Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

По принципу работы запоминающих элементов ЗУ подразделяются на магнитные, полупроводниковые и т. д.

В магнитных ЗУ в качестве элементов для хранения двоичной информации в оперативных ЗУ широко используются кольцевые

_{Рис 150 Схема} расположения обмоток на ферритовом сердечнике

(тороидальные) магнитные сердеч­ники из ферритового материала с прямоугольной петлей гистере­зиса. На их основе строятся мат­ричные ЗУ, названные так пото- 'му, что расположение элементов памяти в матричных ЗУ обра­зует двумерную прямоугольную таблицу (матрицу) входных и вы­ходных проводов (шин).

Ферритовый сердечник (рис. 150) намагничивается, когда по обоим /

проводам обмотки 1 к 2 про­ходит определенной силы ток.

Чтобы получить данные, помещенные ранее в Запоминающее устройство, необходимо создать соответствующую поляризацию в ферритовом сердечнике, пропуская импульс тока по проводам обмотки. При изменении полярности в обмотке считывания 3 индуцируется импульс тока. Сигнал, проходящий по считываю­щей обмотке, может быть обнаружен, если кольцо содержало единицу, а не нуль. Однако при считывании информации из кольца единица превращается в нуль. Для исключения такого превращения ЭВМ выполняют специальную операцию, т. е. они восстанавливают единицы в тех сердечниках, где они были рань­ше. Эта операция выполняется путем, новой записи— подачей импульса по проводу 4. Импульс, пропущенный через этот про­вод, может стирать информацию, записанную на кольце.

Рассмотрим работу матрицы ЗУ (рис. 151), содержащей че­тыре горизонтальных ряда сердечников, каждый из которых пред­назначен для записи и хранения шестиразрядных чисел. Считываю­щий провод (на схеме он показан более жирной линией) пронизы­вает последовательно все сердечники, поэтому считывание ин­формации будет представлять собой последовательный опрос всех сердечников поочередно.

Импульсы, сила тока которых равна половине силы тока, не­обходимой для перемагничивания сердечников, называют полу­тонами.

Для считывания информации импульсы полутока обратного направления поочередно подаются на клеммы У± и Х_и У₁ и Х₂, У_х и Х₄, и Х_ъ, У _г и Х_е. В результате на клемме считывания образуется последовательность импульсов и пауз, представляю­щих собой считываемое число.

ЗУ состоит из набора матриц. Этот набор называют мат­ричным кубом или кубом памяти.

Схема ЗУ на полупроводниковых устройствах построена по следующему принципу. В тех разрядах, где должна быть записана единица, устанавливаются диоды, а в разрядах, предназначенных для записи нуля, диоды отсутствуют.

Устройства ввода-вывода относят к периферийным устрой­ствам, которые подробно описаны в гл. 20. Поэтому рассмотрим вопросы с организацией передачи информации между оператив­ной памятью ЭВМ и периферийным устройством. В современных ЭВМ такая связь осуществляется по схеме: оперативная память— процессор—канал—интерфейс (универсальный вход в канал, связанный с управляющим устройством) — узел управления внеш­ним устройством — внешнее устройство. Информация может на­правляться от оперативной памяти к внешнему устройству и об­ратно. Процессор организует обмен информацией между опера­тивным запоминающим устройством и внешним устройством путем выдачи в, канал определенной команды.

Канал — это устройство, предназначенное для выполнения операций ввода и вывода информации и обеспечивающий все связи между оперативной памятью, процессором и различными пе­риферийными внешними устройствами.

При большом количестве периферийных устройств для их обслуживания используется несколько каналов.

В современных ЭВМ используются селекторные и мультиплекс­ные каналы. Селекторный канал имеет только один подканал. Он не может одновременно обслуживать несколько периферийных устройств и поэтому участвует только в одной операции по передаче данных. Посредством селекторных каналов поддерживается связь между ЗУ и быстродействующим внешним ЗУ на магнитных лентах и дисках. Мультиплексный канал имеет несколько подканалов. Их число определяется емкостью оперативной памяти канала.

В мини- и микроЭВМ нашли применение программно-управляе­мые каналы ввода-вывода и каналы прямого доступа к ЗУ. При программно-управляемом канале ввода-вывода все элементарные операции, предназначенные для ввода и вывода информации, выполняет процессор, поэтому для реализации такого канала требуется минимальное число устройств. Этот канал используется, если не требуется высокая скорость передачи информации.

Периферийные устройства подключаются к соответствующим каналам посредством устройства, называемого интерфейсом. Ин­терфейс — это универсальный вход в канал. Он непосредственно связан с управляющим устройством. В соответствии с функциями интерфейс представляет собой переключатель. С помощью ин­терфейса к каналу может быть подсоединено любое периферийное устройство независимо от его назначения.

В микроЭВМ стандартный интерфейс ввода-вывода выполняется в виде печатной платы, к разъемам которой подключаются уст­ройства ввода-вывода.

•Устройство управления (УУ) состоит из центрального и ряда вспомогательных устройств, а также устройства сигнализации и устройства ручного управления.

Под центральным устройством управления ЭВМ понимают совокупность блоков и узлов процессора, обеспечивающих коор­динирование работы всех устройств ЭВМ и управления ими для всех принятых режимов. Центральное устройство управления, реализуя различные рабочие и другие программы, организует все необходимые действия по приему, оценке и преобразованию исходной информации, по получению результирующих данных и выдаче их пользователю.

Устройства сигнализации и ручного управления непрерывно контролируют работу ЭВМ и различные изменения хода оператив­ного управления.

УУ связано со всеми блоками и отображает особенности струк­туры ЭВМ.

Выполнение различных операций в ЭВМ осуществляется за определенные интервалы времени. В связи с этим возможны два принципа организации работы УУ: синхронный и асинхронный.

В синхронных У У время выполнения любой операции устанав­ливается по самой длительной операции. Поэтому при выполнении коротких операций часть времени ЭВМ простаивает, что умень­шает ее быстродействие.

В асинхронных У У длительность рабочего такта является пере­менной величиной, зависящей от кода выполняемой операции. Быстродействие ЭВМ с асинхронным УУ значительно выше, чем с синхронным. Однако схема таких УУ значительно сложней.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется электронно-вычислительной машиной?

2. Укажите основные этапы развития ЭВМ и перечислите особенности ЭВМ каждого поколения.

3. Что общего и в чем различие между ЭВМ и микроЭВМ?

4. Охарактеризуйте машинные единицы информации.

5. Что такое алгоритм управления?

6. Каково назначение процессора?

7. Как осуществляется процесс вычисления в ЭВМ?

8. Назовите основные характеристики ЭВМ.

9. Опишите технологию изготовления процессоров.

10. Как изготовляют интегральные микросхемы?

11. Какие устройства входят в состав ЭВМ?

12. Каково назначение каждого устройства?

13. Каково назначение и принцип действия арифметического устройства?

14. Каковы назначения регистров и сумматоров?

15. Дайте классификацию запоминающих устройств ЭВМ и назовите их назначение.

16. Каково назначение устройств ввода-вывода?

17. Каково назначение интерфейса?

18. Как работает устройство управления ЭВМ?

Глава 19. Математическое и программное обеспечение микроЭвм

1. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

Системой счисления называют совокупность правил представления чисел с помощью различных цифровых' знаков. Системы счисления подразделяются на два типа: непозиционные и позиционные.

В непозиционных системах счисления значение любой цифры ие зависит от занимаемой ею позиции, т. е. от занимаемого места в совокупности цифр. В римской системе счисления имеется всего семь цифр: единица (I), пять (V), десять (X), пятьдесят (Ь), сто (С), пятьсот (О), тысяча (М). С помощью этих чисел (символов) осталь­ные числа записываются с применением сложения и вычитания. Например, IV есть запись числа 4 (V—I), VI — числа б (V + I) и т. д. Число 666 записывается в римской системе так: ОСЬХУ1.

Эта форма записи менее удобна, чем та, которой мы пользуемся в настоящее время. Здесь шесть единиц записываются одним символом (VI), шесть десятков—другим (ЬХ), шесть сотен — третьим (ОС). С числами, записываемыми в римской системе счи­сления, очень трудно производить арифметические действия.

Также общим недостатком непозиционных систем является сложность представления в них достаточно больших чисел, так при этом получается чрезвычайно громоздкая запись.

Теперь рассмотрим то же число 666 в позиционной системе счисления. В нем один знак 6 обозначает число единиц, если он находится на последнем месте, число десятков — если на пред­последнем, и число сотен, если он стоит на третьем месте от конца. Такой принцип записи чисел называется позиционным (по­местным). При такой записи каждая цифра получает числовое зна­чение не только в зависимости от своего начертания, но и от того, на каком месте она стоит при записи числа.

В позиционной системе счисления любое число, изображенное в виде А = ... а_п_!а_п, может быть представлено в виде

суммы

А = а₁гі^т_1 + а₂й^т~² -(-.«» а_п_₁гі^т-"+^І + а_п(1^т' ~^п,

где п — конечное количество разрядов в изображении числа; а_г — цифра і-го разряда; сі — основание системы счисления; і — порядковый номер разряда; й^т~¹ — «вес» «-го разряда. Цифры а₁ должны удовлетворять неравенству 0 ^ а ^ (сі — 1).