В книге излагаются основные принципы построения современных цифровых вычислительных машин. Наибольшее внимание уделяется вопросам схемной организации цифровых вычислителей, используемых в универсальных ЦВМ и в системах управления.'Схемотехнические решения рассматриваются в .алгоритмическом и в структурном плане. Для описания порядка функционирования цифровых устройств используется язык микропрограмм и аппарат теории цифровых автоматов.
Описываются принципы построения основных структурных единиц ЦВМ — операционных устройств (регистров, счетчиков, сумматоров и т. п..). Последовательно вводятся понятия из области структурной теории схем. Рассматриваются варианты структур арифметических и запоминающих устройств, устройств местного и центрального управления и устройств ввода—вывода. Освещаются основные принципы, используемые при построении микропрограммных автоматов, многоуровневых запоминающих устройств, систем ввода—вывода символьной информации, мультипрограммных систем и систем с разделением времени.
Книга ориентирована на специалистов, работающих в области проектирования и применения средств цифровой техники. Систематичный характер изложения материала позволяет использовать книгу также в качестве пособия для студентов, изучающих цифровую технику и автоматизированные системы управления.
ПРЕДИСЛОВИЕ
За три десятилетия, с которыми связана история развития элек* тронной вычислительной техники, цифровая техника выделилась в самостоятельную область технических знаний, в которой используется круг своих понятий, идей и методов. За этот период внимание специалистов по цифровой технике переместилось из сферы электроники в сферу схемотехники и сосредоточилось на принципах логической, структурной и алгоритмической организации цифровых вычислительных машин и систем. Эти принципы являются основополагающими для цифровой техники, поскольку они непосредственно связаны с информационными аспектами функционирования цифровых устройств и в них заключается ответ на вопрос о том, как устроены и работают цифровые вычислительные машины.
Цифровые вычислительные машины относятся к классу сложных систем, для описания организации которых используются различные по степени детализации уровни представления схем и функций. В этой книге цифровые устройства описываются на трех уровнях. Низший уровень основан на представлении о том, что максимальными неделимыми единицами считаются логические и запоминающие элементы, с использованием которых строятся логические схемы, описываемые на языке теории цифровых автоматов. Более высокий уровень основан на понятии микрооперации. На этом уровне микрооперация рассматривается в качестве максимальной неделимой единицы, на основе которой строятся структурные схемы и микропрограммы. Самый высокий уровень представления функций связан с программами, определяющими круг выполняемых машиной действий. Эта точка зрения на иерархию средств описания схем и функций определила порядок изложения материала в книге.
f Первые три главы рассматриваются в качестве введения в круг
вопросов структурной организации вычислительных машин. Чтобы
исключить нерезультативные обращения к физическим процессам,
меющим место в электронных вычислительных машинах, введено
ятие абстрактного сигнала и элементы заданы своими функ-
И, ЧТО ПОЗТЮ.ттилп г-пгпрттптоиитг, ИНИМЯНМР ня ингЬоПМЯПИОННЫХ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................. g
Глава 1. Общие сведения о цифровых вычислительных машинах ... 5
1.1. Понятие об информации и ее преобразованиях...... _
1.2. Структура цифровой вычислительной машины...... j
1.3. Области применения цифровых вычислительных машин . . ю
1.4. Краткий исторический очерк............... 14
Литература ............................ 17
Глава 2. Двоичные элементы и логические схемы . ........ 18
2.1. Сигналы........................ —
2.2. Логические элементы.................. 20
2.3. Запоминающие элементы ................ 28
2.4. Вспомогательные элементы ............... 37
2.5. Логические схемы ................... 38
2.6. Синхронные и асинхронные логические схемы...... 48
Литература ..................•.......... 51
Глава 3. Операционные устройства................ 52
3.1. Понятие операционного устройства........... —
3.2. Регистры ....................... 53
3.3. Сдвигающие регистры ................. 61
3.4. Счетчики ........................ 75
- 3.5. Двоичные сумматоры.................. 90
3.6. Дешифраторы ..................... Ю4
3.7. Сравнивающие устройства ............... ' '•;
3.8. Комбинированные операционные устройства ....... "^
Литература............................ ' '
Глава 4. Арифметические устройства............• • • '
4.1. Функции арифметического устройства..........
4.2. Структура арифметического устройства и принцип микро-программного управления ...............
4.3. Устройства для сложения и вычитания чисел с фиксирован-
ной запятой .....................„• . „о
4.4. Устройства для умножения чисел с фиксированной запятой
4.5. Устройства деления чисел с фиксированной запятой . . • •
4.6. Устройства для выполнения операций над числами с пла-вающей запятой ....................
4.7. Устройства для выполнения логических операций и опера- ^ ций специальной арифметики ..............
4.8. Принципы построения операционной части арифметических ^^ устройств ....................... 172
4.9. Объединение микропрограмм .............. 175
Литература ........'...................'
478 У .
Глава 5. Устройства управления.................. 176
5.1. Закон функционирования устройства управления..... —
5.2. Функционирование микропрограммных автоматов во времени ......................... 183
5.3. Принципы построения микропрограммных автоматов . . . 187
5.4. Эффект гонок в автоматах................ 194
5.5. Структура микропрограммных автоматов Мили..... 200
5.6. Структура микропрограммных автоматов Мура..... 204
5.7. Микропрограммный автомат Уилкса—Стринджера .... 207
5.8. Микропрограммные автоматы с унитарным кодированием состояний....................... 212
5.9. Устройства управления, построенные на принципе распределения сигналов.................... 214
5.10. Выбор способа построения устройства управления .... 220 Литература ............................ 223
Глава 6, Принцип программного управления и структура центрального устройства управления ............... 224
6.1. Структура запоминающих устройств и адресация ячеек —
6.2. Принцип программного управления .......... 226
6.3. Группы операций и цикл выполнения команды..... 229
6.4. Выполнение операций в одноадресной ЦВМ....... 232
6.5. Способы адресации в командах ............ 237
6.6. Модификации адресной части команды......... 240
6.7. Организация циклов.................. 248
6.8. Обращение к подпрограммам........"..... 250
6.9. Программируемые операции (экстракоды)........ 253
6.10. Структура схем передачи слов и совмещение операций 258
Литература ............................ 261
Глава 7. Запоминающие устройства................ 262
7.1. Принципы построения и назначение запоминающих устройств —
7.2. Структура оперативных запоминающих устройств .... 271
7.3. Сверхоперативные запоминающие устройства ....... 274
7.4. Накопители на магнитных барабанах и дисках ..... 287
7.5. Накопители на магнитной ленте ............ 296
Литература ............................ 303
Глава 8. Способы и техника распределения памяти....... 304
8.1. Постоянное и динамическое распределение памяти..... —
8.2. Использование базисных регистров при относительной адресации ....................... 308
8.3. Зонный способ распределения памяти.......... 312
8.4. Организация виртуальной Памяти............ 316
8.5. Обмен страницами в виртуальной памяти........ 327
Литература........................... . . 331
Глава 9. Устройства ввода—вывода символьной информации . . . 332
9.1. Назначение и порядок функционирования устройств ввода —
9.2. Представление вводимой информации на перфолентах и перфокартах...................... 337
9.3. Устройства подготовки данных и механизмы ввода .... 344
9.4. Устройства ввода с перфолент ............. 349
9.5. Устройства ввода с перфокарт.............. 356
9.6. Назначение и порядок функционирования устройств вывода 361
9.7. Пишущие машинки и телетайпы ............ 363
9.8. Роторные печатающие устройства............ 364
Литература ............................ 369
479
Глава 10. Управление устройствами ввода—вывода........ 370
10.1. Подсоединение устройств ввода—вывода ........ —
10.2. Команды ввода—вывода................ 374
10.3. Состояние канала и устройств ввода—вывода...... 380
10.4. Структура мультиплексного канала .......... 381
10.5. Выполнение команд в мультиплексном канале...... 388
10.6. Структура селекторного канала............ 391
10.7. Совмещение ввода—вывода с работой вычислителя .... 395 Литература ............................ 399
Глава 11. Мультипрограммные системы и системы с разделением
времени........................ 400
11.1. Принципы мультипрограммирования.......... —
11.2. Порядок прерывания программы............ 405
11.3. Устройства прерывания................ 412
11.4. Состояние программы и вычислителя.......... 414
11.5. Защита памяти .................... 419
11.6. Принципы построения и порядок функционирования супервизора ....................... 423
11.7. Планирующая программа супервизора ......... 432
11.8. Использование ЦВМ в режиме разделения времени . . . 434
11.9. Принципы построения систем с разделением времени . . . 438 Литература ......................,..... 442
Приложение А. Представление чисел в машинах........ 443
АЛ. Позиционные системы счисления ............ —
А.2. Форматы чисел..................... 451
•Литература ............................ 457
Приложение Б. Элементы булевой алгебры.......... 458
Б.1. Постулаты, законы и свойства булевой алгебры..... —
Б.2. Булевы функции.................... 460
Б.З. Нормальные формы булевых функций .......... 462
Б.4. Кубическое представление булевых функций....... 464
Б.5. Задача минимизации булевых функций......... 466
Б.6. Карты Карно . . . ,................. 467
Б.7. Метод Квайна—Мак-Класки .............. 475
Литература....... . ..................... 477 ;
Цена: 150руб.
