Изд. 3-е, переработанное и дополненное. Учебное пособие для вузов. М., «Советское радио», 1972. 5Е2 с.
В книге излагаются логические принципы построения цифровых машин и вычислительных систем. Первые главы посвящены арифметическим основам цифровых машин и краткому изложению матема- • тического аппарата, используемого для синтеза устройств цифровых машин. В ряде глав излагаются вопросы представления чисел в цифровых машинах и выполнения арифметических операций над числами. В некоторых главах кратко изложены принципы nporpaivj-мирования на цифровых машинах в объеме, необходимом для понимания структуры цифровой -машины. Попутно объясняются структурные особенности цифровых машин, вытекающие из тех лли иных требований программирования. Несколько глав посвящено вопросам структуры современных цифровых машин второго-и третьего поколения и вычислительных систем, а именно: организации локального параллелизма, организации цифровых машин с многоступенчатой памятью, организации мультипрограммной и мультипроцессорной работы и др.
Книга, является учебным пособием для вузов. Она представляет интерес для широкого круга специалистов, работающих в области 'вычислительной техники.
200 рис., 100 табл., библ. 66 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга, предлагаемая вниманию читателя, появилась в результате существенной переработки книги того же автора «Логические основы цифровых машин и программирования», вышедшей до этого двумя изданиями в издательстве «Наука».
Причинами, побудившими автора к такой переработке, явились, во-первых, дальнейший прогресс вычислительной техники и, следовательно, естественное желание отразить его в новом издании и, во-вторых, учет опыта использования книги студентами высших учебных заведений в процессе обучения и инженерами-разработчиками вычислительных машин. Автор старался не упускать ни одной возможности обсудить книгу или отдельные ее разделы с читателями.
Назначением цифровой машины является, по существу, выполнение задаваемых ей программ. Логическая структура цифровой машины выбирается исходя из стремления наилучшим образом выполнить эту основную задачу. Отсюда ясно, что вопросы выбора логической структуры цифровой машины и вопросы методики программирования неразрывно связаны друг с другом и при изложении первой темы неизбежно приходится затрагивать вторую.
В первых изданиях книги обе эти темы рассматривались с одной и той же, примерно, степенью детализации. Исходя из того, что вопросы программирования все равно приходится рассматривать в той или иной степени, автор принял решение рассмотреть их достаточно подробно и всесторонне. В новой книге, однако, в связи со значительным увеличением объема материала, посвященного логической структуре цифровых машин, с целью предотвращения чрезмерного увеличения общего объема книги, пришлось сократить разделы, посвященные программированию, до минимума, без которого нельзя последовательно объяснить структуру современных цифровых машин и систем. В частности, исключены описания алгоритмического языка АЛГОЛ-60, принципов автома-
3
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие.............. 3
Глава 1 ВВЕДЕНИЕ
1.1. Значение вычислительной техники....... 5
1.2. Вычислительные машины непрерывисто действия ... 6
1.3. Цифровые вычислительные машины....... 7
Глава 2
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕН Ил
2.1. Позиционные системы счисления ....... 10
2.2. Сравнительный анализ позиционных систем счисления
с точки зрения их применения в вычислительной технике 12
2.3. Преобразование десятичных чисел в двоичные ... 16
2.4. Преобразование двоичных чисел в десятичные ... 20
2.5. Выполнение арифметических операций с двоичными числами................ 21
2.6. Некоторые другие позиционные системы счисления . . 26
2.7. Арифметические операции в троичной системе (1, О, 1) . 29
2.8. Система счисления в остаточных классах ...... 31
Глава 3
ЭЛЕМЕНТЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ
3.1. Логические функции и их преобразования..... 35
3.2. Преобразование логических функций, выраженных через и, или, не............ 42
3.3. Методы минимизации логических функций .."... 47
3.4. Логические функции и логические схемы..... 60
Глава 4
КОНЕЧНЫЙ АВТОМАТ КАК МОДЕЛЬ ЦИФРОВОЙ МАШИНЫ И ЕЕ УЗЛОВ
4.1. Триггерные схемы............ 71
4.2. Регистры и способы ввода информации в них .... 81
4.3. Конечные автоматы........... 84
4.4. Некоторые вопросы синтеза конечных автоматов ... 93
Глава 5
НЕКОТОРЫЕ ТИПОВЫЕ СХЕМЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ЦИФРОВЫХ МАШИН
5.1. Сложность и быстродействие логических схем..... 100
5.2. Счетчики.............. ЮЗ
5.3. Дешифраторы............. 114
5.4. Многоразрядная схема совпадения....... 120
Глава 6
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЕЛ В ЦИФРОВЫХ МАШИНАХ
6.1. Общие положения...........123
6.2. Изображение отрицательных чисел в дополнительном коде 127
589
6.3. Прямой код отрицательного числа и Преобразование его
в дополнительный код.......... 134
6.4. Обратный код отрицательных чисел...... 135
6.5. Изображение чисел с фиксированной и плавающей запятой 137
6.6. Двоично-десятичные коды.......... 142
Глава 7 СЛОЖЕНИЕ И ВЫЧИТАНИЕ В ЦИФРОВЫХ МАШИНАХ
7.1. Суммирование в последовательных цифровых машинах . 146
7.2. Суммирование в параллельных цифровых машинах . . 155
7.3. Схемные методы ускорения распространения переноса при суммировании............ 164
7.4. Асинхронные схемы сумматоров ........ 171
7.5. Сложение и вычитание в цифровых машинах с плавающей запятой.............. 174
7.6. Операция сдвига.......... . 178
7.7. Сложение в недвоичных позиционных системах счисления 185
Глава 8 УМНОЖЕНИЕ В ЦИФРОВЫХ МАШИНАХ
8.1. Общие положения...........191
8.2. Основные методы реализации умножения в цифровых машинах параллельного действия.......192
8.3. Умножение в цифровых машинах последовательного действия ...............2С2
8.4. Методы ускоренного выполнения операции умножения . 204
8.5. Непосредственное умножение чисел, заданных в дополнительном коде.............219
Глава 9
ДЕЛЕНИЕ И ИЗВЛЕЧЕНИЕ КВАДРАТНОГО КОРНЯ
В ЦИФРОВЫХ МАШИНАХ ^
9.1. Деление с восстановлением остатка....... 225
9.2. Деление без восстановления остатка...... 230
9.3. Методы ускоренного выполнения деления . . ... . 241
9.4. Извлечение квадратного корня в цифровых машинах ._ . 253
Глава 10 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ МАШИНЫ
10.1. Блок-схема цифровой машины........ 260
10.2. Арифметическое устройство......... 261
10.3. Запоминающее устройство......... 266
10.4. Команды и программа.......... 271
10.5. Адресность цифровых машин........ 272
10.6. Управление исполнением команды....... 277
10.7. Микропрограммное управление операциями .... 293
Глава 11
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ
11.1. Общие положения...........301
11.2. Контроль передач в цифровых машинах.....^°4
590
11.3. Контроль выполнения арифметических операций в цифровых машинах........... 312
11.4. Контроль выполнения логических операций в цифровых машинах..............320
11.5. Обнаружение одиночных ошибок в устройствах управления ..............322
Глава 12
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ДВОИЧНЫЕ КОДЫ
12.1. Классификация преобразователей........329
12.2. Метод логического считывания двоичного кода . . . 334
12.3. Циклический код............338
Глава 13
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ НЕЦИКЛИЧЕСКИХ t ПРОГРАММ
13.1. Структура команд гипотетических цифровых машин . . 344
13.2. Простейшие неразветвленные программы..... 347
13.3. Обзор операций цифровой машины, выполняемых в неразветвленных программах......... 350
13.4. Разветвляющиеся программы........ 352
Глава 14
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ ПРОГРАММ
14.1. Блок-схемы циклических программ......365
14.2. Примеры циклических программ.......371
14.3. Программы с циклами в цикле........378
Глава 15
ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ С ПЕРЕАДРЕСАЦИЕИ
15.1. Переадресация и задачи, приводящие к ней .... 384
15.2. Переадресация с преобразованием команд в ЗУ . . . 3?6
15.3. Переадресация с помощью индексных регистров . . . 388
15.4. Программы с циклами в цикле и переадресацией . . 393
15.5. Программа перемножения двух матриц..... 403
15.6. Вопросы схемной реализации программ с переадресацией 410
Глава 16
МЕТОД ПОДПРОГРАММ И ИНТЕРПРЕТИРУЮЩИЕ ПРОГРАММЫ
16.1. Основные черты метода подпрограмм...... 414
16.2. Некоторые примеры стандартных подпрограмм . . . 421
16.3. Схема управления переходом к следующей команде . . 429
16.4. Интерпретирующие программы........ 431
16.5. Алгоритмические языки. Их интерпретация и компиляция 435
Глава 17
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ
17.1. Общие положения........... 440
17.2. Ввод информации в цифровую машину с контролем правильности эвода............ 441
591
17.3. Обнаружение и исправление ошибок вычислений . . . 443
17.4. Программный контроль и диагностика цифровой машины 446
Глава 18
ЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПАРАЛЛЕЛИЗМА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СОСЕДНИХ КОМАНД
18.1. Основные предпосылки и возможности совмещенного выполнения соседних команд......... 453
18.2. Блокировки при совмещенном выполнении соседних команд 459
18.3. Секционирование запоминающих устройств .... 465
18.4. Параллельное выполнение соседних арифметических операций ............... 472
Глава 19
СТРУКТУРА ЦИФРОЁЫХ МАШИН С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ПАМЯТЬЮ
19.1. Структура буферных ЗУ чисел и их взаимодействие с оперативным ЗУ............ 479
19.2. О структуре сверхоперативных ЗУ команд .... 493
19.3. Организация обмена между оперативным и внешним ЗУ 501
19.4. Операция с полями переменной длины . . . • . . 507
Глава 20
МУЛЬТИПРОГРАММНАЯ И МУЛЬТИПРОЦЕССОРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ МАШИН
204^ Мультипрограммный режим работы цифровой машины . 511
20.2. Организация совмещения обмена с вычислениями. .Кана-
. лы ввода — вывода . . .'...... . . 514
20.3. Режим пакетной обработки информации. Функции планирующей программы.......... 522
20.4. Защита памяти............. 525
20.5. Режим прерываний в цифровой машине..... 527
20.6. Динамическое распределение памяти в цифровых машинах 535
20.7. «Диалог» между человеком и цифровой машиной. Режим автоматического разделения времени цифровой машины 549
20.8. Мультипроцессорная обработка информации .... 553
20.9. Некоторые вопросы построения операционных систем . 556
Глава 21
ЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
21.1. Специфика задач, решаемых цифровыми машинами, управляющими реальными объектами......561
21.2. Математическая формулировка задач, решаемых цифровым интегратором...........562
21.3. Упрощенная логическая схема интегратора .... 565
21.4. Вопросы совместной работы интеграторов в схеме цифрового интегрирующего устройства......570
21.5. Бинарный способ кодирования переполнений .... 575
21.6. Следящие интеграторы..........578
Литература...... .......581
Предметный указатель............583
592
Цена: 300руб.
