Горизонты техники для детей, 1970 №1

Азбука кибернетики

Электронная «застежка-молния»

Все привыкли к тому, что электронно-вычислительные машины считают с поражающей воображение быстротой. Удивляются, пожалуй, лишь тому, что считают-то машины, проводя даже самые сложные вычисления, чрезвычайно «примитивно». Машина любую задачу «умудряется» представить вереницей простейших действий на сложение. Ведя свой головокружительно быстрый счет, электронная машина попросту молниеносно складывает числа! Сложение чисел — ее основная операция.

Поэтому бесспорно главной частью арифметического устройства машины является сумматор. Именно здесь числа «налетают» одно на другое, чтобы образовать сумму. Сумматор — вот что в машине выполняет исполинский счет, гигантский вычислительный труд.

Познакомимся с одним из видов этого устройства.

Все вы знаете застежку — «молнию». Раскрытая, она состоит из двух ленточек, окаймленных металлическим «зубчиками». Чтобы закрыть застежку, надо «зубчики» сцепить, скрепить их друг с другом. Для этого существует специальный замок-движок. Его-то — движок молнии — и напоминает сумматор.

Подобно раздельным сторонам застежки, в сумматор с одного конца через два входа «вливаются» числа — слагаемые. С другого конца они выходят крепко-накрепко скрепленными в сумму.

По двум каналам спешат в сумматор двоичные числа, закодированные электрическими импульсами. Есть единица в разряде — пробегает импульс, ноль в разряде — импульс не появляется.

Строго говоря, то устройство, с которым мы сейчас познакомились, — это неполный сумматор, его называют полусумматором, поскольку он производит только половину работы по сложению: он сложил слагаемые, вошедшие в него с двух концов, и получил сумму. Полный же сумматор обычно имеет три входа для трех потоков: для первого и второго слагаемого и для переноса чисел в другой разряд. Сложение в сумматоре ведется по разрядам. На каждый из трех входов подается по одному разряду двоичного числа, а на входе из сумматора появляются разряды суммы и переноса.

Существует много типов сумматоров, но все они подразделяются на две группы: последовательного и параллельного действия. Именно последовательного действия сумматор работает по разрядам. Но есть сумматоры, которые работают быстрее. Это сумматоры параллельного действия. Они суммируют числа не постепенно, а все сразу, по всем разрядам. Импульсам — числам не надо стоять «в очереди», чтобы попасть в сумматор.

Даже по сравнению с миллионной скоростью сложения разрядов в последовательном сумматоре, сложение в параллельном поражает: например, девятнадцатизначное число складывается за какие-то доли микросекунды.

Ученые, освоив очень разные «характеры» последовательного и параллельного сумматоров, нашли им и применение в зависимости от их характеров, учитывая в каждом случае их достоинства и недостатки.

Последовательный сумматор по своему устройству более прост — в этом его достоинство. А достоинство параллельного вы уже знаете — в скорости. Но бешеная скорость, с которой он работает, сделала его более сложным по устройству.

А от конструкции сумматора, от того, какой принцип в нем применен, зависят многие важные характеристики машины: ее мощность, габариты, скорость.

Так, например, параллельный сумматор, дающий большое быстродействие, требует более сложной конструкции электронно-вычислительной машины. Поэтому схемы параллельного действия применяют там, где хотят получить наибольшую скорость вычислений, не считаясь с затратами на оборудование.

Последовательные схемы работы в сумматоре позволяют обойтись минимальным количеством аппаратуры. Это и определило их «судьбу»: обычно последовательные схемы применяют в специализированных электронно-вычислительных машинах. Здесь не требуется больших скоростей, зато имеет значение размер и стоимость машины.

В. Пекелис