В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся] - [14]
Детальное знакомство с устройством отдельных узлов схемы «Электроники БЗ-18» — дело сложное и здесь вряд ли уместное. Можно лишь попытаться несколькими штрихами обрисовать упрощенную блок-схему калькулятора (рис. 1, 2 на цветной вклейке, примыкающей к с. 112), с тем чтобы получить самое общее представление о назначении его узлов и их взаимодействии.
Каждая цифра восьмиразрядного числа и каждый символ команды представлены в калькуляторе комбинацией из четырех электрических импульсов или пауз. Скажем, комбинация «импульс — пауза — импульс — пауза» соответствует девятке, а комбинация «пауза — пауза — импульс — импульс» — тройке. Генератор опорной частоты ГОЧ дает непрерывную очередь импульсов, некоторые из них затем гасятся, и таким образом формируются нужные комбинации из импульсов и пауз. Формируются они прежде всего при нажатии тех или иных кнопок ввода — блок управления вводом-выводом УВВ регулярно опрашивает кнопки, следит за тем, какая из них нажата.
Все введенные числа прежде всего попадают в оперативную память, в ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. В нем тоже электронные схемы, их элементы могут находиться в одном из двух состояний — пропускать ток или не пропускать; это как раз и соответствует двум знакам машинного языка — импульсу и паузе. Из ОЗУ числа поступают на индикатор — так осуществляется контроль за правильностью ввода. Указание о нужной операции, которое также вводится нажатием кнопки, в итоге попадает в постоянную память — постоянное запоминающее устройство ПЗУ, где определенными электрическими соединениями навеки записано, что нужно делать для выполнения той или иной операции. Это «что делать» из ПЗУ в виде длинной серии сигналов, длинной телеграммы, поступает в управляющее устройство УУ, где формируется руководящее указание «как делать». Например, такое: «Прочитать в первом секторе ОЗУ число; саму запись числа стереть; прибавить к нему число, записанное во втором секторе ОЗУ, саму запись числа оставить; результат сложения записать в освободившийся сектор ОЗУ; результат передать также на индикатор…» Такая телеграмма попадает в арифметико-логическое устройство АЛУ, где уже и реализуется «Указание руководства» — производятся необходимые операции с электрическими сигналами, т. е. необходимые вычисления.
Наше ультракороткое описание блок-схемы калькулятора не должно создавать иллюзию ее простоты. Вот несколько цифр, которые в какой-то степени отражают сложность событий, происходящих в схеме: программы, записанные в ПЗУ, состоят из 1152 «слов» по 8 «букв», а каждая «буква» кодируется комбинацией из четырех импульсов-пауз; блок УУ может разослать другим блокам до 105 разных команд; при выполнении даже такой простой операции, как умножение двух восьмиразрядных чисел, отдельные блоки калькулятора обмениваются «телеграммами» в общей сложности из 10 000 «слов».
А вот другие цифры: электронная схема калькулятора «Электроника БЗ-18» содержит примерно 10 тыс. транзисторов, 8 тыс. резисторов, 1 тыс. конденсаторов и 25 тыс. соединительных проводников. Для сравнения заметим, что в транзисторном приемнике около 100 элементов, в телевизоре около тысячи.
Как же разместилось такое огромное число компонентов — около 45 тыс. — в маленьком, размером с записную книжку, корпусе? Как удается упрятать в него сотни приемников или десятки телевизоров?
Ответ на эти вопросы в коротком слове «БИС» — так сокращенно называют большие интегральные схемы, это совершенно уже фантастическое творение современной электроники.
Несколько лет назад автору этих строк случайно пришлось быть свидетелем того, как два бывалых радиоинженера, из тех, которых объемным телевидением, наверное, не удивишь, впервые рассматривали большую интегральную схему и повторяли при этом одно слово: «Фантастика… Фантастика!..» Это слово, наверное, лучше всего выразит и ваши чувства, когда, заглянув внутрь микрокалькулятора «Электроника БЗ-18», вы увидите там лишь несколько деталей. И узнаете, что все остальное, все эти «около 45 000 транзисторов, резисторов, конденсаторов, проводников» разместились на тоненькой кремниевой пластинке размером 5x5,2 мм. Вдумайтесь — полсотни телевизоров в одной клеточке арифметической тетради. Фантастика!
Прежде чем говорить о БИСах, несколько слов просто об интегральных схемах и даже, пожалуй, вообще о том, что есть схема в понимании специалистов по радиоэлектронике. Схема — это мир, где живут электрические сигналы, электрическая цепь, где они рождаются и умирают, усиливаются или ослабляются, суммируются или разделяются, словом, проходят самые различные виды обработки. Делают все это элементы схемы и их комплексы: транзисторы усиливают сигнал, резисторы ослабляют или выделяют, конденсатор реагирует на скорость изменения сигнала, двухтранзисторный комплекс — триггер — делит число сигналов на два. Несмотря на чрезвычайную сложность и огромное разнообразие, многие из схем, и прежде всего схемы вычислительных устройств, собираются всего из нескольких типов элементов, скажем, из десятка типов транзисторов, двух-трех десятков типов конденсаторов и резисторов, двух-трех типов диодов. Это первая реальность, сделавшая возможным создание интегральных схем.
