§ 2. Принципы построения и области применения цвм

При всем многообразии разновидностей ЦВМ все они состоят из пяти основных частей (рис. 23.1): арифметическологического уст­ройства АЛУ, устройства управления УУ, запоминающего устройст­ва ЗУ, устройства ввода УВ и устройства вывода УВВ данных.

Арифметическо-логическое устройство, предназна­ченное для выполнения арифметических и логических операций над кодами чисел и команд, состоит из сумматора, регистров, логиче­с

ких схем и т. п. Для выполнения, например, операции сложения из запоминающего устройства в АЛУ поступают два числа. После вы­полнения операции результат пере­дается в ЗУ или остается в АЛУ в качестве исходного числа для выполнения следующей операции.

Запоминающее устрой­ство предназначено для хранения исходных данных, промежуточных и окончательных результатов, а так­же программ операций, т. е. совокупности команд, необходимых для решения задачи. Основными экс­плуатационными характеристиками ЗУ являются емкости памяти и быстродействие.

Под емкостью понимают число единиц информации, которое память может хранить одновременно. В качестве единицы инфор­мации применяют: машинное слово—многоразрядный код чис­ла или команды; бит — один двоичный разряд числа, равный нулю или единице; байт — восьмиразрядное двоичное число.

Под быстродействием понимают скорость запаса и считы­вания данных из запоминающего устройства.

Понятия емкости и быстродействия ЗУ противоречивы, так как чем больше емкость ЗУ, тем меньше его быстродействие. Поэтому в современных ЦВМ используют несколько разновидностей ЗУ: оперативное (ОЗУ), постоянное (ПЗУ) и внешнее (ЙЗУ).

ОЗУ непосредственно связано с АЛУ и осуществляет хранение и считывание чисел с быстродействием, равным быстродействию АЛУ. ВЗУ характеризуется большой емкостью и незначительным быстро­действием и предназначено для хранения информации, не участвую­щей в ближайших вычислениях. П3У служит для хранения про­грамм и констант. Информация в ПЗУ записывается один раз и в дальнейшем не изменяется. ОЗУ и П3У реализуются обычно на магнитных сердечниках, а ВЗУ — на магнитных лентах и дисках.

Устройство ввода предназначено для ввода данных, над которыми нужно произвести действия, и программ вычислений в ма­шину и передачу информации в соответствующую ячейку памяти. Ввод данных обычно производится либо вручную с помощью спе­циальной клавишной машинки, либо с какого-либо машинного носи­теля информации (перфокарт, перфолент, магнитных лент).

Устройство вывода служит для выдачи результатов вычис­лений в виде перфокарт, перфолент, таблиц и т. п.

Устройство управления предназначено для координации работы всех упомянутых устройств ЦВМ. Например, УУ подает ко­манду на ввод исходных данных и программы в ОЗУ, выбирает пер­вую команду программы решения задачи из ОЗУ, выбирает числа из ОЗУ и посылает их и команду действий над ними в соответствии с программой вычислений в АЛУ, результат вычисления заносит в ОЗУ. После окончания вычислений УУ подает команду на УВВ с целью выдачи полученного результата, например на печать.

Поскольку АЛУ и УУ построены на однотипной базе (регистры, счетчики, сумматоры и т. д.) и играют наиболее активную роль в работе ЦВМ, их принято объединять под одним понятием процес­сора.

Показанную на рис. 23.1 структуру ЦВМ используют при пост­роении вычислительных машин, предназначенных для решения научно-технических задач с небольшим объемом входной и выход­ной информации. При применении ЦВМ в системах сбора и обра­ботки больших объемов информации должны быть значительно увеличены ее память и число устройств ввода и вывода информации. С увеличением числа и типа периферийных устройств (УВ, УВВ и ВЗУ} значительное время работы процессора тратится не на обра­ботку информации, а на ввод и вывод информации, а также ее запись и считывание. Поэтому в современных ЦВМ функции ввода-вывода информации путем взаимодействия устройств УВ, УВВ с ОЗУ вы­полняются с помощью дополнительного процессора, который полу­чил название устройства обмена (УО) или канала обмена (рис. 23.2). Во время работы УО центральный процессор продолжа­ет осуществлять вычислительные операции независимо от функцио­нирования УО. Обычно УО реализуется в виде сочетания мульти­плексного канала (МК) и селекторного канала (СК).

М

ультиплексный канал предна­значен для обмена информацией с группой медленнодействующих устройств ввода и вывода и органи­зует работу ЦВМ в режиме с раз­делением времени. Например, пере­дав одному из таких устройств УВВ информацию с целью ее печати на выводной ленте, МК. может на это время соединить с ОЗУ следующее У В с целью ввода в ЦВМ новой серии исходных данных.

Селекторный канал предназна­чен для обмена информацией с быстродействующим ВЗУ и рабо­тает в монопольном режиме, при котором любой обмен доводится до конца с одним ВЗУ. Одновре­менная работа СК. с несколькими ВЗУ исключена.

Применяемые в настоящее время ЦВМ принято подразделять на универсальные, управляющие и специальные. Универ­сальные ЦВМ предназначены для решения разнообразных вычисли­тельных задач. Они отличаются большим быстродействием и воз­можностью выполнения большего объема вычислений. Примером этого класса являются машины Единой серии электронных вычисли­тельных машин (ЕС ЭВМ)—ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040 и т. д. Управляющие ЦВМ предназначены для использования в АСУ ТП. В этом случае в качестве УВ и УВВ применяются многоканальные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Примером этого класса являются машины агрегатированной системы средств вычислительной техники (АСВТ) М-6000, М-7000, М-4030 и др., а также машины системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ) СМ-1, СМ-2, СМ-3 и СМ-4. Специализированные ЦВМ предназначены для решения оп­ределенного класса задач и конструируются с учетом специфики этих задач.