|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Вычислительная машина | Вычислительная машина (далее В) устройство или совокупность устройств, предназначенных для механизации и автоматизации процесса обработки информации (вычислений).
Современные В по способу представления информации подразделяются на 3 класса: а) аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых информация представлена в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных физическими величинами (угол поворота вала, сила электрического тока, напряжение и т.д.); б) цифровые вычислительные машины (ЦВМ), в которых информация представлена в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений какой-либо физической величины; в) гибридные вычислительные системы, в различных узлах которых информация представлена тем или другим способом.
Исторически первыми появились цифровые вычислительные устройства, например счеты и их многочисленные предшественники (см. Вычислительная техника). В 17 в. французским ученым Б. Паскалем, а позднее немецким математиком Г. В. Лейбницем были построены первые ЦВМ. Первой пригодной для практического применения В стал арифмометр Томаса де Кольмара (1820). В 1874 был создан получивший широкое распространение арифмометр В. Т. Однера. В начале 20 в. появились счетно-аналитические машины для выполнения различных статистических, бухгалтерских и финансово-банковских операций.
Идея создания универсальной ЦВМ принадлежит профессору Кембриджского университета Ч. Беббиджу. Он разработал проект (1833) В, по своему устройству близкой к современной. Проект опережал запросы времени и технические возможности реализации.
Развитие теории релейно-контактных схем, а также опыт эксплуатации телефонной аппаратуры и счетно-перфорационных машин позволили в 30-х гг. 20 в. приступить к разработке В с программным управлением первоначально на электромагнитных реле. Первая такая машина "МАРК-1" была построена в США в 1944. Первая электронная ЦВМ "ЭНИАК" (электронный цифровой интегратор и вычислитель) была построена также в США в 1946.
В Советском Союзе электронная ЦВМ "МЭСМ" (малая электронная счетная машина) была разработана в 1950 под руководством академика С. А. Лебедева в АН УССР. "МЭСМ" положила начало работам в области математического электронного машиностроения в СССР. В последующие годы в СССР создан ряд различных по производительности и техническому решению ЦВМ для удовлетворения нужд народного хозяйства (БЭСМ, "Стрела", М-20, М-220, "Минск", "Урал", "Мир" и др.).
Первые устройства непрерывного действия появились в 16—17 вв. К ним относятся логарифмическая линейка и номограммы для расчетов, связанных с навигацией. В середине 19 в. появились простейшие механические интеграторы. Значительное развитие работы по АВМ получили на рубеже 19 и 20 вв. Были разработаны машины для решения дифференциальных уравнений, электромеханическая интегрирующая машина и др. В СССР начало разработки АВМ относится к 1927 и связано с работами С. А. Гершгорина, М. В. Кирпичева, И. С. Брука, В. С. Лукьянова и др. В 50—60-х гг. было создано несколько типов АВМ, многие из которых нашли широкое применение.
Развитие электронных В (ЭВМ) тесно связано с достижениями в области электронной техники. Первые ЭВМ создавались на вакуумных радиоприборах; эти В принято называть машинами первого поколения. Развитие полупроводниковой радиоэлектроники позволило перейти к конструированию В второго и третьего поколения; для них характерно усложнение логической схемы и наличие программного обеспечения, являющегося программным продолжением аппаратной части В Технология изготовления В второго поколения мало отличалась от технологии изготовления В первого поколения: на смену вакуумным радиолампам пришли полупроводниковые триоды (транзисторы) и диоды. В третьего поколения выполняются на интегральных схемах, содержащих в одном модуле десятки транзисторов, резисторов и диодов. Переход к производству В на интегральных схемах потребовал почти полного пересмотра технологии производства ЭВМ.
Основой для построения аналоговых вычислительных машин является теория математического моделирования. Используя аналогии между различными по физической природе явлениями, в АВМ моделируют рассчитываемые процессы. Большую часть оборудования АВМ составляют линейные и нелинейные решающие элементы. В электронных АВМ — это операционные усилители постоянного тока (интегратор, усилитель, инвертор), блоки коэффициентов, типичных нелинейностей, запаздывания и т.д. Для решения конкретной задачи блоки АВМ соединяют между собой в необходимых комбинациях. Выходные данные на АВМ получают по показаниям индикаторов в узловых точках схемы. АВМ характеризуется высоким быстродействием, простотой сопряжения с исследуемым объектом, возможностью легкого изменения параметров исследуемой задачи как при ее подготовке, так и в процессе решения, сравнительно невысокой точностью и ограниченностью класса решаемых задач.
Решение задачи на цифровых вычислительных машинах заключается в последовательном выполнении арифметических операций над числами, соответствующими величинам, представляющим исходные данные. Числа представляются обычно в виде совокупности механических, пневматических или электрических импульсов и фиксируются элементами, каждый из которых может принимать ряд устойчивых состояний, строго соответствующих определенной цифре числа. Перед решением на ЦВМ задача расчленяется на ряд последовательных простых операций и устанавливается их очередность, т. е. составляется программа вычислений.
По способу управления цифровые В подразделяются на 3 класса: с ручным управлением, с жесткой программой и универсальные. К ЦВМ с ручным управлением относятся настольные клавишные вычислительные машины, арифмометры, рычажные В и др. Современные настольные ЦВМ изготовляются почти полностью на электронных элементах, Управление вычислительным процессом осуществляется вручную, что определяет низкую скорость вычислений. ЦВМ с ручным управлением являются средством механизации расчетных работ и пригодны для решения лишь простейших задач с ограниченным объемом вычислений.
ЦВМ с жесткой программой. К ним относятся табуляторы, специализированные машины, ориентированные на решение узкого круга задач, например бортовые вычислители и т.п. В этих В управление вычислительным процессом осуществляется автоматически программой, набираемой на коммутационной доске или постоянно заложенной в конструкцию машины. ЦВМ с коммутируемой программой являются средством частичной автоматизации вычислительного процесса и быстро вытесняются универсальными ЦВМ. В с программой, заложенной в конструкции, применяются в тех случаях, когда нужны простота, надежность, низкая стоимость, малые габариты и масса, главным образом в условиях разового действия (например, на ракетах).
Универсальные ЦВМ с автоматическим программным управлением — наиболее совершенное средство автоматизации трудоемких процессов умственной деятельности человека. Современная универсальная ЦВМ представляет собой сложный автоматизированный вычислительный комплекс, в состав которого входят процессор, оперативное запоминающее устройство, одно или несколько внешних запоминающих устройств большой емкости, устройства ввода — вывода информации и др. Управление вычислительным процессом осуществляется устройством управления и программой вычислений, размещаемой в памяти ЭВМ. Загрузка отдельных устройств, координация их работы, управление последовательностью решения задач осуществляются программными средствами. Комплекс программ, выполняющих эти и ряд других функций, называется математическим обеспечением. Для описания решения задачи используются алгоритмические языки алгол, фортран, кобол и др. (см. Язык программирования). Ввод исходных данных, программ и вывод результатов в виде, наиболее удобном для потребителя, осуществляются комплексом устройств ввода — вывода, входящих в состав универсальной ЦВМ (см. Ввод данных, Вывод данных). Исходные данные могут задаваться в виде графиков, цифровой и текстовой документации, изображения рассчитываемого объекта (например, общий вид здания, профиль крыла самолета и т.д.), светозвуковой индикации и пр.
ЦВМ характеризуются высокой производительностью, точностью получаемых результатов и алгоритмической универсальностью, обусловленной тем, что перестройка ЦВМ на решение новой задачи состоит лишь в замене программы вычислений и исходных данных, хранящихся в памяти В, без изменения конструкции самой машины.
Гибридные вычислительные системы состоят из органически связанных между собой АВМ и ЦВМ. Обмен информацией между В непрерывного и дискретного действия осуществляется через специальные преобразователи. Для комбинированной системы типично разделение функций между машинами: АВМ используется для воспроизведения быстро протекающих процессов с ограниченными точностями переменных величин, а ЦВМ — для вычислений с более высокой точностью и для статистической обработки результатов. В гибридной вычислительной системе сочетаются высокая точность и быстродействие, которые сложнее получать с помощью только одной из В
Лит.: см. при статьях Аналоговая вычислительная машина, Цифровая вычислительная машина, Гибридная вычислительная машина.
А. Н. Мямлин. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 21.11.2024 13:24:30
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
