Компьютер в кармане

А. БОЙКО, Р. ЧИКОРУДИ

Часть 1

В скором времени существующий арсенал отечественной вычислительной техники личного пользования получит пополнение — наша промышленность закончила разработку и готовит к серийному выпуску вычислительное устройство МК-85, внешний вид которого представлен на верхнем снимке. Ставшая уже привычной аббревиатура «МК» — «микрокалькулятор» в данном случае не очень точно отражает реальную ситуацию. Дело в том, что МК-85 не только может выполнять большой ассортимент вычислительных операций, как этого требует название «микрокалькулятор», но и, подобно «настоящему» компьютеру, открывает немалые возможности для решения довольно сложных задач в автоматическом режиме — по введенной пользователем программе. Здесь, правда, можно возразить, что и в семействе отечественных микрокалькуляторов есть несколько таких, которые могут выполнять вычисления по заданной программе, — это программируемые калькуляторы БЗ-34, МК-54, МК-61, МК-52. Однако МК-85, по своему обозначению включенный в это семейство, резко отличается от всех других его представителей.

Для пользователя главное отличие состоит в том, что он, пользователь, общается с МК-85 на языке Бейсик, дает указания общепринятыми в этом языке командами-словами, а не комбинациями из цифр и нескольких букв, как в программируемых микрокалькуляторах. Это чрезвычайно важное отличие, как и ряд других, относящихся к основным параметрам машины, позволяет говорить о том, что МК-85 вышел уже из «весовой категории» микрокалькуляторов и имеет все основания быть принятым в большой класс микрокомпьютеров. В дальнейшем мы будем без оговорок уважительно называть МК-85 вычислительной машиной, хотя с учетом небольших габаритов (примерно 165X72 X13 мм) и малой массы (примерно 150 г) очень хочется вместо «машина» говорить, «машинка».

Чтобы завершить наши размышления о том, в какой класс вычислительной техники следовало бы зачислить МК-85, заметим, что на зарубежных карманных машинах такого типа, например, на известной модели РВ-100 F фирмы «Касио» рядом с названием указано — «Персональный компьютер». Формально это дополнение вполне оправданно. Компьютер? Да. Персональный? Бесспорно. Но во избежание терминологической путаницы в данном случае от него пока можно было бы воздержаться. Хотя бы потому, что за словосочетанием «персональный компьютер» мы привыкли видеть значительно большие возможности и удобства для пользователя, привыкли видеть значительно более комфортное устройство, позволяющее, в частности, работать с текстами и изображениями на достаточно большом экране дисплея, хранить и вводить в машину информацию из долговременной памяти, например, с магнитных дисков, выводить информацию на печатающее устройство или графопостроитель.

В то же время МК-85, уступая традиционным персональным ЭВМ, имеет в сравнении с ними и определенные достоинства. На МК-85 можно, в частности, часами работать, не подключаясь к электросети, и, наконец, его можно просто положить в карман.

Более подробный рассказ о карманном компьютере МК-85 мы начнем именно с того, что его разработчики решили отказаться от столь неудобного языка общения, с каким приходилось иметь дело владельцам программируемых микрокалькуляторов: например, приходилось заучивать коды команд, а процесс программирования походил больше на борьбу с многочисленными ограничениями — неразвитой логикой, крохотной памятью, сложной системой адресации.

Другое дело МК-85 — решая с его помощью огромное множество реальных задач, встречающихся в практике инженера, экономиста, студента, исследователя, вы не почувствуете ограничений подобного рода. А само программирование на Бейсике не потребует каких-либо переучиваний, связанных с особенностями машины. Так же, как на любой персональной ЭВМ, вы будете вводить программу с помощью клавиатуры — на лицевой панели компьютера есть для этого клавиши с буквами латинского и русского алфавита. Но реально все происходит еще проще: любая из команд передается машине нажатием двух определенных клавиш, в числе которых клавиши известных команд, например, «GOTO», «NEXT». «STOP», «RETURN», «PRINT» и других. Во время ввода данных и команд, подтверждение своих действий в виде слов и цифр вы видите на небольшом дисплее компьютера. Здесь же появляется все, что машина в процессе работы хочет сообщить пользователю.

Вариант Бейсика, используемый в микрокомпьютере МК-85, легко изучить даже тому, кто еще не знает ни одного языка программирования и ни разу не писал программу для компьютеров. Не случайно на Западе подобные языки программирования называют «кухонными». В то же время 54 команды и функции Бейсика, которые понимает МК-85, позволяют запрограммировать решение достаточно сложных задач, выполнять многие реально встречающиеся инженерные и статистические расчеты, проводить не очень громоздкий численный научный эксперимент, составлять игровые программы.

Внутри корпуса МК-85 разместились четыре соединенных последовательно миниатюрных серебряноцинковых элемента питания СЦ-0,18; размером они чуть больше тех, что установлены в наручных электронных часах. Емкость этой батареи — 0,18 ампер-часа, то есть она способна 180 часов давать ток в 1 миллиампер. Энергия, потребляемая микрокомпьютером, зависит от того, в каком режиме он работает. Составляя всего тысячную долю миллиампера в режиме хранения программы, потребление незначительно увеличивается во время ввода и отладки программ, но лишь изредка достигает своей предельной величины — 3 миллиампера. Нужно учесть, что серебряноцинковые элементы обладают способностью частично самовосстанавливаться в те моменты, когда они не работают, и поэтому реально МК-85 может с перерывами активно работать от одного комплекта батарей несколько сот часов и хранить введенную в него информацию, в частности программы, много месяцев. Программы хранятся здесь все время, пока «живы» гальванические элементы, независимо от того, включен компьютер или выключен — ОЗУ получает питание напрямую, минуя основной выключатель. Ток, потребляемый в этом режиме, настолько мал, что даже во время замены элементов все программы сохраняются, если пауза между отключением старых и установкой в компьютер новых источников питания не превысит 15 минут.

Высокая экономичность микрокомпьютера МК-85 в значительной степени связана с тем, что в нем используются интегральные схемы, которые имеют так называемую комплиментарную структуру металл-окисел-полупроводник (КМОП-структура). В этом случае в тончайшем поверхностном слое кристалла формируются полевые транзисторы с проводящими каналами двух разных типов: у одних электронная проводимость (n-каналы), у других — дырочная (р-каналы). Создание таких комплиментарных структур требует особо тонких технологий, на них, как правило, идут, когда нужно получить интегральные схемы с предельно низким потреблением энергии.

Решающий вклад в высокую экономичность МК-85 дает его жидкокристаллический дисплей, как принято его называть — ЖК-индикатор. В программируемых микрокалькуляторах обычно используют катодолюминесцентные индикаторы, на которых четко высвечиваются достаточно яркие зеленоватые цифры. Есть у таких индикаторов и немало недостатков. Этот непростой электровакуумный прибор очень чувствителен к толчкам и ударам, при слабом внешнем освещении он быстро утомляет зрение, а при ярком солнечном свете на экране трудно что-либо разобрать, несмотря на обязательный светофильтр.

Механические свойства ЖК-индикатора таковы, что за его судьбу можно не опасаться, даже при сильных толчках, а что касается потребления энергии, то здесь индикатор на жидких кристаллах вообще вне конкуренции. Хотя в катодолюминесцентном индикаторе нить накала (катод) обычно разогревается лишь до слабого, едва заметного свечения, ток, необходимый для ее разогрева, сравнительно велик. Довольно много энергии требуют и индикаторы на основе светоизлучающих диодов. В целом можно считать, что ЖК-индикатор потребляет в тысячи раз меньше энергии, чем его конкуренты, и, значит, при одинаковой массе источников тока может работать в тысячи раз дольше. Но, конечно, за такое достоинство приходится платить — ЖК-индикатор сам не светится, им можно пользоваться только при внешнем освещении, при свете. Кстати, в МК-85 имеется регулятор контрастности, он позволяет наилучшим образом согласовывать изображение на экране с условиями освещения.

Привычный жидкокристаллический индикатор в часах или микрокалькуляторе напоминает линейку в подвале почтового конверта, куда можно вписывать только стилизованные цифры индекса, составленные из черточек. Самая сложная цифра — восьмерка, для ее написания используются все семь черточек. Кроме цифр от нуля до девяти, семью черточками можно изобразить отдельные буквы, например: Б, Г, Н, П, Р, Ь, а чтобы отображать на экране используемые операторы Бейсика и введенные в программу слова (например, единица измерения или такие слова, как «масса», «цена», «скорость», «введите коэффициент А» и т. д.), нужен латинский и русский алфавит. Поэтому оказалось целесообразным усложнить конструкцию микросхемы, управляющей индикатором, и сделать его не штриховым, а точечным, матричным. Реально это значит, что каждый символ на экране — единичка, пятерка, буква А или знак «+» — изображается набором точек. На один знак выделяется 35 точек — семь горизонтальных рядов по пять точек в каждом. Такая матрица-прямоугольник размером 5X7 точек позволяет сформировать любой необходимый машине символ, всего их в МК-85 используется более ста.

На индикаторе в ряд поместились двенадцать матриц, то есть на индикатор можно вывести не больше двенадцати символов. В то же время в программах, написанных на Бейсике, встречаются строки и из 40—50 символов, и, чтобы не удлинять индикатор карманного компьютера, в нем использован принцип бегущей строки — аналог того, что можно увидеть в некоторых типах световой рекламы. Текст, появляясь буква за буквой у правого края индикатора, сдвигается влево до тех пор, пока не пройдет вся строка.

Индикатор — это как бы окно длиной в 12 символов, которое может скользить по неподвижной строке из 63 символов. В определенный момент на индикаторе появляется мерцающий темный квадратик, он предупреждает о том, что строка заканчивается. Положением окна можно управлять, сдвигая его влево и вправо по строке специальными клавишами.

В верхней части индикатора размещена так называемая служебная строка; в ней постоянно отображаются все сведения о текущем режиме работы машины, указывается объем оставшейся свободной памяти.

Оперативная память микрокомпьютера МК-85 сейчас имеет емкость два килобайта.

Много это или мало? Байт — это восемь бит, то есть в оперативное запоминающее устройство — в ОЗУ микрокомпьютера — можно записать чуть больше шестнадцати тысяч единичек и нулей. В распоряжение пользователя предоставлена не вся имеющаяся оперативная память, часть ОЗУ используется для хранения информации, которая выводится на индикатор, другая часть необходима для работы самого Бейсика: ведь Бейсик — это тоже программа, она переводит наши, введенные с клавиатуры, указания на язык, понятный компьютеру. Всего вычислителю для свободного использования остается 1000 байт оперативной памяти.

Любая функция или команда Бейсика, независимо от того, из скольких букв она состоит, это так называемый шаг в действиях компьютера, для его хранения в памяти нужен байт, то есть 8 элементов, где будут записаны единицы или пули. Столько же уходит па любой символ — отдельную букву или цифру, два шага требует номер строки программы, и один шаг необходим для записи команды EXE, которая должна быть подана в конце строки. Тем самым минимальная длина одного оператора — четыре шага, в среднем каждый оператор требует десяти — двенадцати шагов.

С учетом этого максимальная длина программы, записанной в память МК-85, может составлять примерно 100 операторов Бейсика. Для хранения данных и необходимых констант можно использовать 2G ячеек памяти по 64 бита в каждой. К ним можно обращаться как напрямую — называя имя переменной, например, А или D, так и косвенно, называя номер ячейки.

Если важнее иметь больше ячеек для переменных и констант, то их число можно увеличить за счет длины программы по цене восемь байт за ячейку памяти (регистр) для записи каждой переменной либо константы. Максимально можно получить 1000: 8 + 26 = 151 такую ячейку, однако на программу в этом случае не останется ни шага.

Важнейшая особенность микрокомпьютера, принципиально отличающая его от микрокалькулятора, даже самого совершенного, — это применение микропроцессора с разрядностью не менее восьми (у МК 85 – шестнадцать – прим. ред.): такой процессор производит все операции одновременно, параллельно со всеми восемью (или более) единицами и нулями многоразрядного двоичного числа. Это обеспечивает высокое быстродействие микроЭВМ по сравнению с теми же программируемыми калькуляторами, во многих из них вообще числа обрабатываются последовательно, один двоичный разряд за другим.

Для оценки примерного быстродействия МК-85 в него была введена программа на Бейсике для вычисления факториала 33!, то есть произведения всех чисел от единицы до тридцати трех. Ответа пришлось ждать всего 4,7 секунды.

В МК-85 предусмотрен и режим повышенного быстродействия, когда на решение той же задачи компьютеру нужно всего 1,2 секунды; платой за скорость является повышенное потребление энергии.

Для сравнения заметим, что факториал 33! вычисляется на калькуляторе МК-52 в течение 37 секунд.

Поскольку потребление энергии в режиме повышенного быстродействия может быть значительным, для того чтобы сохранить энергию батареи, используют преимущества универсального питания — МК-85 включают в сеть через блок питания. Впрочем, ускоренный режим необходим лишь для вычисления по сравнительно сложным программам, поэтому необходимость подключения к сети возникает сравнительно редко.

Продолжение далее

«Наука и жизнь», 1987 г., №4, с. 33-37

Источник: vk.com

Комментарии: