Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 [ 94 ] 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116

фовня. Он значительно короче, поскольку в нем указываются только крупные операции. Перевести их на подробный машинный 13ЫК «для внутреннего пользования» сумеет сама современная ЭВМ. Ло для первых ЭВМ составлялись очень подробные и потому очень длинные программы.

Делали так. Сначала в ЭВМ вводилась (загружалась, как го-юрят специалисты) программа и исходные данные для вычисле-шй. Они раскладывались по ячейкам памяти, после чего можно )ыло приступать к вычислениям. Результат выводился сначала в гамять, а из нее-на периферийные устройства ввода-вывода (дисп-1ей, печатающее устройство принтер и т.п.). Впрочем, экраны-(исплеи появились позднее, у машин второго-третьего поколений, юстроенных на полупроводниковых приборах, а затем-и на инте-ральных схемах. В первых ЭВМ обходились одним принтером.

Сразу выявился существенный недостаток описанной организа-щи ЭВМ. Память должна была выполнять две функции: хранить кходные и полученные данные и в то же время запоминать и тут же ыдавать обратно в процессор промежуточные результаты вычисле-гай. Если для первой функции нужна память большой емкости с >тносительно невысоким быстродействием, то для второй-как раз гаоборот: запомнить надо всего несколько чисел, но очень быстро, г также быстро их выдать. В результате у ЭВМ появилось два стройства памяти: долговременная и оперативная. Долговремен-гая может хранить огромные массивы информации. В ней чаще icero применяется устройство магнитной записи. В больших ЭВМ 1ни представляют собой специализированные устройства в виде тоек с большими катушками широкой магнитной ленты. А в «временных микроЭВМ часто используют обьпсновенный бытовой лагнитофон. Наряду с веселыми песенками на кассете можно запи-ать, как оказывается, и программу для ЭВМ. Разработаны также устройства памяти на магнитных дисках, внешне отдаленно напоми-июших грампластинки, с той лишь существенной разницей, что юкрыта пластинка ферромагнитным слоем и никакой звуковой анавки на ней нет, а запись ведется крохотной магнитной головкой, использовались и магнитные барабаны, еще отдаленнее напоми-[ающие фонограф.

Совсем не так устроена оперативная память. Поскольку главное ребование к ней-высокое быстродействие, никаких движущихся астей она не содержит. Запись в оперативном запоминающем стройстве (ОЗУ) ведется в электронные ячейки.

Четыре поколения ЭВМ сменилось за время жизни одного еловеческого поколения! Любопытно, что элементная база обнов-[ялась чаще, чем структурные схемы. Часто даже одинаковые по труктуре ЭВМ выполнялись на совсем разных элементах. В 60-х одах строили машины даже на параметронах-электрически управ-яемых диодах с переменной емкостью. Магнитные усилители, пектронные лампы, транзисторы, туннельные диоды-все это ис-ользовалось в ЭВМ. Побеждает все-таки полупроводниковая инте-ральная технология. Но и там был широкий выбор. Диодно-тран-исторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), огика на элементах с эмиттерной связью (ЭСЛ). А в последнее ремя все чаще используют совсем уже микромощную элементную азу на МОП (металл -окисел-полупроводник) и КМОП (то же, но комплементарньпл» парами транзисторов) интегральных схемах. И 1 всеми этими аббревиатурами, которые сразу и запо.мнить-то елегко, стоят годы упорного труда многих сотен и тысяч людей.

Претерпела изменения и структурная схема машины. Вы, навер-



ное, заметили, что одни и те же устройства нужны для разных целей. Например, в памяти записывается и программа, и массивы данных. Возникла мысль-объединить провода, по которым циркулируют данные, команды и прочие сигналы, нужные в ЭВМ, в общие шины. Чтобы пакеты данных не путались, их снабжают «адресом»-несколькими цифрами или знаками в начале посылки. Адрес однозначно определяет, куда и зачем послан этот пакет данных. Остальные устройства, подключенные к общей шине, на эту посылку попросту не реагируют.

Описанная идея оказалась очень плодотворной. Она позволила создавать ЭВМ с гибкой структурой, наращивать число периферийных устройств (ввода-вывода), число блоков памяти, а иногда даже-и число процессоров!

Большие ЭВМ теперь имеют очень мощные процессоры, вьшол-няющие миллионы операций в секунду. Оказалось неразумным использовать всю эту мощнось для решения какой-либо одной задачи. Ведь процессор фактически простаивает, пока идет накопление данных, обращение к памяти и тому подобные вспомогательные операции. Неохытный оператор, например, долго будет смотреть на экран дисплея, размьппляя, что делать дальше. Да и опытному оператору нужно несколько секунд, чтобы осмыслить полученный результат и дать машине следующее распоряжение. В режиме диалога временнью шкалы человека и машины просто несовместимы. Если считать по числу вьшолненных элементарных операхщй и исключить из рассмотрения такие, не совсем еще понятные явления, как интуиция, то оказывается, что машина «думает» в миллион раз быстрее.

Выход из создавшегося положения был найден. Процессор стал решать параллельно несколько задач, работая в режиме разделения времени. Пока для одной задачи накапливаются данные, решается другая, пока выводится к терминалам ее результат, снова решается первая или еще одна задача. Число терминалов ЭВМ резко возросло, одновременно возросли и вычислительные мощности.

Сейчас во всех без исключения областях человеческой деятельности используются ЭВМ. В считанные минуты они решают задачи, на которые при прежних методах понадобились бы годы упорного труда больших коллективов ученых и вычислителей. Обработка информахщи с помощью ЭВМ значительно повышает эффективность производства, позволяет создавать автоматизированные системы управления, освобождает людей от рутинного труда, обеспечивает информационными услугами широкий круг пользователей.

Но большие ЭВМ целесообразно устанавливать в специальных вычислительных центрах (ВЦ), где их эффективная работа обеспечивается высококвалифицированными инженерами, техниками и программистами. В то же время объекты автоматизации, конструкторские бюро, НИИ, источники и потребители информахщи - территориально рассредоточены и могут находиться очень далеко от ВЦ. Ну что ж, вынесем терминалы и дисплеи к потребителям! Это не так просто, поскольку терминал соединяется с ЭВМ не одним проводником! Но все-таки сделать это можно, только у потребителя надо установить аппаратуру для накопления и преобразования дахшых, фактически мини-ЭВМ, и организовать канал связи-канал передачи хшфровой информахщи по двухпроводной линии или по уже име-юхцимся каналам связи-телефонным, радиорелейным, спутниковым-каким угодно. Именно так и делают.

Более того, большие ЭВМ объединяют в региональные или даже общенациональные сети, и пользователь зачастую даже поня-



Щия не имеет, в каком уголке страны решается в данный момент его задача.

I Сложилась несколько парадоксальная ситуация- исчезли как класс средние ЭВМ. Большие ЭВМ становятся все мощнее и производительнее (речь идет теперь о сотнях миллионов операций в секунду), для доступа к ним нужны сети связи, а также мини- и микроэвм. Но микроэвм имеют и огромное самостоятельное значение, решая определенные конкретные задачи на местах. И вот появилось маленькое, но очень важное устройство.

Его Величество микропроцессор

Теперь уже можно смело сказать, что микропроцессор произведет в технике столь же революционные преобразования, как в свое время транзисторы, а затем интегральные схемы. Немного об истории его появления.

К началу 70-х годов стало возможным создавать сверхбольшие интегральные микросхемы (СБИС), содержащие десятки тысяч транзисторов на одном кристалле. Но проектирование таких микросхем очень дорогой и трудоемкий процесс. Ведь необходимо расположить на кристалле все транзисторы, все соединения между ними, изготовить фотошаблоны и т. д. Стоимость проектирования огромна. И если изготовить всего несколько СБИС, то стоимость золота не будет идти ни в какое сравнение с их стоимостью. Но при массовом производстве стоимость СБИС в расчете на одну вьту-шенную единицу резко снижается, т.е. чтобы они стали дешевле, надо их больше производить. Следовательно, надо выпускать только СБИС универсального применения, пригодные для решения самых различных задач. Этого можно добиться, если специализация СБИС будет достигаться не схемными, а программными средствами. СБИС должны быть программируемыми! Вот та радикальная идея, которая привела к появлению микропроцессоров СБИС со структурой, аналогичной структуре ЭВМ.

Сфера применения микропроцессоров обширна. На них можно построить микрокалькуляторы, электронные часы, настоящие ЭВМ, системы автоматического регулирования, блоки управления домашним радиокомплексом, стиральной машиной, кухонной плитой-одним словом, чем угодно. Специализация микропроцессора для конкретных функций, выполняемых им в аппаратуре, достигается записью в его память соответствующих программ. Встроенные микропроцессоры придают разнообразным приборам, устройствам и механизмам вполне «разумный» характер. Микропроцессор-неотъемлемая часть станков с числовым программным управлением, манипуляторов и роботов, систем управления транспортными средствами, обучающих систем. Где угодно, вплоть до детских игрушек, может применяться микропроцессор.

Столь многообещающий прибор заслуживает, чтобы мы подробнее познакомились с его устройством. Внешне микропроцессор выглядит как обычная интегральная микросхема в пластмассовом или металлическом корпусе, только он чуть-чуть крупнее, да и выводов имеет больше. Его габаритные размеры измеряются сантиметрами, но большую чать объема занимают корпус и выводы. В середине расположен кристалл, на котором размещены десятки тысяч транзисторов со всеми сопутствующими компонентами и соединениями. Только вдумайтесь в эту цифру: десятки тысяч транзисторов в одном корпусе!





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 [ 94 ] 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116