Архитектура и система команд ЭВМ “Урал”

Александр Савватеев

Общие сведения

Вычислительная машина “Урал” разработана в 1954 г. под руководством Б. И. Рамеева. Она относится к классу малых универсальных машин, выпускалась серийно.

“Урал” оперирует 18- и 36-разрядными двоичными числами с фиксированной запятой со скоростью около 100 одноадресных 36-разрядных операций в секунду. Оперативная память реализована на магнитном барабане, ее емкость составляет 2048 чисел по 18 разрядов. Использование магнитного барабана в качестве ОЗУ упрощает аппаратуру ЭВМ, но значительно снижает ее быстродействие.

Внешняя память организована на магнитной ленте емкостью 40 тыс. чисел. Скорость обмена информацией с ОЗУ составляет 4500 чисел в секунду.

Информация вводится в машину с перфоленты, а выводится на печатающее устройство.

ЭВМ “Урал” собрана с использованием примерно 800 электронных ламп и 3000 полупроводниковых диодов. Потребляемая ею мощность составляет 8 кВт. Для размещения машины требуется около 60 кв. м.

Память и структура данных

Объем памяти составляет 2048 18-разрядных слов. Разрядность адреса — 12 бит. Разряды в ячейках нумеруются справа налево от 1 до 18. Таким образом, старший (левый разряд) имеет номер 18, младший — 1. Все ячейки памяти равноправны. Для упрощения записи адресов и данных используется восьмеричная система счисления.

Для обеспечения нужной точности и разрядности вычислений “Урал” может оперировать как с 18-, так и с 36-разрядными двоичными числами. В последнем случае две соседние ячейки памяти объединяются в одну, адрес которой должен быть четным. Слово с четным адресом будет содержать старшую половину 36-разрядного числа, слово с нечетным адресом — младшую.

Двоичные числа длиной 18 или 36 разрядов представлены в форме с фиксированной точкой. Считается, что целая часть числа равна нулю, а в памяти хранится только дробная его часть в прямом коде. Знак всегда расположен в самом левом (старшем) разряде, остальные разряды занимает дробная часть числа.

Десятичные числа всегда занимают две смежные ячейки памяти. Разряд 36 содержит знак числа, а разряды 35-1 — девять тетрад дробной части. Самая младшая тетрада неполная и содержит три старших разряда; младший разряд этой тетрады считается равным 0.

Система команд

ЭВМ “Урал” является одноадресной вычислительной машиной. В состав процессор входят регистр и сумматор, в которых хранится один из операндов; другой операнд расположен в памяти. Разряды 17-13 каждой команды содержат код операции, а разряды 11-1 — адрес операнда. Разряд 18 равен единице, когда при выполнении команды должно выполняться индексирование (см. ниже). Разряд 12 определяет, будет ли выполняться операция над 18- или 36-разрядными числами. В первом случае этот разряд равен 0, во втором — 1.

В составе процессора имеется индексный регистр. Когда его содержимое отлично от 0, оно вычитается из адресов ячеек памяти в командах, 18-й разряд кода которых равен 1. При записи программы на бумаге 18-й разряд обозначается знаком “-”, если он содержит единицу, и никак не обозначается в противном случае.

Для управления изменением значения индексного регистра используется одноразрядный регистр w. Когда он содержит 0, команда с кодом 24 (условный переход по индексу) уменьшает содержимое индексного регистра на единицу, а когда он содержит 1 — на 2. Таким образом, регистр w принимает значение 0, если с помощью индексного регистра обрабатываются 18-разрядные величины, и 1, если обрабатываются 36-разрядные величины.

Для обеспечения условных переходов используется признак w. В большинстве случаев он устанавливается, если получен отрицательный результат, в том числе и отрицательный нуль, и сбрасывается в противном случае.

Если при выполнении какой-либо операции произошло переполнение, то действия машины зависят от состояния тумблера “Блокировка переполнения” на пульте управления. Если этот тумблер выключен, ЭВМ перейдет в состояние “останов”, если же он включен, производится пропуск следующей команды (на машинах ранних выпусков производился переход на команду с адресом 0001).

Кроме тумблера управления блокировкой переполнения на пульте имеется восемь так называемых ключей, пронумерованных от 0 до 7. Они могут быть проверены с помощью специальной команды и используются, в частности, для отладки программ.

Система команд ЭВМ “Урал” приведена в таблице.