ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Цифровые вычислительные машины из "Методы кибернетики в химии и химической технологии" Электронная цифровая вычислительная машина (ЭВМ) может быть описана как некоторое устройство, предназначенное для выполнения ряда арифметических и логических операций. Ее использование для решения различных задач основано на том, что любой вычислительный процесс может быть представлен в виде последовательности элементарных действий. При решении задач вручную человек руководствуется именно тем, в каком порядке необходимо выполнять эти элементарные действия, поскольку изменение очередности выполнения приведет к неправильному результату. Очевидно, если машине в виде отдельных инструкций задать характер и порядок переработки информации, то, обладая значительной скоростью выполнения отдельных операций, она может решить ту же задачу значительно быстрее. При решении задач на ЭВМ очередность выполнения отдельных операций задается в программе, а вид перерабатываемсй информации — в исходных данных. [c.126] ЭВМ может выполнять ряд операций (команд) по переработке числовой информации. Набор команд, которые может выполнять машина, составляет ее систему команд. Но для того чтобы машина начала считать, ей необходимо сообщить программу и исходные данные. Программа и числовая информация обычно представляются машине по отдельности. Это позволяет использовать одну и ту же программу для решения задачи с различными исходными данными. Программа и исходные данные наносятся на материальный носитель (перфокарты, магнитные карты) или на экран дисплея и вводятся в машину. После этого выполняются команды программы, эти команды сообщают машине, как выполнить необходимые вычисления на ее языке операций. По завершении вычислений машина в-заданной форме выводит результаты на одно из устройств печати. [c.127] Эффективность использования ЭВМ для решения задачи определяется прежде всего тем, насколько быстро она может выполнять операции, имеющиеся в ее системе, и тем, насколько большие массивы чисел могут перерабатываться одновременно, В связи с этим в качестве основных характеристик мощности вычислительных машин используются такие, как быстродействие и объем запоминающего устройства. Быстродействие машины характеризуется числом отдельных операций, выполняемых в 1 с, а объем запоминающего устройства — числом ячеек, отведенных для хранения программы и исходных данных. Каждая ячейка — единица памяти — может хранить только одно число или один код определенной длины. Современные вычислительные машины способны выполнять миллион и более операций в 1 с и имеют практически неограниченный объем запоминающего устройства. [c.127] По назначению все электронные вычислительные машины подразделяются на два типа универсальные и специализированные, Универсальные машины предназначены для решения широкого класса задач и, как правило, имеют развитую систему команд, а также большой объем запоминающего устройства. Специализированные машины предназначены для решения узкого класса задач и используются в конкретных технологических или иных условиях. [c.127] Структурно вычислительная машина может быть представлена в виде блок-схемы (рис, 1У-6), в которую входят оперативное запоминающее устройство, арифметико-логический блок и устройство управления, в совокупности составляющие процессор, и внешние (периферийные) устройства, куда входят устройства ввода — вывода, терминалы и пр. Краткая характеристика каждого из этих устройств представлена ниже. [c.127] Граммы, исходных и промежуточных данных. В процессе решения задачи любой код, записанный в запоминающем устройстве, может быть передан в любое другое устройство машины, сохраняя свое присутствие на старом месте. Объем запоминающего устройства определяется числом ячеек. Каждая ячейка характеризуется числом разрядов, или битов, число которых в конечном счете определяет то яость представления чисел в машине. [c.128] Важнейшей характеристикой запоминающего устройства является время выборки одного слова информации. При этом под словом понимается число или команда, а под временем выборки — время, необходимое для отыскания слова в общем массиве слов и передачи его в другое устройство машины. Время выборки определяет такой показатель машины, как быстродействие, поскольку при выполнении программы как команды, так и числа выбираются из памяти машины. [c.128] Техническая реализация запоминающих устройств, обладающих малым временем выборки, обычно связана с определенны ми трудностями, такими, как, например, ограниченная длина слов в машине. Поэтому в современных вычислительных машинах обычно используются запоминающие устройства двух типов— оперативные (ОЗУ) и долговременные (ДЗУ). [c.128] ОЗУ характеризуются малым време1 гм выборки и постоянно используются в процессе вычислений. Их емкость не превышает нескольких миллионов единиц инфсрмации. ДЗУ, наоборот, обладают значительным временем выборки, но их объем практически не ограничен. [c.128] В качестве носителя информации в долговременных запоминающих устройствах используются либо магнитные ленты (лентопротяжные механизмы), либо магнитные диски, В обоих случаях у поверхности носителя устанавливаются головки записи— считывания, которые либо наводят магнитный поток на поверхность носителя, либо снимают наводимую э. д. с. Время выборки таких устройств определяется скоростью перемещения носителя относительно головок записи — считывания и изменяется в пределах от десятков мкс до нескольких мс. [c.129] В процессе решения задачи между ОЗУ и ДЗУ протекает постоянный обмен информацией, причем чаще всего он осуществляется целыми массивами чисел. [c.129] Арифметико-логический блок предназначен для выполнения операций над числами в вычислительной машине. [c.129] Для хранения чисел в процессе выполнения операций арифметико-логический блок имеет собственные запоминающие устройства в виде специальных регистров для хранения одного числа. Число регистров арифметико-логического блока зависит от типа и класса машины. [c.129] Полный цикл работы процессора состоит из следующих этапов 1) вызов информации в регистры из оперативного запоминающего устройства 2) выполнение операции 3) передача результата в запоминающее устройство. [c.129] Периферийные устройства ЭВМ. Основными периферийными устройствами являются устройства ввода и вывода информации и программ, размещенных на специальных носителях. [c.130] Устройства ввода предназначены для ввода в память машины программ и числовой информации. Обычно ввод осуществляется при помощи аппаратов, скорость работы которых на несколько порядков ниже скорости работы других электронных устройств мащины. В зависимости от класса вычислительной машины широко применяются устройства ввода двух типов автономные и синхронные. Автономные устройства вво-д а работают независимо от остальных устройств маш ны и, как правило, имеют собственные запоминающие устройства. При вводе информация размещается в этом запоминающем устройстве, причем машина может выполнять в это время другие действия. При необходимости она может выбирать из этой памяти нужную информацию и продолжать вычисления. Если же имеется синхронное устройство ввода, то в процессе ввода машина не может выполнять никаких других операций. [c.130] Каким бы ни был способ организации входных устройств, они должны воспринимать информацию и преобразовывать ее в последовательность импульсов. Если вводимая информация является числовой, устройство ввода переводит ее из десятичного кода в код машины. [c.130] Устройства вывода предназначены для вывода промежуточных и конечных результатов расчета в форме, удобной для дальнейшего использования. В зависимости от типа выходного аппарата информация может быть выведена в виде двоичных или десятичных кодов, в виде таблиц или графиков. Вывод осуществляется устройствами, скорость работы которых значительно ниже скорости машины. Поэтому (подобно устройствам ввода) в современных машинах они выполняются как автономные либо синхронные. [c.130] Дисплей состоит из клавиатуры, подобной клавиатуре пишущей машинки, и экрана, по размеру и форме аналогичного экрану телевизора. В режиме ввода информации в ЭВМ работа на дисплее протекает следующим образом нажимая клавиши клавиатуры, человек вводит нужные данные, они сразу же высвечиваются на экране. После их визуальной проверки (сличение того, что надо было ввести, с тем, что появилось на экране) человек нажимает специальную кнопку, которая командует переносом этих данных в память ЭВМ. В режиме вывода информации с ЭВМ пользователь с помощью клавиатуры сообщает о готовности принять информацию или о вызове определенного блока данных из памяти ЭВМ, в результате чего на экране высвечиваются требуемые данные. В режиме исправления информации или отладки программы (исключения ошибок) пользователь вызывает на экран нужный ему массив данных или блок программы, а затем с помощью клавиатуры совершает следующие действия вызывает на экран светящийся треугольник (флажок) и переводит его по экрану к тому символу, который надо изменить после этого нажимает клавишу, соответствующую новому значению этого символа, и на экране происходит нужное исправление командой с пульта исправленные данные опять вводятся в память ЭВМ. Дисплеи подразделяются на алфавитно-цифровые и графические на последние можно выносить различные графики и чертежи, причем в них тоже можно вносить исправления. [c.131] Программирование [2]. Электронная вычислительная машина способна выполнять определенное число операций, заданное ее системой команд. Поэтому сложные вычисления необходимо разбить на последовательность операций, присущих данной машине. Сведение задачи к такой форме и запись ряда команд, по которым машина будет выполнять отдельные действия для получения решения, называется программированием, а последовательность команд — программой. [c.131] Вернуться к основной статье