Структура вычислительной машины

Быстродействующая электронная вычислительная машина (рис. 25) состоит из пяти основных устройств: вводного, запоминающего, управляющего, арифметического и выводного. Кроме того, имеется дополнительное устройство для контроля работы и обнаружения неисправностей.

Рис. 25. Электронная вычислительная машина

Вводное устройство - это та клавиатура, посредством которой в машину вводятся исходные данные и задается определенная программа. Электрические импульсы, возникающие при нажатии клавиш, направляются в запоминающее устройство.

Запоминающее устройство, или "память" машины, как его иногда для краткости называют, предназначено для хранения информации: исходных данных, команд, промежуточных и окончательных результатов. Оно играет роль Iпамяти или записной книжки вычислителя.

Как уже было сказано, числовые данные могут записываться с помощью магнитофона; но этот способ не является самым совершенным, так как для воспроизведения ранее записанного числа может потребоваться длительная перемотка ленты. Поэтому разработаны другие способы "запоминания": например, путем электризации отдельных участков диэлектрического экрана электроннолучевой трубки (вроде используемых в телевизорах - см. приложение 2). Удобство этого метода состоит в том, что для записи или воспроизведения числа электронный луч может быть направлен в нужную точку экрана практически мгновенно.

Носитель информации запоминающего устройства (магнитофонная лента, диэлектрический экран) состоит из множества "ячеек памяти", в каждой из которых может храниться одно многозначное число. Каждой ячейке присвоен номер (наподобие телефонного), по этому номеру с ней можно в любой момент "соединиться", чтобы поместить туда - или, наоборот, "истребовать" оттуда - соответствующее число.

Арифметическое устройство служит для выполнения основных арифметических и некоторых логических действий. Оно содержит несколько электронных "арифмометров" (осуществляющих сложение, умножение и т. д.), а также несколько электронных логических цепей (схема "и", схема "или", схема "не" и др.). В быстродействующих машинах каждая операция выполняется арифметическим устройством за десяток микросекунд (миллионных долей секунды).

Выводное устройство предназначено для выдачи заказчику "готовой продукции" в виде таблицы окончательных результатов произведенного расчета, отпечатанной обычным шрифтом с помощью цифропечатающего "телеграфного" аппарата под влиянием электрических импульсов, поступающих из запоминающего устройства. Для ускорения вывода результатов вместо печатания иногда применяют фотографирование их на кинопленку.

Управляющее устройство связывает воедино отдельные части вычислительной машины и "управляет", или "руководит", всем ходом вычислительного процесса. Во время работы машины управляющее устройство, действуя согласно программе, последовательно осуществляет все необходимые соединения и переключения, управляет движением электронных лучей и магнитофонных лент. Благодаря этому обеспечивается правильное размещение в ячейках памяти вводимых в машину исходных данных, своевременная передача чисел из определенных ячеек на те или иные "арифмометры" арифметического устройства, а также направление получающихся результатов в предназначенные для них ячейки. Наконец, по мере накопления окончательных результатов в ячейках памяти, управляющее устройство "соединяет" их с печатающими аппаратами.

Как видим, по своим функциям управляющее устройство вычислительной машины во многом напоминает автоматическую телефонную станцию, но оно должно делать сотни тысяч различных соединений в секунду! Кроме того, в отличие от АТС, управляющее устройство должно действовать не в соответствии с только что набранным номером, а по заранее заданной программе, которая (в зашифрованном виде) хранится в специально для этого отведенных ячейках "памяти".