналов положено свойство ферромагнитных материалов намагничиваться под дей ствием внешнего магнитного ноля и сохранять положительную или
228
отрицательную остаточную намагниченность ( + ВГ или —Вг) при удалении поля. Процесс накопления и выдачи информации проис ходит в той же последовательности, что и при магнитной записи звука: подготовка носителя информации, запись и воспроизведе ние информации. Подготовка носителя информации может осу ществляться либо путем полного его размагничивания, либо на магничивания в каком-то одном направлении. В первом случае производится стирание предыдущей записи переменным током с по мощью стирающей магнитной головки до полного размагничива ния носителя, во втором случае — насыщение магнитного покры тия воздействием на него интенсивного постоянного магнитного поля. Преимущественное распростра нение получил второй способ подготов ки носителя информации, т. е. его предварительное намагничивание, так как в этом случае амплитуда сигнала при воспроизведении получается в два раза большей, чем при первом спосо бе. Кроме того, в конструктивном отношении реализация первого спосо ба является более сложной.
Запись информации осуществляет ся с помощью записывающих магнит ных головок. Обычно применяются
кольцевые магнитные головки (рис. 7.1), представляющие собой электромагнит, сердечник которого имеет два зазора и собран из тонких изолированных ферритовых пластин. Задний зазор служит для снижения намагниченности сердечника. Кроме того, он обес печивает большую технологичность конструкции. Своим передним зазором, ширина которого составляет несколько микрон, сердеч ник обращен к носителю информации. Расстояние между сер дечником и носителем при бесконтактной записи выбирается 20—
50мкм.
При протекании тока через обмотку головки в ее сердечнике
создается магнитный поток, который замыкается через зазоры сер дечника и частично через носитель информации. После прекраще ния тока в носителе за счет остаточной индукции остается намаг ниченный участок — магнитный диполь. Полярность диполя зави сит от направления магнитного потока, определяемого, в свою оче редь, направлением тока в обмотке головки: при протекании тока через левую обмотку головки магнитный диполь ориентируется в одном направлении, а при протекании тока через правую обмот ку — в противоположном направлении.
Если носитель информации перемещать с некоторой постоянной скоростью относительно неподвижной головки, а через обмотку головки пропускать кодовые импульсы тока с определенной часто той, то магнитные диполи, располагаясь последовательно друг за другом, образуют магнитную дорожку. Диполи одной полярности будут представлять коды единиц, а диполи противоположной
229
полярности — коды нулей. Продольная .плотность записи, т. е. число кодовых импульсов (диполей), которые можно разместить на еди нице длины носителя информации (вдоль магнитной дорожки), со ставляет от 4 до 60 импульсов на 1 мм. Верхний ее предел огра ничивается взаимовлиянием полей соседних магнитных диполей. Под поперечной плотностью записи понимается число магнитных дорожек, которые можно разместить на единице ширины носи теля информации. Ограничения в поперечной плотности обуслов лены толщиной магнитных головок. Расстояние между осями со седних магнитных дорожек составляет 0,5—2,5 мм.
Воспроизведение записанной информации происходит с по мощью считывающих магнитных головок, аналогичных записываю щим. В большинстве случаев для записи и воспроизведения импульсов используются одни и те же головки. В процессе считыва ния, как и при записи, носитель информации перемещается отно сительно головки с постоянной скоростью. Часть магнитного потока диполя, находящегося под зазором головки, замыкается через ее сердечник. Магнитный поток, изменяющийся во времени при движении носителя информации, наводит э. д. с. в обмотке головки, величина которой пропорциональна скорости изменения потока:
|
|
|
e = ~ w J w - |
|
(7Л) |
|
где |
W — число витков в обмотке считывающей |
головки. |
||||
Умножая |
числитель и знаменатель |
правой |
части уравнения |
|||
(7.1) |
на dx, |
получим |
|
|
|
|
|
|
е |
dx |
dt |
dx |
(7.2) |
|
|
|
|
|||
где |
v — скорость |
движения |
носителя информации; |
|||
|
d<& |
|
магнитного потока |
. |
|
|
|
— градиент |
(постоянная величина для |
||||
данных условий считывания).
Отсюда видно, что величина е пропорциональна скорости дви жения носителя информации. Амплитуда сигналов при считывании обычно не превышает нескольких десятых вольта. При увеличении плотности записи амплитуда сигналов уменьшается, что объясняет ся взаимодействием полей соседних магнитных диполей.
Магнитная связь между носителем информации и головками получается более сильной в случае контактной записи и считыва ния, когда головки своими передними зазорами соприкасаются с носителем. При этом возможны запись и считывание импульсов более высоких частот, чем в случае бесконтактной записи. Кон тактный способ записи применяется лишь при небольших линейных скоростях носителя, например в ЗУ на магнитных лентах, скорость перемещения которых составляет 1—2,5 м/сек. В ЗУ на магнитных барабанах и дисках применяется бесконтактный способ записи и считывания, так как линейная скорость барабана (диска) относи
230