Электронные вычислительные машины

И ПРОГРАММИРОВАНИЕ

§ 1. Устройство ЭВМ

В 40-е годы XX в. появились новые технические устрой­ства, получившие название электронных вычислительных машин (коротко — ЭВМ). Эти машины вскоре завоевали всеобщее признание и получили широчайшее внедрение в самых различных областях. Их устройство и применение оказались тесно связанными с понятием алгоритма. Если до появления ЭВМ теория алгоритмов была главой мате­матической логики, то после их появления стала необхо­димой другая теория алгоритмов. Теперь приобрела интерес наука об алгоритмах как таковых, а не теория алгоритмов как аппарат для обоснования математики и исследования разрешимости проблем. Почему именно ЭВМ оказали такое влияние на науку? Чтобы ответить на этот вопрос, прежде всего разберемся в устройстве ЭВМ (рис. 1). Укрупненное описание ЭВМ, приведенное на рис. 1 в общих чертах, яв­ляется правильным, но требует уточнения.

Информация (программа и данные), подготовленная для решения задачи, сперва переносится на перфоленты или перфокарты и лишь после этого может быть введена в ма­шину. Перфоленту, хранящую информацию, или набор перфокарт следует считать запоминающим устройством. Устройство ввода перерабатывает информацию, выбираемую им из этого запоминающего устройства, и записывает в дру­гое запоминающее устройство (например в память).

Устройство выдачи получает информацию из ячеек па­мяти и «выдает» ее из машины. Это значит, что оно либо переносит эти материалы на перфокарты или перфоленты, либо печатает на длинной (и широкой) бумажной ленте (полосе), сложенной «гармошкой», или смотанной в виде рулона. Нужно считать, что при выдаче информации про­исходит перенос (с некоторой переработкой) информации из одного запоминающего устройства (из памяти) в другое (например на бумажную полосу). Таким образом, все уст­ройства ЭВМ следует делить на запоминающие устройства и устройства, перерабатывающие информацию. Последние будем делить на управляющие и операционные.

Пульт управления ЭВМ работает по такому же прин­ципу — перенос информации из одного запоминающего устройства в другое. В дальнейшем наряду с термином запоминающее устройство мы будем применять и его сокра­щение — ЗУ. Доступом к ЗУ называют запись в него ин­формации или считывание ее из него.

При классификации ЗУ целесообразно учитывать три признака, связанных с их техническими возможностями: 1) возможный порядок доступа (последовательный или пря­мой); 2) возможное направление доступа (только чтение, только запись, чтение и запись); 3) возможная кратность доступа (возможное число обращений в одну и ту же точку ЗУ: однократное или многократное).

Перфолента или перфокарты на входе служат запоми­нающими устройствами последовательного однократного до­ступа по чтению (односторонними ЗУ). Оперативная па­мять является запоминающим устройством двухстороннего многократного прямого доступа. Магнитные ленты и маг­нитные барабаны характеризуются последовательным двух­сторонним многократным доступом. Магнитные диски явля­ются запоминающими устройствами двухстороннего многократного прямого доступа (хотя правильнее было бы их считать допускающими прямой доступ к мелким массивам информации). Наконец, перфоленты, перфокарты или бу­мажная полоса на выходе служат ЗУ последовательного однократного доступа только по записи.

Во многих современных ЭВМ присутствуют (кроме вы­шеперечисленных) запоминающие устройства прямого до­ступа и многократного действия, допускающие только чтение (их обычно называют постоянными ЗУ прямого досту­па). В таких ЗУ раз и навсегда «закоммутирована» (так го­ворят инженеры-электронщики) некоторая информация, ко­торая в любой момент может быть прочитана и записана в другое ЗУ, допускающее запись.

Интересно отметить, что ЗУ на входе ЭВМ следует рас­сматривать как аналог ленты машины Тьюринга, обладаю­щий потенциальной бесконечностью (только) в одну сторону. Точно так же следует рассматривать ЗУ на выходе ЭВМ. Связано это с тем, что на входе можно поместить сколь угодно длинную (хотя и конечную) строку символов, а на выходе тоже может быть получена сколь угодно длинная строка.

Чтобы покончить с укрупненной блок-схемой ЭВМ, опи­санной выше, заметим, что в современных ЭВМ разных устройств (см. рис. 1) может быть по несколько зкземляров.

Основным конструктивным объектом современной ЭВМ следует считать так называемый процессор. ЭВМ представ­ляет собой систему процессоров. Техническими составными частями современных ЭВМ, кроме процессоров, могут быть каналы связи. Поскольку нас интересуют только принци­пы устройства и принципы работы ЭВМ, а не технические способы их реализации, о каналах связи говорить не будем.

Итак, ЭВМ — это система процессоров. Каждый про­цессор состоит из некоторой совокупности запоминающих устройств, устройства управления и операционного уст­ройства. Эти составные части процессора между собой определенным образом связаны. Связь между процессора­ми осуществляется за счет наличия общих запоминающих устройств, которые могут служить для передачи преобра­зуемой информации (в этом случае они называются буфер­ными ЗУ) и для передачи управляющих сигналов (в этом случае они называются контактными ЗУ).