Ускорение электронов

7.4. Методы ускорения умножения

Методы ускорения умножения делятся на аппаратурные и логические. Как те, так и другие требуют дополнительных затрат оборудования. При использовании аппаратурных методов дополнительные затраты оборудования прямо пропорциональны числу разрядов в операндах. Эти методы вызывают усложнение схемы АЛУ.

Дополнительные затраты оборудования при реализации логических методов ускорения умножения не зависят от разрядности операндов. Усложняется в основном схема управления АЛУ. В ЭВМ для ускорения умножения часто используются комбинации этих методов.

К аппаратурным методам ускорения умножения относятся ускорение выполнения операций сложения и сдвига, введение дополнительных цепей сдвига, позволяющих за один такт про-

Более детально с методами логического ускорения умножения можно ознакомиться в [22а].

Все более широкое распространение, особенно в микропроцессорных системах, получают в настоящее время аппаратурные методы ускорения умножения, основанные на использовании комбинационных схем множительных устройств. Такие схемы реализуются в виде отдельных БИС или их композиции. Так, в составе БИС серии КР1802 имеется БИС-умножитель двух 16-разрядных операндов, вырабатывающий за один такт произведение двойной длины в прямом или дополнительном коде.

Для ускорения умножения часто отдельно 'формируются кратные множимого 8Х, 4Х, 2Х и IX, при наличии которых уменьшается число сложений при выполнении п. 2.

7.4. Методы ускорения умножения.......... 135

Методы ускорения умножения делятся на аппаратные и логические. Как те, так и другие требуют дополнительных затрат оборудования. При использовании аппаратных методов дополнительные затраты оборудования прямо пропорциональны количеству разрядов чисел в арифметическом устройстве. Эти методы вызывают усложнение схемы арифметического устройства и не затрагивают схемы управления.

Дополнительные затраты оборудования при реализации логических методов ускорения умножения не зависят от разрядности арифметического устройства. Усложняется в основном схема управления арифметическим устройством. В вычислительных машинах для ускорения умножения часто используют комбинации этих методов.

К аппаратным методам ускорения умножения относятся: ускорение выполнения операций сложения и сдвига, использование при выполнении умножения прямого вычитания, введение дополнительных цепей сдвига, позволяющих за один такт производить сдвиг информации в регистрах сразу на несколько разрядов, совмещение по времени операций сложения и сдвига.

и фокусируются первым анодом 4 на экране 8 ЭЛТ. Ускорение электронов луча осуществляется вторым анодом 5. При соуда-г\ рении электронов с экраном 8 их кинетическая энергия преоб-~~ разуется в световое излучение посредством катодолюминофо-ров, т. е. веществ, светящихся под действием бомбардировки их электронами. Время послесвечения (после нрекраа1ения действия электронного луча) может составлять от 0,05 до 20 с и более.

Бетатрон по принципу работы похож на обычный трансформатор. Катушка, называемая обмоткой возбуждения, соответствует первичной обмотке трансформатора, а роль вторичной обмотки выполняет электронный луч. Число оборотов, совершенных электронами в процессе ускорения, соответствует числу витков вторичной обмотки. Поэтому не случайным является и известное конструктивное сходство бетатрона с трансформатором ( 6.6). Ускорение электронов осуществляется в вакуумной камере тороидальной формы. По окончании цикла ускорения электроны должны "быть смещены с равновесной орбиты и использованы для бомбардировки мишени,

Ускорение электронов происходит в тороидальной вакуумной камере, которая имеет два патрубка. В одном из них располагается электронная пушка — инжектор, в другом — мишень. Часть вакуумной камеры составляет ускоряющий элемент синхротрона — четвертьволновый объемный резонатор, представляющий собой стеклянную секцию ( 6.8), покрытую с обеих сторон металлическим слоем. Свободной от покрытия является лишь поперечная кольцевая полоски на внутренней поверхности секции, представляющая собой ускоряющий зазор резонатора. Для уменьшения нагрева резонатора вихревыми токами металлическое покрытие разделено на ряд продольных полос, соединенных между собой вблизи зазора. Резонатор- возбуждается от генератора высокой частоты

эмиттируются раскаленным металлическим катодом, а ускорение электронов достигается за счет высокой напряженности электрического поля между катодом и анодом. Формирование электронного пучка и его направленности достигается за счет магнитного поля. Устройство для получения концентрированного потока электронов — электронного пучка называется электронной пушкой.

и фокусируются первым анодом 4 на экране S ЭЛТ. Ускорение электронов луча осуществляется вторым анодом 5. При соударении электронов с экраном 8 их кинетическая энергия преобразуется в световое излучение посредством катодолюминофо-ров, т. е. веществ, светящихся под действием бомбардировки их электронами. Время послесвечения (после прекращения действия электронного луча) может составлять от 0,05 до 20 с и более.

предварительная фокусировка электронного луча. Окончательная фокусировка осуществляется в поле между первым и вторым анодами. Фокусировка регулируется путем изменения напряжения на первом аноде, который поэтому называется фокусирующим. Необходимое ускорение электронов в направлении движения обеспечивается вторым анодом, вследствие чего он иногда называется ускоряющим.

Для увеличения яркости пятна при относительно высокой чувствительности производится ускорение электронов после отклонения их пластинами. Для этой цели на внутреннюю поверхность баллона между отклоняющими пластинами и экраном наносится кольцо из проводящего материала, которое является третьим анодом, и к нему подводится напряжение, в несколько раз превышающее напряжение второго анода. Таким путем можно получить увеличение яркости в десятки раз при снижении чувствительности всего на несколько процентов.

Схема установки, в которой используется ускорение электронов, показана на 4.21. Траектория движения электронов в этой установке корректируется ускоряющим электродом и магнитным полем.

Первая линза Л1 в этом прожекторе образована катодом 3, модулятором / и первым анодом 5, а вторая Л2 формируется первым 5 и вторым анодами 6. Следовательно, первая и вторая линзы прожектора кроме фокусировки обеспечивают еще и ускорение электронов. В Л1 электрическое поле с положительным градиентом доходит до поверхности катода и ускоряет электроны, эмитируемые катодом. Поскольку первая линза должна вытягивать электроны из катодной области и ускорять их, то она должна быть только электростатической. Вторая линза прожектора может быть как электростатической, так и магнитной. В рассматриваемом случае каждую линзу можно представить как совокупность собирающей (двояковыпуклой) и рассеивающей ;(двояковогнутой) элементарных линз. Собирающая линза образована неоднородным электрическим полем с эквипотенциальными поверхностями, обращенными выпуклостью к катоду, а рассеивающая образована эквипотенциальными поверхностями, обращенными в сторону экрана. Преломляющее действие собирающей линзы больше, чем рассеиваю-

При необходимости получения повышенной яркости свечения экрана, скорости записи и улучшения фокусировки достаточно широко применяют трубки с послеускорением ( 11.8). В этих трубках сделаны дополнительные ускоряющие аноды в виде проводящих колец на широкой части баллона с возрастающими в направлении экрана потенциалами. Поскольку ускорение электронов осуществляется после отклонения луча, то увеличение яркости происходит без снижения чувствительности к отклонению. При получе-

Отклоняющая система состоит из двух пар отклоняющих пластин ВОЪ В02 и Г0г, Г02, размещаемых во взаимно перпендикулярных плоскостях. Отклоняющие пластины отклоняют электронный луч в горизонтальном и вертикальном направлениях. Величина отклонения луча зависит от разности потенциалов между пластинами, при этом напряжение между пластинами должно изменяться так, чтобы средний потенциал оставался неизменным, иначе рост среднего потенциала отклоняющих пластин приводит к увеличению скорости электронов в луче. А это вызывает уменьшение чувствительности трубки, так как для отклонения на тот же угол более быстрого потока электронов требуется большая разность потенциалов между отклоняющими пластинами. Это объясняет и то, что чувствительность ЭЛТ обратно пропорциональна напряжению на втором аноде Л2. Вместе с тем малое значение анодного напряжения не позволяет получить луч с достаточной интенсивностью. Для уменьшения этого противоречия применяют дополнительное ускорение электронов после их отклонения. С этой целью на внутренней стороне раструба вблизи экрана нанесен на стекло по окружности (в виде полосы) проводящий слой, играющий роль ускоряющего электрода и имеющий вывод У, к которому подключается положительное напряжение, приблизительно в 2 раза большее напряжения на втором аноде А2. Внутренняя сторона баллона, на которую направлен электронный луч, покрывается специальным люминесцентным составом, обладающим свойством светиться при ударах электронов. Цвет свечения экрана зависит от химического состава покрытия. В некоторых типах ЭЛТ применяют покрытие, обладающее длительным послесвечением (изображение на экране сохраняется в течение некоторого времени, обычно 1 сек, после прекращения бомбардировки экрана электронами).