Файл: Элькин, В. Д. Электронные вычислительные машины в полиграфии.pdf

одноразрядный двоичный сумматор, выполняющий

сложение одноразрядных двоичных чисел, т. е. определя­ ющий значение суммы в одном разряде и значение «пере­ носа» (цифры, переходящей в следующий разряд при сум­ мировании). С помощью сумматора на три входа а, б, в (рис. 21) на выходе С получаем значение суммы, на вы­ ходе П — значение переноса. В табл. 2 приведены зна­ чения суммы и переноса в зависимости от значений вхо­ дов (см. рис. 21).

Воспользовавшись уравнениями булевых функций, можно определить значения суммы С и переноса П на выходах схемы рис. 21 при заданных значениях величин на входах а, б, ив.

с = {[(а Д б) V (a A B) V ( 6 A B) ] A ( a V 6 V B) ) V ( a A 6 A B)

/7 = ( а Д б) V (а Л B)V (б Л в)

Рис. 21.

Логическая схема одноразрядного двоичного сумма­ тора:

а, б, в — входы; П — значение переноса; С —значение сумм ы

В формуле С черта над выражением в квадратных скобках обозначает логическое отрицание, т. е. замену результирующего значения с 0 на 1, и наоборот. Нетруд­ но убедиться, что формулы С и Я полностью соответст­ вуют данным табл. 2.

Таблица 2

Описание логических схем с помощью алгебры логики в процессе разработки ЭВМ и других сложных автома­ тических устройств и систем позволяет выполнить ана­ лиз синтезируемых схем, выбрать их оптимальную струн-

44

О1

туру и минимизировать количество используемых эле­ ментов.

К числу основных элементов, применяемых при построении ЭВМ, относится триггерная ячейка (триггер). Триггером называют электронно-ламповую или полупро­ водниковую симметричную схему, имеющую два устой­ чивых состояния: одному из них приписывается значение О, другому— 1. Схема триггера имеет два входа, причем переход схемы из одного устойчивого состояния в другое может происходить либо при подаче импульсов одинако­ вого знака поочередно на каждый вход, либо при после­ довательном изменении знаков импульсов, подаваемых на какой-либо вход. Триггерная ячейка с объединенными входами называется триггером со счетным входом. Если принять состояние триггера (условно обозначенного на рис. 22, а) за нулевое, то при подаче на счетный вход Е единичного импульса триггер переходит в состояние 1 (рис. 22, б), при подаче следующего импульса — снова в состояние 0 (рис. 22, в) и т. д. Таким образом при посту­ плении на вход триггера импульса, означающего едини­ цу, он переходит в состояние, противоположное тому, которое имел вначале: если был записан 0, то устанав­ ливается. 1, если была 1, устанавливается 0.

Соединив последовательно n-триггерных ячеек (рис. |3), получим «-разрядный двоичный счетчик. Такая схе­

45

ма может выполнять п функции накопительного устрой­ ства (регистра): сохранять полученное двоичное число (комбинацию двоичных цифр) до тех пор, пока оно не будет заменено другим числом. В представленном на рис. 23 состоянии, если исключить пропущенные триггер­ ные ячейки и считать 4-й разряд старшим, регистр содер­ жит число 1101 (обозначения такие же, как на рис. 23).

Для построения оперативных запоминающих уст­ ройств ОЗУ для ЭВМ широко используются матрицы, составленные из ферритовых колечек (сердечников торо­ идальной формы, часто называемых торами) малых раз­ меров (диаметром порядка 1 мм) с прямоугольной пет­ лей гистерезиса (рис. 24). Как видно из рис. 24, при напря­ женности магнитного поля + Нп индукция (намагничен­ ность) в магнитном материале достигает-)-В„. После пре­ кращения действия поля сохраняется остаточная индук­ ция + В0. При создании поля противоположного направ­ ления величиной порядка Н0/2 и даже более индукция сохраняет положительное направление и остается близ­ кой по величине к В0. Только при приближении напря­ женности к — Н, происходит перемагничнвание, индук­ ция достигает — В» и сохраняет после прекращения дей­ ствия поля значение — В0. Таким образом, материал с прямоугольной петлей гистерезиса имеет два устойчивых состояния, причем для перехода из одного устойчивого состояния в другое должна быть создана напряженность поля, равная по величине и противоположная по знаку первоначальной. Эти свойства ферритовых сердечников и являются физической основой для их использования в качестве элементов ОЗУ. Из /i-сердечников молено соз­ дать «-разрядный регистр, пригодный для длительного хранения записанного двоичного числа.

Рассмотрим принципы построения матричного ОЗУ на ферритовых сердечниках (рис. 25), расположенных в виде системы, состоящей из прямолинейных горизон­ тальных и вертикальных рядов. Каждый горизонтальный ряд можно рассматривать как ячейку ОЗУ, предназна­

сердечнике имеется три обмотки: две из них предназна­ чены для выбора элементов ОЗУ, для записи и считыва­ ния информации, а третья служит обмоткой считывания. Обмотки каждого из рядов соединены друг с другом по­ следовательно, также соединены и обмотки считывания.

46

Рис. 25.

Матричное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках:

тока с амплитудой / о/2 (/о — величина тока, необходимая для создания напряженности поля Н0, достаточной для перемагничивания сердечника). При пропускании тока /0/2 одинакового направления по обеим обмоткам созда­ ваемые ими поля складываются, в- результате чего на­ пряженность поля достигает Н0, и сердечник переходит в соответствующее устойчивое состояние.

Наряду с ОЗУ в ЭВМ входят и устройства «внешней» (долговременной) памяти: накопители на магнитных ба­ рабанах, магнитных дисках и магнитных лентах. Этн уст­ ройства обладают значительно меньшим быстродейст­ вием, чем ОЗУ, но могут хранить значительно большие объемы информации. Принцип записи и считывания ин­ формации в устройствах внешней памяти аналогичен принципу записи и воспроизведения звуков на магнито­ фонах. Носители информации в этих устройствах — тон­ кие пленки из магнитных материалов, наносимые на ци­ линдр (магнитный барабан) или на тонкие диски или ленты из пластмассы (магнитные диски и ленты).

47

Рис. 26.

Блок-схема электронной цифро­

временное запоминающее устройство (внешняя память); 3 — устройство логической и арифметической обра­

признаки результатов операций; е.—

рольная информация; к — сигналы управления

Общая блок-схема ЭВМ показана на рис. 26. Несмотря на некоторые успехи, достигнутые в послед­

ние годы в области разработки и применения оптических читающих устройств (читающих автоматов), предназна­ ченных для ввода информации в ЭВМ с обычных руко­ писных или машинописных оригиналов, в настоящее вре­ мя в качестве устройств ввода наиболее широко исполь­ зуются считыватели с перфоносителей — перфокарт или перфолент. В этом случае исходные данные, предназна­ ченные для ввода в ЭВМ, должны быть предварительно нанесены на перфоноситель, т. е. отперфорированы. Ин­ формация на перфоносителе представляется в следую­ щем виде: наличие отверстия — 1, отсутствие отвер­ стия — 0.

Перфокарты и перфоленты готовят на специальных устройствах, состоящих, как правило, из клавиатуры с обозначением на клавишах тех знаков (цифр, букв, спе­ циальных знаков), которые наносят на перфоноситель, кодирующего устройства, превращающего сигнал, воз­ никающий при нажатии клавиши, в соответствующий код, и собственно перфоратора — электромеханического устройства, пробивающего отверстия на перфокарте или перфоленте в соответствии с кодом, поступающим от кодирующего устройства. Для размещения одного знака на перфоносителе отводится определенное место, после перфорирования двоичного кода этого знака перфоноси­ тель автоматически сдвигается и перфорируется код сле­ дующего знака. В связи с тем что в процессе перфорации не исключены ошибки, производят сверку двух или более подготовленных комплектов перфоиосителя на контроль­

48

но-считывающих устройствах, которые регистрируют ошибки.

Существует несколько принципов считывания инфор­ мации с перфоносителей: электромеханический (с по­ мощью ощупывающих игл), фотоэлектрический (е по­ мощью фотоэлементов, считывающих под действием све­ та, проходящего через отверстия), диэлектрический (ос­ нованный на изменении емкости конденсатора при про­ хождении ленты с отверстиями между его пластинами). При наличии в перфоленте отверстия возникает элект­ рический импульс, при отсутствии отверстия — импульса нет.

Считываемый знак поступает в ЭВМ в виде группы импульсов, соответствующих единицам в двоичном ко­ де этого знака.

Перфокарты прочнее перфолент, поэтому они приме­ няются при необходимости длительного хранения инфор­ мации и многократном введении ее в ЭВМ, их удобнее хранить и в них проще вносить изменения (заменяют одну или несколько перфокарт, а внесение изменений в перфоленту вызывает замену ленты или вырезку и вклей­ ку отдельных ее частей). Поэтому на перфокартах чаще всего хранят программы ЭВМ, нормативы и плановые показатели, используемые в автоматизированных систе­ мах управления предприятиями и т. п., а на перфолентах, подготовка и эксплуатация которых более простая и де­ шевая, — оперативную и другую информацию, не тре­ бующую долгого хранения.

В качестве блока вывода в современных ЭВМ наибо­ лее распространены различные печатающие устройства. Например, в электромеханических печатающих устрой­ ствах барабанного типа двоичный код знака поступает из ЭВМ на дешифратор, где преобразуется в электриче­ ский импульс, управляющий электромагнитом. Под дей­ ствием электромагнита молоточек ударяет по бумаге в момент прохождения под ней того знака (нанесенного на вращающийся барабан), код которого выдан ЭВМ.

Если результаты расчетов должны впоследствии вво­ диться в ЭВМ, применяется вывод информации на пер­ фокарты и перфоленты. Для этого используют выводные устройства с перфораторами.

Результаты решения задач могут быть выведены из ЭВМ не только на печатающие устройства или на перфоносителп, по и на устройства отображения, позволяю­

49