За три десятилетия своего существования вычислительная -техника превратилась в одно из мощнейших орудий технического прогресса, оказывая постоянно растущее влияние на все аспекты жизни современного общества. Первые ламповые машины, служившие для ускоренного выполнения трудоемких расчетов, уже давно сменились вычислительными системами, •область применения которых практически не ограничена. •Сегодня машины находят широкое применение в управлении •технологическими процессами, проектировании новых приборов и устройств, планировании, научных экспериментах, банковском .деле и во многих других областях.
За истекший период радикально изменилась не только техническая база вычислительных машин, но и их структура. По разветвленное™ схемной организации и процесса обработки данных, а также по количеству и сложности взаимосвязей между отдельными функциональными компонентами современные крупные вычислительные системы ни в чем не уступают любым .другим сложнейшим техническим комплексам.
В ходе развития машин изменялся и сам процесс их проектирования. Первые машины разрабатывались небольшими группами инженеров, которые одинаково хорошо разбирались в 'Общей схеме вычислительной машины и в электрических схемах •отдельных устройств. Это было возможно, поскольку потоки информации внутри машины и действия отдельных управляющих сигналов были тогда обозримы в деталях даже для одного человека. По мере усложнения архитектуры машин и их эволюции, приведшей к появлению вычислительных систем, наблюдалась неуклонная специализация разработчиков и параллельно приобретал новые черты сам процесс проектирования. Сегодня 'Специалисты, занятые общей организацией вычислительных ма-
шин и систем, не разрабатывают электрических схем, в то время как интересы разработчиков отдельных устройств весьма далеки от общемашинной архитектуры. Изменилось и содержание проектирования. Его составным элементом стало моделирование,, поскольку при проверке правильности схем и выборе оптимальных вариантов их построения теперь уже нельзя доверяться таким испытанным средствам, как острый глаз и здравый: смысл.
И назначение, и процедуры моделирования определяются уровнем детализации разработки, т. е. функциональным объемом элемента схемы. Общим для всех уровней является необходимость составления формальных описаний моделируемого устройства или машины в целом, а также внешних воздействий для ввода в моделирующую машину общего назначения. Вначале эти описания составлялись непосредственно в форме машинных программ со всеми неудобствами, вытекающими из этого способа. Затем были созданы специализированные языки, ориентированные на моделирование дискретных систем обработки информации. В настоящее время эти языки получили весьма; широкое распространение.
Составление формальных описаний приносит пользу еще до; начала моделирования. Поскольку всякая формализация требует точной интерпретации всех связей и сигналов, в процессе 'составления формальных описаний разработчику, естественно, приходится конкретизировать действие каждого сигнала и устранять все неопределенности, свойственные словесному описанию. В этом смысле действия инженера, проектирующего вычислительную систему, аналогичны действиям программиста, использующего в своей работе определенный алгоритмический язык, хотя и нужно признать, что в практическом применении языков программисты намного опередили создателей технических средств.
Предлагаемая вниманию читателя монография одного из-известных специалистов по вычислительной технике Я. Чу рассматривает основные устройства машин и ее организацию в целом. При этом автором предпринята весьма удачная попытка приобщения читателей к использованию формальных языков, С этой целью им выбран следующий метод изложения: по каж-
дому рассматриваемому устройству вначале приводится содержательное описание структуры и процесса функционирования, после чего дается его формальное описание на языке CDL, Сопоставление этих параллельных описаний как по объему, так и по строгости представления наглядно показывает все достоинства формализации.
Трудоемкость составления описания и требуемая квалификация пользователя зависят, как правило, от того, насколько выразительным является язык и насколько удобен он для описания схем заданного уровня. Форма и разнообразие выражений • каждого языка определяются типом описываемых схем, т. е. уровнем проектирования. По этому признаку языки разделяют на одно- и многоуровневые. Основным достоинством первых является возможность их лучшей специализации, главным достоинством вторых — универсальность. Язык CDL достаточно прост и принадлежит к числу одноуровневых языков, ориентированных на схемы, которые представлены на регистровом уровне. Описания на этом языке получаются весьма компактными и понятными.
Данная книга может служить хорошим методическим пособием при изучении основ построения современных вычислительных машин и представляет также интерес для инженеров, занимающихся разработкой отдельных устройств и желающих привести в систему свои знания по вычислительной технике. Достоинством книги является и то, что вопросы организации вычислительных машин рассмотрены в ней на примере Системы IBM/360, которая на современном этапе во многом определяет общее направление развития вычислительной техники. Можно надеяться, что издание этой книги будет способствовать более широкому внедрению методов формализации проектирования вычислительных машин.
Перевод книги выполнен Гиглавым А. В. (предисловие автора, гл. 1—4, 11), Ливеровским А. Ю. (гл. 5—7) и Овчинниковым Б. С. (гл. 8—10).
Е. И. Гурвич
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .......................5
Предисловие автора........'............ 8
Глава 1. Язык описания вычислительной машины..........11
1.1. Предложения-описания................ 11
1.2. Микрооператоры .................. 17
1.3. Последовательности ................. 23
1.4. Описание вычислительной машины с запоминаемой программой . 27
Глава 2. Примеры функциональных блоков............ 45
;• 2.1. Генератор контрольного бита..........• .... 45
j 2.2. Устройства последовательного сравнения......... 49
; 2.3. Устройство для нахождения наибольшего числа...... 56
{ 2.4. Генератор простых чисел................ 64
\ 2.5. Преобразователь кода Грея в двоичный код........ 70
I 2.6. Двоично-десятичный преобразователь.......... 75
', 2.7. Сложение с сохранением битов переноса.......... 80
'••' 2.8. Машина для подсчета очкоз при игре в кегли....... 85
Глава 3. Микропрограммирование...............96
3-1. Генератор контрольного бита..............96
3.2. ЭВМ с микропрограммным управлением..........103
3.3. Хранение микропрограммы в основной памяти . . . . . . .113
3.4. Еще один пример устройства с микропрограммным управлением 120
Глава 4. Арифметическое устройство с фиксированной запятой.....130
4.1. Структура арифметического устройства..........130
4.2. Алгоритмы выполнения операций............133
4.3. Полные описания..................148
4.4. Параллельный сумматор с групповыми и секционными переносами........................155
4.5. Дополнительные вопросы................168
4.6. Арифметическое устройство с микропрограммным управлением . 171
Глава 5. Параллельное арифметическое устройство с плавающей запятой 186
5.1. Структура арифметического устройства..........188
5.2. Сложение и вычитание чисел с плавающей запятой.....191
5.3. Умножение чисел с плавающей запятой..........198
5.4. Нормализация ...................203
5.5. Описание на языке CDL................210
Глава 6. Последовательное арифметическое устройство ........223
6.1. Последовательное двоичное арифметическое устройство .... ?13
6.2. Двоичное сложение и вычитание.............228
6.3. Умножение двоичных чисел............... 234
6.4. Деление двоичных чисел................. 237
6.5. Операторное описание................ 244
6.6. Организация десятичного арифметического устройства .... 248
6.7. Устройства десятичного умножения и деления.......267
Глава 7. Организация памяти.................276
7.1. Память с произвольным доступом............276
7.2. Адресация памяти..................285
7.3. Стековая память..................291
7.4. Ассоциативная память................295
7.5. Динамический загрузчик...............306
7.6. Иерархия устройств памяти............... 319-
7.7. Виртуальная память.................336
Глава 8. Организация управления...............353
8.1. Организация управления с использованием последовательност-
кых логических схем.................353
8-2. Организация микропрограммного управления........361
8.3. Организация центрального управления.......... 383
8.4. Организация асинхронного управления..........400
8.5. Блок-схема вычислительной системы........... 416
Глава 9. Организация вычислительной машины . . ........ . 430
9.1. Системные устройства................430
9.2. Форматы и коды...................434
9.3. Организация вычислительной машины...........446
9.4. Центральный процессор................460
9.5. Центральное устройство управления...........469
9.6. Супервизор и другие средства управления.........479
Глава '10. Организация канала.................483
10.1. Организация управления вводом-выводом.........483
10.2. Операции в канале..................497
10.3. Интерфейс ввода-вывода...............509
10.4. Селекторный канал.................525
10.5. Мультиплексный канал................536
Глава 11. Микропрограммная реализация системных программ.....548
11.1. Настройка программы на абсолютные адреса........548
11.2. Структура...................'. '. 558
11.3. Блок-схемы алгоритмов .'...............560
11.4. Подготовка к составлению микропрограммы........567
11.5. Составление микропрограммы.............. 572
Предметный указатель....................584
Цена: 300руб.
