ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА Советский патент 1971 года по МПК G06F15/02 G06F15/76 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при конструировании вычислительных машин.

Известны клавишные вычислительные машины, выполняюшие элементарные арифметические операции и формульные вычисления.

Основной структурной особенностью прототипа является стекловая организация вычислительного процесса, т. е. такая система управления арифметическими и вспомогательными операциями и запоминающим устройством, нри котором информация последовательно продвигается из регистра в регистр в одном направлении.

Связи между регистрами однонаправлены, и выход из стекла производится не иначе, как через посредство ввода в машину новой информации.

Однако чистый стековый режим, реализованный в прототипе, приводит к недоиспользоваиию запоминающего устройства, так как обусловливает необходимость либо списывать промежуточпые результаты вычислений и повторно вводить их в машину, либо увеличивать объем запоминающего устройства, причем в обоих случаях оператору приходится производить ряд вспомогательных операций посредством дополнительных нажатий на клавиатуру машины, что может привести к увеличению ошибок. Производительность оператора и эффективпость использования машииы снижаются.

Цель изобретения - новышение степени автоматизации выполнения операций и повышение эффективности машины.

Требуемый положительный эффект достигается путем введения в машину нового блока - блока режимов, обеспечивающего прерывание стека в ходе вычислений.

Блок режимов представляет дискретный автомат, входы которого связаны с устройством ввода и устройством уиравления арифметическими операциями, а выходы через устройство управления передачей информации связаиы с

заиоминающим устройством.

Прерывание стекла осуществляется автоматически в зависимости от типа выполняемой операции. При этом машина переходит в новый режим работы, характеризующийся новыми связями между регистрами запоминающего устройства и вычислительным блоком, состоящим из cy rмaтopa и устройства управлетпш арифметическими операциями.

Возможна неавтоматическая установка нужного режима работы посредством нажатия оператором на соответствующие клавиши.

Введение блока режимов позволяет выполнять одноместные операции (например, извлеченне корня) над содержимым любого из

четыре арифметических действия) над содержимым любой пары регистров, многоместные операции (шпример, сложные пересылки без уничтожения предыдущей информации) - над содержимым произвольного набора регистров запоминающего устройства.

С целью максимального использования регистров памяти, заномппаюн1,ее устройство выполнено в виде набора регистров, соединенных между co6oii иосредством вентилей, уиравляющие входы которых через пшны коммутации соедииены с устройством управления передачей информации.

В каждом конкретном случае набор регистров (или один регистр) определяются режимом работы, задаваемым блоком режимов.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемой мащины; па фиг. 2 - детализированная схема соедипепия регистров запоминающего устройства между собой с устройством управления передачами информации и с блоком режимов (на два режима); на фнг. 3- схема, нояеняющая связи между регистра.ми в первом режиме; на фиг. 4 - схема, поясняющая связи между регистрами во втором режиме.

На чертежах приияты следующие обозначения: 1 - устройство ввода; 2 - устройство управлеипя арифметическими операциями; 3- сумматор; 4 - запоминающее устройство; 5 - устройство управления нередачами информации; 6 - устройство вывода; 7 - блок режимов; 8 - щина установки тина онерации; 9 - щина «Ввод ; 10 - щина «Вызов ; 11 - шипа «Режим ; 12 - Н1ина занесения; 13 - щипа «Передача ; 14 - щииа «Обмеи ; 15 - щина «Память ; 16 - шина автоматического управления блоком режимов; 17 - шииа унравлеиия передачами первого режима; 18 - шипа управления передачами второго режима; 19 - регистр клавиатуры; 20 - регистр результата; 21 - вспомогательный регистр; 22 - пакопительный регистр; 23 - регистр констант; 24-28 - схемы разделения; 29- 42 - вентили; 43-56 - щипы коммутации.

Устройство ввода предназначено для занесения в мащину чисел и команд. Оно содержит цифровую клавиатуру для занесения чисел, клавищу знака числа, клавищу десятичной занятой, клавищи арифметических операций и клавищи пересылок. Запоминающее устройство 4 связано с устройством ввода щипами занесения.

Устройство 2 управления арифметическими онерациями и устройство ввода связаны двухсторонними связями, предназначенными для передачи тактирующих сигналов и для установки типа операции.

Устройство 5 управления передачами ийформации и запоминающее устройство 4 связаны посредством шин коммутации.

Устройство ввода и устройство уиравлеиия передачами информациии связаиы посредством шип управлепия пересылками.

Сумматор 3, предназначенный для выполнения арифметических операций, связан двухстороппими связями с устройством 2 управлеиия арифметическими онерациями и заиоминающим устройством 4.

Устройство 2 и устройство 5 связаны даухсторонними связями, нредназначещи.кми для нередачп тактнру ощих сигналов и сигналов начала и окончания работы устроГ1Ств 2 и 5.

Для вывода информации из магнины служит устройство 6, связанное с устройством управления арифметическими онерациями и с запоминающим устройством 4.

Блок 7 режимов служит для повыщения степени автоматизации выполнения арифметических и всиомогательных операций, расншрения вычислительных возможностей н повышения эффективиости работы мащины.

Блок режимов связан с устройством ввода посредством щип иеавтоматического управления блоком режимов. Устройство управления арифметическими операциями и блок режимов 7 связаны носредством шин автоматнческого управления блоком режимов.

Выходы блока режимов связаны с устройством управлеиия передачами информации посредством шии управления коммутаций регистров.

На фиг. 2 обозначены те блокн н связи между ними, которые необходимы для понимания сущности изобретения.

Заномииающее устройство 4 нредставляет собой совокупность пяти регистров: регистра 19 клавиатуры, регистра 20 результата, всномогательного регистра 21, накопительного регистра 22 и регистра 23 констант. Выходы регистров 19-23 связаны с вентилями 29-42. Выходы вентилей 29-42 связаны со схемами разделения 19-23.

Вентили 29-42 связаны своими управляющими входами с устройством управлепия нередачами информации 5 посредством коммутации 43-56.

Блок 7 режимов связан с устройством управления передачами информации носредством шип 17 управления передачами первого режима и шип 18 управления передачами второго режима.

Устройство управления арифметическими операциями связано посредством шин 8 установки типа операции с устройством ввода и посредством шип 16 автоматического управления блоком режимов с входами блока режимов.

Устройство ввода связано с блоком режимов носредством шины 9 «Ввод, ншны 10 «Вызов, щины 11 «Режим и шип 12 занесения. Устройство ввода посредством щин занесения связано со схемой 24 разделения, расположенной на входе регистра 19; эта связь предназначена для занесения чисел из устройства ввода в запоминающее устройство 4.

Устройство управления передачами информации связано с устройством ввода щинами 8, щиной 9, шииой 10, шинами 12, шиной 13,

шиной 14 и шиной 15; эти связи нредназначены для выработки микрокоманд управления передачами информации в машине.

Вычислительная машина работает следующим образом.

При занесении числа в машину возбуждаются шины 12. При этом блок режимов переходит в состояние с возбужденными шинами управления передачами первого режима, что соответствует первому режиму работы машины.

Неавтоматические передачи информации в машине производятся посредством нажатия на соответствуюш.ие клавиши устройства ввода; в результате нажатий возбуждается одна из шин: 9, 10, 13, 14, 15.

Автоматические передачи информации в машине не требуют специального нажатия на пересылочные клавиши и происходят при выполнении арифметических операций, т. е. при возбуждении одной из шин установки типа операции, связываюших устройство ввода с устройством управления арифметическими операциями и с устройством управления передачами информации.

Характер автоматических и неавтоматических передач информации существенно зависит от режима работы машины, задаваемого блоком 7.

Ниже следует описание работы машины в каждом из режимов в отдельности.

В первом режиме осуществляется неавтоматическая передача информации из регистра 10 клавиатуры в регистр 20 результата и из регистра результата в накопительный регистр 22 с сохранением содержимого регистра клавиатуры.

Такая неавтоматическая передача производится посредством нажатия на соответствующую клавишу в устройстве ввода, в результате чего возбуждается щина «Ввод, связанная с блоком режимов и с устройством управления передачами информации.

Блок режимов устанавливается в такое состояние, при котором возбуждены шины 17 унравления передачами первого режима.

При условии одновременного возбуждения на шине «Ввод и шинах управления передачами первого режима устройство управления передачами информации устанавливается в положение, при котором возбуждаются шины 43,47,52. Благодаря этому открываются вентили 29,33, 38 и происходит передача из регистра клавиатуры в регистр результата и из регистра результата в накопительный регистр 22, причем содержимое регистра клавиатуры сохраняется.

Кроме этого, в 1 режиме возможны другие неавтоматические передачи информации, которые поясняются на фиг. 3, где кружками показаны регистры, а стрелками - направления передачи информации при выполнении операций, записанных возле стрелок.

«Вызов, связывающая устройство ввода с блоком режимов и устройством управления передачами информации. В результате этого на входе устройства 5 будут возбуждены шины управления передачами первого режима и шипа «Вызов. На выходе устройства управления передачами информации возбуждаются шины 46, 56, открываются вентили 32, 42 и происходит передача из регистра констант в регистр клавиатуры, причем содержимое регистра констант сохраняется.

Посредством нажатия на соответствуюп1.ую клавишу может быть возбуждена шина 13 «Передача. В первом режиме на входе устройства управления нередачами будут возбуладены шины 17 и шина «Передача. На выходе устройства управления передачами JIHформации возбуждаются шипы 43 и 47, открываются вентили 29 и 33 и происходит передача из регистра клавиатуры в регистр результата, причем содержимое регистра клавиатуры сохраняется.

Посредством нажатия на соответствующую клавишу может быть возбужде а шина 14 «Обмен. В первом режиме на входе устройства унравления передачами информации будут возбуждены тины 17 и шина «Обмен. На выходе устройства управления передачами информации возбуждаются шипы 44 и 47, открываются вентили 30 и 33 и происходит обмен информацией между регистром клавиатуры и регистром результата.

Посредством нажатия на соответствуюн1ую клавишу может быть возбуждена шина 15 «Па мять. На входе устройства управления передачами информации в первом режиме будут возбуждены щнны 17 и шина «Память. На выходе устройства управления передачами информации возбуждаются щины 43 и 54, открываются вентили 29 и 40 и происходит передача из регистра клавиатуры в регистр констант, причем содержимое регистра клавиатуры сохраняется.

Арифметические операции в первом режиме выполняются следующим образом:

а)в регистре клавиатуры 19 перед началом операции содержится: при сложении - одно из слагаемых, при вычитании - вычитаемое, при умноженипи - один из сомножнтелей, при делении - делитель, при извлечении квадратного корня - подкоренное выражение;

б)в регистре результата 20 перед началом операции содержится: при сложении -- второе слагаемое, при вычитании - уменьшаемое, при умножении - второй сомножитель, при делении - делимое;

в)результат любой операции поело се окончания находится в регистре 20 результата;

г)для оперативной автоматической записи промежуточных результатов применяется вспомогательный регистр 21, связанный с регистром клавиатуры посредством вентиля 31, который управляется щиной 45; посредством вентиля 36, который управляется шиной 50, содержимое регистра клавиатуры может передаваться во вспомогательный регистр 21; посредством вентиля 37, который управляется шипой 51, содержимое вспомогательного регистра 21 может быть сохранено в нем; д)содержимое регистра клавиатуры и накопительного регистра сохраняется при любой арифметической операции, кроме извлечения квадратного корня; е)содержимое регистра констант сохраняется при любой арифметической операции. Во втором режиме осуп1,ествляется автоматическая передача информации из наконнтельиого регистра 22 в регистр 20 результата и из регистра результата в регистр клавиатуры с сохранением содержимого накопительного регистра 22. Автоматическая передача информации осуществляется во втором режиме всякий раз при выполнении арифметических операций, т. е. в том случае, когда на входе устройства управления передачами информации возбуждепы шины управления передачами второго режима и одна из шин установки типа операции. На выходе устройства управления нередачами информации возбуждаются шины 44, 49, 53, открываются вептили 30, 35, 39 и происходит передача из накопительного регистра 22 в регистр результата и из регистра результата в регистр клавиатуры, приче.м со/т,ержимое накопительного регистра 22 сохраняется. Кроме этого, во втором режиме возможны неавтоматические передачи информацнп, которые поясняются па фиг. 4. Посредством нажатия на соответствуюн ую клавишу может быть возбуждена Н1ина 13 «Передача. Во втором режиме на входе устройства управления передачами инфор.мацпи будут возбуждены шины 18 и шина «Передача. На выходе устройства управления передачами информации возбуждаются шнны 48, 52, открываются вептили 34, 38 и происходит передача из регистра результата в пакопительпый регистр 22, причем содержимое регистра результата сохраняется. Посредством нажатия на соответствующую клавишу может быть возбуждена шина 14 «Обмен. Во втором режиме на входе устройства управления передачами информации будут возбуждены шипы 18 и шина «Обмен. На выходе устройства управления передачами информации возбуждаются шины 49, 52, открываются вентили 35, 38 и происходит обмен информацией между регистром результата и накопительным регистром 22. Посредством иажатия на соответствующую клавишу может быть возбуждена njnna 15 «Память. На входе устройства управлепия передачами информации во втором режиме будут возбуждены шины 18 и шина «Память. На выходе устройства управлепия передачами информации возбуждаются шины 48 и 55, открываются вептили 34, 41 и происходит петант, ириче.м содержимое регистра результаа сохраняется. Арифметические операции во втором режие выполняются следующим образом: а)в регистре результата перед началом перации содержится при сложении одно из лагаемых, при вычитании - вычитаемое, при мпожении - одип из сомножителей, при деемпи - делитель, при извлечении квадратного корня - подкореппое выражение; б)в накопительно. регистре перед началом операции содержится: при сложении -- второе слагаемое, при вычитании - уменьп1аемое, при умножении - второй сомножитель, при делении - делимое; в)результат любой операции после ее окончания находится в регистре 20 результата; г)вспомогательный регистр 21 используется так же, как и в первом режиме; д)содержимое наконительиого регистра 22 сохраняется при любой арифметической операции, кроме извлечения квадратного корня; е)в регистре клавиатуры после любой арифметической операции, кроме извлечения квадратного корня, сохраняется результат предыдущей арифметической операции; ж) содержимое регистра коистапт сохраняется при любой арифметической операции. Изменение режима работы машииы, задаваемого блоком режимов или, что то же, изменение состояния блока режимов, происходит следующим образом: а)первый устаиавливается всякий раз при операции занесения числа в машину, производимого посредством пажатий на соответствующие клавиши устройства ввода; при этом возбу кдаются шины 12, связывающие устройство ввода с блоком режимов, с устройством управления передачами пнформацни и со схемой разделения; блок режимов устанавливается в состояиие, соответствуюндее первому режиму, и на его выходе возбуждаются шины 17; б)первый режим устанавливается при операции неавтоматической передачи информации, производи.мой посредством нажатий на соответствующую клавищу в устройстве ввода; при этом возбуждается шипа 9 «Ввод, соединяющая устройство ввода с блоком режи.мов и с устройством управления передачами информации; на выходе блока режимов возбуждаются шины Д 7; в)первый режим устапавливается при операции вызова числа из регистра констант на регистр клавиатуры, производимой иажатие.м иа соответствующую клавищу устройства ввода; при этом возбуждается щипа 10 «Вызов, соединяющая устройство ввода с устройством управления передачами информацнп н с блоком режимов; на выходе блока режимов возбуждаются щины 17; г)первый режим устапавливается посредшу, в результате чего возбуждается шина 11 «Режим, связывающая устройство ввода с блоком режимов; на выходе блока режимов возбуждаются шины 17; д) второй режим устанавливается всякий раз после выполнения любой из арифметических операций; на выходе блока режимов возбуждаются шины 18. Возможны модификации предлагаемой вычислительной машины с блоком режимов на три и более режимов работы с отличающимися по сравнению с вышеописанным запоминающим устройством 4, устройством 1 ввода, набором операций и т. п. В этих случаях изменение состояния блока режимов и коммутация связей между регистрами запоминающего устройства определяются назиачепием машины и входным языком. Например, группа операций может быть связана с переходом в один из режимов работы, другая группа - с переходом в другой режим и т. д.; выполнение некоторых операции может приводить к изменению режима работы лишь при некоторых условиях или вообще не вызывать изменения режима работы машины. 10 Предмет изобретения 1. Вычислительная машина, содержащая запоминающее устройство, устройство управления арифметическими операциями, сумматор, устройство управления передачей информации, устройство ввода и вывода, отличающаяся тем, что, с целью сокращения оборудования, повышения степени автоматизации выполнения арифметических и вспомогательных операцин, расширения вычислительных возможностей и повышения эффективности, она содержит блок режимов, входы которого посредством шин неавтоматического управления связаны с устройством ввода, а через щины автоматического управления блоком режимов - с устройством управления арифметическими операциями, а выходы через устройство управления передачей информации подключены к запоминающему устройству. 2. Вычислительная машина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью максимального использования регистров памяти, запоминающее устройство выполнено в виде набора регистров, соединенных между собой посредством вентилей, управляющие входы которых через шины коммутации соединены с устройством управления передачей информации.