Принцип работы пгу урал: Принцип работы и обслуживания пгу на автомобиле Урал 4320 сцепления

Принцип работы и обслуживания пгу на автомобиле Урал 4320 сцепления

Содержание

УРАЛ 4320

Грузовой автомобиль Урал 4320 имеет фрикционное дисковое сцепление с пневмогидравлическим усилителем. Силовой момент от двигателя передается посредством работы дисков сцепления. Благодаря пневмогидравлическому усилителю управление грузовым автомобилем облегчается. Водителю не приходиться прилагать максимальные усилия при управлении механизмом. Нарушение работы ПГУ на Урале приводит к повышенной утомляемости водителя, уменьшает маневренность транспортного средства. Все это негативным образом влияет на безопасность движения.
Практически все автомобили семейства Урал используют усилитель,функционирующий на основе сжатого воздуха и гидравлики. Использование усилителя на тяжелом автомобиле обусловлено наличием жестких пружин на диске сцепления.

Принцип функционирования агрегата.

ПГУ УРАЛ 4320

ПГУ крепится на панели кабины. Акселератор сцепления соединен с агрегатом посредством толкателя. Когда сцепление выключено, шток прижат к поршню пневмоцилиндра. При нажатии на акселератор жидкость поступает по каналу в усилитель. Движением толкателя открывается клапан пневмосистемы. При достижении необходимого давления происходит полное открывание впускного клапана, и воздух поступает в камеру пневмоцилиндра. Поршень вместе с толкателем выключения сцепления достигают верхней точки.
Особенностью работы поршня является воздействие на него двух сил. С одной стороны на него оказывает давление сжатого воздуха пневмосистемы, с другой действие рабочей жидкости гидроусилителя. Системы созданы таким образом, чтобы обеспечить максимальный комфорт для управления механизмом сцепления водителем.
При отпускании педали, давление рабочей жидкости гидроусилителя уменьшается и пневмоцилиндр останавливает свою работу. Выпускной клапан открывается, и воздух выходит в атмосферу. При поломке агрегата сцепление выключается только при помощи работы гидроусилителя.

Устройство пневмосистемы.

Механизм состоит из резервуара, установленного на раме, одинарного защитного клапана и магистралей. Подача воздуха к усилителю осуществляется по отдельному контуру системы. Клапан расположен на резервуаре и разделяет воздушные трубопроводы, идущие к механизму сцепления и остальным узлам. Для слива конденсата, образующегося в баллонах, имеется кран.

Устройство ПГУ.

Усилитель состоит из корпуса, внутри которого находятся поршень и толкатель. Поршень имеет манжету и двигается в осевом направлении. Корпус усилителя сверху закрывается крышкой, через которую проходит толкатель. Для защиты от грязи, пыли в механизм на крышке усилителя установлен грязесъемник. Толкатель соединен с акселератором выключения сцепления вилочным механизмом. Акселератор устанавливается на оси кронштейна. Подача воздуха в агрегат производится от баллонов посредством работы клапанного механизма.

Основные неисправности механизма.

ПГУ Урала 5557 и гидроусилитель выходят из строя по следующим причинам:

1. Разбухание уплотнительного кольца.
2. Неправильная регулировка механизма.
3. Износ манжет и других элементов.
4. Изгиб вилки выжимного цилиндра
5. Износ оси вилки.
6. Провал педали.
7. Заклинивание привода.
8. Износ клапанов.

При заклинивании механизма, стоит разобрать его и промыть в бензине или керосине. Износ уплотнительных колец, клапанов влечет за собой утечку сжатого воздуха из баллонов. Данную проблему можно заметить по наличию постоянного «шипения» агрегата. Если проблемы ПГУ сцепления своевременно не устранить, в дальнейшем могут возникнуть поломки гидроусилителя, что приведет к остановке эксплуатации автомобиля и необходимости установки новых запчастей завода Урал.

В каких случаях требуется замена агрегата.

Интенсивная эксплуатация автомобиля в городских условиях, где часто происходит разгон и торможение, влечет за собой быстрый износ механизмов трансмиссии. Частое нажатие на акселератор сцепления влечет за собой износ самого усилителя. В конечном итоге, при износе механизма существенно ухудшается плавность трогания с места и переключения передач. Помимо этого резкие колебания передаются от двигателя через трансмиссию на раму автомобиля. ПГУ решает многие проблемы, поэтому его неисправность влечет потерю комфорта управления механизмом и автомобиля в целом.

Сцепление УРАЛ 4320

Регулировка работы педали сцепления.

Одной из проблем работы усилителя является неправильная установка акселератора. Для устранения проблемы необходимо проводить регулировку. Она проводится в несколько этапов:

Баллон Урал 4320

1. Спустить воздух из баллонов.
2. Перевести пневмоцилиндр в верхнее положение и зафиксировать его.
3. Нажать в пол акселератор сцепления.
4. Отрегулировать свободный ход.
5. Произвести замер хода толкателя при работающем двигателе.

Если ход акселератора будет отрегулирован с нарушением, то усилитель не сможет обеспечивать плавного переключения скоростей и трогания автомобиля с места.

Демонтаж и ремонт усилителя .

ПГУ УРАЛ 4320

Для ремонта ПГУ его снимают с транспортного средства. После этого отворачиваются штуцеры магистралей подачи воздуха. Клапаны выкручиваются. Применяя специальный инструмент, отворачивается сапун и извлекается поршень. Далее снимаются уплотнительные кольца, манжета и другие детали.

Манжетка УРАЛ 4320

После полного разбора агрегата рекомендуется промыть все детали в керосине или бензине, а вышедшие из строя детали заменить на новые запчасти завода Урал. При любом ремонте на пневмопоршень должна устанавливаться исключительно новая манжета. Это позволит избежать неисправности агрегата в течение длительного периода.
После сбора ПГУ устанавливается на автомобиль, подсоединяются магистрали, в гидропривод доливается необходимый объем жидкости. Точки крепления затягиваются необходимым силовым моментом. Изношенные, ржавые метизные детали заменяются на новые. Стоит отметить, что перед установкой нового или отремонтированного агрегата, рекомендуется устанавливать новые трубопроводы. Установка новых запчастей избавит от необходимости проведения дополнительного ремонта при их износе. Перекос штока ПГУ при установке относительно акселератора не должен быть больше 3 миллиметров. Выставить правильно педаль относительно усилителя необходимо как можно точно. Это позволит сохранить шток в рабочем состоянии и обеспечит плавное переключение скоростей, а так же качественную работу самого устройства.

Прокачка пневмогидроусилителя.

После ремонта ПГУ, замены жидкости должна производиться прокачка системы с целью удаления воздуха. Она осуществляется в определённой последовательности. Процедура проводится с участием двух человек.

Порядок прокачки:

1. Залить в бачок рабочую жидкость.
2. Надеть на клапан прокачки шланг и опустить его в емкость с жидкостью.
3. Ослабить клапан и выпустить воздух, затем закрутить обратно.
4. Открыть клапан и надавить на акселератор. Отпускать акселератор нужно медленно, пока не выйдут остатки воздуха из трубки.
5. Плотно закрутить клапан.

Что бы в систему не попадал воздух необходимо контролировать уровень жидкости в бачке. При прокачивании нельзя доставать шланг из емкости. Система будет прокачена, когда при нажатии на педаль появится сопротивление. При этом педаль не должна переместиться на величину более 40 миллиметров от исходного положения без сопротивления.

Ускоренная прокачка.

Систему можно прокачать посредством применения внешнего источника воздуха. Она проводится в следующем порядке:

1. Бачок заполняется рабочей жидкостью.
2. На спускной клапан надевается шланг и опускается в емкость с жидкостью.
3. На крышку бачка надевается трубка от источника воздуха.
4. Источник воздуха создает давление, в результате чего пузырьки выходят через трубку.

После прокачки необходимо убедиться в исправности штока. Он не должен иметь повреждений и изгибов. Вместе с этим проверяется работа усилителя при работающем моторе. Рычаг переключения скоростей на КПП должен работать без приложения дополнительных усилий и постороннего шума. В случае недостаточной прокачки требуется проведение повторного процесса.

Правила обслуживания ПГУ.

Обслуживание агрегата заключается в осмотре узла, удаления грязи и систематической проверки его работоспособности. Вместе с этим водитель перед каждым выездом должен проверять герметичность соединений узла, а так же уровень рабочей жидкости в бачке. Важно осуществлять контроль над затяжкой и качеством болтовых соединений.
При эксплуатации транспортного средства следует проводить ряд дополнительных работ:

1. Контролировать свободный ход акселератора. Он должен быть не более 15 миллиметров.
2. Периодически менять рабочую жидкость в системе. Производитель рекомендует делать это не менее одного раза в год.
3. Следить за уровнем жидкости. Он не должен быть больше 20 миллиметров от кромки горловины.
4. При низкой температуре жидкость разбавляется этиловым спиртом в размере 20% от общего объема.

Для усилителя применяется тормозная жидкость марок «Томь», «Нева». Своевременная замена дефектных деталей на новые запчасти завода Урал, а так же плановое обслуживание механизма позволит эксплуатировать его в течение длительного периода времени.

Ставим новый ПГУ на УРАЛ

Как прокачать ПГУ Урал 4320

ГлавнаяСтатьиКак прокачать ПГУ Урал 4320

Пневмогидравлический усилитель автомобиля Урал-4320 — составная часть системы сцепления этого авто, уменьшающая усилие, которое прилагается на педаль. ПГУ состоит из трёх узлов:

• пневмоцилиндр;
• система слежения;
• индикатор изношенности накладок на ведомом диске.

Во время работы происходит передача в ПГУ давления той жидкости, которая находится внутри основного цилиндра. Вследствие этого срабатывают поршни усилителя, а также устройства слежения. В момент отпускания происходит снижение давления на поршне системы слежения, вследствие чего данный механизм вместе с поршнем ПГУ возвращается в начальную позицию.

Как прокачать ПГУ на Урале-4320

Когда заменяется тормозная жидкость либо ремонтируется гидравлическая часть привода, система прокачивается в такой последовательности:

• в компенсационный бак вливается тормозная жидкость;
• снимается колпак, защищающий клапан, на этот клапан надевается шланг прокачки, затем клапан отворачивается на 50-75% оборота, а шланг с одной стороны погружают в прозрачную ёмкость, в которой уже содержится тормозная жидкость;
• ослабляется гайка, в момент возникновения первых же капель тормозной жидкости она затягивается;
• выжимается сцепление, клапан должен быть открытым, затем педаль постепенно отпускается после закрытия клапана до момента прекращения выхода воздушных пузырьков из шланга. Когда воздушные пузырьки с жидкостью прекращают выходить, клапан прокачки затягивается.

Во избежание засасывания воздуха основным цилиндром во время прокачки необходимо обеспечивать содержание жидкости внутри компенсационного бака на уровне более 50% объёма этого бака, кончик шланга должен находиться всё время в жидкости.

Признак того, что ПГУ прокачан полностью — внезапное повышение усилия, прикладываемого на педаль, во время передвижения её на 3,5-4 см с момента выбора свободного хода.

Прокачка ПГУ на Урале-4320 в ускоренном темпе

Можно ускоренно прокачать гидравлический привод сцепления, используя внешний источник сжатых воздушных потоков. Это подразумевает следующий порядок действий:

• вливание в компенсационный бак тормозной жидкости;
• снятие защитного колпака клапана, надевание шланга для прокачивания на клапан, отворачивание клапана на 50-75% оборота, погружение конца шланга в прозрачную и чистую ёмкость, в которой находится тормозная жидкость;
• надевание шланга от наружного источника сжатых воздушных масс на крышку компенсационного бака;
• во время подачи воздуха, давление которого не превышает 250 кПа, следует достичь отсутствия выхода воздушных пузырей из трубки.

Категории статей

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функциональные возможности

Опубликовано:
23 июля 2020 г.

|

|

на
Дэвид Бот (выпускники Sudoer)

Изображение

^{Изображение Michael Schwarzenberger с сайта Pixabay}

Наследие более ранних разработок, таких как разностная машина Бэббиджа и перфокартные системы 1970-х годов, оказывают значительное влияние на современные компьютерные системы. В своей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсудил несколько предшественников современного компьютера и перечислил характеристики, определяющие то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я расскажу о центральном процессоре (ЦП), включая его компоненты и функциональные возможности. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочитайте ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП современных компьютеров является воплощением «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин центральный процессор возник еще в тумане компьютерных времен, когда один массивный шкаф содержал схемы, необходимые для интерпретации программных инструкций машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку всех подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с ЦП. Это освобождает ЦП от задач ввода-вывода, так что его мощность применяется к основной задаче под рукой.

[ Узнайте, как добиться успеха в управлении средой Linux. ]

Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к процессорному корпусу на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессоров Intel.

Изображение

Рисунок 1: Пакет процессора Intel Core i5 (Джуд МакКрени через Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).

Здесь действительно не на что смотреть, кроме самого пакета процессора. Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор(ы), запечатанную внутри металлического контейнера и установленную на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. Процессорный кулер крепится к корпусу процессора. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому, если вы собираете свои собственные компьютеры, очень важно подобрать правильный корпус, подходящий для разъема материнской платы.

Как работает ЦП

Рассмотрим ЦП более подробно. На рис. 2 представлена ​​концептуальная схема гипотетического ЦП, позволяющая упростить визуализацию компонентов. ОЗУ и системные часы заштрихованы, поскольку они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, не используются никакие соединения между часами ЦП и блоком управления и компонентами ЦП. Достаточно сказать, что сигналы часов и блока управления являются неотъемлемой частью любого другого компонента.

Изображение

Рисунок 2: Упрощенная концептуальная схема типичного процессора.

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Эта цифра достаточна для наших целей, не будучи слишком сложной.

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (ALU) выполняет арифметические и логические функции, которые выполняет компьютер. Регистры A и B содержат входные данные, а аккумулятор получает результат операции. Регистр инструкций содержит команду, которую должен выполнить АЛУ.

Например, при сложении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. АЛУ выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция является логической, данные для сравнения помещаются в входных регистров . Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое накопителя затем помещается в ячейку кэша, зарезервированную программой для результата.

Существует еще один тип операций, выполняемых ALU. Результатом является адрес в памяти, и он используется для вычисления нового места в памяти, чтобы начать загрузку инструкций. Результат помещается в регистр указателя инструкций .

Регистр инструкций и указатель

Указатель инструкций определяет место в памяти, содержащее следующую команду, которую должен выполнить ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из ячейки памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции. Приращение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда не обращается напрямую к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько слоев кэш-памяти . Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные ЦП. Причины этого выходят за рамки этой статьи, но я рассмотрю их подробнее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к центральному процессору, поскольку находится на кристалле процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции, чтобы ЦП не ждал, пока данные будут извлечены из ОЗУ. Когда центральному процессору нужны данные — а инструкции программы также считаются данными — кэш определяет, имеются ли уже данные, и предоставляет их центральному процессору.

Если запрошенных данных нет в кеше, они извлекаются из ОЗУ и с помощью алгоритмов прогнозирования перемещают больше данных из ОЗУ в кеш. Контроллер кэша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из оперативной памяти. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Сохраняя некоторые данные ближе к ЦП в кэше, который быстрее, чем ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой ЦП имеет три уровня кэш-памяти. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования того, какие данные и программные инструкции потребуются в следующий раз, для перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их как можно ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ, в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш 1-го уровня находится ближе всего к ЦП. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — кеш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (ОЗУ) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Часы ЦП и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной совместной работы. 9Блок управления 0019 выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой , и отвечает за управление операциями других блоков с помощью сигналов синхронизации, которые распространяются на ЦП.

Оперативная память (ОЗУ)

Хотя ОЗУ или основная память показаны на этой и следующей диаграмме, на самом деле она не является частью ЦП. Его функция заключается в хранении программ и данных, чтобы они были готовы к использованию, когда они потребуются процессору.

Как это работает

ЦП работают по циклу, который управляется блоком управления и синхронизируется с часами ЦП. Этот цикл называется циклом инструкций ЦП и состоит из ряда компонентов выборки/декодирования/выполнения. Инструкция, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, извлекается и помещается в регистр инструкций. Команда декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Инструкция выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкций на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл инструкций ЦП выглядит следующим образом.

Изображение

Рисунок 3: Базовый цикл инструкций ЦП.

Потребность в скорости

Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие в этом простом цикле, можно использовать еще эффективнее. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и мы рассмотрим здесь две из них.

Ускорение цикла инструкций

Одной из проблем, с которой сталкивались первые разработчики ЦП, была потеря времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности процессора была перекрывает части командного цикла ЦП, чтобы более полно использовать различные части ЦП.

Например, когда текущая инструкция декодирована, следующая извлекается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся командных циклов показано на рисунке 4.

Изображение

Рис. 4. Цикл инструкций ЦП с перекрытием.

Этот дизайн выглядит красиво и плавно, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие правильных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU находил правильные данные и перемещал их в ЦП, а это может занять некоторое время. Для выполнения некоторых инструкций также требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности процессора.

Гиперпоточность

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — гиперпоточность . Гиперпоточность заставляет одно ядро ​​процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому ЦП, как показано на рис. 5, заставляет его функционировать как два ЦП, выполняя два отдельных потока команд в течение каждого командного цикла. Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум ЦП по способности обрабатывать инструкции.

Изображение

Рисунок 5: Концептуальная схема процессора с гиперпоточностью.

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность гораздо сложнее.

Дополнительная терминология

Я сталкивался с множеством различных терминов ЦП. Чтобы более точно определить терминологию, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu .

 [root@hornet ~]# lscpu
Архитектура:                    x86_64
Режим(ы) работы ЦП:                  32-разрядный, 64-разрядный
Порядок байтов:                      Little Endian
Размеры адресов:                   39бит физический, 48 бит виртуальный
ЦП:                          12
Список процессоров в сети:             0–11
Количество потоков на ядро:              2
Количество ядер на сокет:              6
Сокет(ы):                         1
Узлы NUMA:                    1
Идентификатор поставщика:                       GenuineIntel
Семейство ЦП:                      6
Модель:                           158
Название модели:                      ЦП Intel(R) Core(TM) i7-8700 @ 3,20 ГГц
Шаг:                        10
ЦП МГц:                           4300,003
Макс.  частота ЦП, МГц:                     4600.0000
ЦП мин. МГц:                     800.0000
BogoMIPS:                        6399,96
Виртуализация:                  VT-x
Кэш L1d:                         192 КиБ
Кэш L1i:                         192 КиБ
Кэш L2:                        1,5 МБ
Кэш L3:                        12 МБ
Процессоры NUMA node0:               0–11
 

Процессор Intel, показанный выше, представляет собой корпус, который подключается к одному разъему на материнской плате. Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро ​​поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое из них может запускать два одновременных потока, всего 12 процессоров.

[ Бесплатный онлайн-курс: технический обзор Red Hat Enterprise Linux. ]

Мои определения:

• Ядро. Ядро — это наименьшая физическая аппаратная единица, способная выполнять задачу обработки. Он содержит одно АЛУ и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и поддерживающих схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер могут быть объединены в один физический пакет.
• ЦП — логический аппаратный блок, способный обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые процессорный пакет способен выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае ЦП и ядро ​​являются синонимами. Процессор Hyper-Threading с одним ядром является функциональным эквивалентом двух процессоров. Процессор Hyper-Threading с восемью ядрами является функциональным эквивалентом 16 процессоров.

Пакет

• — физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, как показано на рис. 1 выше.
• Процессор — 1) Устройство, которое обрабатывает инструкции программы для управления данными. 2) Часто используется как синоним пакета.
• Socket — иногда используется как синоним пакета, но более точно относится к физическому разъему на материнской плате, в который вставляется корпус процессора.

Термины сокет , процессор и пакет часто используются взаимозаменяемо, что может вызвать некоторую путаницу. Как мы видим из lscpu результаты команды выше, Intel предоставляет нам свою собственную терминологию, и я считаю, что это авторитетный источник. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но пока мы понимаем друг друга в любой момент времени, это то, что действительно имеет значение.

Обратите внимание, что указанный выше процессор имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый: один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу, разделяя инструкции и данные на этом этапе. Кэши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. На заре мейнфреймов каждый компьютер имел только один ЦП и не мог одновременно запускать более одной программы. Мейнфрейм может выполнять расчет заработной платы, затем учет запасов, затем выставление счетов клиентам и т. д., но одновременно может выполняться только одно приложение. Каждая программа должна была завершиться, прежде чем системный оператор мог запустить следующую.

В некоторых ранних попытках одновременного запуска нескольких программ применялся простой подход, направленный на более эффективное использование одного процессора. Например, программа1 и программа2 были загружены, а программа1 выполнялась до тех пор, пока не была заблокирована в ожидании ввода-вывода. В этот момент программа2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход назывался многопроцессорной обработкой и помогал полностью использовать ценное компьютерное время.

Ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного процессора между потоками выполнения нескольких задач. Эта практика не является настоящей многозадачностью, как мы ее понимаем, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения. Это правильнее называть тайм-шерингом.

Современные компьютеры, от смарт-часов и планшетов до суперкомпьютеров, поддерживают настоящую многозадачность с несколькими процессорами. Наличие нескольких процессоров позволяет компьютерам выполнять множество задач одновременно. Каждый ЦП выполняет свои функции одновременно со всеми остальными ЦП. Восьмиядерный процессор с гиперпоточностью (т. е. 16 ЦП) может одновременно выполнять 16 задач.

Заключительные мысли

Мы рассмотрели концептуальный и упрощенный ЦП, чтобы немного узнать о структурах. В этой статье я лишь поверхностно коснулся функциональности процессора. Вы можете узнать больше, воспользовавшись встроенными ссылками на темы, которые мы исследовали.

Помните, что схемы и описания в этой статье носят чисто концептуальный характер и не представляют реальный ЦП.

В следующей части этой серии статей я рассмотрю оперативную память и дисковые накопители как разные типы хранилищ и поясню, почему каждый из них необходим современным компьютерам.

Электронно-цифровая вычислительная машина Урал-14 (Урал-14). Российский виртуальный музей ЭВМ

Главная → Статьи → Уральское семейство ЭВМ → Электронная цифровая ЭВМ Урал-14

Иван Васильевич Урнев

ЭВМ Урал-14

1. Главный конструктор: к.б.н. Б.И. Рамеев ( Рамеев Башир Искандерович ) .
   Помощники главного конструктора: В.И. Бурков, А.Н. Невский, Г.С. Смирнов, А.С. Горшков, В.И. Мухин.
   Ведущие конструкторы: Л.Н. Богословский, В.К. Елисеев, В.Г. Желнов, А.Г. Калмыков, М.Н. Князев, О.Ф. Лобов, А.И. Плетминцев, Ю.В. Пинигин и др.

2. Базовая организация-исполнитель проекта и проектирования: Пензенский научно-исследовательский институт электронных управляющих вычислительных машин.
3. Завод-изготовитель: Пензенский завод электронно-вычислительных машин (при МИАМ СССР).
4. Окончание проектирования (год): 1965.
5. Начало серийного выпуска (год): 1965.
6. Окончание серийного выпуска (год): 1974.
7. Область применения: расчеты в расширенной области математических и информационно-логических задач и работа в вычислительных центрах НИИ, КБ и промышленных предприятий.
8. Количество произведенных компьютеров: 201 шт.

Описание

(структура ЭВМ, архитектура и периферийные устройства)

УРАЛ-14 являлся промежуточной моделью линейки ЭВМ УРАЛ. УРАЛ-14 работал с числами как с фиксированной, так и с плавающей запятой, а также с буквенно-цифровыми символами и битовыми сигнальными линиями переменной длины. Длина адресуемого слова составляла 24 бита, а длина массива информации, адресованного непосредственно в ОЗУ, – 24, 48, 72, …, 98 304 бита.

Одноадресные инструкции (как и на других компьютерах линии). Двоичная и двоично-десятичная арифметика. Объем оперативной памяти — от 16 384 до 65 536 24-битных слов.

Центральный процессор ЭВМ состоял из арифметического блока У-320 и отдельного блока управления У-321. Устройство У-320 выполняло арифметические и логические операции с числами и словами переменной длины от 1 до 24 бит. Устройство обрабатывало только числа с фиксированной точкой. Десятичные числа, 48-разрядные двоичные числа и операции с плавающей запятой обрабатывались дополнительными арифметическими устройствами У-342 и У-345. В зависимости от количества арифметических устройств и конфигурации их набора, оперативной памяти и периферийных устройств выпускалось несколько различных моделей УРАЛ-14. Все они имели двухвходовые накопители на магнитных барабанах, а также накопители на магнитных лентах, перфолентные и перфокарточные устройства и буквенно-цифровые принтеры.

Составные части ЭВМ УРАЛ-11 – УРАЛ-16

ЭВМ УРАЛ-11 – УРАЛ-16 выполнены на базе унифицированного комплекса логических элементов УРАЛ-10. Элемент состоял из набора полупроводниковых схемотехнических модулей. Было 5 типов базовых модулей общего назначения и 10 специальных (для накопителей и периферийных устройств). Электронная схема УРАЛ-14 на 90% состояла из диодно-транзисторных модулей двух типов, способных работать в диапазоне температур от -10°С до +70°С. Модули размещались на накладках с припаянным штекерно-гнездовым соединением.

Дизайн

ЭВМ семейства УРАЛ-11 – УРАЛ-16 выпускались по единому стандарту. Электронные компоненты размещались в стандартных шкафах. Были платы с диодно-транзисторными компонентами, смонтированными в ячейках. Модули, ячейки и некоторые контактные соединения на платах изготавливались при внедрении печатных технологий. Накопители и периферийные устройства были общими для всех компьютеров УРАЛ.

Технологии сборки

Внедрены традиционные технологии механической и пластиковой обработки деталей. Каркасы шкафов сварены. Ячейки и модули, впервые в разработке ЭВМ УРАЛ, выполненные с печатным монтажом, выполнены из фольгированного диэлектрика. Их серийный выпуск осуществлялся на специальном заводе. Новым для пензенского завода была технология изготовления ферритовых запоминающих и периферийных устройств, а также памяти на магнитной ленте и буквенно-цифровых принтеров.

Программное обеспечение

Диспетчерская программа была основным программным обеспечением для организации работы компьютера. Обеспечивал ввод\вывод информации, организовывал работу в многопрограммном режиме, защищал зоны оперативной памяти, поддерживал динамическое распределение ресурсов оперативной памяти, а также внешней памяти на магнитных барабанах и лентах.

Компьютер был также снабжен специальным автоматическим кодом АРМУ (рус. сокр. от А автоматический — код R вл (линия) М Машины У RAL (компьютеры УРАЛ)). Это был единый автокод для всех компьютеров линейки УРАЛ. Он составлен с учетом их специфики и полностью сохранена совместимость младших моделей со старшими. Однако у каждой модели УРАЛа был свой транслятор с языка АРМУ на свой внутренний машинный язык; поэтому совместимость ЭВМ УРАЛ оставалась ограниченной и существовала только на уровне автокода АРМУ.

Кроме программ тестирования, библиотеки программ и программы отладки для языка АРМУ в комплекте поставлялся специальный транслятор с языка АЛГАМС на АРМУ.

Основные эксплуатационно-технические данные УРАЛ-14

• Длина адресуемого слова в ОЗУ -12 или 24 бита
• Количество знаков в числах: 
• С фиксированной точкой – 12, 24, 48 бит
• С плавающей запятой – мантисса – 39 бит, разрядов – 7
• Десятичный — 3 цифры и более
• Арифметика – двоичная и десятичная
• Система команд – одноадресная
• Количество инструкций – 230
• Индексные регистры – 14
• Базовые регистры – 128
• Каналы прерывания – 64
• Уровни прерывания – 16
• Время выполнения операции ( микросекунд ):
• Логическое дополнение (24 места) – 22
• Логическое дополнение (48 мест) – 40 (с У-345)
• Цифровое дополнение (5 цифр) – 100 (с U-342)
• Сложение с плавающей запятой (39+7) – 40 (с U-345)
• умножение (24 разряда) – 300 (с У-340)
• умножение (48 знаков) – 100 (с У-345)
• умножение с плавающей запятой – 100 (с U-345)
• Емкость памяти в словах 24+2 бита:
• феррит 16 384 – 65 536
• магнитные барабаны 98 444-787 552
• магнитные ленты 1 000 000 – 48 000 000
• Скорость обмена информацией (бит в секунду) между оперативной памятью и следующими устройствами:
• Хранение на магнитном барабане – до 500 000
• Хранение на магнитной ленте – от 130 000 до 700 000
• Максимальная скорость – 2 200 000
• Скорость ввода\вывода информации:
• Перфоленты – 1000 строк с устройства
• Перфокарты – 700 карт в мин , с устройства
• Каналы связи – до 2 200 000 бит/сек
• Скорость вывода информации:
• На принтер – 400 строк мин. (одно устройство)
• На перфокарты – 110 карт/мин.
• На перфоленту – 80 стр/сек.
• Каналы связи – 2 200 000 бит/сек.
• Условия эксплуатации:
• Температура окружающей среды: от 5°С до + 40°С
• Условия влажности: 65(± 15%)

Особенности

УРАЛ-14 был промежуточной моделью в линейке компьютеров УРАЛ. Как и другие ЭВМ семейства УРАЛ-14, он был создан на унифицированной компонентно-технологической базе УРАЛ-10. Это был первый в СССР опыт создания не одной ЭВМ, а расширенной линейки совместимых вычислительных машин и приборов. Их техническое единство было в центре внимания дизайнеров. Большинство их технических, конструктивных и конструкторских решений, несомненно, были перспективными, однако объем их реального производства был весьма ограничен. Кроме того, внедрение отдельных устройств для работы с десятичной арифметикой и 48-битных операций с плавающей запятой существенно удорожало УРАЛ-14.