книги / Основы научных исследований

ду из устройства памяти ЭВМ, управляющее устройство готовит арифметически-логическое устройство (АЛУ) для выполнения соответствующей операции, указывает адреса ячеек памяти, из которых в АЛУ должны посту­ пить необходимые данные (операнды). Результат выпол­ нения операции вводится в память. После выполнения всей программы по заказу пользователя результаты вы­ даются в виде распечатки (таблицы) или выводятся на экран дисплея. Устройства памяти ЭВМ подразделяются на основную (оперативную) (ОП) или основное запоми­ нающее устройство (ОЗУ) и внешнее запоминающее устройство (ВЗУ). В этих устройствах хранятся програм­ ма, исходные, промежуточные и окончательные резуль­ таты. Основной характеристикой ОЗУ является ем­ кость *.

Устройство управления, АЛУ и память составляют центральный процессор (ЦП) ЭВМ, обеспечивающий управление последовательностью команд программы, вы­ полнение арифметических и логических (И, ИЛИ) опе­ раций, вывод данных и ввод результатов в память.

Вычислительная машина кроме основных блоков, про­ цессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), устройства управления содержит разнообразные по сво­ им функциям и принципам работы периферийные устрой­ ства. Сюда входят устройства, предназначенные для хра­ нения объемов информации (см. рис. 8.1), устройства ввода в ЭВМ и вывода из нее информации для реги­ страции на носителях в виде печати, перфорации и т. д.

В группу устройств ручного ввода входят пульты уп­ равления ЭВМ, электрифицированные пишущие машин­ ки, дисплеи и др. Эти устройства, располагая клавиату­ рой, позволяют вводить информацию непосредственно, без предварительной подготовки.

Чрезвычайно широкое распространение среди поль­ зователей получили дисплейные устройства, удобные для непосредственного общения человека с ЭВМ. Дисп-

1 Емкость определяется в Кбайтах (1 Кбайт=1025 байт) или в Мбайтах (1 Мбайт=1024 Кбайт) (байт — наименьший адресуемый элемент памяти, состоящий из восьми информационных разрядов; не­ сколько байт образуют ячейку памяти).

211

информации относятся устройства считывания информа­ ции с перфокарт, перфолент и магнитных лент.

П е р ф о к а р т а представляет собой картонный прямоугольник со срезанным верхним левым углом. По ширине перфокарта разбивается на 80 колонок. По вы­ соте перфокарты может располагаться до 12 строк, ко­ торым присвоены номера сверху вниз. Прямоугольные отверстия перфорируются на пересечениях колонок и строк.

П е р ф о л е н т а — это плотная бумажная или целлю­ лозная лента, которая может быть различной ширины. Перфолента обладает большей емкостью, чем перфо­ карта. На рулоне в 300 м размещается до 120 тыс. знаков. Наиболее распространены 5-, 7- и 8-дорожечные ленты. Достоинством перфоленты является получение ее одно­ временно с выполнением другой основной операции по выписке документа, регистрации операций или расчета. К недостаткам следует отнести трудность группировки информации, нанесенной на перфоленте.

ширины и имеет различное количество дорожек записи. Плотность записи на магнитной ленте значительно вы­ ше, чем на перфоленте. Достоинством магнитной ленты является возможность ее многократного использования

иизменения части записи.

Кавтоматическим устройствам непосредственного вво­ да информации относятся устройства, считывающие ин­ формацию со специальных бланков, с печатного текста

ис графиков. Ведутся интенсивные разработки устрой­ ства ввода информации с голоса.

К автоматическим устройствам непосредственного ввода относятся также устройства приема информации с линий связи.

Устройства вывода информации (рис. 8.3) подразде­ ляются на устройства вывода: цифровой информации на промежуточный носитель; на разного рода экраны (гра­ фопостроители, печатающие устройства); на внешнюю среду (устройства выдачи данных в линии связи и др.).

К первой группе относятся устройства вывода инфор­ мации на перфокарты, перфоленты и магнитные ленты. Такой способ вывода удобен при выводе отлаженных про­ грамм и выверенной информации для последующего ис­ пользования. Выводные устройства второй группы либо печатают поступающую из ЭВМ алфавитно-цифровую

213

информацию на бумаге (печатающие устройства), либо отображают ее на экранах в виде текста, изображений и графиков (дисплеи), либо рисуют графики и чертежи на бумаге (графопостроители и чертежные машины). Выводные устройства третьей группы предназначены для

Рис. 8.3. Классификация устройств вывода информации

передачи информации удаленным пользователем. Эти устройства в совокупности со средствами коммуникации позволяют широко использовать сетевые свойства со­ временных вычислительных средств и создавать систе­ му коллективного пользования с большим количеством удаленных от ЭВМ абонентов.

Создание автоматизированных систем обработки дан­

214

ных, переработка информации многих абонентов часто предполагают использование многомашинных вычисли­ тельных систем. При этом отдельные ЭВМ должны быть приспособлены к работе с другими машинами на соот­

ветствующих уровнях организации вычислительной си­ стемы.

Реализация перечисленных требований осуществля­ ется по мере совершенствования ЭВМ, которые в своем развитии прошли четыре поколения, характеризующиеся различной элементной базой, математическим обеспече­ нием и структурой.

В п е р в о м п о к о л е н и и ЭВМ в качестве элемент­ ной базы использовались электронные лампы. ЭВМ об­ ладали малой емкостью оперативного запоминающего устройства н низкой производительностью (около 20 тыс,, операций в секунду). Такие ЭВМ были рассчитаны на обработку только цифровых данных.

памяти, скорость обработки информации достигала со­ тен тысяч операций в секунду. Расширился набор пе­ риферийных устройств. Появилась возможность диффе­ ренцировать ЭВМ по применению: для решения научнотехнических и экономических задач, для управления производственными процессами и т. д.

Т р е т ь е п о к о л е н и е — это ЭВМ на интегральных схемах и вычислительные системы, представляющие со­ бой ряды программно и информационно совместимых машин. Эти ЭВМ обладают широкими возможностями по быстродействию (от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов операций в секунду), объему оперативной и внешней памяти, набору периферийных устройств, что обеспечивает самые различные запросы пользователей. ЭВМ третьего поколения позволяют ши­ роко использовать многопрограммную обработку инфор­ мации. Появилась возможность создания многомашин­ ных комплексов и сетей терминальных устройств сбора и выдачи информации. Развитие аппаратных и прог­ раммных средств системы прерываний программ способ­ ствовало освоению режима разделения времени. Этот режим обеспечивает работу в реальном времени всем пользователям за терминальными устройствами.

Ч е т в е р т о е п о к о л е н и е ЭВМ представляет со­ бой многопроцессорные системы на больших интеграль­ ных схемах, использующих общую память и внешние ус­

215

тройства. Они позволяют объединить вычислительные мощности в единую вычислительную сеть, имеющую большое количество абонентов. Характерным для ЭВМ Четвертого поколения является ориентация отдельных процессоров на выполнение определенных операций или решение конкретных классов задач.

В настоящее время ведутся работы по созданию ЭВМ п я т о г о п о к о л е н и я . ЭВМ и вычислительные систе­ мы пятого поколения помимо более высокой производи­ тельности должны будут обладать рядом новых свойств: возможностью взаимодействия с ЭВМ при помощи есте­ ственного языка, человеческой речи и графических изо­ бражений; способностью системы обучаться, делать ло­ гическое суждение, вести «разумную» беседу с челове­ ком в форме вопросов и ответов; способностью системы «понимать» содержание базы данных, которая при этом превращается в «базу знания», и использовать эти «зна­

для персональных компьютеров. Для сверхпроизводи­ тельных ЭВМ эти показатели составят: 1...100 млрд, оп/с и 8... 160 Мбайт.

Для решения широкого круга научно-технических, экономических, информационно-логических задач как в автономном режиме работы, так и в вычислительных системах, объединяющих несколько ЭВМ и абонентов, наиболее часто используются ЕС ЭВМ (ЭВМ Единой системы, табл. 8.1). Характерной особенностью ЕС ЭВМ является их блочная структура с переменным составом оборудования, которые определяются составом выпол­ няемых функций. При таком подходе отдельные функ­ циональные устройства выполняются в виде блоков (мо­ дулей), которые в нужных номенклатуре и количестве объединяются в ЭВМ. Например, необходимый объем оперативной памяти набирается из отдельных модулей, имеющих фиксированное число ячеек. В такой структу­ ре ЭВМ важное значение имеют устройства сопряже­ ния (интерфейсы), обеспечивающие обмен информацией между блоками и допускающие подключение необходи­ мого состава периферийных устройств. Решение различ­ ных по сложности и количеству обрабатываемой инфор­ мации задач предъявляет определенные требования к периферийному оборудованию, объему оперативной па­

мяти и к самим устройствам обработки информации —

216

процессорам (длине машинного слова, скорости обра­ ботки информации и т. д.) Одним из важнейших требо­ ваний к таким системам является возможность исполь­ зования на старших моделях ЭВМ программ, разработанных для младших моделей. Поэтому естест­ венным развитием вычислительных систем явилось со­ здание ЭВМ, совместимых по программному, информа­ ционному и техническому обеспечению.

Информационная совместимость ЭВМ предполагает единые способы кодирования информации и форматы данных и одинаковые или кратные длины машинных слов в различных моделях. Программная совместимость означает, что программы, составленные для одной мо­ дели, могут выполняться на других моделях.

Техническая (аппаратурная) совместимость заклю­ чается в возможности подключения к любой модели ЭВМ любых периферийных устройств, общих для всей системы ЕС ЭВМ.

217

Кроме вычислительных систем общего назначения (ЕС ЭВМ) страны социалистического содружества со­ здали систему мини- и микроЭВМ. Малые (СМ) и микроЭВМ этой системы в первую очередь предназначены для автономного и системного применения при автома­ тизации производственных процессов; автоматизации обработки результатов научного эксперимента, лабора­ торных и производственных измерений: для создания различных управляющих систем, работающих в реаль­ ном времени. Некоторые характеристики мини-ЭВМ, входящих в состав СМ ЭВМ, приведены в табл. 8.2.

1 НМЛ — накопитель на. магнитных лентах.

* НГМД — накопитель на гибких магнитных дисках.

В последних моделях ЭВМ (микроЭВМ) использу­ ются микропроцессоры. Термин «микроЭВМ» применя­ ется для таких ЭВМ, у которых большая часть элект­ ронных схем сосредоточена в одной интегральной мик­ росхеме (ИС) — микропроцессоре, имеющем весьма малые размеры. Вся микросхема занимает площадь около 4,5X1,5 см2, а сам кристалл, на котором расположе­ ны электронные схемы, не более 1 см2. В табл. 8.3 при­ ведены некоторые характеристики микроЭВМ. Мини- и микроЭВМ, вычислительные и управляющие комплексы серийно изготовляются и находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Больщинст-

218

1НЖМД — накопитель на жестких магнитных дисках.

во мини- и микроЭВМ семейства «Электроника» явля­ ются программно и аппаратно совместимыми и отлича­ ются быстродействием и набором команд. Программное обеспечение этих мини- и микроЭВМ включает тестовое обеспечение и широкий спектр перфоленточных и диско­ вых операционных средств для создания и выполнения программ в реальном масштабе времени. Характеристи­ ки основных операционных систем СМ ЭВМ приведены

втабл. 8.4.

8.2.Программное обеспечение ЭВМ

По мере развития ЭВМ второго и третьего поколений увеличивались производительность и эффективность вычислительных машин и систем независимо от их типа

219

I I I