Материал: Нечаев А.Н. Устройство и работа электронных цифровых машин

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

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

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/124908