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

щие визуально воспринимать информацию, полученную

от ЭВМ.

Пульт управления предназначен для задания машине различных режимов работы, контроля всех устройств, пуска и останова машпньг. Работу машины контролиру­ ют с помощью так называемых тест-программ, при этом машине задается режим работы, результат которого за­ ранее известен. Если этот результат равен контрольным данным, то проверяемое устройство работает правильно, если нет — ЭВМ останавливают. Сложные тест-програм­ мы фиксируют не только сам факт неисправности, по и указывают па блок ЭВМ, в котором произошла неис­ правность.

Каждая операция выполняется на ЭВМ под действи­ ем специального управляющего сигнала-команды. Коман­ д а — это информация, представленная в виде числа или группы чисел, которые определяют операцию, выполняе­ мую машиной в течение некоторого промежутка време­ ни. В современных ЭВМ время выполнения одной опера­ ции очень мало и составляет КМ3— 10~Gс, поэтому уп­ равление действиями машины в процессе решения задачи осуществляется автоматически по заранее составленной п введенной в память машины программе.

Команды, записанные в программе в ОЗУ машины, по очереди вызываются в устройство управления. Каждая команда содержит следующие данные: код операции, которая должна быть выполнена, адреса тех ячеек ОЗУ,

вкоторых записаны числа, служащие исходными дан­ ными для выполнения операции, адрес той ячейки ОЗУ, куда должен быть записан результат. Устройство управ­ ления в соответствии с этими указаниями направляет коды операций и необходимые для их выполнения числа, вызванные из ОЗУ, в устройство логической и арифме­ тической обработки, а полученный результат обработки—

вОЗУ. Таким образом, программа для электронной циф­ ровой вычислительной машины — это совокупность команд, определяющая последовательность выполнения машиной операций над числами.

Для решения любой задачи иа ЭВМ необходимо вы­ брать алгоритм, т. е. систему правил, однозначно опреде­ ляющих порядок всех действий, приводящих к решению задачи. Затем необходимо составить программу, пред­ ставляющую собой алгоритм решения задачи в форме, воспринимаемой машиной. Форма записи команд про-

50

граммы, непосредственно воспринимаемая устройством управления машины, называется машинным языком.

В развитии способов программирования задач для решения на ЭВМ можно выделить несколько этапов. На первом этапе перевод алгоритмов на машинный язык осуществлялся программистами, которые, хорошо владея системой команд данной машины, полностью записывали подряд все команды программы, соответствующие алго­ ритму решения поставленной задачи. Если программы были сложны и громоздки, исключительно трудоемкая работа программиста содержала значительное количе­ ство ошибок, поэтому составленные вручную программы требовали, как правило, длительной проверки и отладки на машине. Первые попытки автоматизации процесса программирования привели к так называемому символи­ ческому программированию, при котором адреса и коды операций в командах программист записывает не в виде конкретных числовых значений, а в символической или буквенной форме. Перевод символов на машинный язык выполняет сама машина с помощью специальной перево­ дящей программы.

Следующий этап автоматизации программирования— разработка метода автокодов, когда для определенной конкретной машины составляется набор так называемых макрокоманд, каждая из которых соответствует опреде­ ленной совокупности машинных команд (машинной про­ грамме). В макрокомандах используются символические обозначения для кодов команд и адресов исходной ин­ формации. Применение макрокоманд с символическими обозначениями сокращает объем работы программистов, вместе с тем символическое программирование и метод автокодов ориентированы на конкретные машины и по­ этому не обеспечивают необходимой универсальности составляемых программ.

Дальнейший прогресс в области автоматизации про­ граммирования связан с применением алгоритмических языков, ориентированных не на определенные типы ма­ шин, а на определенные классы задач (процедурно-ори­ ентированные языки). Из разработанных к настоящему времени процедурно-ориентированных языков наиболее распространены: для решения вычислительных задач — АЛГОЛ-60, АЛГОЛ-68, ФОРТРАН, ПЛ-1; для обработ­ ки экономической информации — КОБОЛ; для машин­ ного анализа текстов — СНОБОЛ.

51

Основные тенденции в развитии алгоритмических язы­ ков в настоящее время — их универсализация, т. е. ши­ рокий профиль (например, язык ПЛ-1, предложенный фирмой IBM, предназначен для решения вычислитель­ ных задач и задач обработки данных), а также специали­ зация, т. е. разработка высокоэффективных узкоспециа­ лизированных языков, близких к таким, на которых об­ щаются между собой специалисты в конкретных областях знаний. Таков, например, входной язык ЭВМ «МИР», предназначенной для решения инженерных задач.

Процесс программирования при использовании алго­ ритмического языка сводится к записи алгоритма реше­ ния задачи на этом языке и вводе записанной программы и специальной программы — переводчика (транслятора) в ЭВМ.

На некоторых ЭВМ, например, на машине «МИР» перевод с входного языка на машинный осуществляется путем так называемой структурной интерпретации без дополнительной программы — транслятора. Работающий за пультом такой машины оператор, освоив входной язык, получает возможность обмениваться информацией с ЭВМ достаточно просто и оперативно. Входной язык ЭВМ «МИР» предусматривает возможность естествен­ ной записи формульных выражений, для чего в нем ис­ пользуется полный набор элементарных функций, обыч­ ные обозначения для сумм, произведений, интегралов, которые в арифметических выражениях могут комбини­ роваться в любых сочетаниях, без каких-либо ограниче­ ний.

Машина «МИР-1» снабжена большим комплексом стандартных (типовых) программ и поэтому успешно используется для решения самых разнообразных задач. Для ввода-вывода -служит электрифицированная печата­ ющая машина. Ввод информации осуществляется с по­ мощью бесконтактного электромеханического кодирую­ щего блока непосредственно при печатании текста про­ граммы, а также с перфоленты. Предусмотрена возмож­ ность исправления ошибочно напечатанных символов. Вывод информации различен: разного формата (узкий, широкий), по строкам и столбцам, в виде графиков и таблиц.

Более сложные задачи решает ЭВМ «МИР-2», ее входной язык АНАЛИТИК предназначен для описания

52

вычислительных процессов с применением аналитических методов, т. е. позволяет выполнять преобразования выра­ жений, записанных в общей (буквенной) форме. В этой машине есть устройство отображения алфавитно-цифро­ вой и графической информации. При помощи светового, карандаша оператор может осуществлять непосредствен­ но на экране электронно-лучевой трубки исправление и ввод новой информации, т. е. реализуется возможность диалога «человек-машина».

Отсутствие такого диалога значительно снижало эф­ фективность использования средств вычислительной тех­ ники. Увеличение быстродействия современных ЭВМ сде­ лало особенно заметными недостатки традиционных ме­ тодов передачи, получения и представления информации с использованием электромеханических устройств типа телетайпов и электрифицированных пишущих машинок. Резкое несоответствие скоростей обработки информации в ЭВМ формированию исходных данных привело к необ­ ходимости разработки и производства электронной диа­ логовой аппаратуры — алфавитно-цифровых и графиче­ ских электронно-лучевых индикаторов, названных за ру­ бежом display terminals. Преимущества терминальных устройств на электронно-лучевых трубках (дисплеев), в первую очередь удобство ввода и редактирования дан­ ных, обусловили их широкое распространение. Одним из основных стимулов, способствовавших созданию и разви­ тию электронной диалоговой аппаратуры, явилось созда­ ние ЭВМ «третьего поколения», способных работать в режиме автоматического разделения машинного вре­ мени.

Рассмотрим некоторые пути повышения производи­ тельности электронных цифровых вычислительных ма­ шин, проявившиеся при создании машин «второго поко­ ления» и намечающиеся в «третьем поколении» ЭВМ. Постоянное увеличение скорости выполнения операций в машинах привело к тому, что быстродействие ЭВМ оказалось значительно ниже, чем быстродействие соб­ ственно процессора, в состав которого входят: арифме­ тическое устройство, устройство управления, оператив­ ное запоминающее устройство. Причиной этого является несоответствие скоростей процессора и устройств вводавывода. В результате во время ввода-вывода и обмена информацией между ОЗУ и внешней памятью такие до­ рогие устройства ЭВМ, как арифметическое и оператив-

53

мое запоминающее устройство, существенно недогру­ жены. Таким образом, однопроцессорные машины имеют ресурсы для одновременного выполнения четырех этапов вычислительного процесса: ввода, обмена, счета, вы­ вода. Использование этих ресурсов осуществляется в мно­ гопрограммных ЭВМ, способных выполнять одновре­ менно несколько программ. Различные варианты орга­ низации многопрограммное™ реализованы в ЭВМ, раз­ работанных в СССР: БЭСМ-6, «Днепр-22», «Урал-14», М-222, «Минск-23», «Минек-32», а также в зарубежных машинах ТХ-2, Стретч, МК-4В, NEAC-2203, IBM-360, Spectra-70, Siemens-4004, Sistem-4, PDP-8 и др.

На многопрограммной ЭВМ «Минск-32» можно вы­ полнять одновременно четыре этапа решения задачи. Процессор машины состоит из двух микропроцессоров, операционного и канального, работающих с одной опера­ тивной памятью. Операционный микропроцессор вклю­ чает арифметическое устройство и центральное устрой­ ство управления, а канальный представляет собой уст­ ройство обмена, управляющее работой каналов вводавывода. К оперативной памяти в каждый момент может обращаться только одни микропроцессор. Очередность работы микропроцессоров в зависимости от ситуации синхронизирует центральное устройство управления. Та­ кая структура процессора позволяет работать одновре­ менно с несколькими программами, переключая действие каждого микропроцессора на выполнение очередной про­ граммы. Переход от одной программы к другой в опти­ мальные с точки зрения общего хода вычислительного процесса моменты обеспечивает система прерывания пу­ тем переключения машины.

Другой путь повышения производительности ЭВМ — реализация следующих режимов: 1) пакетной обработки или обработки задач партиями, при которой не требует­ ся вмешательства человека; 2) разделения времени, со­ здающего условия для одновременной работы на машине ряда пользователей, а также для диалога пользователей с машиной в процессах постановки, отладки и решения задачи.

Пакетная обработка заключается в комплектовании пакетов задач и последующей обработке каждого из них таким образом, чтобы обеспечить максимальную загруз­ ку вычислительного блока. Во время прерывания реше­ ния текущей задачи, вызванного обменом информацией

54

запоминающее устройство; 3 — накопитель на магнитной лен­

между процессором и внешними устройствами, начинает­ ся решение следующей задачи, а прерванная программа ставится на очередь. Эффективность пакетной обработки задач может быть проиллюстрирована следующим при­ мером. Анализ этого режима, проведенный для машины IBM-7030, показал, что отношение суммарного времени решения задач в обычном режиме ко времени решения тех же задач в режиме пакетной обработки при 10 за­ дачах, интенсивно использующих процессор с малой за­ грузкой внешней памяти на магнитных лентах и средней загрузкой магнитных дисков, равно 1,3; при 11 задачах, интенсивно использующих магнитные ленты, равно 1,5; при 14 задачах 1-го и 2-го типа равно 2.

На рис. 27 дан общий вид советской ЭВМ М-222, предназначенной для решения задач в режиме пакетной обработки.

55

Рис. 28.

Структура многопроцессорной системы с разделени­ ем времени:

В ЭВМ «третьего поколения» реализован режим раз­ деления машинного времени па интервалы, в течение каждого из которых выполняется лишь одна программа. Пользователи имеют канал непосредственной связи с центральным процессором, который поочередно удов­ летворяет их запросы и управляет системой переключе­ ния. Из-за высокой частоты повторения цикла обслу­ живания создается иллюзия непрерывности работы поль­ зователя.

Режим разделения времени обеспечивает наиболее эффективное использование ЭВМ в вычислительных центрах и значительно расширяет возможности исполь­ зования машин непосредственно лицами, формулирую­ щими задачи. Ведь при диалоге ЭВМ только с одним пользователем много времени расходуется на анализ по­ лученных результатов, обдумывание дальнейшего хода решения, формулировку и ввод новых заданий, т. е. ма­ шинное время расходуется крайне неэффективно, тогда как режим разделения времени позволяет удовлетворять запросы многих пользователей и практически одновре­ менно вести отладку программ. Возможность диалога с помощью терминалов, расположенных либо рядом с ма­ шиной, либо на большом расстоянии от нее, позволяет пользоваться вычислительными машинами специалистам различных профессий.

55

Режим разделения времени может быть реализован на ЭВМ с одним и несколькими процессорами (рис. 28), а также в системе, состоящей из нескольких вычисли­ тельных машин, с возможностью подключения к ней до­ статочного количества выносных терминалов и одновре­ менного доступа большого числа пользователей. Так, в ЭВМ GE-642 используется до 100 терминалов при одно­ временной работе 30—40 пользователей, в GE-645 — до 1000 терминалов при одновременном обслуживании до

300пользователей.

Внастоящее время почти все большие вычислитель­ ные машины и системы, выпускаемые за рубежом, в той или иной степени приспособлены для работы в режиме разделения времени. К числу таких ЭВМ, например, относятся: система MAC, разработанная в США па осно­ ве машины IBM-7094; машины серии PDP (PDP-6, PDP-7, PDP-8), серии LEO (LEO-3, LEO-326, LEO-360) фирмы English- Electric-LEO (Англия); машина С-720

французской фирмы SETI; машина SIGMA-5 фирмы

SDS (США).

Следует отметить, что режим разделения времени имеет и отрицательные стороны. Во-первых, выход из строя ЭВМ в большой системе, работающей в данном режиме, эквивалентен отказу индивидуальных машин всех пользователей системы. Во-вторых, рост потока зая­

вок приводит к необходимости увеличивать количество выносных пультов (терминалов), а это ухудшает каче­ ство обслуживания потребителей (режим диалога счи­ тается удовлетворительным, когда время ожидания от­ вета на очередной вопрос составляет не более 10 с).

Эти недостатки сводятся к минимуму при реализации режима разделения времени в многопроцессорной систе­ ме, в которой оптимальная загрузка основных процессо­ ров П1 (см. рис. 28) обеспечивается использованием непосредственно связанных с терминалами Т вспомога­ тельных процессоров П2 и вспомогательных устройств памяти ВП.

■К числу ЭВМ «третьего поколения», которые в бли­ жайшее время будут использоваться в нашей стране для решения широкого круга экономических и научно-техни­ ческих задач как в автономном режиме, так и в системах обработки информации, относятся ЭВМ единой системы, разработка и производство которых осуществляется в рамках СЭ.В. Логическая структура и система команд

57

58