Файл: Голембо, З. Б. Алгоритмизация и программирование электротехнических задач на электронных цифровых вычислительных машинах учеб. пособие.pdf

После заголовка идет собственно подпрограмма, т. е. после­ довательность операторов, задающая алгоритм вычислений. Аргу­ менты подпрограммы являются «фиктивными» величинами: до того, как подпрограмма вызвана (с помощью оператора CALL), они не принимают никаких значений и не соответствуют ячейкам ЗУ. Лишь после выполнения оператора CALL, в котором перечисляют­ ся фактические аргументы, подпрограмма начинает работать, причем вместо «фиктивных» аргументов подставляются факти­ ческие.

Подпрограмма связана с вызывающей программой только че­ рез аргументы, если не используются переменные COMMON. Ре­ зультаты вычислений также «передаются» в вызывающую програм­ му через аргументы. В остальном подпрограмма совершенно не за­ висит от вызывающей программы. Можно, например, использовать в подпрограмме те же названия переменных, что и в основной

и Y и будут произведены расчеты, указанные после заголовка фун­ кции. Все сказанное о связи между подпрограммой и вызывающей программой относится и к функции. Отличие FUNCTION от SUBROUTINE состоит в том, что функция вызывается автома­ тически, когда в выражении появляется ее название.

Кроме указанных функций, в языке ФОРТРАН имеются стан­ дартные функции: синус, тангенс, логарифм и др. К функциям относятся и такие простые операции, как выделение целой части. Эти операции называются «встроенными» функциями, поскольку они вводятся в программу всякий раз при их появлении.

Иногда удается записать последовательность расчетов, связан­ ных с вычислением функции, в виде одного арифметического опе­ ратора. Тогда можно представить определение функции, напри­ мер, в следующем виде:

ARG (А,В,С) = А > | < * 2 + В>)<>|<2 — А>|<В/С + ЗЛ.

Такая запись называется арифметическим оператором-функцией. Перечислим свойства языка ФОРТРАН, выгодно отличающие

его от других алгоритмических языков.

1. Простота: его легко освоить за короткое время и сразу же использовать для расчетов в теоретических областях или для ре-

26

Несмотря на то что за последнее время произошла смена двух поколений ЭЦВМ (машины первого поколения, проектируемые на основе электронных ламп, были полностью вытеснены ЭЦВМ второго поколения, создаваемыми на базе полупроводников, и появились ЭЦВМ третьего поколения на интегральных схемах) структурная схема вычислительной машины остается принципиаль­ но одинаковой. Последние два поколения ЭЦВМ характеризуются

арифметическое устройство АУ, устройство управления УУ, устрой­ ство ввода УВв и устройство вывода УВыв. Каждый из этих блоков выполняет самостоятельные функции и соединен с другими блоками линиями связи, по которым передаются управляющие сигналы, чис­ ла и команды. ЭЦВМ могут также иметь: группы внешних устройств, служащих в основном для информационного обмена между ЭЦВМ и человеком или внешними объектами, и пульт управления, на ко­ тором расположены различного рода индикаторные устройства, позволяющие оператору следить за работой машины. На пульт управления выведены переключатели, командные кнопки, с по­ мощью которых оператор может выбирать режим работы машины, осуществлять ее пуск и останов, выполнять различные операции по проверке состояния машины, изменять ход вычислительного процесса, проводить отладку программы.

Наличие устройств ввода и вывода, сложные типы запоминаю­ щих устройств вызывают необходимость применения специальных (нестандартных) элементов, процент которых по отношению к обще­ му количеству стандартных элементов невелик.

Управляющие, логические и вычислительные схемы, а также цепи передачи информации всех устройств машины строят с исполь­ зованием цифровых, логических и вспомогательных элементов. Конструктивно элементы монтируют в ячейках. В каждой ячейке

28

может монтироваться по нескольку элементов разных типов, обра­ зующих элементарный узел.

Логические элементы, применяемые в ЭЦВМ для осуществле­ ния управления какой-либо схемой в зависимости от состояния дру­ гих схем, делятся на элементы: совпадения, разделения, инверторы и элементы, реализующие комбинированные логические операции.

Рассмотрим назначение и особенности работы каждого из основ­

не потребуются. Основными операциями в ЗУ являются считывание и запись информации. Выполнение одной операции называется

обращением к ЗУ, а полное время ее выполнения — циклом обра­ щения. Цикл обращения характеризует быстродействие ЗУ. Время выборки — промежуток времени от начала цикла обращения по считыванию до момента появления считанного кода на выходных кодовых шинах.

В качестве носителей информации в ЗУ могут использоваться дискретные запоминающие элементы или непрерывная запоминаю­ щая среда (магнитная поверхность). Быстродействующие ЗУ строят­ ся на дискретных запоминающих элементах, каждый из них пред­ назначен для хранения одного двоичного разряда (бита) информа­ ции. В последнее время интенсивно развиваются технологические и схемные методы интегрального изготовления сердечников маг­ нитных элементов в виде монолитов ферритов, сплошных тонких пленок и т. п.; при этом запоминающие элементы остаются дискрет­ ными. Совокупность запоминающих элементов в ЗУ образует на­ копитель. Накопитель на магнитных элементах называют магнит­ ным блоком (кубом).

Запоминающие элементы, служащие для хранения одного /г-разрядного машинного слова (числа), составляют ячейку нако­ пителя. Иногда в ячейке хранится несколько машинных слов, а иногда слово может быть разделено на знаки по нескольку битов каждый. В накопителях большой емкости запоминающие элементы сведены в матрицы, выполненные в виде кассет. Каждая кассета содержит одну или несколько матриц. В свою очередь, матрица мо­ жет состоять из нескольких субматриц.

Современный этап развития цифровой вычислительной техни­ ки характеризуется увеличением числа классов и типов применяе­ мых ЗУ, а также резким повышением требований, предъявляемых к их основным эксплуатационным параметрам: надежности, емко­ сти, быстродействию, стоимости, габаритам и потребляемой мощ­ ности. Так как в настоящее время не созданы ЗУ, удовлетворяющие максимальным требованиям по всем параметрам одновременно, то можно говорить лишь о повышении требований по одному-двум па­ раметрам в ущерб остальным. Например, повышение быстродейст­ вия ЗУ возможно при определенном снижении его емкости и повы­ шении стоимости.

29

Поэтому в большинстве случаев идут по пути создания неко­ торой иерархии ЗУ по отношению к времени выборки. Иерархия выглядит следующим образом. Ее верхние ступени составляют ЗУ высокого быстродействия (соответствующего быстродействию основ­ ных вычислительных устройств ЭЦВМ) и сравнительно малой емко­ сти. Эти ЗУ определяют быстродействие ЭЦВМ. В них хранится выполняемая программа, данные для текущих вычислений. К та­ ким ЗУ можно отнести оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), работающие по принципу замещения: если в ячейке А за­ писано слово Pt, то ранее хранившееся там слово Ptr стирается. Счи­ тывание информации из любой ячейки ОЗУ происходит без разру­ шения этой информации: слово Рit хранящееся в ячейке А, можно считывать неограниченное число раз.

На нижних ступенях иерархии располагаются ЗУ с меньшим быстродействием очень большой емкости. Это ЗУ : с произвольной выборкой для больших массивов информации с емкостью несколько миллионов слов; с плавающим временем выборки (барабаны, дис­ ки); с плавающим временем выборки и малым быстродействием (магнитные ленты, перфоленты, бумажные ленты). Обычно чем выше производительность ЭЦВМ или системы, тем больше уровней в иерархии ЗУ и тем сложнее ее структура. В универсальных ЭЦВМ, в зависимости от ее класса количество уровней памяти сос­ тавляет 2 ч- 4, а в вычислительных системах — 6 - ^ 7 .

Арифметическое устройство. Это устройство служит для вы­ полнения арифметических и логических операций над числами и командами, предусмотренными программой, взятыми из памяти ма­ шины. АУ в каждой машине может выполнять неограниченное чис­ ло операций с числами, представленными в двоичной, троичной и различных модифицированных десятичных системах счисления. В настоящее время АУ работают главным образом в двоичной сис­ теме.

Различают АУ последовательного и параллельного действия. В АУ последовательного действия числа поступают разряд за раз­ рядом и операции выполняются над каждым из разрядов. В АУ

Для приема чисел, хранения их на время, необходимое для выполнения намеченной операции, АУ имеет регистры, а для сло­ жения чисел — сумматор.

Важной частью АУ является накопитель, который служит для временного хранения одного из двух чисел, участвующих в ариф­ метической'операции. Результаты операций обычно оставляются в накапливающих регистрах для того, чтобы в дальнейшем над ними можно было производить другие операции или записывать их в па­ мять. Например, чтобы выполнить операцию с двумя числами, нуж­ но сначала передать из памяти в АУ первое число и временно за­ помнить его до того момента, пока не будет передано второе чи­ сло. Когда операция выполнена на сумматоре, результат предвари-

30