Файл: Основы технической эксплуатации ЭЦВМ..pdf

страница для последующей переписи в нее следующей математической страницы. После корректировки содер­ жимого регистра, находящегося в схеме приписки стра­ ниц, продолжается выполнение прерванной программы. Любое нарушение установленной защиты математиче­ ских и физических страниц фиксируется схемами защи­ ты, которые вырабатывают сигналы прерывания, идущие в систему прерываний. Работа ЭЦВМ по этим сигналам прерывания ничем не отличается от работы по .другим типам прерываний. Специфические особенности учитыва­ ются соответствующей подпрограммой разбора ситуации и принятия решения.

Внешнее полеш(ВП) высокопроизводительной ЭЦВМ представляет совокупность устройств ввода, вывода и хранения информации со своими устройствами управле­ ния. Устройства внешнего поля делятся на быстродейст­ вующие и медленнодействующие. К быстродействующим относятся устройства внешней памяти ЭЦВМ на магнит­ ных носителях (магнитные барабаны, диски, ленты и карты). Медленнодействующие устройства представлены различными типами перфораторов, печатающих устройств, графопостроителями и устройствами ввода информации с перфолент и перфокарт.

Каждый объект ВП имеет свое устройство управле­ ния, которое может быть выполнено в виде отдельной стойки. Важнейшими функциями устройства управления ВП являются:

преобразование формата информации из индивиду­ ального (присущего своему объекту) в стандартный (для вычислительной части) и наоборот;

выработка управляющих сигналов для связи с систе­ мой обмена ЭЦВМ;

формирование последовательности сигналов для уп­ равляемого внешнего объекта.

Объекты ВП вместе с их устройствами управления со­ ставляют каналы ввода—вывода информации. Канал мо­ жет представлять собой независимый комплекс устройств, обладающий необходимыми логическими возможностями, а также способностью временного хранения промежуточ­ ной информации.

В зависимости от требуемой скорости работы объекты ВП сводятся в селекторные либо мультиплексные кана­ лы. Селекторный канал служит для подключения к си­ стеме обмена быстродействующих устройств внешнего

38

поля. По селекторному каналу можно осуществлять об­ мен информацией только с одним из подсоединенных к нему устройств. При этом в течение всего времени об­ мена между устройством внешнего поля и системой об­ мена ЭЦВМ поддерживается постоянная связь. Другие устройства в это время выполняют вспомогательные опе­ рации в автономном режиме. Режим работы селекторно­ го канала называется поточным, так как предусматрива­ ет работу системы обмена с устройствами внешнего поля до тех пор, пока не будет завершена передача всей ин­ формации.

Мультиплексный канал предназначен для обслужива­ ния медленнодействующих устройств. Этот канал позво­ ляет одновременно выполнять обмен информацией между системой обмена и несколькими устройствами. Устройст­ ва внешнего поля через свои УУ попеременно подключа­ ются к системе обмена на короткое время, необходимое для приема или передачи информации. Дискретные ча­ сти информации, относящиеся к нескольким внешним объектам, направляются в соответствующие ячейки па­ мяти или выводятся из них.

Мультиплексный канал может работать и в поточном режиме обмена.

Работа каждого канала независимо от типа сводится к следующему:

приему команд обмена от системы обмена ЭЦВМ; обращению к внешнему объекту, заданному в команде; выбору из основной памяти информации, относящей­

ся к каналу; расшифровыванию информации; контролю информации;

выдаче, управляющих сигналов на внешний объект и синхронизирующих сигналов в систему обмена;

обеспечению промежуточного хранения передаваемой информации;

хранению информации о состоянии канала и внешних объектов и пересылки ее по требованию в основную па­

объектов и передаче запросов на прерывание в систему обмена.

Связь каналов с вычислительной частью ЭЦВМ осу­ ществляется при помощи специальных схем, образую­ щих систему обмена (СО) вычислительной машины.

39

Система обмена (СО) предназначена для организации обмена информацией между вычислительной частью ЭЦВМ и внешними объектами. Функционально-закон­ ченная СО состоит из аппаратных средств и программного обеспечения. Аппаратные средства представляют со­ бой функционально-связанные схемы устройств управле­ ния (УУ), схемы связи с абонентами (УСО), схемы вво­ да данных (УВД) и вывода результатов (УВР). Иногда в высокопроизводительных ЭЦВМ в качестве СО приме­ няется вспомогательная вычислительная машина.

В состав такой машины входят схемы:

обработки, модификации и запоминания команд об­ мена;

отработки запросов на обмен; разделения работы внешних объектов во времени; синхронизации обращения к ОЗУ;

проведения дополнительных вычислений и др.

К программному обеспечению относятся набор об­ служивающих подпрограмм и общая управляющая про­ грамма обмена, называемая «супервизором». Каждая обслуживающая подпрограмма предназначена для обес­ печения одного из видов обмена информацией. Такие подпрограммы обеспечивают пересылки информации между различными уровнями оперативной памяти; ОЗУ и устройствами внешнего поля; устройствами памяти, входящими во внешнее поле.

В качестве примера могут служить подпрограммы, обеспечивающие обмен информацией между ОЗУ и ДЗУ, между ОЗУ или ДЗУ и магнитными барабанами, диска­ ми и лентами. Подпрограммы обмена обеспечивают вы­ дачу информации на перфораторы, печатающие устрой­ ства, пишущие машинки и т. п., а также ввод информа­ ции с перфокарт и перфолент. Обработку всех запросов на обмен, установку запросов на обмен в очередь, орга­ низацию обменов и контроль правильности их выполне­ ния осуществляет супервизор.

Приведенная структурная схема на рис. 1-8 позволя­ ет уяснить принципы обмена информацией вычислитель­ ной части ЭЦВМ с устройствами внешнего поля. Для примера выбрано три мультиплексных и два селекторных канала. В качестве медленнодействующих устройств представлены: быстрая печать (БП), графопостроитель (ГП), алфавитно-цифровая печать (АЦПУ), вводные устройства с перфокарт (ВУ), с перфоленты (ФВУ),

40

перфораторы (ПЛ — ленточный, IIP — на перфокарты). В качестве быстродействующих устройств представлены: магнитные барабаны (МБ), магнитные ленты (МЛ), маг­ нитные диски (МД) и магнитные карты (МК).

При необходимости выполнения обмена информацией вычислительной части с объектом внешнего поля рабочая

Рис. 1-8. Структурная схема системы обмена информацией и внешне­ го поля ЭЦВМ.

программа обращается к управляющей программе об­ мена, которая ставит запрос в очередь и при наступлении очередности вызывает соответствующую подпрограмму обмена, контролируя правильность ее ввода в ОЗУ. Команды, управляющие обменом, по своей структуре одинаковы для любых типов внешних объектов и содер­ жат следующую информацию: код команды; режим об­ мена; тип калала; номер внешнего объекта; адрес на­

41

чальной ячейки ОЗУ, с которой начинается обмен инфор­ мацией; количество пересылаемых кодов; начальный адрес обмена для внешнего объекта типа МБ, МЛ, МД и т. п.

Устройство управления вычислительной части ЭЦВМ пересылает команду, управляющую обменом, через устройство связи и преобразования (УСП) в устройство управления внешними объектами (УУВО), которое рас­ шифровывает содержимое команды, проверяет готовность объекта внешнего поля к работе и ставит в известность об этом УСП’ По первому импульсу запроса на обмен, приходящего с ВП, система прерываний (СП) прекра­ щает работу вычислительной части и ставит запрос на обмен в очередь в схеме временного разделения (СВР). При наступлении очередности по синхронизирующим им­ пульсам внешнего объекта, сформированным УУВО, осу­ ществляется обмен кодовой информацией. После выдачи полного массива кодовой информации система обмена восстанавливает свое исходное состояние и останавли­ вает возбужденный для обмена внешний объект.

Аварийные ситуации, возникающие в процессе обме­ на, фиксируются системой обмена и через систему пре­ рываний соответствующая информация выдается в уп­ равляющую программу обмена. Эта программа после анализа сложившейся ситуации формирует решение о дальнейшем обмене. Например, вместо вышедшего из строя магнитного барабана может быть подключен резервный МБ или магнитофон. При обнаружении оши­ бок в процессе передачи кодов управляющая программа может повторить режим обмена. При многократном по­ вторении ошибок в передаче кодов управляющая про­ грамма выводит канал обмена в режим функционального контроля.

Система контроля предназначена для проверки тех­ нического состояния ЭЦВМ и хода вычислительного про­ цесса. В системе контроля используются программные и аппаратные средства. В случае появления отказов в ЭЦВМ либо неверного выполнения вычислений система контроля вырабатывает сигналы прерываний.

Рассмотренные структурные изменения классической

.схемы вычислительной машины (рис. 1-1), выразившиеся в появлении функционально-законченных систем, повлек­ ли за собой определенные изменения в эксплуатации ЭЦВМ. Сочетание специфических аппараіурных и про­

42

граммных средств управления наложило свой отпечаток на ремонт ЭЦВМ, построение системы математического обеспечения, проведение профилактического обслужива­ ния и т. д.

В последующих главах книги будут рассмотрены особенности эксплуатации высокопроизводительной ЭЦВМ.

1-2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЦВМ

Для оценки ЭЦВМ используют различные техниче­ ские характеристики и показатели, основными из кото­ рых являются:

1. Адресность команд — количество адресов в коман­ де, по которым можно обращаться к различным устрой­ ствам для получения или отсылки информации. Разли­ чают одноадресные, многоадресные и машины с перемен­ ной адресностью. Наибольшее распространение получили одно- и двухадресные машины.

2. Система счисления — совокупность приемов и пра­ вил записи чисел. В зависимости от способа изображения чисел с помощью цифр системы счисления делятся на позиционные и непозиционные. В соответствии с этим и машины по типу системы счисления, принятой в них, де­ лят на позиционные и непозиционные.

Впозиционных системах счисления значения цифр зависят от их места (позиции) в числе, что требует жест­ кого закрепления в позиционных машинах всех инфор­ мационных каналов за определенными разрядами. Пози­ ционные ЭЦВМ делятся на двоичные, двоично-кодиро­ ванные и недвоичные.

3.Форма представления чисел. В зависимости от кон­ струкции ЭЦВМ различают две формы представления чисел: с фиксированной запятой и с плавающей запятой.

Вмашинах с фиксированной запятой положение за­ пятой фиксируется относительно разрядной сетки маши­ ны раз. и навсегда для всех чисел. Машина с фиксиро­ ванной запятой обычно оперирует с дробными числами (запятую, как правило, помещают перед старшим раз­

рядом мантиссы числа). Арифметические устройства в таких машинах просты по конструкции. Существенным недостатком машин с фиксированной запятой является сложность подготовки для них задач, так как для того чтобы исключить в процессе вычислений переполнение

43

разрядной сетки и вести вычисления с достаточной точ­ ностью, программист должен очень тщательно выбирать масштабные коэффициенты для исходных чисел, учиты­ вая при этом возможные промежуточные и конечные ре-> зультаты.

Вмашинах с плавающей запятой положение запятой относительно разрядной сетки не фиксируется, а число записывается в разрядную сетку в виде двух групп цифр. Одна группа соответствует порядку числа, а другая — мантиссе. Порядок указывает положение запятой в раз­ рядной сетке.

Вмашине с плавающей запятой легко получить очень

широкий диапазон чисел без применения масштабных коэффициентов. Это значительно облегчает работу про­ граммистов при подготовке задачи для решения ее на машине.

Однако структура машины с плавающей запятой по­ лучается значительно сложнее и .объем оборудования больше, чем в машинах с фиксированной запятой, так как при выполнении операции над числами с плавающей за­ пятой необходимо иметь отдельные схемы для выполне­ ния операций как над мантиссами, так и'йад порядками чисел. При этом скорость выполнения операций сложения и вычитания в режиме с плавающей запятой ниже, чем в режиме с фиксированной запятой, что объясняется не­ обходимостью проведения нормализации чисел.

4.Разрядность машины — максимальное количество цифр, которое может храниться в одной ячейке ЗУ и вос­ приниматься во всех цепях машины в виде единой кодо­ вой групры.' Разрядность машины выбирается из расчета обеспечения необходимой точности результатов вычисле­ ний.

Вбольшинстве ЭЦВМ, выполняющих научные я ин­ женерные работы, для записи чисел и команд исполь­ зуется 36—45 двоичных разрядов, а в ЭЦВМ, управля­ ющих процессами и объектами, — 20—36 двоичных раз­ рядов. Существуют ЭЦВМ с переменным число.« раз­ рядов.

5.Быстродействие ЭЦВМ (номинальное)— опреде­ ляется средним числом операций в единицу времени. Но­ минальное быстродействие зависит от скорости выполне­ ния и частоты появления каждой операции.

При подсчете номинального быстродействия учиты­

вается только работа машины с ОЗУ и не принимается

во внимание время, затрачиваемое на обмен инфоомацией между ОЗУ и ВЗУ; ввод и вывод информации; кон­ троль достоверности вычислений; обнаружение и устра­ нение возникающих в процессе решения задач неисправ­ ностей; программирование задач.

Поэтому при сравнении двух ЭЦВМ возможен такой случай, когда машине, имеющей большее номинальное быстродействие, но меньшую емкость ОЗУ, меньшую ско­ рость ввода и вывода, потребуется большее время для решения одной и той же задачи.

Более полно охарактеризовать возможности машины с точки зрения скорости решения ею той или иной зада­ чи молено с помощью другого параметра, именуемого производительностью машины. Под производительностью машины понимают отношение числа операций, преду­ смотренных алгоритмом решения задачи, к времени, за­ трачиваемому на программирование и на решение зада­ чи непосредственно на машине. Следует заметить, что сравнение количественных характеристик производитель­ ности разных ЭЦВМ затруднено из-за субъективности ряда определяющих факторов.

6.Система команд машины — совокупность операций, выполнение которых в машине предусмотрено конструк­ цией. Лучшей считается такая система команд, которая позволяет получить более короткие программы, меньший расход машинного времени для их выполнения и мень­ ший объем ЗУ для хранения промежуточных результатов.

7.Характеристики ЗУ машины. К характеристикам ЗУ относятся состав запоминающих устройств, емкость

ЗУ и время обращения к ним.

8. Количество одновременно выполняемых программ.

•9. Назначение машины. По назначению ЭЦВМ делят­

ся на расчетные, управляющие и информационные. Расчетные ЭЦВМ предназначены для выполнения на­

учных и инженерных, вычислений. Они характеризуются широким набором выполняемых операций.

Управляющие ЭЦВМ предназначены для обработки цифровой информации в системах управления. Такие машины используются не как автономные вычислители, а как управляющие элементы, являющиеся составной частью замкнутой системы управления. В связи с этим на конструкцию управляющей машины накладывает отпе­ чаток тот объект или процесс, для управления которым данная ЭЦВМ предназначена,

45