также занимают промежуточное положение — время об ращения к ним составляет несколько десятков милли секунд. В качестве промежуточных ЗУ обычно исполь зуются магнитные барабаны.
Д о л г о в р е м е н н ы е з а п о ми н а ю щ и е у с т р о й - с т в а (ДЗУ) применяются для длительного хранения постоянных чисел, коэффициентов и стандартных, наи более часто применяемых, программ (перевода вводимых в машину чисел из двоично-десятичной системы счисле ния в двоичную и обратного перевода при выводе ре зультатов, вычисления логарифмов и тригонометриче ских функций, различные вспомогательные программы и т. п.). Для этой цели применяются такие запоминаю щие устройства, в которые запись информации произво дится при изготовлении машины или при подготовке ее к решению задачи. В качестве ДЗУ используются диод ные матрицы, емкостная бумага, магнитные сердечники и переключатели. Обычно ДЗУ имеет сравнительно не большую емкость (несколько сотен или тысяч машин ных слов), но позволяет производить считывание, инфор мации с высокой скоростью.
Блок-схема электронной цифровой вычислительной машины, использующей все эти виды запоминающих устройств, приведена на рис. 39. Все указанные виды ЗУ применяются только в больших машинах, обладающих высокой производительностью, в средних и малых ЭЦВМ обычно имеются один-два вида запоминающих устройств.
Для создания запоминающих устройств могут быть использованы различные физические явления, связанные с изменением состояния той или иной среды под влияни ем внешних воздействий и дающие возможность более или менее длительно и устойчиво сохранять и легко рас познавать изменившееся состояние. Применение двоич ной системы счисления значительно облегчает эту зада чу. В настоящее время широко известны устройства, в которых запись информации осуществляется намагни чиванием отдельных участков магнитного слоя или от дельных магнитных элементов, электрическим зарядом отдельных участков диэлектриков или конденсаторов, возбуждением звуковых или электромагнитных колеба ний, пробивкой отверстий и т. д.
Некоторые виды запоминающих устройств позволяют
119
Рис. 39. Блок-схема электронной цифровой машины с различ ными видами запоминающих устройств.
хранить информацию долгое время без затраты энергии. К ним относятся, например, устройства, использующие принципы магнитной записи, пробивку отверстий. И на оборот, есть ЗУ, в которых естественное время хранения информации невелико. Например, при использовании принципа накопления электрического заряда на диэлект рике длительность хранения определяется временем ес тественного разряда, а при использовании линий задерж ки— временем задержки. Такие запоминающие устрой ства требуют непрерывного восстановления хранимой в них информации. Обычно их называют запоминающими устройствами с восстановлением при хранении. Для того чтобы информация не терялась в период хранения, время обращения к каждой ячейке для восстановления ее со
держимого должно быть меньше времени |
естественного |
хранения. |
|
По методу поиска ячейки по заданному адресу за |
|
поминающие устройства делятся на две |
группы — ЗУ |
с |
п р о и з в о л ь н ы м о б р а щ е н и е м и ЗУ с п о с л е |
д |
о в а т е л ь н ы м о б р а щ е н и е м . В запоминающем |
120
устройстве |
первой |
группы все ячейки равнодоступны, |
|
т. е. имеют одинаковое время |
обращения, не зависящее |
||
от адреса |
ячейки. |
К таким |
ЗУ относятся, например, |
устройства на магнитных сердечниках и электронно-лу чевых трубках. В запоминающих устройствах с последо вательным обращением время обращения зависит от ад реса ячейки, причем обращение осуществляется последо
вательно |
по адресам. |
Линии ' задержки, |
магнитный |
||||
барабан |
и магнитная лента—-ЗУ |
с последовательным |
|||||
обращением. |
|
|
|
|
|
|
|
Запоминающие устройства с последовательным обра |
|||||||
щением |
делятся |
в свою очередь |
на периодические |
и |
|||
непериодические. |
|
ЗУ характерны |
тем, |
'что |
при |
||
П е р и о д и ч е с к и е |
|||||||
последовательном |
прохождении адресов |
за |
последним |
||||
следует первый (магнитный барабан, замкнутая линия
задержки). Н е п е р и о д и ч е с к и е |
запоминающие |
устройства могут иметь неограниченно |
большую ем |
кость, так как в них предусматривается возможность по следовательного изменения адресов в двух направлениях (например, магнитная лентд и перфолента).
Кратко рассмотрим некоторые запоминающие устрой ства, которые нашли широкое применение в ЭЦМ.
Запоминающие устройства на триггерных схемах
Триггерные схемы применялись в качестве^ запоми нающих устройств для хранения чисел и команд уже в первых образцах электронных цифровых машин. Такое
устройство имеет малое |
время обращения (порядка до |
|
лей микросекунды), но |
обладает существенным |
недо |
статком — в нем используется большое, количество |
ра |
|
диодеталей: для хранения одного двоичного разряда в |
||
триггерной схеме необходимо использовать две электрон ные лампы или два полупроводниковых триода. Поэто му на триггерных схемах обычно монтируются запоми нающие устройства небольшой емкости. Например, в машине ЭНИАК, имевшей 18 тыс. электронных ламп, емкость оперативного ЗУ на триггерных схемах состав ляла всего 20 чисел, а в машине МЭСМ — 31 число и 63 команды.
121
Тем не менее триггерные схемы широко используют ся во всех современных электронных цифровых машинах в качестве регистров — запоминающих устройств на од но машинное слово. Регистры обычно входят в состав арифметического устройства и устройства управления машины.
Запоминающие устройства на линиях задержки
Линии задержки, используемые в качестве запоми нающих устройств, имеют весьма простой, принцип дей ствия: информация, подлежащая хранению, подводится к началу линии в виде последовательности импульсов и через некоторое время появляется на другом конце. От сюда информация может быть подведена через усилитель и формирователь обратно к началу линии. Таким обра зом, создается кольцевая замкнутая цепь, по которой информация может циркулировать неограниченно долгое время.
Количество кодов, которое может храниться в линий задержки, зависит от вещества линии, ее длины и часто ты следования импульсов. Чтобы не слишком увеличи вать длину линии, ее вещество должно обеспечивать дос
таточно медленное |
продвижение информации. Большие |
||
возможности имеет применение твердых тел. и |
жидко |
||
стей. |
|
|
|
Жидкости выгодны тем, что в них может распрост |
|||
раняться ТОЛЬКО ОДИН ТИП ВОЛН— ’ ВОЛНЫ сжатия. |
Волны |
||
в ртути распространяются со |
скоростью 1450 м/сек, а в |
||
кварце — 4160 м/сек. |
|
|
|
Ртутные линии задержки. Наиболее часто в качестве |
|||
передающей среды |
в линиях |
задержки используется |
|
ртуть. Такое запоминающее устройство состоит из запол ненной ртутью стальной трубки, в концах которой поме щены кварцевые пьезокристаллы, преобразующие элект рические импульсы в механические колебания и об ратно.
Управление работой трубки, усиление и формирование импульсов производится электронной схемой. Упрощен ная блок-схема запоминающего устройства на ртутной трубке приведена на рис. 40.
122
Рис. 40. Блок-схема запоминающего устройства на ртут ной линии задержки.
Коды чисел, представленные в виде последователь ности импульсов, поступают на клемму «вход». На уп равляющий вход клапана (схемы совпадения) записи I<i подается управляющий сигнал «запись». Этот сигнал открывает клапан и пропускает импульсы кода числа в возбудитель, где они модулируются колебаниями высо кой частоты (10—15 мегагерц). В целях наиболее полно го преобразования электрической энергии в механиче скую энергию колебаний пьезокристаллов несущая час тота возбудителя выбирается близкой к частоте их соб ственных колебаний.
Возбужденный пьезокристалл передает колебания ртути, они следуют по трубке и воспринимаются на дру гом конце приемным кристаллом, преобразующим меха нические колебания в электрические. Напряжения, сни маемые с приемного пьезокристалла, имеют величину порядка десятков милливольт. Эти сигналы усиливают ся, затем детектируются и, проходя открытый клапан гашения Кг, вновь поступают через возбудитель на пере дающий пьезокристалл. Таким образом, информация бу дет циркулировать по трубке до тех пор, пока с клапана гашения Кг не будет снят разрешающий сигнал. Для вы вода накопленной информации на клапан чтения Кз по дается разрешающий сигнал «чтение», и импульсы, пред
123
ставляющие код числа, будут последовательно поступать
на клемму «выход». |
одной трубки и усиления |
Для управления работой |
|
считываемых с нее сигналов |
обычно требуется 1 0 — 1 2 |
электронных ламп. Причем это количество не'зависит от длины трубки и числа хранимых в ней кодов.
Трубка с ртутью помещается в термостат с системой автоматической регулировки температуры, так как ско рость распространения волн в ртути зависит от темпера туры. Это накладывает некоторое ограничение на длину
трубки.
В машине БЭСМ АН СССР запоминающее устройст во на ртутных линиях использовалось в качестве резерв ного и содержало 64 трубки, в которых могло храниться до 1024 кодов 39-разрядных двоичных чисел.
Подобные трубки нашли применение в качестве внут реннего запоминающего устройства в большинстве зару бежных машин, построенных до 1953 г. (АКБ, УНИВАК,
ЭДВАК, ЭДСАК и др.).
Эксплуатация запоминающих устройств на ртутных
линиях задержки показала достаточную надежность их |
|
работы. Но наряду с этим такие устройства |
имеют су |
щественный недостаток — большое ' время |
обращения, |
достигающее 0,4—1 миллисекунды. Это обстоятельство ограничивает возможности использования их в совре менных быстродействующих машинах, поэтому, напри мер, в машине БЭСМ в 1954 г. отказались от ртутных линий в пользу запоминающего устройства на электрон но-лучевых трубках, обладающих большим быстродей ствием.
Магнитострикционные линии задержки. Запоминаю щие устройства, использующие магнитострикционные линии задержки, основаны на способности ферромагнит ных материалов (железа, никеля, кобальта и их спла вов) изменять свои размеры при намагничивании. Это явление называется м а г н и т о с т р и к ц и е й .
Магнитострикционная линия задержки (рис. 41). представляет собой металлическую проволоку или лен ту, изготовленную чаще всего из никеля или его сплавов. При выборе длины проволоки, в зависимости от потреб ной емкости ЗУ, исходят из того, что скорость распро странения ультразвуковых колебаний в никеле составля ет около 4800 м/сек. Ввиду большой скорости распро-
124