Компьютеры том 1

Скачать DjVu (3,55 МБ)

Описание

Справочное пособие посвящено вопросам построения и применения средств вычислительной техники. Авторы — видные специалисты США. В русском переводе книга выпускается в трех томах.

В томе 1 рассматриваются аппаратные средства ЭВМ. Приводятся основы машинной арифметики, булевой алгебры, цифровой схемотехники. Дается подробное описание основных компонент ЭВМ: АЛУ, ЗУ и устройств ввода-вывода. Особое внимание уделяется вопросам программного обеспечения и особенностям реализации режима разделения времени.

Для инженеров, имеющих дело с вычислительной техникой, и студентов соответствующих специальностей.

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить.

Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ. В настоящее время даже не специалисты по вычислительной технике начинают понимать необходимость освоения принципов построения и применения ЭВМ. Однако до сих пор не было пособия, доступного широкому кругу научно-технических работников, которое охватывало бы широкий круг вопросов, связанных с технологической базой, структурой, средствами программирования и использованием ЭВМ.

Предлагаемое вниманию читателей справочное пособие в определенной степени восполняет этот пробел. Все главы с некоторыми изменениями заимствованы из различных кииг соответствующей тематики. Однако благодаря тщательному подбору материала в справочнике удалось отразить современный уровень вычислительной техники. В русском переводе книга издается в трех томах.

Первый том посвящен аппаратным средствам ЭВМ. В простой и ясной форме излагаются основы машинной арифметики и алгебры логики. Рассматриваются комбинационные и после-довательностные схемы, построенные на основе ТТЛ- и МОП-технологии. Типовые цифровые схемы сумматоров, счетчиков, регистров и дешифраторов, составляющих схемотехническую основу ЭВМ, описываются с единых позиций с помощью булевой алгебры. Значительное внимание уделяется упрощению булевых выражений и их схемной реализации. Достоинством книги является целостность и доступность изложения, не требующего какой-либо специальной подготовки. Книга будет понятна любому читателю со знанием математики, физики и электрбники в пределах программы средней школы. Она окажется доступной и полезной всем, кто по роду своей деятельности заинтересован в применении средств вычислительной техники, но не является специалистом в этой области.

К сожалению, в справочнике не нашли соответствующего освещения вопросы, связанные с построением устройств управления ЭВМ и канальных устройств, использующих унифицированные интерфейсы. Сведения об этих устройствах и о некоторых отечественных ЭВМ можно получить из работ, указанных в приведенном ниже списке литературы.

Перевод первого тома выполнили канд. техн. наук В. М. Ки-сельников (общие положения, предисловие, гл. 10), канд. физ,-мат. наук Т. М. Дадашев (гл. 1,3,5,6,8), В. С. Чепур (гл. 2, 7, 9), канд. физ.-мат. наук В. С. Штаркман (гл. 4).

Литература
1. Малые ЭВМ и их применение. /Под общей редакцией Б. Н. Наумова./ — М.: Статистика, 1980.
2. Пржиялковский В. В., Ломов Ю. С. Технические и программные средства единой системы ЭВМ.— М.: Статистика, 1980.
3. Дроздов 3. А., Комарницкий В. А., Пятибратов А. П. Электронные вычислительные машины единой системы.— M.t Машиностроение, 1981.
4. Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и системы: Учебное пособие для вузов.— М.: Энергия, 1979.
Д-р техн. наук И. О. Атовмян

Общие положения

ТЕНДЕНЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ микроЭВМ

Стратегия разработки и производства персональной ЭВМ IBM PC, безусловно, отражает состояние производства микроЭВМ в 1982 г., а может быть и в 80-х годах вообще. Появление в 1982 г. персональной микроЭВМ IBM PC явилось заметным событием не только с точки зрения объема продажи и удельного веса в рыночном обороте. Наиболее существенным фактором оказалась избранная фирмой IBM рыночная стратегия. Именно эту стратегию вынуждены будут принять все другие фирмы — производители микроЭВМ, желающие выжить в конкурентной борьбе.

До появления персональной ЭВМ IBM PC все ведущие фирмы отрасли (такие, как Apple, Commodore и Radio Shack) стремились создать уникальные аппаратные средства, по возможности обеспечивающие выполнение программ, которые не могут быть реализованы на ЭВМ конкурирующих фирм. Более того, эти фирмы решительно противились попыткам конкурентов создавать однотипные машины.

Такова была линия поведения, характерная для старой промышленности мини-ЭВМ и разделяемая слишком многими производителями микроЭВМ. Ее несостоятельность стала очевидной задолго до вмешательства IBM. Причиной этого было появление СР/М, операционной системы, не типичной ни для одной из трех наиболее распространенных персональных ЭВМ (Apple, Commodore и Radio Shack) и, несмотря на это, не только выжившей, но и победившей й конкурентной борьбе. Система СР/М была принята огромным числом второстепенных производителей микроЭВМ. Кроме того, она была поставлена на многих микроЭВМ фирм Radio Shack и Apple, хотя это и было связано с дополнительными расходами на использование программного обеспечения сторонней разработки, а от фирмы Apple потребовало и введения дополнительных аппаратных средств.

Не явилось ли это ответом на пожелания потребителей, стремящихся во что бы то ни стало преодолеть препоны изготовителей и предлагающих использовать СР/М? Действительно, это было так, и именно поэтому реальные стандарты промышленно выпускаемого программного обеспечения отвечают в настоящее время самым взыскательным требованиям пользователей.

Мнение пользователей не было оставлено без внимания фирмой IBM. Вообще фирма обычно реагирует на любую информацию, если она представляет хотя бы какую-либо ценность; именно поэтому IBM и добилась за время своего существования столь значительных успехов.

Таким образом, когда фирма выпустила свою персональную ЭВМ, она сразу же предложила ввести новый стандарт. Любой производитель средств вычислительной техники мог при желании выпускать изделия, совместимые с персональной ЭВМ фирмы IBM. Всяческую поддержку в принятии стандарта, предлагаемого фирмой IBM, получили фирмы, занимающиеся сбытом программного обеспечения. Первый независимый журнал по микроЭВМ, предназначенный для освещения вопросов применения IBM PC, в течение шести месяцев после выхода первого номера стал одним из наиболее популярных изданий отрасли. Люди покупали журнал и затем заказывали последующие номера в непредсказуемых количествах.

Существует уже несколько моделей микроЭВМ, созданных другими фирмами и совместимых с IBM PC. По-видимому, уже большее число фирм, занимающихся программным обеспечением, отдает предпочтение стандарту фирмы IBM по сравнению со всеми другими типовыми программными средствами, кроме, быть может, операционной системы СР/М.

Я уверен, что в ближайшее время для микроЭВМ будут существовать лишь , два стандарта на программное обеспечение: система СР/М, реализуемая при построении 8-разрядных микроЭВМ на основе микропроцессора Z80, и система IBM (MDOS и СР/М 86), реализуемая в 16-разрядных микроЭВМ на основе микропроцессоров 8086 и 8088. Фирмам, не поддерживающим эти стандарты, предстоит тяжелая и изнурительная борьба.

Можно справедливо отметить, что 8-разрядные микропроцессоры уходят в прошлое, а микропроцессоры 8086 и 8088 относятся к числу наименее мощных 16-разрядных микропроцессоров. Однако если эти микропроцессоры справляются с решением возлагаемых на них задач, то пользователь не будет принимать во внимание никакие теоретические рассуждения о их несовершенстве. И если даже реально существующие стандарты не отражают наибольшие достижения в соответствующих областях, то для пользователя это не важно, пока он не ощущает их недостатки.

Разница в производстве микроЭВМ и мини-ЭВМ заключается в том, что микроЭВМ быстро становятся предметами широкого потребления. Проблема сбыта массовому покупателю потребительских товаров для руководителей промышенности микроЭВМ является более сложной, чем проблема, стоявшая перед производителями мини-ЭВМ при общении с относительно небольшим контингентом потребителей, формирование которого в основном происходило в начале 70-х годов.

Многие функционирующие в настоящее время производители микроЭВМ не прислушались к мнению пользователей. Но именно эта информация определяет как ничто другое, кто выживет в процессе неизбежных резких изменений рыночной конъюнктуры.

А. Осборн, президент фирмы Osborne Computer, 1983

ПРЕДИСЛОВИЕ

За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из «волшебного», но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину, состоящую из сотен тысяч крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые корпуса.

В результате этого превращения ЭВМ стали применяться повсюду. Они управляют работой кассовых аппаратов и продовольственных магазинов, следят за работой автомобильных систем зажигания и ведут учет семейного бюджета. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень как самих ЭВМ, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в ближайшем будущем.

Предлагаемый вниманию читателя справочник по ЭВМ охватывает соответствующую тематику, начиная с технологических основ цифровых ЭВМ. В справочнике последовательно освещаются вопросы аппаратного и программного обеспечения ЭВМ и столь разнообразные темы, как искусственный интеллект, робототехника и распознавание речи. Достаточно подробно рассматриваются микропроцессоры, представляющие собой одно из последних достижений в области аппаратных средств ЭВМ.

ЭВМ начинают затрагивать жизнь каждого человека. Если вы заболеете, то, попав в больницу, окажетесь в окружении ЭВМ (в современной больнице вычислительных машин может быть больше, чем больных, так как разработчики медицинской аппаратуры широко используют микропроцессоры). В школах ЭВМ многие годы применялись для ведения учебной документации, а теперь они используются при изучении многих учебных дисциплин, не имеющих прямого отношения к вычислительной технике. Даже в начальной школе ЭВМ внедряются для изучения курсов элементарной математики и физики. Широкое распространение получили игры, построенные на основе микропроцессоров. Микропроцессоры встраиваются в кухонные плиты для приготовления пищи, посудомоечные машины и системы поддержания заданной температуры.

Столь широкое применение вычислительных средств ставит ряд философских вопросов, относящихся к перспективам на будущее. Уже сейчас ЭВМ могут достаточно четко произносить простые словосочетания и предложения, в результате чего банковские ЭВМ, возможно, смогут сообщать кассиру состояние вашего счета в устной форме по телефону, а в некоторых современных автомобилях также в речевой форме водитель получит информацию о состоянии агрегатов автомобиля. ЭВМ способны и воспринимать устную речь, однако им приходится выполнять большую работу по расшифровке услышанного, если форма общения жестко не установлена. Эта область деятельности ЭВМ является объектом интенсивных исследований, и ей также уделено место в данной книге.

Упомянутая здесь проблема распознавания речи является частью более широкой проблемы, называемой распознаванием образов. Если ЭВМ смогут хорошо распознавать образы, они будут способны анализировать рентгенограммы и отпечатки пальцев, а также выполнять многие другие полезные функции (сортировкой почты они занимаются уже сейчас). Следует отметить, что человеческий мозг прекрасно справляется с распознаванием образов даже при наличии нерелевантной информации (шумов), и исследования в этой области, направленные на приближение соответствующих возможностей ЭВМ к способностям человека, представляются весьма перспективными. Если ЭВМ смогут достаточно качественно распознавать речь и отвечать на нее в словесной форме, то, по-видимому, станет возможным вводить в них в этой форме программы и данные. Это позволит в буквальном смысле слова говорить ЭВМ, что она должна делать, и выслушивать ее мнение по этому поводу при условии, конечно, что выдаваемые ей указания четкие, не содержат противоречий и т. д.

Устное общение с ЭВМ позволит упростить ее программирование, однако остается нерешенной проблема, на каком именно языке следует с ней общаться. Многие предлагают для этих целей английский язык, но он не обладает точностью и однозначностью, необходимыми с точки зрения ЭВМ и реализуемых в ней трансляторов. В этой области, разумеется, очень многое предстоит сделать, и устойчивая тенденция перехода от машинно-ориентированных языков ассемблера к современным языкам программирования высокого уровня свидетельствует о небхо-димости и значимости проводимых в ней работ. Ряд разделов справочника содержит материал, достаточно отражающий состояние и этой области и направления ее дальнейшего развития.

Робототехника также представляет собой перспективную область применения ЭВМ. На промышленных предприятиях используется сейчас множество робототехнических устройств;
неожиданные и удивительные виды роботов начинают заполнять и научно-исследовательские лаборатории. Возможность и целесообразность применения роботов в качестве слуг, официантов, билетных кассиров и в других ролях уже нашли отражение в продукции кино и телевидения; существует множество хирургических и точных производственных операций, которые могут и будут выполняться роботами, управляемыми ЭВМ (так как во многих случаях роботы справляются с этими действиями лучше, чем люди).

Мы часто жалуемся, что другие люди не понимают нас; в настоящее время ЭВМ не понимают нас. В течение некоторого периода нам придется довольствоваться такими машинами, которые просто следуют нашим указаниям. Однако память ЭВМ начинает конкурировать с человеческой памятью. В значительной степени благодаря мастерству разработчиков запоминающих устройств объем памяти больших ЭВМ сравним сейчас с объемом нашей собственной памяти; в то же время своеобразная организация мозга определяет его значительные преимущества с точки зрения творческой деятельности. В эту область начинает проникать искусственный интеллект. Следует отметить, что в некоторых областях, ранее считавшихся доступными лишь для «человеческой» мысли, ЭВМ выступают весьма успешно. Например, в таких стройных математических системах, как евклидова геометрия, ЭВМ функционируют гораздо успешнее, чем можно было ожидать; в процессе недавно проведенных испытаний ЭВМ понадобились считанные минуты, чтобы доказать все теоремы, входящие в программу средней школы.

Я считаю, что, для того чтобы уверенно общаться с ЭВМ, необходимы некоторые знания как аппаратного, так и программного аспектов их организации. Существует тенденция придавать ориентированным на пользователя персональным ЭВМ более «дружеские» качества, чем присущи им на самом деле, чтобы увеличить их сбыт. Тем самым снижается гибкость ЭВМ и им придается элемент загадочности, который должен и может быть устранен за счет хотя бы поверхностного знакомства с реальными принципами действия вычислительных машин. Книга, подобная этой, может быть весьма полезна пользователю в его стремлении избавиться от впечатлений загадочности. В то же время справочник такого рода может способствовать расширению областей применения ЭВМ и служить источником йнформации по вычислительной технике.

Томас К. Барти, Гарвардский университет, 1983 г.